Skládkování odpadů
Nutno splnit několik základních podmínek:
- umístění skládky na pozemky s přesně
definovanými hydrogeologickými,hydrologickými a geotechnickými podmínkami;
- těsnění skládky je dimenzováno s ohledem na druh přijímaných odpadů;
- odplynění skládky je navrženo podle druhu přijímaných odpadů.
Výstavbě skládky, stejně jako i jiných velkých zařízení na odstraňování
odpadů, předchází poměrně komplikovaný schvalovací proces přesně vymezený
zákony č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí (tzv. EIA), č.
76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečišťování (tzv. IPPC), a č.
50/1976 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, v platném znění, po jehož
úspěšném zvládnutí může investor získat stavební povolení.
Kategorizace skládek - dělí se do tří skupin:
- skupina S – inertní odpad, označovaná též jako S-OI;
- skupina S – ostatní odpad, označovaná též jako S-OO, tato skupina má ještě
tři podskupiny označované jako S-OO1, S-OO2 a S-OO3;
- skupina S – nebezpečný odpad, označovaná též jako S-NO.
Ve vztahu k úrovni terénu rozlišujeme skládky podúrovňové (v otevřených terénních prohlubních do úrovně terénu), nadúrovňové zakládané na úrovni terénu a kombinované (se základem pod úrovní terénu a převýšením nad jeho úroveň). Zvláštním případem jsou skládky podzemní, využívající přirozené nebo uměle vytvořené dutiny pod povrchem země. Z hlediska stavebního provedení lze na základě zajištění těsnění skládky rozlišovat skládky netěsněné a skládky těsněné přírodním materiálem (nejčastěji jílem a bentonitem) nebo syntetickým materiálem (např.folie z PVC nebo polyethylenu) či jejich kombinací. Z hlediska časového průběhu skládkové činnosti rozlišujeme skládky připravované, provozované a skládky s přerušenou či ukončenou činností. Zvláštním případem jsou skládky odtěžované. Od skládkové činnosti je nutno odlišit činnost skladovací, která se vyznačuje tím, že u všech jednotlivých ukládaných odpadů je možná individuální kontrola a odpady mohou být i jednotlivě přemisťovány. V tomto případě se jedná o úložiště.
Moderní skládka skupiny S-OO a S-NO je vybavena řadou technologických
souborů, které ve svém komplexu umožňují přijímat, evidovat a bezpečně ukládat
odpady, a dále musí být vybavena zařízením na nakládání s výluhovými vodami a
čerpání skládkového plynu, které vznikají v průběhu skládkování v tělese
skládky. Nedílnou součástí výbavy skládky je soubor monitorovacích prvků
sloužících obsluze skládky ke kontrole bezpečnosti a bezporuchovosti jejího
provozu.
Vzhledem k nebezpečí průniku skládkových vod do okolního prostředí musí být skládky skupiny S-OO a S-NO odpovídajícím způsobem těsněny. Tato technická bariéra je většinou kombinovaná. První vrstvu od základové spáry tvoří většinou minerální těsnění s koeficientem filtrace menším než1.10-9 m.s-1. Druhou vrstvu tvoří folie z vysokohustotního polyethylenu (PEHD) minimální tloušťky 1,5 mm, která se na dně používá oboustranně hladká a na svazích z důvodu odstranění smykových ploch zdrsněná. Folie se proti proražení odpadem chrání netkanou textilií a vrstvou pneumatik prosypávaných vhodným jemnozrnným materiálem.
Výluhové vody vznikají v tělese skládky několika způsoby. Jednak jsou to srážkové vody zachycené na povrchu skládky, infiltrující vrstvou odpadů, a pak jsou to vody vzniklé biologicko-chemickými procesy při konsolidaci odpadů. Určité skládky (S-OO, podskupiny S-OO3) musí být vybaveny zařízením na jímání a odvod plynu z tělesa skládky. Odpad ukládaný na tento typ skládek může obsahovat větší množství biologicky rozložitelných látek. Přeměnou organické hmoty za nepřístupu vzduchu (anaerobní digesce) vzniká voda, oxid uhličitý a methan. Způsoby odplynění se dělí do dvou skupin – pasivní a aktivní, umožňující odčerpávání vznikajícího plynu z tělesa skládky. Plyn čerpaný ze skládky se podle kvality, která je dána obsahem methanu (20–65 %), využívá energeticky v kogenerační jednotce nebo se jako jalový spaluje přímo v hořáku.
