Umělá infiltrace při sanaci podzemních vod

Sanační čerpání kontaminované podzemní vody a její následné čištění v sanační stanici patří mezi klasické sanační metody. Na počátku sanačního čerpání je typický rychlý pokles koncentrací kontaminantů v podzemní vodě, který je vystřídán pozvolným dlouhodobým mírným poklesem koncentrací, který se dá na chronologické křivce koncentrací znázornit jako asymptotické přibližování k sanačnímu limitu. V závěrečné fázi sanace oscilují koncentrace kontaminatů nepravidelně kolem hodnot sanačního limitu. Tato část sanace je podle našich zkušeností dlouhá a podle zahraničních zkušeností může trvat i několik, dokonce až desítky let.

Příčinou rychlého poklesu koncentrací kontaminantů v počáteční fázi je odtok kontaminované vody z průlin, respektive puklin a postupná výměna kontaminované podzemní vody přitékající nekontaminovanou podzemní vodou. Uvnitř průlin je kontaminant vázán adsorpčními silami na pevné částice hornin v adsorpční vodě, nezúčastňující se pohybu podzemní vody, a neuvolňující se gravitační silou po snížení hladiny do vysušeného prostoru. Literatura užívá termín voda v "nemobilní zóně". V průlinách, v nichž proudí podzemní voda (v "mobilní zóně"), se v počáteční fázi sanačního čerpání poměrně rychle sníží koncentrace kontaminantů, jak jsme uvedli dříve.

Tím nastává určité porušení rovnováhy koncentrace kontaminantů. Dochází k postupnému vyrovnávání rovnováhy, během něhož se musí překonávat sorpční síly. Následkem toho se velmi obtížně uvolňují kontaminanty z "nemobilní zóny" jednak vyrovnáváním koncentrací, jednak difuzí.

Tento proces uvolňování kontaminantů z adsorpční vody je velmi pomalý. V průlinách se často zachycují emulze. Tyto se rovněž velmi obtížně uvolňují. Uvedené procesy uvolňování komplikují a prodlužují sanaci. Při sanaci se také nesmí přehlížet zeminy, které se vyskytují nad dynamickou hladinou podzemní vody v pásmu jejího přírodního kolísání. V tomto pásmu je nutno počítat s přítomností kontaminované adsorpční vody (v "nemobilní zóně"), a dále s možnou přítomností emulzí zachycených v průlinách nebo v puklinách. Při vzestupu hladiny podzemní vody nebo při přerušení sanačního čerpání se uvolňují kontaminanty z adsorpční vody v pásmu přírodního kolísání hladiny podzemní vody nad hladinou podzemní vody sníženou během sanačního čerpání v důsledku výše popsaných procesů a případně se rozpouští emulze zachycené v průlinách, respektive v puklinách.

Odhadnout s vysokou přesností délku výše popsaných procesů je velmi obtížné. Z analýzy prověrek účinnosti a výsledků sanačních zásahů při znečištění zemin a podzemní vody v USA je možno zobecnit i další následující poznatky:

- doba sanace pro dosažení cílových limitů byla většinou delší, než předpokládal projekt sanačních prací (v Nizozemí až 10krát, průměrně 2,5krát, v USA až 6krát, průměrně 3krát),

- skutečný objem kontaminované podzemní vody byl většinou větší, než bylo stanoveno při průzkumech znečištění,

- skutečná koncentrace kontaminované podzemní vody byla většinou nižší, než bylo zjištěno při průzkumech znečištění,

- plocha znečištění zemin v nesaturované zóně byla většinou větší než bylo zjištěno při průzkumu,

- dodatečné zjištění přítomnosti zbytkové kontaminace v zeminách nesaturované zóny,

- podceňování heterogenity zvodněného kolektoru,

- dodatečné zjištění přítomnosti dříve nezjištěných úniků kontaminantů z podzemních nádrží nebo jiných zařízení,

-zjištění přítomnosti volné fáze těžší než voda na počevním izolátoru nebo nad proplástky jílů.

Pro usnadnění uvolňování kontaminantů z adsorpční vody a zachycených emulzí se používají doplňující techniky a postupy, jako je přerušovaný režim sanačního čerpání, air-sparging a umělá infiltrace.

Přečištěná voda se odvádí ze sanační stanice buď do přímo do blízkého recipientu nebo do kanalizace. Odvádí-li se přečištěná voda přímo do povrchových toků nebo prostřednictvím kanalizace, může se podílet na zvýšení kulminačních průtoků v povrchových tocích. Přečištěné vody odvedené do kanalizace mohou narušovat kanalizaci odváděním velkých objemů vody, na něž nemusí být kanalizace dimenzována. Tento problém je aktuální ve staré zástavbě. Nárůst množství odpadní vody klade samozřejmě nároky na kapacitu čistíren odpadních vod.

