Projekti / Programi
In-situ remediacija onesnažene zemljine na področju stare Cinkarne
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P420 |
Naravoslovno-matematične vede |
Petrologija, mineralogija, geokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
Onesnažena zemljina, težke kovine, in-situ remediacija, inženirski zasip, geokemično modeliranje, LCA, LCCA, priročnik
Raziskovalci (17)
Organizacije (4)
Povzetek
Predlog projekta obravnava remediacijo zemljine na področju Stare Cinkarne v Celju, ki je tako močno onesnažena s težkimi kovinami (Cd, Pb, Zn in As), da ima status nevarnega odpadka. To področje je v bližini mestnega jedra, veliko približno 30 ha in predstavlja lokacijo nekdanje topilnice cinka in kemične industrije. Po preselitvi industrijske dejavnosti na lokacijo izven mesta to področje ni bilo sanirano in že več kot 40 let preko emisij strupenih snovi v vode in zrak onesnažuje urbano okolje in ogroža zdravje ljudi in drugih živih bitij. Ker ima zemljina status nevarnega odpadka, sta po nacionalni zakonodaji možni dve alternativi: ali odvoz v tujino na odlagališče za nevarne odpadke (ki je zaradi količine približno 3 milijone ton praktično nerealna) ali remediacija zemljine in pretvorba te zemljine v gradbeni proizvod, ki bo na isti lokaciji vgrajen nazaj v tla kot kvaliteten inženirski zasip.
Znanstveni del predlaganega projekta obsega več raziskovalnih sklopov, v katerih je predvideno: (a) karakterizacija različnih tipov onesnažene zemljine glede na vrsto in količino onesnaženja ter njene geomehanske in hidrološke lastnosti – kar je pomembno tako s stališča načrtovanja remediacije kot tudi inženirske vgradnje, (b) izdelava večjega števila receptur z različnimi imobilizacijskimi aditivi (nanodelci železa, kalcijski elektrofiltrski pepel, bentonitna glina, zeolitni tuf) in njihova optimizacija v pogledu količine, vrste in kombinacije, (c) detajlna karakterizacija najbolj perspektivnih receptur za pridobitev podatkov o mehanizmih in hitrost reakcije, (d) vgradnja najbolj perspektivnih receptur remediiranih zemljin v inženirski nasip in instrumentacija nasipa za dolgoročni monitoring kot poskusno polje, (e) raziskava dolgoročne učinkovitosti imobilizacije z laboratorijsko simulacijo s kolonskimi testi pri različnih vrednostih pH in različnih režimih vlaženja in osuševanja na eni strani ter spremljanje sestave in transporta vodnih izlužkov v vgrajeni remediirani zemljini na poskusnih poljih na drugi strani (v tej točki bo izvedeno tudi geokemično modeliranje in teoretični izračuni speciacije težkih kovin), (f) izračun analize življenjskega cikla (LCA) in stroškovna analiza (LCCA), oboje v primerjavi z odlaganjem onesnažene zemljine na odlagališču za nevarne odpadke.
Na osnovi pridobljenih znanj in terenske validacije remediacijskih procedur, bo nastal prvi nacionalni priročnik za strokoven, celovit in trajnosten pristop k remediaciji področij, onesnaženih s težkimi kovinami, ki bo služil kot osnova za tehnično izvedljivo remediacijo tudi na drugih podobnih onesnaženih področja.
Predvideni postopki remediacije in vgradnje v zasip so takšni, da jih je možno izvesti z obstoječo, standardno gradbeno opremo, poleg tega so vsa predlagana remediacijska sredstva lokalni materiali, naravni ali nastali kot stranski produkti v industriji (nanodelci) ali iz sežiga premoga (EF pepel). Oboje je ključno pri oceni ekonomske sprejemljivosti uporabe teh postopkov za dolgoročno remediacijsko prakso na tem področju in povečuje možnost, da bo postopoma možno remediirati celotno območje in ga vrniti mestu za urbanizacijo in druge aktivnosti.
