Ped Sol -Curs Aranjat

153
Specializarea: Ingineria si Protecţia Mediului în Industrie PROCEDEE ŞI ECHIPAMENTE DE DEPOLUARE A SOLULUI Curs pt uzul studentilor Resp disciplina-s.l.dr.ing. Florica MORAR 2012

Transcript of Ped Sol -Curs Aranjat

Page 1: Ped Sol -Curs Aranjat

Specializarea: Ingineria si Protecţia Mediului în Industrie

PROCEDEE ŞI ECHIPAMENTE DE

DEPOLUARE A SOLULUI Curs pt uzul studentilor

Resp disciplina-s.l.dr.ing. Florica MORAR

2012

Page 2: Ped Sol -Curs Aranjat

2

CUPRINS

CUPRINS ........................................................................................................................... 2

CAPITOLUL 1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE ............................................................................. 4

1.1. SISTEMUL SOL-APĂ SUBTERANĂ ................................................................................................ 5

1.2. SOLUL. SCHEMA ALCĂTUIRII GENERALE A SOLULUI .................................................................. 6

1.3. APELE SUBTERANE ..................................................................................................................... 8

1.4. CARACTERISTICILE HIDROGEOLOGICE ALE STRATURILOR ACVIFERE ...................................... 9

1.5. IMPORTANŢA SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE ................................................................ 11

CAPITOLUL 2. POLUAREA SOLURILOR ............................................................................ 13

2.1. PRINCIPALELE FORME ŞI CAUZE ALE POLUĂRII SOLURILOR .................................................... 13

2.2.EFECTELE NEGATIVE ALE POLUARII .......................................................................................... 19

CAPITOLUL 3. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN MEDIUL SUBTERAN ........................................ 24

3.1. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN ZONA NESATURATĂ .................................................................... 24

3.2. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN ZONA SATURATĂ ......................................................................... 28

3.3. EXEMPLE TIPICE DE MIGRARE A POLUANŢILOR ....................................................................... 30

CAPITOLUL 4. STAREA DE CALITATE A SOLURILOR ŞI APELOR SUBTERANE DIN ROMÂNIA ... 35

4.1. MONITORIZAREA STĂRII DE CALITATE A SOLURILOR ............................................................... 35

4.2. STAREA DE CALITATE A APELOR SUBTERANE.......................................................................... 41

4.3. PREVENIREA POLUĂRII SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE ................................................ 42

CAPITOLUL 5. DEPOLUAREA SOLURILOR ŞI APELOR SUBTERANE ..................................... 44

5.1.SCHEMA GENARALĂ DE DEPOLUARE A SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE ....................... 44

5.2. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE DEPOLUARE A SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE. ..... 44

5.3. ALEGEREA FILIEREI ADECVATE DE DEPOLUARE A UNUI SIT .................................................... 47

CAPITOLUL 6. DEPOLUAREA IN SITU A SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE ..................... 57

6.1. DEPOLUAREA SOLULUI DIN ZONA NASATURATĂ ...................................................................... 58

6.2. EXTRACŢIA POLUANŢILOR SUB VID .......................................................................................... 58

CAPITOLUL 7. BIOREMEDIEREA ÎN SITU .......................................................................... 66

7.1. CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA METODELOR BIOLOGICE DE DEPOLUARE ....................... 66

7.2. PROCEDEE DE BIOREMEDIERE ÎN SITU .................................................................................... 69

CAPITOLUL 8. SPĂLAREA SOLULUI IN SITU ..................................................................... 76

8.1.CARACTERISTICI GENERALE ...................................................................................................... 76

Page 3: Ped Sol -Curs Aranjat

3

8.2. TRATAREA TERMICĂ A SOLULUI ÎN SITU ................................................................................... 81

8.3. EXTRACŢIA ELECTROCINETICĂ ................................................................................................. 83

8.4. FITOREMEDIEREA ...................................................................................................................... 86

8.5. REMEDIEREA NATURALĂ ........................................................................................................... 87

CAPITOLUL 9. DEPOLUAREA SOLULUI DIN ZONA NESATURATĂ ŞI SATURATĂ .................... 88

9.1. SOLIDIFICAREA ŞI STABILIZAREA ÎN SITU ................................................................................. 88

9.2. FRACTURAREA PNEUMATICĂ SAU HIDRAULICĂ........................................................................ 91

9.3. ANALIZA COMPARATIVĂ A PROCEDEELOR UTILIZATE PENTRU DEPOLUAREA ZONEI

NESATURATE ............................................................................................................................................... 92