moderní skládka – náročná stavba technicky vybavená = odkaz na podrobný starší přehledný text, půdorys, obrazová příloha
Tímto způsobem se v současné době u nás odstraňuje převážná část odpadů. Ekonomicky výhodnější jsou velkorozměrné skládky, protože investiční náklady na zakládání skládky je možno rozložit na větší objemy odstraňovaného materiálu. Jediným zařízením pro ukládání odpadů, vyhovujícím zásadám ochrany životního prostředí, je řízená skládka. Je to technické zařízení určené k ukládání určených druhů odpadů za daných technických a provozních podmínek a při průběžné kontrole jejich vlivu na životní prostředí. Území, ze kterého je organizován svoz odpadů na danou skládku se nazývá svozovou oblastí.
Zásady řízeného skládkování:
• odpady jsou plánovitě naváženy do vhodně upravených prostor
• jsou rozhrnovány a zhutňovány v asi půlmetrových vrstvách a v mírném sklonu až do výše přibližně 2 m
• zhutněný odpad je denně shora i ze stran pokrýván asi 20 cm silnou vrstvou vhodné zeminy
• skládka se po konečném zaplnění rekultivuje, což umožňuje její následné využití
Optimální skládka komunálních odpadů by měla být co nejhlubší a měla by mít co nejmenší povrch. Tvar a hloubka tělesa hraje důležitou roli při vzniku skládkového plynu, způsobu jeho migrace, sycení odpadu vodou a ohrožení životního prostředí okolí skládky. Příliš mělká tělesa (přibližně 5 m a méně) jsou náchylná k „otravě kyslíkem“ (aerobizaci), zastavování biodegradačních procesů a nadměrné kontaminaci průsakových vod. Hutnění skládky má význam technický a technologický (v hutněné skládce dochází rychle k anaerobizaci – vytěsnění vzduchu, zastavením anaerobních rozkladů se omezuje zápach, hutněním se omezuje snos lehkých podílů odpadu větrem i aktivita nežádoucích živočichů jako jsou hlodavci nebo ptáci), ekonomický (čím důkladnější hutnění, tím větší množství odpadu se uloží na skládku) a bezpečnostní (na zhutněné ploše vzniká požár obtížně a pokud vznikne, dá se snadno uhasit). Jako hutnící mechanizmy se používají kompaktory (buldozery a vibrační válce nejsou vhodné).
Výběr lokalit pro zakládání skládek
Výběr lokalit a budování nových skládek jsou omezovány nejen přírodními podmínkami, ale i řadou místních, celospolečenských a resortních zájmů v území, které se opírají o příslušné zákony, směrnice, normy a jiné závazné předpisy. Výběr lokality pro zakládání skládky se posuzuje zejména z těchto hledisek:
• ochrany přírodního a životního prostředí
• technické realizovatelnosti a hospodárnosti výstavby a provozu
• společenské závažnosti jiných zájmů ve využití území
Pro posouzení vhodnosti místa skládky jsou rozhodující
• geologické a hydrogeologické podmínky (geologické hledisko sleduje i ochranu ložisek nerostných surovin)
• vodohospodářské podmínky (ochrana vodních zdrojů)
• podmínky ochrany přírody a krajiny
• podmínky rekreace
• podmínky lesního hospodářství (zakládání skládek a znečištění lesa odpady zakázáno)
• podmínky zemědělské výroby
• podmínky ochrany inženýrských sítí (dopravní sítě – určitá stanovená vzdálenost od komunikací, zpravidla 25-100 m; energetické sítě – elektrorozvodná zařízení, plynovody, produktovody, ropovod)
Ohrožování životního prostředí skládkami
Skládkování tuhého komunálního odpadu je relativně nejméně náročný způsob odstraňování odpadů. Přináší však řadu problémů, z nichž nejzávažnější jsou:
• výtoky průsakových vod (výluhů) z tělesa skládky
• vývin skládkového plynu v tělese skládky
• stabilita tělesa skládky, jeho sedání a splachy
• prašnost, úlety materiálu a pachy
• koncentrovaný výskyt hlodavců a ptáků na skládce
• hlučnost z provozu skládky
Zdrojem průsakových vod jsou dešťové srážky (převážná část), voda vznikající při biodegradaci organické hmoty a voda vytlačovaná z pórů v důsledku zatížení tělesem skládky. Zpočátku probíhá nasycení vodní kapacity skládky (kapacita sorpce odpadu) a po jejím překročení (zpravidla po 1-3 letech) dochází k výronu průsakových vod buď do propustného podloží a odtud do podzemních vod nebo při nepropustném podloží na povrch a odtud do povrchových vod. Složení průsakových vod a koncentrace kontaminantů závisí na stáří skládky, na chemických a mikrobiálních procesech probíhajících ve skládce (jejich produkty obohacují průsakové vody chemickými a biologickými škodlivinami) a na množství perkolující průsakové vody. Průsakové vody obsahují sirné sloučeniny (sulfáty jako důsledek skládkování kyseliny sírové, různých průmyslových solí a síranu vápenatého a sulfidy vznikající většinou biologickou redukcí sulfátů), těžké kovy a syntetické organické sloučeniny. Celkové množství průsakových vod je závislé na primárním obsahu vody v tuhých komunálních odpadech (pohybuje se kolem 30-35%), na množství srážek a jejich odparu, na tvaru a propustnosti skládky a na typu převládajících mikrobiálních procesů.