Pomen za razvoj znanosti
Onesnaženje zemljin, zlasti s potencialno strupenimi kovinami, predstavlja globalni problem. V primerjavi z dragim odvozom zemljine na odlagališče nevarnih odpadkov, pri katerem tudi izgubljamo dragocene vire (saj je potrebno mesto izkopa zapolniti z nekim drugim materialom) je in-situ remediacija zemljine najbolj trajnostna in tudi najboljša ekonomska izbira. Da bi bil ta postopek uspešen, je potrebno pridobiti temeljno znanje o mehanizmih in procesih imobilizacije strupenih kovin in njihovi stabilnosti na mestu vezave, ne glede na morebitne variacije v okolju. Poleg tega je potrebno za vsako konkretno aplikacijo določiti primerne imobilizacijske aditive in po možnosti zaradi nižjega ogljičnega odtisa in cenovne upravičenosti uporabiti takšne, ki so na razpolago v okolju, kjer se remediacija izvaja. Enako pomembno je razviti postopek pravilnega vgrajevanja in nege vgrajenega kompozita, pri čemer so pomembne vse faze tega postopka (homogenizacija zemljine, mešanje z izbranimi aditivi, primerna mehanizacija za zgoščanje, debelina izvedenih plasti). V projektu smo opisana nujna znanja in kompetence pridobili v okviru izbranih laboratorijskih in terenskih raziskav. Na laboratorijskem nivoju je bila najprej izvedena karakterizacija onesnažene zemljine, nato pa so bili na podlagi teh rezultatov izbrani učinkoviti aditivi za imobilizacijo. Na kompozitih iz onesnažene zemljine in izbranih aditivov so bili ugotovljeni ključni mehanizmi remediacije strupenih kovin. Na terenskem polju so bili optimizirani postopki mešanja in vgrajevanja, izveden je bil tudi ustrezen monitoring za spremljanje učinkovitosti imobilizacije. Projekt ima pomembno vlogo pri osnovnem razumevanju procesov vezave oz. lociranja nekaterih najbolj nevarnih strupenih kovin in njihove stabilnosti v procesih imobilizacije v gradbenih materialih. To znanje je pomembno za bodoče postopke remediacije onesnaženih zemljin in bo omogočilo razviti takšne, ki bodo kar najbolj zanesljivi in robustni ter tudi dolgoročno stabilni. Pridobitev in uporaba teh znanj v operativni praksi pomeni hitrejšo in bolj učinkovito remediacijo in pospešitev sanacije degradiranih območij. Nova znanja niso pomembna le za Slovenijo, temveč tudi za druga področja sveta, ki imajo probleme z onesnaženimi zemljinami. S sistematičnimi raziskavami, ki so sicer namenjene predvsem industriji, smo prispevali k novim znanjem na področju geologije, kemije, gradbeništva, tudi na mednarodnem nivoju. To dokazuje mednarodni patent na to temo (opisan kot dosežek 1 v točki 7). V letu 2017 je bil prijavljen tudi mednarodni patent na temo remediacije vode (pri čemer smo uporabili nanodelce ničvalentnega železa), ki je deloma tudi povezan s tematiko remediacije onesnaženih zemljin. V okviru projekta se je izobraževal tudi mladi raziskovalec Primož Oprčkal, ki bo 26.3.2018 zagovarjal doktorsko nalogo ne temo remediacije onesnažene vode in zemljine, z naslovom “Innovative Approaches for Sustainable Remediation of Contaminated Waters and Soils”.