Techniki remediacji - podział ze względu na miejsce prowadzenia procesu

Istnieje szereg metod usuwania tych substancji ze środowiska nazywanych metodami remediacji. Proces remediacji to oczyszczanie i usuwanie zanieczyszczeń powstałych w wyniku działania przemysłu lub w przypadku awarii, np. awarii cysterny, wycieku benzyny, awarii tankowca przewożącego ropę naftową. Procesy remediacji służą rekultywacji, czyli zabiegom przywracania wartości użytkowych i przyrodniczych terenom zdegradowanym, oraz procesom rewitalizacji, które przywracają powierzchni biologicznie czynne na powierzchniach zdewastowanych. Bioremediacja okazała się przydatna do usuwania trudno lotnych zanieczyszczeń organicznych np. olejów napędowych [78]. Proces bioremediacji składa się zasadniczo z dwóch etapów:

a) mycia przy użyciu biosurfaktantów, b) biodegradacji pozostałości .

W warunkach laboratoryjnych uzyskuje się w pierwszym etapie usunięcie ponad 80% oleju.

Inny, niż zaprezentowany w poprzednim rozdziale, podział metod oczyszczania gruntu zanieczyszczonego węglowodorami ropopochodnymi związany jest z miejscem prowadzenia procesu remediacji.

7.2.1 Metody in situ

In situ (w miejscu skażenia) tj. bez usuwania zanieczyszczonej masy ziemnej z miejsca jej zalegania.

Metoda ta jest stosowana w przypadku braku możliwości usunięcia skażonej ziemi, dotyczy terenów pod rurociągami, pod terenami stacji benzynowych czy pod budynkami. Do głównych metod tej rekultywacji możemy zaliczyć:

odżywianie ziemi, biowentylację, bioekstrakcję, przemywanie, mobilizację.

60

Przemywanie gleby prowadzone metodą in situ, w wyniku obniżenia napięć międzyfazowych i powierzchniowych pomiędzy zanieczyszczeniem i gruntem oraz zmniejszenia sił kapilarnych odpowiedzialnych za zatrzymywanie zanieczyszczeń w porach gruntu umożliwia zwiększenie mobilności zanieczyszczeń resztkowych (mobilizacja) [56].

Cały układ staje się bardziej mobilny i szybciej przemieszcza się w porach gruntu. Jeżeli napięcia międzyfazowe zostaną obniżone poniżej 0,1 mN/m migracja zanieczyszczeń hydrofobowych może zachodzić w postaci mikroemulsji. Jeżeli stężenie surfaktantu przekroczy krytyczne stężenie micelizacji, w roztworze wodnym tworzą się agregaty zwane micelami.

Z tworzeniem miceli związany jest proces solubilizacji, powodujący znaczny wzrost rozpuszczalności związków hydrofobowych w roztworze wodnym w wyniku gromadzenia się tych związków w micelach [56]. Zjawisko solubilizacji zostanie omówione w rozdziale 8.3.

Jednakże przemywanie za pomocą roztworów surfaktantów ma także pewne wady, wynikające z faktu, że surfaktanty zaadsorbowane na cząstkach gruntu mogą pozostać w glebie po procesie, jak również surfaktanty nie są obojętne dla mikroorganizmów. Dlatego ważne jest, aby stosowane surfaktanty charakteryzowały się niską toksycznością i łatwo ulegały biodegradacji. Szczególnie ważną grupą surfaktantów stosowanych w remediacji gleby stanowią niejonowe związki powierzchniowo czynne, które są charakteryzowane przez grupy hydrofilowe, nieulegające dysocjacji w wodzie (najczęściej grupy oksyetylenowe). Do surfaktantów niejonowych zalicza się przede wszystkim oksyetylowane alkohole i alkilofenole oraz alkilopoliglukozydy. Surfaktanty te solubilizują znaczne ilości NAPL, bez konieczności dodatku rozpuszczalnika i dodatkowego surfaktantu, osiągając jednocześnie niskie napięcie powierzchniowe.

7.2.2 Metody ex situ

Wśród metod ex situ wyróżnia się metody: ex situ on site oraz ex situ off site.

Metody tj. ex situ on site z usunięciem zanieczyszczonej masy ziemi, ale przeprowadzenie procesu rekultywacji odbywa się na miejscu wystąpienia skażenia.

Metody ex situ off site tj. z usunięciem zanieczyszczonej masy ziemi i przeprowadzenie procesu rekultywacji poza miejscem wystąpienia skażenia.

61

Technologie ex situ umożliwiają zintensyfikowanie procesów rekultywacji zachodzącej w specjalnie kontrolowanych warunkach i usuwanie odcieków zawierających związki ropopochodne. W metodach oczyszczania ex situ stosuje się:

odżywianie ziemi, kompostowanie, odmywanie,

oczyszczanie w biopryzmach i bioreaktorach.

Na uwagę zasługuje metoda odmywania gleby z zanieczyszczeń organicznych ropopochodnych za pomocą związków powierzchniowo czynnych w systemie ex-situ.

