V rámci technického uspořádání sanačního čerpání můžeme v prvním přiblížení rozlišit čerpací systém zajišťující odtahování kontaminované vody a čistící zařízení instalované na povrchu a sloužící k čištění odčerpané podzemní vody.
Čerpací systém
Čerpací systém pro odtahování kontaminované podzemní vody na povrch je vždy specificky navrhován pro konkrétní lokalitu v závislosti na charakteru kontaminované zeminy, požadovaném čerpaném objemu, typu kontaminace a dalších specifických podmínkách. Základní podmínkou správné instalace čerpacích vrtů a účinného odčerpávání kontaminované podzemní vody je znalost hydrologických charakteristik příslušného kontaminovaného prostředí a charakteristik kontaminujících látek ve vztahu k tomuto prostředí. Bližší charakteristika těchto vstupních údajů je spolu se způsobem jejich získávání ukázána v Tabulce 8.2.1.
Tabulka 8.2.1.: Vstupní údaje zpravidla potřebné pro účinné odčerpávání kontaminantu v rámci sanačního čerpání (převzato z U. S. EPA, 1991)
|
Vstupní údaj
|
Způsob získání
|
|
Hydraulická propustnost kontaminovaného
|
Čerpací zkouška, laboratorní zkoušky
|
|
Koncentrace kontaminantů
|
Analýza vzorků zeminy a podzemní vody
|
|
Fyzikální a chemické charakteristiky
|
Literární prameny, laboratorní měření
|
|
Charakter a rozsah saturované a
|
hydrogeologické mapy, geofyzikální měření
|
|
Hladina a směr proudění podzemní vody
|
Hydrogeologické mapy, průzkumné vrty,
|
|
Sezónní změny v chování podzemní vody
|
Dlouhodobá hydrogeologická sledování
|
|
Komunikace mezi podzemní a povrchovou
|
Průsaková měření, sledování hladin
|
|
Rozmístění a hloubka vrtů, režim a rychlost
|
Poloprovozní zkoušky, modelové výpočty
|
Pokud se v kontaminovaném prostoru vyskytuje větší množství volného produktu, potom je čerpací systém navržen tak, aby byl v maximální možné míře odstraněn nejprve tento produkt. Tato situace může nastat například při kontaminaci zeminy pohonnými hmotami, jejichž hustota je nižší než hustota vody a které se ve vodě příliš nerozpouští. Kontaminující pohonné hmoty potom tedy zpravidla plavou na hladině podzemní vody.
Čerpací systém použitelný pro odtahování podzemní vody zahrnující volný produkt tedy může být tvořen:
-
jedním čerpacím okruhem odtahujícím směs uhlovodíků a vody, která musí být následně rozdělována - tento systém vyžaduje minimální vybavení a relativně nízké náklady na hloubení vrtů
-
dvěma čerpadly, z nichž každé je umístěno v jednom vrtu - první čerpadlo slouží ke snížení hladiny podzemní vody v obou vrtech, zatímco druhým čerpadlem je odstraňován plovoucí volný produkt
-
jedním vrtem se dvěma čerpadly, z nichž níže umístěné čerpadlo zajišťuje snížení hladiny podzemní vody ve vrtu a vrchní čerpadlo potom z hladiny odtahuje volný produkt.
Je zapotřebí zdůraznit, že odstranění volného produktu není nikdy provedeno se stoprocentní účinností. Určité množství volného produktu zůstává zachyceno na povrchu částic zeminy a představuje tak i nadále zdroj kontaminace. Koncentrace kontaminantu rozpuštěného ve vodě se odstraněním volného produktu nemusí prakticky vůbec změnit a tato fáze sanačního postupu by tedy měla být následována dalšími kroky. Není-li v kontaminovaném prostoru již přítomen volný produkt a odčerpáváním je odstraňována pouze voda s rozpuštěným kontaminantem, je čerpací systém samozřejmě podstatně jednodušší než ve výše popsaném případě.