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskava je temelj, kako v slovenskem prostoru pristopiti k in-situ sanaciji področij, onesnaženih s strupenimi kovinami, kakšne remediacijske postopke uporabiti in katere aditivi iz lokalnega okolja so najbolj primerni. Pomeni premik od pogoste prakse, ko praviloma prihaja do odvoza onesnažene zemljine v tujino ali pa zemljina konča na »ad hoc ustvarjenih lokacijah«, pri čemer se je problem le premaknil iz ene točke na drugo. Rezultati sistematične in znanstveno utemeljene raziskave bodo pomembni predvsem za sofinancerje projekta. Vsi trije namreč delujejo na področju gradbeništva, posebej intenzivno pri iskanju bolj trajnostnih tehnologij in materialov; okoljska onesnaženja so že identificirali kot problem in na drugi strani tudi kot poslovno priložnost. Prepoznali so tudi, da rešitve s področja remediacije onesnaženih zemljin z optimizacijo lahko integrirajo v svojo prakso na področju recikliranja in uporabe različnih nenevarnih industrijskih in komunalnih odpadkov v gradbeništvu. Izraz »nenevaren« po veljavni terminologiji sicer vključuje tako odpadke, ki so po svojem značaju inertni, kot tudi tiste, ki to niso in se zato odlagajo na komunalnih odlagališčih. Odpadki, s katerimi delajo sofinancerji, so praviloma iz druge skupine, kar pomeni, da je njihova uporabna vrednost v gradbeništvu odvisna od uspešnosti imobilizacije. Na osnovi znanj in izkušenj iz projekta bodo lahko razvili svoje lastne postopke in metode. Projekt bo s tem povečal njihov konkurenčnost in jim ponudil nove poslovne priložnosti za razvoj novih izdelkov/tehnologij/poslovnih modelov z dodano vrednostjo, kar je za gradbeni sektor še posebej pomembno. Pomembni vidiki so tudi zapiranje zank na lokalnem nivoju in priložnosti za trajno medsektorsko sodelovanje med gradbeniki in imetniki/prevzemniki odpadkov/ lastniki onesnaženih zemljišč. To je v skladu z aktualnimi strategijami EU in Slovenije, ki zahtevajo vzpostavitev krožnih ekonomskih modelov, bolj trajnostno ravnanje z viri, večjo surovinsko učinkovitost in zmanjšanje emisij toplogrednih plinov. Tudi to potrjuje, da je tematika aktualna in ima širši nacionalni pomena. Preko Priročnika in nadaljnje diseminacije rezultatov bodo ti na razpolago tudi širši strokovni javnosti (gradbenim podjetjem, imetnikom industrijskih in komunalnih odpadkov, projektantom, zakonodajalcem in drugim odločevalcem). Pričakovana sinergija na področju remediacije zemljin in remediacije industrijskih in komunalnih odpadkov bo prinesla pozitivne okoljske in ekonomske učinke. S tem se bo zmanjšalo obremenjevanje okolja, saj to pomeni manjšo porabo naravnih surovin, boljšo izkoriščenost lokalnih surovin, zaradi uporabe novih materialov in postopkov tudi manjšo porabo energije in izpustov toplogrednih plinov. Remediacija onesnaženih zemljin na način, ki je bil validiran v tem projektu, bo izboljšala kakovost ekosistemov na onesnaženi lokaciji. Projekt prinaša tudi družbene koristi: s postopno implementacijo prakse, razvite v projektu, se bo zaradi izboljševanjem okolja povečala kvaliteta življenja prebivalcev Republike Slovenije. Prenos v prakso: na način, ki je bil predmet raziskav v projektu, je bil v letih 2014/2015 remediiran del področja na lokaciji stare Cinkarne v Celju, približno 13.500 m3 onesnažene zemljine. Pri tem je bil uporabljen papirniški pepel iz podjetja Vipap Videm Krško. In-situ način remediacije se bo uporabil tudi za onesnaženo zemljino, ki je bila v letu 2017 izkopana pri sanaciji železniške proge skozi Celje. Predvidoma se bo aktivnost začela jeseni 2018, po pridobitvi okoljevarstvenega dovoljenja. Na enak način bo sanirana onesnažena zemljina na parcelni številki Teharje 115, če bodo detajlne raziskave, ki se bodo začele v kratkem, potrdile, da ima odložena onesnažena zemljina negativen vpliv na okolje.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