CAPITOLUL 10. PROCEDEE DE DEPOLUARE A SOLULUI ŞI A APEI SUBTERANE DIN ZONA

SATURATĂ ....................................................................................................................... 95

10.1. POMPAREA PRODUSELOR ÎN STARE LIBERĂ .......................................................................... 95

10.2. BIOREMEDIEREA ÎN SITU ....................................................................................................... 102

10.3. IZOLAREA / BLOCAREA HIDRAULICĂ ..................................................................................... 105

10.4. METODE FIZICE DE IZOLARE A POLUANŢILOR ...................................................................... 106

10.5. IZOLAREA PRIN INTERMEDIUL BARIERELE REACTIVE .......................................................... 110

CAPITOLUL 11. PROCEDEE DE DEPOLUARE ÎN AFARA SITULUI A APELOR SUBTERANE ŞI

TRATAREA EFLUENŢILOR GAZOŞI ..................................................................................... 111

11.1. PROCEDEE DE DEPOLUARE ÎN AFARA SITULUI A APELOR SUBTERANE .............................. 111

11.2. TRATAREA EFLUENŢILOR GAZOŞI ........................................................................................ 117

CAPITOLUL 12. PROCEDEE DE DEPOLUARE EX SITU A SOLURILOR EXCAVATE .................. 123

12.1. CONSIDERAŢII GENERALE .................................................................................................... 123

12.2. PRETRATAREA ...................................................................................................................... 124

12.3. SPĂLAREA SOLULUI .............................................................................................................. 124

12.4. TRATAREA CHIMICĂ .............................................................................................................. 129

CAPITOLUL 13. PROCEDEE TERMICE DE DEPOLUARE A SOLURILOR ................................ 133

13.1.INCINERAREA ......................................................................................................................... 133

13.2. DESORBŢIA TERMICĂ ............................................................................................................ 136

CAPITOLUL 14. PROCEDEE BIOLOGICE DE DEPOLUARE EX SITU A SOLURILOR ŞI A APELOR

SUBTERANE POLUATE..................................................................................................... 142

14.1. BIODEGRADAREA PE SIT CU AJUTORUL BIOREACTORULUI ................................................. 142

14.2. BIODEGRADAREA ÎN VRAC .................................................................................................... 146

14.3. BIOLIXIVIEREA ....................................................................................................................... 150

BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................ 153

Page 4: Ped Sol -Curs Aranjat

4

CAPITOLUL 1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

Solul este un compnent al biosferei şi produs al interacţiunii dintre mediul biotic şi

abiotic, reprezentând o zonă specifică de concentrare a organismelor vii, energiilor

acestora, produselor metabolismului, precum şi a descompunerilor.

De aproximativ 3,5 miliarde de ani, sistemul bio-geologic al Terrei a produs

cantităţi enorme de biomasă fără a compromite echilibrul planetei, acesta menţinându-

se prin transformarea “deşeurilor” organice în zăcăminte de combustibili fosili (petrol,

cărbune, etc.).

Prin industrializarea forţată din ultimii 150 ani s-a rupt acest echilibru natural,

producându-se o contaminare a mediului înconjurător cu substanţe toxice.

Ecosistemele au suferit grave transformări, iar omul, autorul acestui echilibru se

simte ameninţat de efectele negative ale propriei creaţii.

Prin activităţile sale, omul continuă să polueze mediul înconjurător şi în prezent,

iar soluţia de remediere acceptată şi reglementată de forurile internaţionale este simplă

şi tranşantă: oprirea poluării mediului şi luarea de măsuri privind depoluarea zonelor

deja contaminate de către predecesorii noştri.

Dar acţiunile de prevenire ale poluării şi de combatere a acesteia sunt

insuficiente; în general, măsurile de combatere a poluării sunt îndreptate spre

suprimarea fluxului de gaze şi praf ce se degajă în atmosferă, precum şi spre epurarea

unor ape de suprafaţă.

Poluarea solului, se pare că este încă ignorată, aceasta fiind puţin evidentă

pentru privirea omului. Primele semnale de alarmă privind efectele deosebit de grave

ale poluării solului asupra sănătăţii publice au fost trase ca urmare a două evenimente

sinistre din S.U.A. şi Olanda:

în anul 1978 în S.U.A. (Love Canal) mai multe locuinţe şi o şcoală au fost

afectate prin maladii grave - s-a constatat că, imobilele respective erau plasate pe un

vechi depozit de deşeuri chimice acoperit cu pământ. Ca urmare a precipitaţiilor,

substanţele poluante au fost mobilizate spre pânza freatică şi spre suprafaţa solului.