Škodlivý vliv kapalných emisí
Průsakové vody ze skládek odpadů mohou být znečištěny jak biologicky (choroboplodné bakterie), tak i chemicky (těžké kovy, mastné kyseliny, amonné sloučeniny, dusičnany). Zejména nebezpečné jsou průsaky v průběhu kyselinotvorné fáze, případně z takových skládek, kde pro přístup vzduchu nebo nedostatečnou vrstvu odpadu či nedostatečné zhutnění se nemohla rozvinout methanogenní fáze.
Zpracovatelské postupy pro výluhy
• zpracování výluhů společně s kanalizačními kaly (čerpají se do městských čistíren a zpracovávají společně s domovními kaly)
• rozstřikování po loukách, zatravněných plochách nebo uzavřených skládkách (půda a odpady působí jako biofiltr a fyzikální filtr – množství výluhu limitováno 40-50 m3/ha)
• fyzikálně-chemické zpracování (použití koagulačních činidel, např.vápna, solí hlinitých, chloridu železitého, případně společně s oxidačními činidly jako jsou peroxid vodíku, chlor, ozon).
Skládkový plyn – bioplyn
Je plynným produktem biochemického rozkladu organických látek obsažených v tuhých komunálních odpadech. Vzniká-li na skládkách odpadu, označuje se jako skládkový plyn. Podmínky nutné pro tvorbu plynu obsahujícího methan jsou stejné jako u anaerobních reaktorů. Jedná se o přítomnost vody, přítomnost reagujících substrátů, nepřítomnost kyslíku a dostatečnou teplotu.
Přítomnost vody:
• vytváření reakčního prostředí pro uskutečnění přenosu a pohybu reagujících složek (ve vodných roztocích jsou přenášeny ionty, molekuly, enzymy, bakterie a jejich společenstva ). Ve stavu, kdy odpad překročil mez svého nasycení vodou a výluhové vody začínají protékat ložem, se dosahuje optimálních podmínek pro tvorbu plynu.
• důležitá reakční složka - její přítomnost a účast ve vlastní reakci je nutná pro všechny procesy enzymatické hydrolýzy a pro fermentativní pochody. Pokud dokonale uzavřená skládka produkuje bioplyn, není voda významně vynášena a skládka by neměla vysychat.
Biologicky rozložitelný substrát:
Jeho množství je základním faktorem ovlivňujícím množství a složení vznikajícího bioplynu. Existují značné rozdíly v reakčních rychlostech – typické jsou např. různé rychlosti odbourávání dřeva z různých stromů v procesu biomethanizace.
Kyslík:
Kyslík je pro všechny methanogenní bakterie prudký jed a v odpadech, kam má dlouhodobý přístup, žádný methan vznikat nemůže. Nebezpečí přístupu kyslíku:
• špatná technologie ukládání odpadu - každá přivezená dávka odpadu musí být zahrnuta a zakompaktována okamžitě (limit daný provozním předpisem, např. 5 min.).
• tzv. skládkování přes sypnou hranu - kompaktor se pohybuje pouze horizontálně a ponechává svah a bázi sypné hrany bez hutnění.