Účinnost odčerpávání podzemní vody s rozpuštěným kontaminantem závisí kromě jiného na rychlosti čerpání a na čerpacím režimu, který v zásadě může být dvojí - kontinuální a pulsní. Při kontinuálním (nepřerušovaném) čerpacím režimu koncentrace kontaminantu v odtahované podzemní vodě postupně klesá, jak je ukázáno na Obr. 8.2.3. přičemž tento pokles závisí na čerpací rychlosti. Pokles koncentrace kontaminantu v čase obecně nastává v důsledku pomalé kinetiky přechodu kontaminantu z tuhé fáze do podzemní vody nebo v důsledku pomalého rozpouštění zbytkového volného produktu (viz dále tailing efekt a rebound efekt). Tento pokles (jehož důsledkem je tedy i klesající výtěžnost vrtu) může být částečně eliminován aplikací tzv. pulsního režimu čerpání, který spočívá v periodickém zapínání a vypínání čerpadla. V rámci této modifikované techniky jsou čerpadla zapínána periodicky na dobu pohybující se přibližně v řádu od hodin do dní. Mezi dvěma čerpacími cykly dochází k ustavení rovnovážného stavu (nebo alespoň k přiblížení rovnovážnému stavu) mezi tuhou fází zeminy (případně zbytkovým volným produktem) a podzemní vodou a po následném zapnutí čerpadla je opět po určitou dobu odváděna podzemní voda nasycená kontaminantem (případně obsahující takové množství kontaminantu, které se nasycenému stavu blíží). K ustavení rovnováhy dochází řadou mechanismů - desorpcí z tuhé fáze, rozpouštěním zbytkového volného produktu, difúzí ze zóny stagnace nebo ze zón o nízké propustnosti, atd.. Vnějším projevem tohoto režimu je potom střídavý pokles a nárůst koncentrace kontaminantu v podzemní vodě, jak je ukázáno na Obr. 8.2.4.
Obr. 8.2.3: Závislost koncentrace na době čerpání nebo na čerpaném objemu s vyznačením tailing-efektu a rebound efektu
Obr. 8.2.4: Pulsní čerpání
Pokud se na hladině podzemní vody nachází nerozpustný, kapalný volný produkt, je před zahájením sanačních prací zpravidla nezbytné odhadnout objem nebo hmotnost tohoto volného produktu. Tloušťka vrstvy volného produktu zjištěná v monitorovacích vrtech ovšem zpravidla není representativním údajem použitelným pro výpočet objemu volného produktu. Je známo, že tloušťka volného produktu vyskytujícího se v horninovém prostředí je (skutečná tloušťka) je podstatně menší nežli tloušťka produktu plavajícího na hladině podzemní vody v monitorovacím vrtu (zjevná tloušťka).
Čistící zařízení
Jakmile je kontaminovaná podzemní voda (nebo volný produkt) odčerpána prostřednictvím sanačních vrtů na povrch, dochází k jejímu čištění, které je v zásadě prováděno stejnými postupy, které jsou používány pro čištění jakékoli jiné znečištěné vody. Specifická situace nastává samozřejmě v případě volného produktu, který je v řadě případů odčerpán z kontaminované zeminy prakticky ve své původní formě a jako takový může být i dále zpracován (například ropné uhlovodíky). V případě kontaminované podzemní vody (tedy vodného roztoku daného kontaminantu) potom nastupují obecně používané postupy, které jsou známé z oblasti technologie vody, a proto zde nebudou podrobněji diskutovány. Obecná použitelnost hlavních způsobů čištění je pro některé významné typy kontaminantů ukázána na Obr. 8.2.5.
Časové etapy při aplikaci sanačního čerpání
Základním cílem sanačního čerpání je snížení kontaminace do takové míry, aby zbytková koncentrace již nebyla pro okolí nebezpečná. Mezí, která musí být při sanačním čerpání dosažena je sanační limit. U. S. EPA stanovila šest časových etap, které by měly být dodrženy při správném provedení techniky sanačního čerpání. Schematicky jsou tyto časové etapy ukázány na Obr. 8.2.6. (Platnost tohoto časového členění je v zásadě obecná a jednotlivé etapy by měly být respektovány i u jiných sanačních technologií)
1. etapa - Průzkum lokality, na jehož základě je deklarována potřeba sanovat, jsou stanoveny podmínky sanace a definován sanační limit. Příprava sanačního projektu, vyhloubení sanačních vrtů a instalace odpovídajícího technologického zařízení.
2.etapa - Vlastní sanace, v jejímž průběhu koncentrace kontaminantu v čištěném prostoru postupně klesá.
3. etapa - Při snížení úrovně kontaminace pod požadovanou mez a udržení této úrovně po dostatečně dlouhou dobu je na základě expertního posouzení ukončeno vlastní čerpání.
4. etapa - Posanační monitorování úrovně kontaminace v podzemní vodě a zjištění okamžiku ustavení nové rovnováhy v čištěném prostoru.
5. etapa - Dlouhodobé monitorování potvrzující trvalé snížení kontaminace pod požadovanou mez. Pokud trvalé snížení není dosaženo, může být provedeno přehodnocení cíle sanace.
6. etapa - Závěrečné prohlášení o vyčištění lokality.
Obr. 8.2.5: Použitelnost některých technologických postupů při čištění kontaminované podzemní vody
Obr. 8.2.6.: Časové etapy při aplikaci sanačního čerpání