în Olanda (Lekkerkerk) un cartier de 268 locuinţe a fost evacuat în 1980,

datorită identificării în sol a unui depozit necontrolat de produse chimice, ce a generat

maladii incurabile.

Evenimentele mai sus menţionate, precum şi altele de acest gen au fost

mediatizate de-a lungul anilor. S-a demonstrat pericolul şi riscul poluării solurilor şi, cu

toate acestea metodele de depoluare practicate de unele întreprinderi industriale sunt

Page 5: Ped Sol -Curs Aranjat

5

cele prin care se acoperă cu pământ zona poluată, aplicându-se principiul fals şi profund

dăunător: ceea ce nu se vede, nu există.

1.1. SISTEMUL SOL-APĂ SUBTERANĂ

Abordarea poluării-depoluării solurilor trebuie făcută în contextul legăturii foarte

strânse care există între sol şi apele subterane, componente de bază ale mediului

înconjurător. Structura mediului subteran este constituită din minerale şi roci de

dimensiuni granulometrice diferite, prevăzute cu pori, care permit circulaţia apei.

Luând în consideraţie specificul disciplinei considerăm necesar a fi menţionate

cele două zone caracteristice solului: zona nesaturată şi zona saturată (figura 1.1).

Zona nesaturată: Porii sunt umpluţi partial cu apă, parţial cu aer, fapt ce

permite coexistenţa fazelor solidă, lichidă şi gazoasă. Solul se găseşte în

partea superioară a zonei nesaturate în care au loc procesele biologice.

Fig.1.1. Zonele caracteristice ale solului

Zona saturată sau acviferul: Porii sunt umpluţi în totalitate cu apă. Zona este

constituită din două faze distincte: o fază solidă, imobilă (formată din roci magazin) şi o

fază lichidă, mobilă, care este apa subterană.

Demarcaţia între cele două zone se face prin nivelul hidrostatic (NH). Deasupra

nivelului hidrostatic se află franjul capilar, în care apa este absorbită în pori datorită

fenomenului de capilaritate.

Page 6: Ped Sol -Curs Aranjat

6

Urmărind configuraţia fizică a mediului subteran se poate constata că prezenţa

poluării într-o anumită zonă generează riscuri importante la nivelul întregului sistem.

Astfel, prin acţiunea unui poluant asupra solului se pune în pericol stratul acvifer

subteran care riscă să fie deopotrivă contaminat prin transferul poluantului de la

suprafaţa solului spre adâncime. În mod reciproc, dacă un acvifer este contaminat cu o

substanţă toxică, care poate să pătrundă în profunzime printr-un foraj se ajunge la

contaminarea solului prin vaporizarea şi ascensiunea capilară a apei poluate.

Actualmente, metodele de depoluare aplicate în lume vizează ansamblul

sistemului sol-apă subterană. Depoluarea se face prin combinarea unor tehnici

compatibile de depoluare a solului şi a apei subterane sau printr-o singură tehnică,

capabilă să asigure atât depoluarea solului, cât şi a apelor subterane.

1.2. SOLUL. SCHEMA ALCĂTUIRII GENERALE A SOLULUI

Sub denumirea de sol se inţelege stratul dinamic de la partea superioară a

scoarţei terestre în care se desfăşoară fără întrerupere procese biologice, fiind în

permanenţă sub acţiunea materiei vii(microflora, flora, microfauna şi fauna).

În toate situaţiile, solul este un sistem heterogen (însuşirile variază în masa

solului)(figura 1.2) şi trifazic (faza solidă, lichidă şi gazoasă) (figura 1.3). Proporţiile

menţionate în schema din figura1. 3 sunt ideale. În realitate ele se schimbă mult de la

un sol la altul, iar în acelaşi sol de la un orizont la altul. La aceste faze se adaugă

componenta vie a solului, care deşi apare într-o proporţie foarte mică prezintă o

importanţă covârşitoare pentru toate procesele ce au loc în sol.

Fig. 1.2. Secţiune printr-un profil de sol.

Page 7: Ped Sol -Curs Aranjat

7

Fig. 1.3. Schema alcătuirii solului

O imagine mai cuprinzătoare asupra alcătuirii solului este cea prezentată în figura

1.4.