• infiltrace vzduchu při změnách barometrického tlaku – možnost zastavení methanogeneze.
Všechny drenáže proto musí být plynotěsně uzavřeny.
Teplota:
Uvnitř lože se samovolně ustaví teplota odpovídající stavu a povaze mikrobiálních procesů. Teplota je spíše druhotným rysem, podle které můžeme usuzovat na průběh procesu biomethanizace.
Složení bioplynu se mění v závislosti na stáří skládky a na rychlosti jeho čerpání. Skládá se převážně z methanu a oxidu uhličitého. Optimální podmínky pro tvorbu methanu jsou pH 6,5-8, vlhkost vyšší než 20-30% a teplota 25-40°C.
Množství bioplynu závisí na druhu odpadů, technologii jejich ukládání, mocnosti skládky, poměru obsahu celkového uhlíku k celkovému dusíku v odpadech, přítomnosti toxických látek pro mikroorganismy, neutralizační kapacitě prostředí a zejména obsahu vlhkosti, který ovlivňuje průběh bakteriálních reakcí.
Systémy pro odplynění skládky:
• vertikální – vrty, sběrné studny
• horizontální – drenáže, horizontální vrty
• kombinované – drenáže, vertikální vrty nebo studny
Skládkový plyn lze využít jako palivo jednak přímým spalováním (sušárny, skleníky), jednak v plynových motorech pro výrobu elektřiny nebo jako náhradní zemní plyn (SNG – subst. natur. gas). K těmto účelům je třeba plyn odvodnit. To se provádí automaticky zchlazením po odčerpání ze skládky.
Škodlivý vliv plynných emisí
• nepříznivé ovlivnění rostlinných porostů na skládce i v blízkém okolí
• nebezpečí explozí nebo udušení v uzavřených prostorách
• nepříjemný zápach stopových složek skládkového plynu
Rekultivace skládky
Dosáhne-li skládka a krycí vrstva zeminy konečného tvaru, přistoupí se k rekultivaci.
Technická rekultivace je technologický postup technických opatření (urovnání povrchu skládky, svahování, převrstvení ornicí) zajišťujících vhodné podmínky pro další způsoby rekultivace. Technologický postup rekultivace se liší podle toho, zda bude skládka využívána zemědělsky, lesnicky nebo pro rekreační účely.
Biologická rekultivace je technologický postup provedení biologických a agrotechnických opatření směřujících k tvorbě nové svrchní vrstvy půdy a k vytvoření podmínek pro její zemědělské nebo lesnické využití. Pro biologické využití je vhodné použít různé druhy travin. Pro zemědělské využití, které připadá v úvahu jen zcela výjimečně, je velmi důležité zakrytí technicky rekultivované skládky silnější vrstvou ornice (až 1 m). V prvních letech je vhodné pěstovat okopaniny. Lesnické využití připadá v úvahu nejčastěji na nadúrovňových skládkách a po delší době, kdy přestane silný vývin bioplynu. Náročnější dřeviny je možno vysazovat pouze do dostatečně hluboké vrstvy zeminy (60-100 cm). Pro rekultivaci jsou vhodné trnka, šípek, hloh, bez červený a černý, bříza, akát, jasan, topol, lípa, jeřáb, vrby, javor atd.
Nejjednodušší a nejvýhodnější je účelová rekultivace. Je to technologický postup úpravy uzavřené skládky s cílem jejího využití ke zvláštním účelům, např. pro rekreační a sportovní plochy, parky aj.
Procesy probíhající ve skládkách
Deponované odpady podléhají v loži skládky anaerobnímu rozkladu za tvorby plynu. Průběh postupného biologického odbourávání organické hmoty odpadů ve skládce je sledem několika oddělených fází s charakteristickými podmínkami a produkty. Tyto procesy probíhají zcela samovolně:
• aerobní stadium – organická hmota je v přítomnosti vzdušného kyslíku odbourávána aerobními mikroorganismy
• anaerobní stadium nemethanogenní – v této tzv.“kyselé“ fázi nebo též ve fázi „kyselinotvorného kvašení“ jsou anaerobními organismy produkovány alifatické kyseliny
• anaerobní stadium methanogenní nestabilizované – tj. počáteční stadium rozvoje methanogenních mikroorganismů
• anaerobní stadium methanogenní stabilizované – tj. stadium s bohatě rozmnoženou kulturou methanogenních mikroorganismů
Aerobní fáze – procesy probíhající v této fázi nejsou dostatečně známy, protože tato fáze po uložení odpadů rychle ustává v průběhu několika dnů až týdnů následkem vyčerpání kyslíku. Je však důležitá tím, že lože skládky je primárně zahříváno probíhajícími exothermními procesy.
