Főoldal » Nanovas a talajkárelhárítás szolgálatában

Nanovas a talajkárelhárítás szolgálatában

MEGOSZTÁS

Ha tetszett a cikk, akkor nyugodtan oszd meg ismerőseiddel, valószínű ők is örülni fognak neki.

Sok szeretettel üdvözlök minden olvasót. Ezen a blogon főként talajról és energetikáról, többek között földhőről, de számos más környezetvédelmi témáról is olvashattok majd.

 

Elsőként németországi szakmai gyakorlatom témáját szeretném bemutatni Nektek. Ennek az az apropója, hogy most Törökszentmiklóson a Szegedi Tudományegyetem kutatóinak segítségével ugyanígy készült egy nagy szabású talaj-kárelhárítási projekt: nanovassal, vagyis nanoméretű vasszemcsékkel.

 

Mekkora a nano?

Egy ilyen szemcse kb. a tízezred része egy hagyományos vasreszelék („mikrovas”) részecskének. Ennek megfelelően speciális kohászati eljárással állítják elő. A szemcsék felülete ezáltal kb. a 100-szorosa a hagyományosan előállított vasreszeléknek, így a kisebb részecskék kémiai reakcióképessége is 100-szoros.

Nanovas a talajkárelhárítás szolgálatában

 Olyan fekete, mint a kávé, csak vasból van

Mire lehet használni a nanovasat?

Bármi olyan célra, ami kémiailag reduktív környezetet igényel. A talaj-kárelhárítás terén akkor használható a nanovas, ha szennyezőanyag redukálásával ártalmatlan, vagy legalább kevésbé ártalmas anyag keletkezik. Ma leginkább a halogénezett szerves oldószerek állnak a figyelem középpontjában. Redukálva oldhatatlan csapadékot képző nehézfémek esetén is alkalmazható. Erre egy példa az Erin Brokovich (Julia Roberts) filmjében bemutatott kromát(VI)-szennyezés. Nanovassal ugyanis ártalmatlan króm(III)-hidroxid képezhető belőle.

 

Miért éppen a nanovasat érdemes használni?

A nanovassal a talaj vagy a talajvíz kiemelése nélkül, ún. in-situ módon lehet kezelni a szennyezőanyagot. Ez egy olyan vegyipari művelet, aminél a talajszerkezet alkotja a reaktort. Vagyis egy igen fontos fegyvertény áll mellettünk a művelet sebessége terén. A művelet körülményekhez képest történő gyors befejezése mindig fontos, hiszen egyes évekig (néha évtizedekig) elhúzódó talajvíz-kiemeléses („pump-and-treat”) projektek óriási energia-fogyasztással járnak.

A halogénezett szerves oldószerek ártalmatlanítása esetén pedig más ok miatt is fontos az időfaktor:

 

Piros: klór, Szürke: szén, Zöld: hidrogén

Ez a ’70-es években főként textiltisztításra használt perklór-etén természetes, biológiai bomlási sora. A sornak éppen a végén jön létre a szennyezőanyag-csoport legmérgezőbb tagja: a vinil-klorid (klór-etén). Ennek a létrehozásával a talajban élő mikróbák kiirtják magukat, vagyis az ártalmatlan etén nem jön létre, az ivóvíz-készletünk pedig nagyobb kockázatnak van kitéve, mint a folyamat elején volt. Régóta elfekvő szennyezéseknél pedig általában már végbement ez a folyamat. Így történt ez Törökszentmiklóson is és a németországi Bornheimban is. A fém vas az oxidálódása során a biológiai folyamathoz képest gyorsítva redukálja a szerves szénatomokat: reakciónként 2 db klóratomot von el a szerves molekulákból, miközben azok telítetlenebbek lesznek:

 

Kép előnézete 

Kép előnézete Kép előnézete

Vastag nyíl: belép a nanovas
(a képekre kattintva nagyban is megjelennek)

Nanovas a talajkárelhárítás szolgálatában

A talajbeli vas természetes körfolyamatába belép a nulla vegyértékű nanovas.

 

Második lépésben a vas(II)-ionok továbboxidálódnak vas(III)-má, miközben hidrogént fejlesztenek, ami leredukálja a szennyező-anyagot. Ez a lépés a talaj természetes vas- és mangántartalmának a segítségével is végbemehet.

Egy hátrány megemlíthető: vas(III)-klorid (rozsdaszerű anyag) hátramarad.