Wprowadzenie związków powierzchniowo czynnych (surfanktantów) do roztworu przemywającego znosi wysokie napięcie międzyfazowe występujące pomiędzy fazą zanieczyszczenia organicznego i wodą a powiązane jest z niską rozpuszczalnością tych związków w wodzie. Odmywanie gleby jest metodą oczyszczania stosowaną ex situ (w odróżnienia od przemywania gleby realizowanego in situ) i polega na usuwaniu zanieczyszczeń rozpuszczalnych w czynniku ekstrahującym poprzez intensywne mieszanie gleby i ekstrahenta. W procesie tym dodatek surfaktantu prowadzi do obniżenia napięć międzyfazowych, poprawy zwilżalności cząstek gleby i ułatwia oderwanie zanieczyszczeń hydrofobowych od cząstek gleby. Zanieczyszczenie zostaje przeniesione do fazy wodnej dzięki procesowi emulgowania oraz solubilizacji w fazie micelarnej. O ile proces emulgowania jest często niepożądany podczas przemywania in situ, gdyż powstające stabilne emulsje powodują zatykanie porów i uniemożliwiają przepływ roztworu przemywającego przez złoża, to w metodzie odmywania umożliwia zdyspergowanie znacznych ilości hydrofobowych zanieczyszczeń w roztworze surfaktantu. Odmywanie gleby jest metodą efektywną i umożliwia usunięcie dużych ilości zanieczyszczeń. Koszt remediacji jest relatywnie niski w porównaniu do innych technik. Badania [4] potwierdzają wysoką efektywność metody odmywania gleby tj. około 70-80% odmycia za pomocą roztworów związków powierzchniowo czynnych w systemie ex situ. Najwyższą efektywność uzyskano stosując surfaktanty syntetyczne z grupy oksyetylenowych alkoholi tłuszczowych. Niższą efektywność uzyskano przy użyciu alkilopoliglukozydów oraz biosurfaktantu, ale charakteryzują się one łatwiejszą biodegradacją i są bardziej przyjazne dla środowiska niż oksyetylenowe alkohole. Zastosowanie metody odmywania jak i innych metod ex situ wiąże

62

się z transportem zanieczyszczonej gleby i w zasadzie może być stosowane tylko do niewielkich obszarów skażenia, niewymagających transportu dużych ilości gleby. Metoda jest bardzo korzystna do usuwania zanieczyszczeń trudno biodegradowalnych i długo zalegających w gruncie, a więc trudnych do usunięcia innymi metodami [4].

Wyróżnić można trzy typy bioremediacji gleb [57]^:

bioremediacja naturalna (naturalna attenuacja), czyli wykorzystanie procesu naturalnej biodegradacji przeprowadzonej przez mikroorganizmy. Proces wymaga jedynie prowadzenia regularnego monitorowania stężenia zanieczyszczeń.

biostymulację, czyli stymulowanie wzrostu i aktywności drobnoustrojów żyjących w oczyszczanym gruncie poprzez ich właściwe odżywianie i dostarczenie tlenu.

bioaugmentacja, czyli dostarczanie kultur drobnoustrojów do gruntów, na których kondycja i liczebność rodzimych mikroorganizmów jest zbyt niska do prowadzenia rekultywacji. Mogą to być wyizolowane ze skażonego gruntu rodzime kultury drobnoustrojów i namnażanie w bioreaktorach albo specjalnie wyselekcjonowana

„mieszanka” pochodząca z różnych terenów, na których znajdowały się organizmy dobrze rozkładające związki ropopochodne.

Najlepszą metodą poprawienia transportu węglowodorów naftowych do komórek organizmów i ich biodostępności jest użycie związków powierzchniowo czynnych (ZPC), które wprowadzane do środowiska w celu usunięcia niebezpiecznego rozlewu, mogą stwarzać dodatkowe zagrożenie dla środowiska. Wiele organizmów degradujących węglowodory wytwarza ZPC (surfaktanty), jednak zastosowanie ich jest ograniczone z powodu zbyt łatwej biodegradowalności przez organizmy lub działania toksycznego na ich komórki.

Korzystniejsze jest wprowadzanie biologicznych surfaktantów ze względu na ich biodegradowalność w środowisku i niską toksyczność. Jednak koszty produkcji tych substancji są nadal zbyt wysokie i z tego powodu powszechnie stosuje się związki syntetyczne [58]. Należy jednak uwzględnić fakt, że ryzyko ekologiczne związane z skażeniem ZPC (surfaktantami) stanowi realny problem, przez co dokładne zbadanie wpływu tych związków na środowisko i opracowanie skutecznych metod ich utylizacji w aspekcie usuwania skażeń stało się sprawą priorytetową.

63

W przypadku powierzchni utwardzonych stanowiących powierzchnie jezdne lub przemysłowe istotnym powodem usuwania zanieczyszczeń jest śliskość powierzchni, która może stanowić przyczynę wypadków komunikacyjnych i awarii powodując dalsze skażenia środowiska. Głównym powodem działania zmierzającego ku oczyszczaniu skażonego gruntu jest duża toksyczność produktów ropopochodnych w stosunku do środowiska, zarówno ze względu na jego składniki abiotyczne (nieożywione) i biotyczne (rośliny, zwierzęta, ludzie).

Metody usuwania produktów ropopochodnych z utwardzonych powierzchni drogowych jak szosy, jezdnie czy hale przemysłowe z powodu konieczności realizowania procesu likwidacji skażenia w miejscu zdarzenia są oparte na metodach in situ usuwania tych zanieczyszczeń z gleb.