7/12/2013

1

MATCROSSHUSRB/1002/214/188

ZAGAĐENI SEDIMENT I

Okrugli stoPUT OPORAVKA BOLESNOG VODOTOKA

Vrbas, 21.03.2013

.

ZAGAĐENI SEDIMENT I TEHNIKE REMEDIJACIJElat. remediare = lečiti, popraviti

dr SRĐAN RONČEVIĆDepartman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredine

Prirodno‐matematički fakultetUniverzitet u Novom Sadu Novi Sad, 16.12.2011.

Neadekvatan tretman otpadnih voda

• Na teritoriji Vojvodine je registrovano 497 zagađivača voda:

• industrija 326prehrambena  118ostala industrija             208

• stočarstvo 113

3

• naselja 44• ostalo 14

• Od 497 registrovanih zagađivača:• ne prečišćava      343• prečišćava 71 (sa komunalnim otpadnim vodama)• prečišćava 83 (samo primarno)

Novi Sad, 16. 12. 2011.

8001.0001.2001.4001.6001.8002.000

g/da

n

CrCuZn

Prosečno dnevno opterećenje otpadnih voda metalima po delatnostima

Industrija koja ispušta otpadne vode sa nedovoljnim predtretmanom u gradsku kanalizaciju

4

0200400600800

TE

KS

TIL

NA

IND

US

TR

IJA

OB

RA

DA

ST

AK

LA

MA

ŠIN

SK

A I

ME

TA

LNA

IND

US

TR

IJA

SA

KU

PLJ

AN

JE,

PR

EČ

IŠĆ

AV

AN

JEI

DIS

TR

IBU

CIJ

AV

OD

E

PR

OIZ

VO

DN

JA I

PR

ER

AD

AG

VO

ŽĐ

A

SA

OB

RAĆ

AJ

g MnNiPb

50000

60000

70000

količina otpadnih voda

prosek za interval

prosek za radne dane

Prosečne dnevne količine otpadnih voda koja se ispušta u pojedine kanala HS DTD

Sezonska proizvodnja: šećerane, prerada voća i povrća itd

5

0

10000

20000

30000

40000

m3/

dan

Dunav Tisa Begej DTD"Bečej-

Bogojevo"

DTD"Vrbas-Bezdan"

Krivaja DTD "Ban.Palanka-

NoviBečej"

Kikindskikanal

Vršačkikanal

30000

40000

an

HPKBPK

Prosečno dnevno opterećenje HS DTD organskim materijama

Ispuštanje otpadnih voda velikih zagađivača: npr. Fermin u Senti, Šećerana u Senti

6

0

10000

20000

DTD NoviSad-

SavinoSelo

Tisa Begej DTD Bečej-Bogojevo

DTDVrbas-Bezdan

Krivaja Kikindskikanal

kg/d

a

7/12/2013

2

Identifikovani problemi

• Mineralna uljaU kanalu Begej (do 253 mg/kg) 

Kanal DTD Vrbas‐Bezdan (do748 mg/kg)

7

Jezero Ludoš (do 451 mg/kg).

• PAH

U kanalu Begej iTamiš 

• Pesticidi i PCB

Najviše izraženo u kanalu Begej

Problemi

• Visoka koncentracija metala je detektovana u Plovni Begej, Kanalu “Vrbas‐Bezdan”, Nadeli, Jezeru “Moravica”, Aleksandrovački kanal, Kudoš...

• Prosečne godišnje vrednosti za metale u rekama i kanalima su

8

metale u rekama i kanalima su bile: 

Ni 39 to 140 mg/kg,Zn 170‐690 mg/kg, Cd 2.5 ‐23 mg/kg,Cr 47‐330 mg/kg, Cu 44‐360 mg/kg,Pb 47‐460mg/kg, Hg od 0,06‐0,4 mg/kg

ZAŠTIĆENE ZONE U VOJVODINI

9

• Na ispitivanim lokacijama na osnovu koncentracija sezonskih merenja a i srednjih vrednosti tih merenja može se zaključiti da uglavnom svi toksični metali mogu da utiču ili utiču na prirodne osobine sedimenta, jer premašuju holandsku “target” vrednost. 

• Posmatrano po lokacijama: 

Koviljsko‐Petrovaradinski rit (Ni, Zn, Cd, Cu), 

Obedska bara i Carska bara (svi sem Cr i Hg), 

jezero Ludoš (sem Hg), 

Gornje‐podunavlje (Zn), 

Zasavica (Ni, Cd) i Moravica (Ni, Zn, Cd). 