Partea nevie este alcătuită din fazele: solidă, lichidă şi gazoasă.

Faza solidă este alcătuită din componenţii minerali şi organici care

formează materialul pământos (terigen) al solului.

Faza lichidă constă din apă şi substanţe dizolvate în ea, formând ceea ce

numim soluţia solului.

Faza gazoasă include gazele din aer şi vaporii de apă, constituind

împreună aerul din sol.

Page 8: Ped Sol -Curs Aranjat

8

SOLULSOLUL

PARTEA NEVIEPARTEA NEVIE PARTEA VIEPARTEA VIE

FazaFaza gazoasagazoasa FazaFaza solidasolidaFazaFaza lichidalichidaOrganismeleOrganismele vii vii (flora (flora sisi fauna)fauna)

Diferite

gaze:N, O,

CO2, etc

Vapori

de

apa

Apa

din

sol

Substante

solubilizate

in apa

Materia

minerala

Materia

organica

Micro-

organisme

Mezo- si macro-

organisme

AerulAerul din soldin sol EdafonulEdafonulSolutiaSolutia soluluisolului

Spatiu poros

(lacunar)

Spatiu neporos

(plin)

VolumulVolumul totaltotal

MaterialulMaterialul pamantospamantos

((terigenterigen))

Fig.1. 4. Schema alcătuirii generale a solului(după Florea, 2004).

Materialul pământos şi edafonul ocupă în volumul de sol spaţiul neporos sau plin,

iar soluţia de sol şi aerul din sol formează spaţiul poros sau lacunar. Spaţiul poros

împreună cu cel neporos constituie volumul total al solului.

1.3. APELE SUBTERANE

Precipitaţiile atmosferice şi apele de suprafaţă infiltrate în sol, împreună cu apele

provenite din condensarea vaporilor din subsol şi cu apele capilare formează în masa

rocilor permeabile acumulări de ape cunoscute sub numele de ape subterane sau

sisteme acvifere subterane(figura 1.5).

Page 9: Ped Sol -Curs Aranjat

9

Funcţie de modul de aşezare şi condiţiile hidrogeologice de acumulare, se

întâlnesc două tipuri principale de straturi acvifere:

freatice;

de adâncime(captive).

Straturile acvifere de adâncime (captive) se află între două straturi impermeabile,

iar zona lor de alimentare se află la distanţă mare faţă de zona de acumulare. Au, în

general, apă sub presiune şi debit relativ constant.

Fig.1.5. Formarea sistemelor acvifere subterane

1.4. CARACTERISTICILE HIDROGEOLOGICE ALE STRATURILOR ACVIFERE

Compoziţia granulometrică reprezintă conţinutul în fracţiuni, pe

dimensiuni al granulelor ce constituie roca acviferă.

Page 10: Ped Sol -Curs Aranjat

10

Capacitatea de înmagazinare şi de cedare a apei subterane de către o

rocă coezivă sau necoezivă depinde de volumul porilor şi de mărimea acestora. Din

punct de vedere al permeabilităţii, rocile se împart în trei categorii:

- roci acvifere, care sunt roci poroase, cu pori supracapilari (d > 0,508

mm), prin care apa circulă uşor şi se supun legilor hidrodinamice (pot fi amintite din

această categorie: pietrişuri, nisipuri, gresii, conglomerate slab cimentate, etc);

- roci acviclude, care sunt roci cu pori capilari (0,0002 mm < d < 0,508

mm) şi subcapilari (d < 0,0002 mm), prin care apa circulă foarte încet şi numai sub

presiune (ex de roci acviclude: argile, marne, etc);

- roci acvifuge, care sunt roci compacte, permeabile numai prin fisuri,

ca de exemplu rocile magmatice, metamorfice şi rocile sedimentare compacte, fisurate.

Permeabilitatea rocilor acvifere se apreciază prin coeficientul de filtraţie Kf şi prin

coeficientul de permeabilitate Kp, legătura dintre cei doi coeficienţi fiind dată de relaţia:

[m/s] (1)

în care: γa este greutatea specifică a apei;

μ - vâscozitatea dinamică a apei.

Nivelul hidrostatic reprezintă nivelul natural al oglinzii apei într-un foraj.

Nivelul hidrostatic se măsoară faţă de un reper, care poate fi nivelul mării, suprafaţa

terestră sau patul impermeabil.

