Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

4.4. Olajkár elhárítás a talajban

4.4. Olajkár elhárítás a talajban

4.4.1. Az olaj mozgása a talajban

A következőkben megkíséreljük egészen leegyszerűsítve vizsgálni azt a folyamatot, hogy hogyan kerül a felszínen kiömlött olaj a talajba, talajvízbe és miként okoz ott vízszennyezést. Az olaj talajbani mozgásánál alapvető különbséget kell tenni az olajnak, mint fázisnak szétterülése és a vízben oldott olaj mozgása között. Amíg ugyanis az oldott anyagok a szivárgó-és talajvízzel együttesen vándorolnak, addig az olaj laza kőzetekben, talajokban összefüggő olajtestet képez.

Ha olaj hatol be a talajba, lényegében a nehézségi erő hatására húzódik lefelé és ún. olajtest alakul ki, melynek alakja és nagysága a talaj és az alatta elhelyezkedő földtani összlet nemétől és szerkezetétől, valamint az olaj mennyiségétől és fizikai tulajdonságaitól függ.

Első esetben vizsgáljuk az olajtest alakját, egyenletes, egynemű talajban. Ilyenkor a 4.6. ábrán bemutatott szabályos alakú olajtest alakul ki. Behatolási mélysége empirikus képlettel számítható. (Az ábrák baloldalán látható négyszögek a talajöszlet ho-mogenitását/inhomogenitását jelzik.)

4-6. ábra - Olajtest alakja egynemű talajban

Olajtest alakja egynemű talajban


Ha azonban nem egynemű talajjal van dolgunk, és ez a természetben rendszerint így van, akkor az olajtest többé-kevésbé szabálytalan alakot fog felvenni.

A 4.7. ábrán látható, hogy a kisebb áteresztő képességű réteg a szivárgó keresztmetszet szétterülését eredményezi, míg a jobb áteresztő képességű rétegbe történő átmenetnél lényegében azonos marad a szivárgási keresztmetszet. Ha a beszivárgási hányad az áteresztőképességhez képest valamely rétegben nagy, akkor oldalirányba terjed ki a határfelület egészen addig, míg erősen áteresztő réteghez ér.

4-7. ábra - Olajtest alakja különböző áteresztőképességű talajban

Olajtest alakja különböző áteresztőképességű talajban


Viszont az igen kis áteresztőképességű, finom szemcsézetű közbenső rétegek (4.8. ábra), melyek erősebb mértékben képesek visszatartani a szivárgó vizet, pl. iszapos, agyagos homokok vagy agyagok, jelentős mértékben akadályozhatják vagy akár teljesen megszüntethetik az olaj behatolását a mélyebben fekvő képződményekbe. Ilyen esetben az olaj a talajvízszintig nem is jut el.

4-8. ábra - Olajtest elhelyezkedése ha olajat át nem eresztő talajhoz ér

Olajtest elhelyezkedése ha olajat át nem eresztő talajhoz ér


Ha a beszivárgott olajmennyiség meghaladja a szivárgási tartomány olajvisszatartó képességét, akkor az olaj egészen a talajvízig hatol. Elegendő nyomás esetén az elszivárgási hely alatt behatolhat a talajvízbe, ez esetben azonban a kapilláris zónában vízszintesen szétterül. A 4.9. ábrán látható asszimetria a talajvíz áramlási iránya miatt jött létre. Ha az olaj a nyomás miatt közvetlenül behatol a talajvíztartó rétegbe, akkor a nyomás kiegyenlítődése után gyorsan felemelkedik a talajvíz felszínéig és egyensúlyi helyzetet vesz fel a kapilláris sávban, elsősorban a talajvízáramlás irányában.

4-9. ábra - Az olajtest eléri a talajvízszintet

Az olajtest eléri a talajvízszintet


Áttekintve az eddigieket, megállapíthatjuk, hogy amíg a szivárgási tartományban az olajbeszivárgás befejeződése után csak a talajszemcsékhez adszorbeált (viszonylag kis mennyiségű) olajtartalom van jelen, addig a kapilláris sávban a szabad olajmennyiségek feldúsulnak és mozgásukat korlátozza a kapilláris erő hatása. Míg a szivárgó sávban viszonylag gyorsan mozog az olaj, addig a kapilláris sávban hónapok múlva, sőt évek múlva is maradnak nagyobb olajmennyiségek. Következésképpen a kapilláris zóna a kárelhárítás szempontjából egy jeles hely.

A régebben bekövetkezett nagy olajbalesetek esetén ebből a zónából lehet eltávolítani nem egyszer tekintélyes olajmennyiséget. Ugyanakkor a szennyeződés nem rögzül az olajlencséhez, mert a csapadék az adszorbeált olajból, a talajvíz pedig az olaj lencséből old ki olajkomponenseket.

Ezek után vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor a talajvízszint változik. A 4.10. ábrán három helyzetet látunk. A középső (B) helyzet megegyezik a 4.9. ábrával. A baloldali (A) ábrán a talajvízszint süllyedés helyzetét vizsgáljuk egynemű összlet esetén. Ebben az esetben az összegyűlt olaj a talajvízszint és a kapilláris zóna süllyedésével együtt süllyed le, a jobb oldali (C) ábrán pedig, amikor a talajvízszint emelkedik, a koncentrált olajtestet felnyomja a talajvíztükör és csak az adszorbeálódott olajnyomok maradnak az alsóbb rétegekben.

4-10. ábra - Olajtest elhelyezkedése változó talajvízszint esetén

Olajtest elhelyezkedése változó talajvízszint esetén


A valóságban azonban a helyzet bonyolultabb. Ugyanis az olajkomponensek egy igen tekintélyes – az anyagspecifikus oldékonysági hányadossal leírható egyensúlynak megfelelő mennyiségű – része képes oldódni a vízben. Ha a kőolaj összefüggő fázisként hatol be a talajba és ott esővízzel érintkezik, akkor egyes alkatrészei oldatba mennek át és a vízzel együtt vándorolnak tovább.