Anaerobní kyselinotvorná (acidogenní) fáze – po vyčerpání kyslíku je samovolně zahájena kyselinotvorná fáze. Tuky, celulóza a bílkoviny jsou nejprve odbourávány na aminokyseliny, nižší alifatické kyseliny a jednoduché cukry, které se v dalších krocích přeměňují na nižší alifatické kyseliny, převážně o 2 až 4 atomech uhlíku (octová, propionová, máselná – na konci této fáze výrazně převládá kyselina propionová, hodnota pH pod 6,5). Tato fáze trvá týdny až měsíce. V plynných produktech kyselinotvorné fáze se vedle oxidu uhličitého objevuje i malé množství vodíku, který je výchozím substrátem pro tvorbu methanu. Pokud je skládka hluboká a hutněná, takže při změnách barometrického tlaku nemůže do tělesa vnikat nadměrné množství vzduchu, rozvinuje se dále proces methanogenní a skládka se mění z nebezpečného znečišťovatele průsakových vod v účinný přírodní filtr. Průsakové vody jsou v acidogenní fázi znečišťovány vysokým obsahem těžkých kovů, protože agresivní mastné kyseliny rozpouštějí kovové části odpadu.
Anaerobní methanogenní fáze nestabilizovaná – dokonalému rozvoji methanogenních společenstev musí předcházet účinné prokvašení v kyselinotvorné fázi, které vytvoří pro tato společenstva dostatek živin. Další podmínkou pro rozvoj methanogenní fáze je růst pH, protože kyselá prostředí nejsou pro methanogeny vhodná. Jako optimální prostředí vyžadují methanogeny pH 6,8-7,8. Toxicky působí mastné kyseliny a soli (toxický vliv stoupá v řadě Ca-Mg-Na-K-NH4. Methanogenní fáze se stabilizuje během půl roku až dvou let do ustáleného stavu methanogeneze – vzniku methanu.
Anaerobní methanogenní fáze stabilizovaná – probíhá do úplného vyčerpání substrátu. Je stabilizována tvorba methanu, kterou provází současná tvorba oxidu uhličitého. Probíhá pomaleji než fáze kyselinotvorná a významně důležitým životním parametrem je vlhkost substrátu. Dosahují se teploty 35 až 50°C a pokles teploty pod 30°C má negativní vliv na populaci methanogenů. Obsah methanu se v této fázi pohybuje od 52 do 70% obj., oxidu uhličitého v rozmezí 25 až 45% a dusíku 1 až 3% (špičková úroveň je 74% methanu a 26 % oxidu uhličitého).
Plyny vyvíjející se samovolně v tělese skládky vytvářejí uvnitř skládky přetlak, který působí samovolné unikání plynu do okolí. Skládkový plyn proniká k povrchu skládkového tělesa a výrazně omezuje přirozenou tloušťku aerobní půdní vrstvy. Proto se v okolí netěsněných skládek projektují např. vrtné ventilační bariéry.
Blíže o skládkování a skládkovém plynu - RNDr. Morch (2004) a Doc. Ing. F.Straka
Izolace podloží
Těsnění pro skládky lze vyrábět z různých přírodních i syntetických materiálů. V některých oblastech může být místní geologické podloží dostatečně nepropustné i bez dodatečného těsnění. Ve většině případů však povaha podloží nezajišťuje dostatečnou bariéru a některé formy těsnění jsou nezbytné.
Ze syntetických materiálů se nejvíce používají syntetické membrány z PVC a především z polyethylenu (vysokohustotního). Mají menší prostupnost pro vodu než jíly, jsou odolné vůči uhlovodíkům, kyselinám a jiným agresivním látkám vznikajícím ve skládkách. Svařují se přímo na skládkách. V budoucnu se očekává využití dalších nových materiálů, např. fluorpolymerů.