Az in-situ kémiai megoldások egyébként oxidatív irányban is hasonlóan gyorsan és hatékonyan működnek (hidrogén-peroxiddal, hipermangánnal, perszulfáttal, stb.).

 

Hogyan kiviteleznek egy ilyen projektet?

A gyártó víz alatt tárolva (szuszpenziót tartalmazó hordókban) hozza forgalomba a nanovasat. Erre azért van szükség, mert szárazon a normál vasreszelék is erősen hajlamos a porrobbanásra (lásd karácsonykor a csillagszórót: a vasreszelék jól ég), a nanovas pedig ennél százszor reaktívabb. A hordókon belül műanyag zsákokkal tartják a szuszpenziót hermetikusan lezárva, amire azért van szükség, mert a szuszpenzió felszíne fölött hidrogén gyülemlik fel. Ha zárt térben történik az injektálás (pl. mert egy műhely alatt van a szennyezés középpontja), akkor nagyon fontos a rugalmasan kezelhető levegőelszívás biztosítása, hogy az éppen kibontásra kerül hordó gázterét is azonnal el lehessen szívni. A kivitelezéshez védőruhára, védőszemüvegre és gumikesztyűre van szükség, mivel a hidrogén fejlődésével párhuzamosan lúgosságot okozó vas(II)-hidroxid is kerül a szuszpenzióba.

A szuszpenziót keverőtartályban kevésbé ülepedő koncentrációszintre hígítják. Az ülepedés minimalizálása érdekében az altalajba való injektálás dugattyús szivattyúkkal történik. Víznél nehezebb szennyezőanyag esetén lentről fölfelé kell injektálni, hogy a szennyezőanyag a megnövekvő nyomás hatására ne süllyedhessen le. Ezt gumimandzsettás kúttal és speciálisan kitömített injektáló fejjel lehet megoldani. A gumimandzsetta kívülről fogja körbe a kútcsövet, hogy csak azon a szinten történjen injektálás, ahol azt mi szeretnénk. Agyagos-iszapos talajszerkezet esetén az adott szintre való injektálás előtt nagy nyomással fel kell préselni (ki kell tágítani) a gumimandzsettát, hogy az akkora repedéseket hozzon létre a talajban, amiben a nanovas-szuszpenzió gond nélkül elfér.

 

Képek a németországi kivitelezésről

 

Mennyivel energia-takarékosabb egy ilyen projekt az eddig megszokott módszereknél?

Véleményem szerint, ahogy mi végeztük, nem volt lényegesen energia-takarékosabb. Maguk a kivitelezésnél használt eszközök (elszívó ventilátor, felpréselő kompresszor, injektáló szivattyúk) töredékét fogyasztják egy éveken keresztül járatott búvárszivattyúnak. A nanovasat azonban Japánból kellett hajóval és kamionnal egy hűtött konténerben szállítani. Ez az a tétel, ami megdobja a projekt energiamérlegét. Ebből a szempontból nagyon fontos a törökszentmiklósi projekt jelentőssége, mivel ez fölveti a magyarországi gyártás lehetőségét. Igény biztosan lenne rá, hiszen körülöttünk, egész Európában találhatók ivóvizet veszélyeztető szennyezett területek.

A magas energiaigény azonban nem változtat azon a tényen, hogy a legfontosabb természeti erőforrásunk, az ivóvíz megóvása volt a cél, és ezt sikerült néhány hét alatt teljesíteni.

Alapvetően ez egy igen hatékony talajkár-elhárítási módszer, ha jól kivitelezik. Fontos ezért, hogy a lehetőség szerint geológusokból és mérnökökből álló kivitelező csapat tisztában legyen a technológia buktatóival is. A helyes kivitelezési eljárás ugyanis még ott is hosszú ideig segít megőrizni a tiszta vizünket, ahol azt már elszennyeztük.

Források:

[1] http://www.fe4u.com és http://alenco-consult.com

[2] https://www.felsofokon.hu/trepak-attila-blogja/2011/01/23/nano-reszecskek-a-tomeg-gyartasban

[3]  http://www.greenfo.hu/sajtoszoba/sajtotajekoztatok/2011/11/04/nanovas-technologia-a-kornyezetvedelemben-sajtoreggeli

[4] http://www.gtm.hu/magazin/nanovassal-a-talajviz-szennyezodesek-ellen

U.i.: az ábrák rákattintással nagyobban is megjelennek.

MEGOSZTÁS

Ha tetszett a cikk, akkor nyugodtan oszd meg ismerőseiddel, valószínű ők is örülni fognak neki.