Zvětšení účinnosti

Umělou infiltrací se zvětší hydraulický gradient a mocnost zvodněné vrstvy. To má za následek zvětšení hydraulické účinnosti sanačního čerpání. Zvětšený hydraulický gradient usnadní uvolnění kapiček emulzí zachycených v průlinách. Vyplněním prostoru nad dynamickou hladinou (sníženou hladinou podzemní vody při sanačním čerpání) infilrovanou vodou se usnadňuje proces uvolňování kontaminatů z adsorpční vody. Při umělé infiltraci dochází rovněž k "promývání" zvodněného kolektoru.

Infiltrovaná voda je ovlivňována horninovým prostředím a podzemní vodou a současně je taktéž ovlivňuje. Dochází k rozpouštění hornin, srážení složek obsažených ve vodě, výměně iontů, adsorpci a k oxidačně-redukčním procesům. Při průchodu infiltrované vody horninovým prostředím a zvodněným kolektorem dochází k uvolnění plynů, které vyplňují průliny, a tím snižují propustnost. Uvolněné plyny se pohybují pomalu. V samočisticím procesu mají větší účinnost procesy aerobní nad anaerobními. Navíc při nich nevznikají nežádoucí látky. Dochází k nárůstu parciálního tlaku CO² a v důsledku oxidace organických látek se zvětšuje agresivita podzemní vody.

Hladina podzemní vody zvýšená infiltrací může mít i negativní geotechnické důsledky na halách a budovách v sanovaném areálu. Při tlakové infiltraci do infiltračních vrtů vzniká při špatném návrhu nebo při vzniku kolmatace riziko zamokření zemin na povrchu v okolí infiltračních vrtů.

Zdrojem vody pro umělou infiltraci může být vedle podzemní nebo povrchové vody (dopravené na místo infiltrace z nějakého zdroje) i vyčištěná podzemní voda, která byla vyčerpána při sanačním čerpání. Tento způsob využití vyčištěných vod se při sanaci používá nejčastěji.

Dešťové vody

V posledním desítiletí se aplikuje v celém světě infiltrace dešťových vod do zvodněného kolektoru. V zákonech některých spolkových zemí Německa je zakotveno, že dešťové vody se mají infiltrovat do zvodněného kolektoru všude tam, kde je to možné. V tomto směru se nabízí dešťová voda zachycená se střech hal v areálech sanace jako doplňkový zdroj vody pro zasakování při sanaci. Dešťové vody zachycené na střechách průmyslových areálů mohou být kontaminovány z výduchů nedostatečně účinných odsávacích a větracích zařízení z výroby.

Jako další intenzifikační prvek umělé infiltrace může být obohacení infilrované vody bakteriemi, živinami nebo chemickými látkami, které napomáhají k rozpouštění nebo jinému odbourávání kontaminantů ve zvodněném kolektoru.

Vody infiltrované do zvodněného kolektoru mají technologickou funkci, popsanou výše, a z toho důvodu musí být zachyceny sanačními vrty nebo drény, jejichž cílem je zabránit dalšímu šíření kontaminovaných vod. Zasakování vyčištěných vod je pozitivní i z hlediska vodohospodářského.

Zahraniční studie prokázaly, že umělou infiltrací se může zkrátit doba sanačního čerpání až o 30 %.

Zasakovací zařízení

Infiltrační zařízení mohou být podzemní nebo povrchová. Podzemní způsob infiltrace spočívá v infiltraci nad hladinou pozemní vody nebo pod hladinou podzemní vody. Jako podzemní objekty slouží buď hydrogeologické vrty, drény anebo kombinace obou. Někdy se hloubí i studny s horizontálními vrty. Mohou se používat šachtice vyplněné štěrkem, rýhy nebo příkopy vyplněné štěrkem. Při sanacích převládá infiltrace do infiltračních vrtů.

Povrchovými infiltračními objekty jsou bazény, umělé nádrže, rýhy nebo příkopy. Bazény jsou většinou málo hluboké a infiltrace probíhá především ve dně. V příkopech a kanálech převládá infiltrace ve stěnách. V povrchových objektech je možno zlepšovat účinnost čištění zatravněním, což se často používá zejména v Německu.

Zevšeobecnit výhody a nevýhody povrchového a podzemního způsobu infiltrace je velmi obtížné. Budou se lišit na jednotlivých lokalitách. Přesto se pokusíme o určitá srovnání.