Asanace skládek
Technicky nezajištěné skládky představují vážný ekologický problém. Jedná se většinou o staré (reliktní) zátěže, které nemají izolované dno a boky a není zajištěno odstraňování průsakových vod ani monitoring podzemních vod. Technické řešení asanace, jehož účelem je stabilizace kontaminace, spočívá v zamezení vstupu vody do skládky, zamezení vstupu výluhů do podzemních vod vertikálními či horizontálními bariérami a vybudováním aktivních bariér, např.hydraulických clon.
KONTAMINOVANÉ PŮDY A ZPŮSOBY JEJICH DEKONTAMINACE
Chování kontaminantů v půdě
Půda je komplexní systém sestávající ze čtyř fází:
• půdního vzduchu (20-30%)
• půdní vody (20-30%)
• anorganických pevných materiálů (45%)
• organických pevných materiálů (5%)
Plyny a voda, které se nacházejí v půdních pórech, tvoří 50% obj. běžných půd. V obou fázích se mohou vyskytovat organické látky v množství závisejícím na jejich rozpustnosti a těkavosti. V závislosti na charakteru půd a na fyzikálních a chemických vlastnostech kontaminantů mohou být kontaminanty v obou fázích pohyblivé či nepohyblivé.
Pevná složka půdy sestává z anorganických a organických látek. Anorganické látky představují převážně málo rozpustné minerály jako jsou písky a jíly. Pevné složky mohou mít vysoce reaktivní nabité povrchy, které hrají významnou roli při imobilizaci organických látek v půdách. Určité typy jílů mají obzvláště vysoký záporný náboj a vyznačují se značnou schopností výměny kationtů. Rovněž organické látky v půdě mohou mít vysoce reaktivní nabité povrchy, což přispívá k jejich zadržování v půdním systému.
Půda má schopnost zadržovat a imobilizovat chemické látky. Jejich uvolnění po překročení prahové kapacity půdy může nepříznivě ovlivnit životní prostředí (chemická časovaná bomba).
Kapacita půdy zadržovat chemikálie (velikost skladovacího rezervoáru) závisí na celé řadě vlastností, z nichž nejvýznamnější jsou:
• struktura půdy
• hodnota pH
• redox potenciál
• množství organické hmoty
• množství anorganických solí
• mikrobiální aktivita
Zadržené chemikálie mohou být uvolňovány dvěma mechanismy:
• nasycením skladovacího rezervoáru (lze přirovnat k odkapávání nasycené houby)
• zmenšením objemu rezervoáru v důsledku změn prostředí (ždímání mokré houby)
Tento druhý mechanismus je složitější a může vyvolat náhlé a nepředvídatelné uvolnění chemikálií. K tomu může dojít tehdy, když změny ekologických podmínek jako je klima, kyselost, solnost, výška hladiny podzemní vody nebo eroze půdy vyvolají pokles zadržovací kapacity. Předvídat takové změny je obtížné, např. nebylo možné předvídat, že kadmium vyskytující se jako nečistota ve fosforečných hnojivech se uvolní již po několika letech z půdy po skončení jejího zemědělského obdělávání.
Hlavní funkcí půdy je pěstování plodin a ochrana podzemních vod před znečišťováním. Vrchní část půdy tvoří ornice, která je cenným přírodním materiálem a umožňuje pěstování plodin. U velmi úrodných půd může dosáhnout 1 m i více. Pod ornicí se nachází podložní vrstva, která může mít v některých oblastech mocnost desítky metrů a proto doba pohybu škodlivých látek do podzemních vod může být i stovky roků. V jiných oblastech, kde jsou mělce uloženy rezervoáry podzemních vod, je však doba postupu těchto látek podstatně kratší. Schopnost půdy zadržovat škodlivé látky závisí rovněž na její propustnosti. Písčité půdy mají velkou propustnost, naopak jílovité půdy mohou mít koeficient propustnosti 10-9 až 10-10 m.s-1.