• Povremeno je koncentracija premašila i vrednost holandske interventne vrednosti, kada se preporučuje remedijacija za: 

bakar (Koviljsko‐Petrovaradinski rit‐Šlajz, Jezero Ludoš, Carska bara‐Vidikovac, Zasavica) i 

za nikl, cink, kadmijum i hrom na lokaciji Jezero Ludoš‐Ludoš I.

10

Crne tačke u AP Vojvodini na

vodotocima male samoprečišćavajuće

moći!

11Novi Sad, 16. 12. 2011.

Količine sedimenata koji se izmuljivaju u Vojvodini:

• Pantelić i sar. (2004):

– u periodu 1994‐2003 godišnja količina izmuljenog sedimenta je bila 0,16 mil. 

m3 (1994‐1999) do 1,4 mil. m3 u 2002. godini, a ukupna količina izmuljenog 

sedimenta tokom desetogodišnjeg perioda (1994‐2004) bila je preko 5,8 mil. 

m3

• Savić i sar. (2003) 2 miliona m3 godišnje:

– Begej – 2.385.000 m3

(115.000 m3 kontaminirano) 

– Nadela – 100.000 m3

Svi sedimenti

Zagađeni sedimenti

Količina sedimenata koji se izmuljavaju

Skorašnje poplave: 2002. i 2006.

7/12/2013

3

Troškovi tretmana sedimenta:• oko 50 EUR/m3 x 2000000 m3 = 100 miliona EUR/god. (stabilizacija)• >1000 EUR/m3 x 2000000 m3 = 1 milijarda EUR/god. (visoko temp. term. proc.)

• Veoma je značajno definisati lokacije gde je neophodna remedijacijasedimenta PROCENA RIZIKA kao i koju tehnologiju primenitisedimenta - PROCENA RIZIKA, kao i koju tehnologiju primeniti.

• Praksa rešavanja problema na osnovu literaturnih podataka bezistraživanja stanja i načina kojim se to stanje može poboljšati.

• nacionalni odbori, strateški dokumenti (nacionalni plan remedijacije),mapiranje i monitoring sedimenta, vruće tačke, akcioni planovi, pilotistraživanja nekoliko mogućih tehnoloških rešenja.

karakterizacija sedimenta&

procena rizika

Način remedijacije treba odabrati sagledavanjem:

sediment zagađen iznad nivoa koji zahteva remedijaciju

karakteristika lokaliteta (hidrodinamika, obližnji resursi i infrastruktura, dubina vode i sl.);specifičnosti projekta (veličina zagađene zapremine ili površine, zakonski okvir prema kome će se projekat proceniti i sl.);specifičnosti sedimenta (vrsta zagađenja, koncentracija, fizičke karakteristike sedimenta i prisustvo otpada (delova automobila, kamenje i sl.) u sedimentu što može da ograniči izmuljavanje, pokrivanje ili tretman sedimenta)

zaštitazaštitazaštitazaštitaživotneživotnesredinesredine

ekonomskaekonomskaefikasnostefikasnost

1. Kontrola izvora zagađenja - definisati zone za visokom koncentracijom zagađenja, a zatim primeniti tretman i uklanjanje.

2. Eksperimenti za odabir tehnika.3. Monitoring i istraživanje da se oceni napredak

j kt

Strategija remedijacije

projekta.

Podela remedijacionih tehnika

Remedijacija sedimenta:

1. in-situ remedijacija - opcija bez uklanjanja sedimenta:• monitoring prirodnog uklanjanja• in-situ tretman• izolacija zagađenog sedimenta prekrivanjem

2. ex-situ remedijacija - vađenje zagađenog sedimenta, transport, tretman i odlaganje.

7/12/2013

4

Monitoring prirodnog uklanjanja zagađenja

prepušteno je prirodnim procesima da očiste kontaminirani lokalitetbez ljudske intervencije!!!

Destruktivne procese• aerobna i anaerobna

biodegradacija

Nedestruktivne procese• isparavanje,• razblaživanje (disperzija i infiltracija)

Prirodni procesi uključuju:

biodegradacija,• abiotička oksidacija, • hidroliza,• radioaktivno raspadanje.

• razblaživanje (disperzija i infiltracija)• sorpciju zagađenja na

organskim materijama i mineralima gline u zemljištu.