Povrchová infiltrace se nemůže účinně provozovat v místech, kde je malá propustnost zemin, na nichž probíhá infiltrace. Povrchová infiltrace má větší samočisticí kapacitu. Hlavní výhodou povrchového způsobu infiltrace je snadná provozní kontrola, opravy, čištění a celková údržba.

Infiltrační vrty vyžadují menší plochu než objekty povrchové infiltrace. Při podzemní infiltraci se zmenšuje ztráta evapotranspirací. Podzemní infiltrace má větší nároky na kvalitu infiltrované vody.

Jedním z nejdůležitějších úkolů při umělé infiltraci je udržet požadovanou infiltrační kapacitu po celou dobu provozu. Infiltrační kapacita závisí na kvalitě infiltrované vody. Při infiltraci dochází ke kolmataci v horninovém prostředí u vstupu infiltrované vody. Velikost kolmatace ovlivňují faktory chemické, biologické a fyzikální:

- vysoké obsahy tuhých suspendovaných látek v infiltrované vodě,

- vniknutí jemných částic pod infiltračními objekty,

- přítomnost bublin z uvolněných plynů,

- velké bakteriologické znečištění v infiltračních objektech,

- vznik chemických sraženin,

- vyšší teplota infiltrované vody.

Důsledkem kolmatace je snížení infiltrační kapacity. Vznik kolmatace je složitý problém, jehož příčiny nejsou vždy známy. Jemné pevné částice mohou vniknout při povrchovém zasakování až do hloubky 0,4 m.

S kolmatací je třeba počítat ve všech objektech. Vyskytuje se v různých fázích, během nichž může narůstat nebo i poklesnout v závislosti na kvalitě zasakované vody a charakteru zemin, jimiž se zasakovaná voda infiltruje.

Právní výklad procesu umělé infiltrace při sanaci, zejména vodami vyčištěnými v sanačních stanicích, není jednoznačný. Vyčištěné vody, které se infiltrují do zvodněného kolektoru za účelem zlepšení hydraulického účinku sanace a zvýšení hladiny podzemní vody pro zlepšení procesu uvolňování kontaminantů z adsorpční vody, mají lepší kvalitu, než je kvalita podzemní vody. Nezbytnou podmínkou pro takový způsob uvolňování kontaminantů je zachycení podzemní vody, do níž se uvolňují kontaminanty v důsledku zasakování, systémem sanačních vrtů nebo drénů. Poněvadž se infiltrací nezhoršuje jakost podzemní vody a infiltrovaná voda je zachycena systémem sanačních vrtů nebo jiných záchytných zařízení a pak čištěna v sanační stanici, nemá podle našeho názoru zasakovaná voda charakter odpadní vody podle odstavce (1) § 38 zákona o vodách (zákon č. 254/2001 Sb.).

Doplněk technologie

Umělá infiltrace, a zejména infiltrace přečištěné vody do zvodněného kolektoru je vhodným doplňkem technologie sanačního čerpání, který je zefektivňuje. Aplikace umělé infiltrace do zvodněného kolektoru vyžaduje speciální hydrogeologický průzkum s cílem posoudit infiltrační kapacitu infiltračního zařízení, posoudit riziko zhoršení geotechnických poměrů a statiky budov a nebezpečí zamokření nebo zabahnění povrchu v okolí zasakovacích objektů. Hydrogeologický průzkum navrhne typ a konstrukční detaily infiltračního zařízení a definuje požadavky na kvalitu infiltrované vody. Nezbytnou součástí speciálního hydrogeologického průzkumu musí být i kvalifikovaný odhad kvality podzemní vody po infiltraci.

Pro bezpečný provoz infiltračního zařízení je nutný pravidelný monitoring kvality infiltrované vody, jehož cílem je zabránit vnášení kontaminace do zvodněného kolektoru a současně zabránit nebo minimalizovat vznik kolmatace infiltračního zařízení. Monitoring kvality infiltrované vody musí obsahovat kromě kontaminantů, které jsou sanovány, i další ukazatele (například obsah tuhých suspendovaných látek). Je účelné zahrnout do sanačního monitoringu i monitoring poruch budov a sedání budov. Tím předejde sanační organizace případným sporům o poškození budov účinkem sanačních prací.

V oblasti legislativy bude nutno vyjasnit především otázku infiltrace přečištěných vod, které jsou zachytávány a znovu čištěny, což je součást technologie sanace, jejímž cílem je odstranění kontaminace podzemní vody.

Radomír Muzikář,

DHV ČR, s. r. o.