Kontaminace půdy se projevuje zejména:
• snížením hodnoty pH (okyselením)
• zvýšením obsahu škodlivých nebo toxických sloučenin (těžké kovy, různé soli, organické látky) nebo nepříznivými změnami poměru chemických látek v půdě
• zvýšeným výskytem nebo násobným účinkem patogenních mikroorganismů (bakterií, hub)
Nepříznivé vlivy kontaminovaných půd na životní prostředí jsou následující:
• omezení využitelnosti vlastní kontaminované půdy v závislosti na stupni kontaminace
• zvýšené znečišťování podzemních vod umístěných pod kontaminovanými místy
• zvýšené znečištění povrchových vod vodní a větrnou erozí v blízkosti kontaminovaných lokalit
Kontaminace zeminy je nejčastějším důsledkem antropogenního působení. Za kontaminaci je považován stav, kdy v důsledku lidské činnosti se v zemině, podzemní vodě nebo v jiné složce životního prostředí vyskytují chemické látky pro dané prostředí cizorodé svojí podstatou, koncentrací nebo množstvím.
Cizorodé látky v zeminách:
• anorganické (menší množství)
- těžké kovy (nejčastěji Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Cr, As )
- radionuklidy
- ostatní anorganické složky (asbest, kyanidy, fluoridy)
• organické (větší množství)
- těkavé organické látky (VOC) halogenované (chloroform, tetrachlormethan, trichlorethylen, perchlorethylen) a nehalogenované (aceton, methanol, ethylether)
- semivolatilní organické látky (SVOC) halogenované (hexachlorbenzen, pentachlorfenol) a nehalogenované (dibutylftalát, nitrofenoly)
polyaromatické uhlovodíky (antracen, acenaften, benzpyren)
polychlorované bifenyly a pesticidy (insekticidy, fungicidy, herbicidy)
- ropné látky – uhlovodíky a jejich směsi, které jsou při teplotě 40°C ještě tekuté. Vedle uhlovodíků obsahují ropné látky sloučeniny kyslíkaté, sirné a dusíkaté.
Hlavní zdroje znečištění půd:
• úniky ropných produktů při jejich dopravě, čerpání a skladování
• organické a anorganické látky v průmyslových a zemědělských závodech
• průsaky škodlivých látek ze starých skládek, případně vojenských prostorů
Znečištěné půdy jsou většinou zcela znehodnoceny pro zemědělské použití a v mnoha případech i pro stavební účely.
Dekontaminační procesy
Cílem dekontaminace půd je odstranění škodlivých látek a navrácení půdy k původnímu nebo náhradnímu použití. Veškerá opatření musí mít na zřeteli zachování vícefunkčního charakteru půdy (stavebnictví, zemědělství, těžební práce).
Technologie dekontaminace zemin vychází ze tří strategií:
• rozklad nebo přeměna polutantů (tepelné, biologické a chemické metody)
• extrakce nebo separace polutantů (termická desorpce, praní půd, extrakce rozpouštědly, extrakce půdních par)
• imobilizace polutantů (stabilizace/solidifikace a technologie omezující migraci polutantů)
Dekontaminace znečištěných půd lze provádět:
• přímo v místě znečištění bez nutnosti jejího vytěžení (procesy in situ)
• kontaminovaná zemina se vytěží a zpracuje přímo v kontaminované lokalitě podle obsahu a charakteru kontaminantů, zpravidla v mobilních dekontaminačních jednotkách (procesy on site)
• vytěžená kontaminovaná zemina se odváží ke zpracování ve stabilním zpracovatelském závodě (procesy off site)
Kontaminanty mohou být anorganického i organického původu. Dekontaminační metody musí být voleny s ohledem na vlastnosti odstraňovaných látek, případně jejich směsí a vlastnosti půdního komplexu. Metody lze rozdělit do pěti skupin:
• fyzikální procesy (metody separační, izolační a koncentrační). Nedochází při nich k rozkladu chemických látek, mohou fungovat samostatně, ale častěji tvoří první stupeň vícestupňového procesu. Jedná se o extrakci, stripování, flotaci, elektroremediaci atd.
• chemické procesy – rozklad kontaminantu nebo jeho převedení do formy ekologicky únosnější působením přidávaných reagencií. Vyžadují opatrnost a dokonalý průzkum stavu půdy vzhledem k nebezpečí reakce s jinými složkami půdního komplexu nebo rozšíření do spodních vod. Jedna se o oxidaci, redukci, neutralizaci, srážení, dechloraci, hydrolýzu, polymeraci atd.
• tepelné procesy - půda kontaminovaná organickými materiály obsahuje většinou jen malé množství těchto látek, má malou výhřevnost. a zpracování není ekonomicky výhodné. Vliv zahřívání na kvalitu půdy lze rozdělit do tří skupin:
- zahřívání do 220°C – dochází k úplné dehydrataci půdy, zvyšuje se obsah fosforu a amoniových iontů, zvyšuje se rozpustnost různých kationtů, zlepšuje se růst rostlin. To má příznivý vliv na kvalitu rostlin.