Pasivna bioremedijacija – Passive bioremediationSpontana bioremedijacija - Intrinsic bioremediationPrirodno uklanjanje (smanjenje) - Natural attenuation Biouklanjanje (smanjenje) – Bioattenuation

Nedostaci::

Prednosti::• aktivnosti svedene na monitoring i

institucionalnu kontrolu• ne uništava se vodno telo•• niži troškovi čišćenjaniži troškovi čišćenja

• sediment ostaje u vodenom okruženju•• nnee mogumogu sese uklanjauklanjatiti visokvisokee koncentracijkoncentracijee zagađenjazagađenja•• može doći do migracije zagađenjamože doći do migracije zagađenja•• vreme razgradnje težih frakcija je dugovreme razgradnje težih frakcija je dugo•• ne može se uvek postići ciljna vrednost koncentracije zagađenja za ne može se uvek postići ciljna vrednost koncentracije zagađenja za

razumno vremerazumno vreme•• uslovi na lokalitetu mogu biti nepovoljniuslovi na lokalitetu mogu biti nepovoljni•• potreban je dugotrajan monitoringpotreban je dugotrajan monitoring

Aeracija sedimenta

Dodatak oksidanata, nutrijenata i flokulanata da se poboljša biohemijsko-fizičke k kt i tik di t

In-situ tretman sedimenta

TTehnička ehnička (eng. engineered)(eng. engineered) bioremedijacijabioremedijacija --stimulacija mikrobiološke degradacije zagađenja.stimulacija mikrobiološke degradacije zagađenja.

Direktna injekcija vazduha ili vode u sediment serijom pumpi, creva i raspršivača.

karakteristike sedimenta

Prednosti- Smanjena toksičnost, mobilnost i

zapremina- Moguće smanjenje troškova i vremena

sprovođenjaPrednost aerobnog procesa je - Prednost aerobnog procesa je građenje j-nja sa manje mirisa i brzi proces degradacijeNedostaci

- Nedokazana tehnologija- Pogodno samo za niske koncentracije zagađenja- Kratkotrajni uticaj dodataka.- Vreme da se postigne cilj remedijacije i nivo čišćenja.

Površinska primena oksidanata Aeracija vodenog sloja

Aeratori vetrenjačeAerator unosi vazduh

kroz površinu vode i tera ga kroz vodeni stub ga kroz vodeni stub.

7/12/2013

5

In-situ pokrivanje

velika količina zagađenog sedimenta (npr. morski sediment u Norveškoj) / tehnika postavljanja sloja izolacionog materijala (peska) preko sedimenta sa ulogom da zadrži i stabilizuje zagađeni sedimentuglavnom se koristi granulisani materijal: čist sediment, pesak ili šljunakšljunak

primena geotekstila, prekrivača i drugih propusnih ili nepropusnih elemenata u višeslojnom prekrivaču koji mogu da uključe dodatne materijale da bi se smanjio fluks zagađenja

Prednosti- jednostavno se primenjuje- nema izmuljivanja i transporta- manji troškovi

Nedostaci- sediment ostaje u vodenom ekosistemu- smanjuje se dubina vode- nekad je teško postaviti prekrivač bez značajnih gubitaka zagađenja - sabijanje i narušavanje dubljeg sedimenta- sediment je pod uticajem poplava i sličnih nepogoda- treba zaštiti prekrivač od sidrenja plovila i vučenja kobilice- potreban je dugotrajni monitoring i održavanje

• za malu količinu sedimenta

izmuljavanje i iskopavanje

obezvodnjavanje

EX-SITU REMEDIJACIJA

tretman

transport materijala

odlaganje na deponiju

IzmuljivanjeMogućnost resuspenzije tj. disperzije finih čestica sedimenta uzmogućnost oslobađanja vezanog zagađenja u okolinu jer se nafinim česticama zadržavaju dioksini/furani, PCB, pesticidi, organo-živa i drugi poluisparljivi toksini i metali!!!

Separacija i tretman vode i sedimentaodvajanje šljunka i peska

izmuljivanje sedimenta odvajanje praha i gline voda

Slabo zagađen(iskorišćenje kao npr. građevinski materijal)

Jako zagađena org. jed., nitratima, nitritima, metalima, uljima, PAH(tretman – biološki, oksidacija, na postrojenju za tretman otpadnih voda)

Jako zagađen metalima, uljima, PAH, PCB, organskim jed.(tretman - biološki, incineracija, iskorišćenje u građevinarstvu ili bezbedno odlaganje)

Obezvodnjavanje

jedan od zahteva za odlaganje je “bez suvišne vode"