Ez a folyamat jön létre, ha az olaj fázisként van jelen a szivárgási tartományban és szivárgó vízzel lép érintkezésbe (4.11. ábra), vagy ha az olaj fázisként van jelen a ta-lajvíz-tartományban és állandóan érintkezik az áramló talajvízzel (4.12. ábra). Ha az olajtest – azaz az olaj, mint fázis – a talajvíz felszíne felett helyezkedik el, akkor a szivárgó víz oldhat ki olajrészeket és a talajvíz felszínére vezeti azokat. Itt kezdődik a horizontális irányú szétterülés a talajvíz áramlási irányába. Ha viszont az olajtest egészen a talajvíz-tartományig ér el, akkor az áramló talajvíz old ki olajkomponenseket és azokat magával ragadja. A kioldott olajmennyiség függ az érintkező felületektől, a víz áramlási sebességétől, a víz telítettségi fokától és az olajfajta milyenségétől.

4-11. ábra - Az olajtestből kioldódó olaj útja

Az olajtestből kioldódó olaj útja


4-12. ábra - Oldott olaj mozgása a talajvíz áramlás irányába

Oldott olaj mozgása a talajvíz áramlás irányába


Végül pedig vizsgáljuk meg azt az esetet teljes bonyolultságában, amikor figyelembe vesszük azt, hogy az olajtestből a kis forrpontú, könnyen illó üzemanyagok a talajban is viszonylag könnyen párolognak. A felszín alatti párolgás függ az olajtermék minőségétől, a nyomástól, a hőmérséklet-gradienstől és a talaj áteresztő képességétől. A szivárgási tartományban elhelyezkedő olajtest körül tehát szénhidrogén-gő-zökből álló olajpárna fog képződni. Hasonlóképpen a talajvízen elfekvő olajlencse fe-lett is kialakul ez a gázburok. Minthogy a gázosodó üzemanyag-gőzök a levegőnél nehezebbek, ezek zömmel a kapilláris sáv feletti rétegben helyezkednek el, mint ahogy a 4.13. ábra mutatja. Mindebből következik, hogy ezek a gázok a szivárgó tartományban vándorló vízben oldódnak és növelik a talajvíz szennyeződését.

4-13. ábra - Az olajpárna hatása

Az olajpárna hatása


4.4.2. A kárelhárítási technológia kiválasztása

Eddigiekben áttekintettük azokat az anyag specifikus tulajdonságokat, amelyek egyrészről behatárolják, másrészről széttárják a környezettechnológia lehetőségeit. Azonban a technológiai módszer kiválasztása során meghatározó lehet néhány egyéb társa-dalmi-gazdasági tényező is, melyeket külön-külön, de egymással szoros kölcsönhatásban kell mérlegelni.

Meghatározóak az anyagi források, melyek megléte, ütemezése, fajtája (költségvetés, privatizáció, hatósági kötelezés), döntő hatással lehet a választandó megoldásra. Elvileg ugyan független, de az anyagiakkal kapcsolatban van a környezetvédelmi követelményrendszer is, melynek eredményeképpen alakulnak ki a kívánatos és tűrhető határértékek, az ideiglenes és távlati célállapotok. A környezetvédelmi, vízügyi és egészségügyi követelményeket, illetőleg a finanszírozási csatornák számát bővítheti egy korszerű kockázatelemzés. Fontos az időtényező is, mely egyaránt összefüggésben van a beavatkozás sürgősségével és a technológia időigényével. A mérlegelés fontos tényezői a különleges helyi adottságok, így a terület jelenlegi és távlati funkciója.Ez nemcsak a környezeti, vízügyi és egészségügyi határértékek megállapítására hat vissza, hanem a választott technológiára is, ugyanis más technológiát választunk lakótelep vagy gyárterület, illetőleg mezőgazdasági terület vagy vízmű-védőidom (pl. nyitott karszt) közelében.

A technológia kiválasztásánál azt is figyelembe kell venni, hogy a mentesítendő területnek és az azokon lévő létesítményeknek a kárelhárítási tevékenységek ideje alatt is el kell-e látni eredeti funkciójukat (pl. közút, vasút, repülőtér, gyárterület, raktár esetén).

Végül, de nem utolsósorban megfontolás tárgyává kell tenni a szakhatósági és a lakossági (önkormányzati) akceptálhatóság kérdését is (Tájékoztatás, felvilágosítás, döntéshozatalba való bevonás, konfilktuskezelés). Nyilvánvaló, hogy azok a környezetkímélő kárelhárítási megoldások élveznek prioritást, melyek legkevésbé károsítják a természeti értékeket, a tájképi és épületkörnyezetet, a területek használati értékét és a keletkezett melléktermékeket a természeti vagy a társadalmi körforgásba ártalommentesen (biológiai lebontás vagy hasznosítás útján) vezetik vissza.

4.4.3. A kárelhárítási technológia elérendő célja

Az előző fejezetek paraméterei ismeretében nemcsak a technológiát választhatjuk ki, hanem a beavatkozás mértékét és célját is. A kárelhárítást eredménye szerint három – éles határokkal el nem választható – célállapotra oszthatjuk:

  • első cél lehet a szennyezés továbbterjedésének megakadályozása, az ún. lokalizáció;

  • második lehet a részleges mentesítés, pl. az olajfázis (olajlencse) kitermelése;

  • harmadik – és környezetvédelmi szempontból korrekt cél – lehet a terület teljes ártalmatlanítása.