ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Μ. Πανταζίδου, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΜΠ Θεματική Ενότητα 7 Μεταφορά ρύπων στο υπόγειο νερό Μεταφορά συστατικών ενεμάτων
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειες χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.
Το πρόβλημα: χρήση χημικών σε υπόγεια έργα Πολιτικού Μηχανικού διαρροή συστατικών στο υπόγειο νερό Παρουσίαση με βάση Διπλωματική Εργασία Ελευθερίας Σταματάκη 1
Χημικές ουσίες σε υπόγεια έργα? Εισπίεση χημικών ενεμάτων (grouts) για βελτίωση ιδιοτήτων (μείωση περατότητας, βελτίωση αντοχής) Χρήση πρόσθετων σκυροδέματος για αύξηση αντοχής, επιτάχυνση πήξης διαρροή συστατικών ενεμάτων και προσθέτων στο υπόγειο νερό (κυρίως όσο τα υλικά είναι σε ρευστή φάση): πρέπει να μας απασχολήσει; 2
Χημικά ενέματα: Περιστατικά - Νομοθεσία Προβλήματα σε σήραγγες στη Σουηδία (Hallandsasen) και Νορβηγία (Romeriksporten) από τη χρήση ενεμάτων ακρυλαμίδης Οδηγία για το πόσιμο νερό (98/83/ΕΚ) έχει θεσπίσει αυστηρό όριο για την ακρυλαμίδη Σύσταση (2004/394/EK) προτείνει περιορισμούς στη χρήση ακρυλαμίδης και σύνταξη οδηγιών χρήσης για χημικά ενέματα 3
Πώς αξιολογούμε τα συστατικά των ενεμάτων/προσθέτων? Ε: πώς αξιολογούμε από γεωπεριβαλλοντική σκοπιά τα υλικά που χρησιμοποιούμε? Α: με βάση επιλεγμένα ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά Τοξικότητα Βιοσυσσώρευση Επιμονή Κινητικότητα γενικεύω την ερώτηση 4
Μεθοδολογία αξιολόγησης Πρόβλημα Φαινόμενο Χαρακτηριστικό προσδιορίζεται πώς? Μέγεθος: ιδιότητα, παράμετρος που ποσοτικοποιεί το φαινόμενο ή το χαρακτηριστικό 5
Εφαρμογή για δύο ακρυλικά ενέματα Χημική ουσία οξεία έκθεση LD 50 (mg/kg) Τοξικότητα χρόνια έκθεση RfD NOAEL (mg/ (mg/ kg-day) kg-day) Βιοσυσσώρευση Επιμονή Κινητικότητα logk ow T K p (l/kg) Συστατικά ενεμάτων με βάση την ακρυλαμίδη ακρυλα- 107-203 1 0.00361 / μίδη 0.0002 2 0.22 /0.5 1-1.65 έως -0.67 1 18-95h1,α 1,β 0.00391 30 ημ. μεθυλ- 1653- ακρυλα- 1938 3 9.13-0.15 3 μίδη 1800 4 / 2500 5 0.52 53 2 0.161-0.46 5 <1 ημ. 5,α Συστατικά ενεμάτων με βάση ακρυλικά άλατα ακρυλικό οξύ μεθακρυλικό οξύ 1320-2260 6 / 167 7 0.93 6,7-0.99 7 30 ημ. 7,β 0.076-0.24 7 1800 4 Αναφορές: 1 ECB (2002a), 2 IRIS (2005), 3 UNEP (2002), 4 Karol (2003), 5 IPCS (1997), 6 UNEP (2001), 7 ECB (2002b) Σημειώσεις: α από πειράματα, β από συσχετίσεις 6
Πώς μπορώ να συγκρίνω ενέματα από γεωπεριβαλλοντική σκοπιά; NEW! Προσδιορίζουμε τις ιδιότητες των συστατικών τους που είναι καθοριστικές από γεωπεριβαλλοντική σκοπιά: τοξικότητα, βιοσυσσώρευση, επιμονή, κινητικότητα Αναγνωρίζουμε τα πιο επίφοβα συστατικά Προσομοιώνουμε τη μεταφορά των επίφοβων συστατικών στο υπόγειο νερό: για πόσο χρόνο μετά την εφαρμογή του ενέματος και για ποια απόσταση από τη σήραγγα αναμένονται συγκεντρώσεις μεγαλύτερες της οριακής; 7
Προσομοίωση μεταφοράς σε υποθετικό περιστατικό πρόβλημα ροής η γεωμετρία: δοσμένη οι παράμετροι: αβεβαιότητα πρόβλημα μεταφοράς πειράματα ανάλυση ευαισθησίας 8
Ο αριθμητικός κώδικας GMS (Groundwater Modeling System) ενσωματώνει τα προγράμματα ροής MODFLOW και μεταφοράς MT3DMS οι εξισώσεις ροής και μεταφοράς επιλύονται με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών ο κώδικας μεταφοράς μπορεί να προσομοιώσει μεταγωγή, υδροδυναμική διασπορά, ρόφηση και υποβάθμιση 9
Μια υποθετική σήραγγα Περιοχή Grouted με area ένεμα πηγάδι άντλησης Pumping well Q=9.8x10-8 m 3 /sec στάθμη Water table υπόγειου ορίζοντα elevation: -3m = -3m Flow direction κατεύθυνση ροής i=0.001 k= 10-4 m/sec Tunnel Σήραγγα k= 10-7 m/sec k= 10-4 m/sec Οριζόντια διάσταση πεδίου ροής: 200 m 10