GEOBAGS

7/12/2013

6

Tretman vode

Fl k l ij S di ij Nitrifikacija/Voda od obezvodnjavanja

Flokulant / Fe Flokulant/ Polimer

Flokulacija Sedimentacija Nitrifikacija/Kapajući filter

Nitrifikacija/Kontaktor Trakasti filter

sedimenta

vodotok

Mulj za odlaganje

Fizička separacija sedimenta

centrifugiranje,flokulacija,hidrocikloniprosejavanjesedimentacijasedimentacija

Zagađenje zavisno od veličine čestica

klasifikacija sedimenta(DIN 4022)

63 mm kamenje

20 mm - 2 mm šljunak

• Zagađenje je predominantno u srednjoj frakciji praha ( dp < 20 µm )

• Zagađenje je minorno u frakciji peska ( dp > 63 µm )

632 µm - 63 µm pesak

20 µm - 2 µm prah

0,6 µm - 0,2 µm glina

Mehanička separacija (veličina čestica) ima smisla

SSolidifikacija i olidifikacija i SStabilizacijatabilizacijamešanje ili ubacivanje agenasa u cilju formiraja kristalnog, staklenog ili polimernog okruženja zagađenja – in-situ i ex-situ

Osnovna dva strategijska pravca su:odlaganje sedimenta nakon solidifikacije zatrpavanjem na za to

Solidifikacija – fizički procesStabilizacija – hemijski proces

specijalno konstruisanim deponijama ili proizvodnja građevinskih blokova.

Opasna jedinjenja su manje rastvorna i toksična i zarobljena su u matriksu.

Problem – povećanje zapremine zagađenog materijala.

Smeta prisustvo organskih jedinjenja, ulja i masti, neorganskih soli kao što su nitrati,sulfati i hloridi, sitne čestice, VOC i nizak sadržaj čvrste faze.

Solidifikacija se izvodi materijama na bazi:•silikata i cementa (portland cement, lebdeći pepeo, šljaka topioničkih peći, vodeno staklo)•kreča•termoplastičnih materijala (bitumen, polietilen, parafin, voskovi)•organskih polimera (ureaformaldehid do poliuretanske pene; poliestarske i polivinilne smole)

Nakon primene tretmana solidifikacije i stabilizacije neophodno je testirati konačne performanse tretiranog materijala. j

0 10 20 30 40 50

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Kum

ulat

ivna

izlu

zena

frak

cija

Cu

(%)

Vreme (dani)

L5 L10 L20 L50 L80

7/12/2013

7

TEST EKSTRAKCIJE

Jedna ekstrakcija

Paralelna ekstrakcija

Sekvencijalna ekstrakcija

37

Nadograđena ekstrakcija

DINAMIČKITESTOVI

Test spiranja

Tank test

Soxhlet test

Perkolacionitest

In-situ solidifikacija/stabilizacija

Disperzija sedimenta prilikom izmuljivanja može se sprečiti smanjenjem količine vode u sedimentu i prisustva finih čestica.Npr. dodataka pozoloničkih agenasa kao što je portland cement

snažne mešalice se koriste da mešaju suspenziju pozoloničkih aditiva u sediment in-situ, stabilišući je tako da se može koristiti u građevinske svrhe

Uspešna stabilizacija smanjuje mogućnost disperzije sedimenta i olakšava transport, odlaganje ili tretman.

3/9/2008

Protivstrujna ekstrakcija rastvaračimaPranje sedimenta

Termičkaremedijacija

destilacija, destilacija, piroliza ili spaljivanje

Elektrokinetikamigracija zagađenja u električnom polju poddejstvom elektrosmoze, elektromigracije i/ilielektroforeze.Izvor jednosmerne struje

unimeranoda katoda

sediment

7/12/2013

8

Biološka remedijacijaBiološka remedijacijaBIOREMEDIJACIJA

biološka transformacija i degradacija zagađenjabiološka transformacija i degradacija zagađenja

bakterije, gljive, kvasci kontrola temperature

mešalicaizlaz gasova

zagađen sediment

voda

Bioremedijacija u suspenziji

izlaz tečnosti

sediment za sušenjeulaz vazduha

nutrijenti

• lakše rukovanje!

• bolja kontrola!

• bolje predviđanje!

Landfarming - Površinska obrada

Bioremedijacija u čvrstoj fazi

Nutrijenti/vlaga

Sloj šljunka

10 do 35 cm

Sakupljanje ocednih vodaNepropusni sloj

Zagađeni sediment

7/12/2013

9

Bioremedijacija u čvrstoj fazi

BiogomileBiogomile

Fitoremedijacija

Fitoremedijacija je upotreba biljaka da se ukloni zagađenje iz sistema.