- zahřívání na 220-460°C - spaluje se organická hmota v půdě, většina nutričních prvků, které tvořily komplexy s organickou hmotou, je mineralizována a je snadno přístupná pro rostliny, zlepšuje se růst rostlin. Zahřívání má příznivý vliv na chemický a nutriční stav půdy. V důsledku spalování organické hmoty se však začínají zhoršovat fyzikální vlastnosti půdy.
- zahřívání nad 460°C – ztráta OH skupin z jílů, rozložení karbonátů, poškození krystalografické a prostorové struktury minerálních součástí půdy. Tyto chemické reakce způsobují negativní změny chemického a nutričního stavu půdy, která se stává nepoužitelná pro pěstování rostlin. Půda se stává méně porézní, méně plastická a elastická a tím se zvyšuje nebezpečí její eroze a znečišťování podzemních vod. Zahřívání na tyto teploty je nebezpečné a je nutné se mu v maximální možné míře vyhnout.
Pro tepelnou dekontaminaci se používají rotační válcové pece. Tepelné dekontaminační technologie jsou nákladné, technicky náročné a mohou být doprovázeny emisemi nebezpečných látek.
• biologické procesy – biologicky lze zpracovávat půdy technologiemi in situ, on-site, off-site a v bioreaktorech. Organické látky se působením bakterií oxidují a výslednými produkty jsou v ideálním případě voda, oxid uhličitý a biomasa. Některé bakteriální kmeny odbourávají více typů organických látek, některé jsou vhodné pouze pro určité typy. Proto se používají směsné bakteriální kultury. Snadno se odbourávají uhlovodíky (zejména alifatické), obtížněji fenoly a polyaromáty. V kontaminované půdě se v průběhu času vytvoří kmeny bakterií, které jsou schopny znečištění do značné míry odstranit (tzv.autochtonní bakterie). To je běžné u půdy kontaminované uhlovodíky v okolí ropných nalezišť. U čerstvých kontaminací, jako jsou různé havárie, je třeba dodávat do půdy uměle připravené kmeny. Součástí technoloie bioremediace je příprava optimálního prostředí, které stimuluje růst mikroorganismů a vužití polutantů jako zdroje potravy a energie. Biologické procesy jsou zvláště vhodné pro půdy s nízkým obsahem kontaminantů. Jejich přednost spočívá v tom, že se jimi nenarušuje fyzikální a chemické složení půdy. Nevýhodou je, že jsou pomalé a do značné míry závislé na okolních podmínkách (teplota, vlhkost , přísun živin).
• solidifikační procesy – soubor různých procesů, jejichž cílem je snížit vyluhovatelnost ekologicky škodlivých látek do životního prostředí. V poslední době se tato technologie rozšířila rovněž na imobilizaci cizorodých látek v kontaminovaných půdách a odpadních materiálech.
Nové dekontaminační technologie
• elektrodekontaminace - odstraňování těžkých kovů z půdy založené na elektrokinetickém principu
• extrakce s komplexujícími činidly – při dekontaminaci půd znečištěných kyanidy vznikají komplexní vázané kyanidy, které neohrožují vody
• bioventing – technologie stimulující přírodní proces biodegradace zaváděním kyslíku pro půdní mikroorganismy
• fytoremediace – využívá pro dekontaminaci půd nebo vod schopnosti některých rostlinných druhů sorbovat anorganické a organické látky a buď přímo nebo po enzymatické přeměně je ukládat (kumulovat) v rostlinné hmotě.Podle charakteru znečištěného prostředí, kontaminantu a jeho koncentrací rozeznáváme technologie fytodekontaminační (fytoextrakce, rhizofiltrace, fytodegradace a fytovolatilizace) a fytostabilizační. Fytoremediační metody jsou ve stádiu výzkumu a použity byly ve zcela speciálních případech. Nejznámější je využití vlhkomilných rostlinných společenstev při čištění odpadních vod z domácnosti s využitím tzv.umělých mokřadů. Pro mokřady s horizontálním podpovrchovým tokem se v ČR používá název kořenové čistírny.