Οι υπόλοιπες παράμετροι... Συντ. διαμήκους διασποράς, α L Συντ. εγκάρσιας διασποράς, α Τ Συντελεστής διαχωρισμού, K p Χρόνος ημιζωής Συγκέντρωση στην πηγή (περιοχή με ένεμα) Διάρκεια πηγής: σταθερή για 3 μέρες Οριακή συγκέντρωση (μετατροπή από δόση) 20 m 2 m 0.0039 l/kg ακρυλ. 0.076 l/kg μεθ. οξύ 30 ημέρες 292 mg/l ακρυλ. 21.7 mg/l μεθ. οξύ γραμμική μείωση στο 0: σε 7 μέρες ακρυλ. σε 12 μέρες μεθ. οξύ 131.5 μg/l ακρυλ. 6095.5 μg/l μεθ. οξύ 11
Ένεμα ακρυλαμίδης Συγκέντρωση ακρυλαμίδης (μg/l) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 30m 35m 40m 45m 50m οριακή συγκέντρωση 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Χρόνος (ημέρες) 12
Ένεμα ακρυλικών αλάτων Συγκέντρωση μεθακρυλικού οξέος (μg/l) 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 5m 10m 15m Οριακή συγκέντρωση 6100 μg/l 20m 0 20 40 60 80 100 120 Xρόνος (ημέρες) 13
Αποτελέσματα ανάλυσης ευαισθησίας T 0.5 = 30 ημέρες T 0.5 = 3 ημέρες Acrylamide concentration (μg/l) 1000 800 600 400 200 30m 40m 50m Acrylamide concentration (μg/l) 1000 800 600 400 200 15m 20m 30m 0 0 100 200 300 400 Time (day s) 0 0 20 40 60 80 Time (day s) 120 ημέρες 20 ημέρες 14
Συμπέρασμα Επειδή η εκάστοτε ισχύουσα νομοθεσία δεν μπορεί να καλύψει κάθε περιβαλλοντική πτυχή ενός έργου......παραμένουν απαραίτητα τα εργαλεία που αποτιμούν τις γεωπεριβαλλοντικές επιπτώσεις ενός υπόγειου έργου 15
Bιβλιογραφικές αναφορές 98/83/ΕΚ: Οδηγία του Συμβουλίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης, της 3 ης Νοεμβρίου 1998, για την ποιότητα του πόσιμου νερού. 2004/394/ΕΚ: Σύσταση της Επιτροπής της Ευρωπαϊκής Ένωσης, της 29 ης Απριλίου 2004, για τα αποτελέσματα της αξιολόγησης των κινδύνων από τις ουσίες: ακετονιτρίλιο, ακρυλαμίδιο, ακρυλονιτρίλιο, ακρυλικό οξύ, βουταδιένιο, υδροφθόριο, υπεροξείδιο του υδρογόνου, μεθακρυλικό οξύ, μεθακρυλικό μεθύλιο, τολουόλιο, τριχλωροβενζόλιο. ECB European Chemicals Bureau, (2002a), European Union Risk Assessment Report: Acrylamide, Series 1 st Priority List, Vol. 24, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg, http://ecb.jrc.it/ ECB (2002b), European Union Risk Assessment Report: Methacrylic Acid, Series 1 st Priority List, Vol. 25, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. 16
Bιβλιογραφικές αναφορές (συν.) Karol, R.H. (2003), Chemical Grouting and Soil Stabilization, Marcel Dekker Inc., New York, 3 rd Edition. IPCS International Programme on Chemical Safety, Environmental Health Criteria 191: Acrylic Acid, http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc191.htm IRIS Integrated Risk Information System (2005), http://www.epa.gov/iris/ (accessed October 2005). UNEP United Nations Environment Programme (2001), Assessment Report: Methacrylic Acid, UNEP Publications, http://www.chem.unep.ch/ UNEP (2002), Assessment Report: Methacrylamide, UNEP Publications. 17
Bιβλιογραφία Πανταζίδου, Μ., Ε. Σταματάκη και Μ. Καββαδάς (2006). Μεταφορά στο Υπέδαφος Συστατικών Χημικών Ενεμάτων, 5 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, 31 Mαΐου 2 Ιουνίου. Σταματάκη, Ε. (2005). Χημικά Ενέματα και Πρόσθετα Σκυροδέματος σε Υπόγεια Έργα: Η Περιβαλλοντική Διάσταση. Διπλωματική Εργασία, Τομέας Γεωτεχνικής Σχολής Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ. 18
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στο πλαίσιο του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ΕΜΠ» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.