Genetička i fiziološka sposobnnost biljaka dasposobnnost biljaka da akumuliraju i translociraju zagađenje u nadzemni izdanak i/ili ga transformišu i ugrađuju u biomasu.

Hibridna topola Populus sp. - najčešće Populusdeltoides (eastern cottonwood) i Populustrichocarpa (black cottonwood).

• brzo raste (3 do 5 metara godišnje),d ži i (25 30 di )• dugo živi (25-30 godina),

• topole mogu da se sade na odloženom sedimentuili da se formiraju zasadi u blizini obale i da sevrši direktna aplikacija sedimenta oko drveća -zasadi topola kao postrojenje za tretmanzagađenog sedimenta

• drvo može imati tržišnu vrednost tj. može se koristiti u industriji papiraili kao biomasa za dobijanje energije

7/12/2013

10

U saradnji sa Institutom za nizijsko šumarstvo i životnu sredinu

I Hibridna topola Populus nigra x maximowitizil cl. NM 3II Američka crna topola Populus deltoides cl. PD2III Evroamerička topola Populus x euramericana cl. EA 8IV Bela vrba Salix alba cl. SA/I/1V Bela vrba Salix alba cl. SA/H/1VI Bela vrba Salix alba cl. SA/K/1

zona u blizini obale koja može biti konačno mesto odlaganja ili privremena lokacija za čuvanje ili pred-tretman

Odlaganje sedimentaSmeštanje izmuljnog materijala na odabranu lokaciju uz dodatno obezbeđenje da se zagađenje ne raširi.

depresija, iskopana rupa ili jama

Mesto odlaganja ne mora biti konstruisano.Ipak, troškovi mogu biti veliki, pošto mesto odlaganja može biti kilometrima udaljeno od mesta izmuljivanja i cena prekrivanja odloženog materijala može biti velika.Najčešći se sediment transportuje kamionima od mesta predtretmana do mesta odlaganja predtretmana do mesta odlaganja.

Zaštitna folija:•sprečavanje isparavanja i oticanja toksičnih komponenti•sprečavanje UV degradacije do toksičnih komponenti

Folije mogu biti od različitih materijala – npr. od polietilena, polipropilena

OgraničenjaOcena opcija tretmana i odlaganja sedimenta sagledavanjemodrživosti: primena alata za integrisanje ekonomskih, socijalnih ikriterijuma životne sredine u strategiju ocenjivanja

EKONOMIJA

Opcije: - ekonomski izvodljive

DRUŠTVOŽIVOTNA SREDINA

- obezbeđuju zaštitu životne sredine - prihvatljive od zainteresovanih strana

Izazov: objediniti različite tipove informacija relevantnih da podrže procedure donošenja odluka

Ekonomska ograničenjaTroškovi tretman često visoki - fondovi za kontinualno finansiranjeaktivnosti izmuljavanja nisu dovoljni - dodatno opterećenje zadruštvoZavisno od lokacije i društvenog pritiska

Praksa: ljudi nisu spremni da plate više od toga

7/12/2013

11

• Prirodno‐matematički fakultet Univerziteta u Novom Sadu (Departman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredine)

• Departman za primenjenu hemiju i zaštitu životne sredine Univerziteta u Segedinu

Razvoj novih materijala za primenu u ekološki prihvatljivim i ekonomski isplativim tehnologijama remedijacije zagađenih 

područja u prekograničnim oblastima

MATCROSS

modifikovani zeoliti, nano‐zero‐valentno gvožđe, ugljenične nanocevi, ugljenik 

velike površine

Podrška projektu

• Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehnološki razvoj (finansijska podrška)

• Pokrajinski Sekretarijat za poljoprivredu, vodoprivredu i šumarstvop

• Pokrajinski sekretarijat za urbanizam, graditeljstvo i zaštitu životne sredine

• JVP „Vode Vojvodine“

Učesnici projekta:

1. Dr Srdjan Rončević, project coordinator2. Dr Božo Dalmacija

3. Dr Jelena Tričković

4. Dr Valéria Guzsvány

5. Dr Jasmina Agbaba

1. Dr Zoltán Kónya, project partner group leader

2. Dr Ákos Kukovecz

3. Dr János Halász

4. Dr András Sápi6. Dr Milena Dalmacija†7. Dr Ljiljana Rajić

8. Dr Dejan Krčmar

9. Dr Snežana Maletić

10. Dragana Tomašević

11. Dr Zsigmond Papp12. Marijana Kragulj, MSc

13. Dr Milena Bečelić‐Tomin

Hvala na pažnji!p j