Gradientul de presiune (panta apei subterane) este reprezentat de

raportul dintre diferenţa nivelurilor hidrostatice a două puncte situate pe direcţia

curentului subteran (exprimată în metri coloană de apă) şi distanţa dintre ele:

(2)

Debitul stratului acvifer se poate determina cu relaţia:

[m3/s] (3)

în care: Kf este coeficientul de filtraţie, în m/s;

I - panta apei subterane sau gradientul de presiune;

a – grosimea stratului acvifer, în m;

l – lăţimea stratului acvifer, în m.

apf KK

L

H

L

HHI

21

laIKQ f

Page 11: Ped Sol -Curs Aranjat

11

Viteza reală efectivă a apei subterane, ce corespunde cu viteza

măsurată în teren, se calculează cu relaţia:

[m/s] (4)

în care: S este secţiunea transversală totală a acviferului, S=a.l, în m2;

ne - porozitatea efectivă, ce reprezintă raportul dintre volumul totalităţii porilor

legati între ei prin canale şi volumul brut al rocii acvifere.

1.5. IMPORTANŢA SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE

Viaţa şi sănătatea polulaţiei terestre este strâns legată de sistemul natural

sol-apă subterană.

Nu trebuie uitat faptul că solul reprezintă factorul principal în asigurarea

hranei oamenilor, animalelor şi plantelor.

Solicitările de teren pentru activităţile social-economice au dus la scăderea

suprafeţei arabile în Europa. Astfel au fost luate măsuri de creştere continuă a

productivităţii solurilor, măsuri ce au avut de multe ori consecinţe ecologice nedorite.

Pentru menţinerea echilibrului ecologic solul are o importanţă deosebită,

aceasta constituind un tampon contra poluanţilor agresivi, agenţilor patogeni şi

dăunătorilor de natură vegetală.

Plantele de pe terenurile agricole folosesc mai puţin de 1% din radiaţia

solară fiziologic activă, restul energiei solare fiind acumulată în humus, care devine un

acumulator global de căldură şi distribuitor al energiei obţinute prin fotosinteză.

Apele subterane reprezintă una din cele mai importante resurse de apă potabilă

utilizate în lume. În fiecare an sunt extrase din subsol circa 600 – 700 miliarde de m3 de

apă (o cincime din întreaga cantitate de apă folosită de către om).

La noi în ţară, apele subterane sunt utilizate pentru asigurarea consumului de

apă potabilă şi menajeră, atât în mediul urban (circa 45 % din necesar), cât mai ales în

mediul rural, unde această resursă asigură aproximativ 95 % din necesar.

Apele subterane prezintă câteva avantaje în comparaţie cu apele de suprafaţă:

- caracter extensiv şi accesibilitate pentru utilizatorii dispersaţi, mai ales

pentru cei din mediul rural;

- resurse garantabile, cu excepţia acviferelor carstice, în toate anotimpurile;

- constanţă a proprietăţilor acestora;

- costuri de captare şi tratare foarte mici;

e

f

e

en

IK

nS

Qv

Page 12: Ped Sol -Curs Aranjat

12

- protecţie bună împotriva poluanţilor antrenaţi de precipitaţii şi sau deversaţi

accidental pe sol.

Prin contaminarea cu poluanţi, calitatea solurilor şi a apelor subterane suferă

transformări negative importante, transformări ce conduc la reducerea sau îngrădirea

domeniilor de utilizare a acestora, precum şi la atingerea sănătăţii umane.

Depoluarea solurilor şi a apelor subterane este o problemă relativ nouă pe

agenda cercetătorilor şi a firmelor ce se ocupă de reabilitarea factorilor de mediu.

În ceea ce priveşte depoluarea apelor subterane contaminate, acestea se

depoluează mult mai dificil decât apele de suprafaţă, datorită accesibilităţii reduse la

acvifere.

Page 13: Ped Sol -Curs Aranjat

13

CAPITOLUL 2. POLUAREA SOLURILOR

Se inţelege prin poluare introducerea directă sau indirectă în mediul înconjurător,

prin activitate umană, a unor substanţe sau energii susceptibile de a contribui sau

cauza:

un pericol potenţial pentru sănătatea omului; deteriorarea resurselor biologice, a ecosistemelor sau bunurilor materiale; un obstacol în calea utilizării legitime a mediului.

Prin poluant se înţelege orice substanţa solidă, lichidă sau gazoasă sau orice

formă de energie (radiaţie electromagnetică, ionizantă, termică, fonică sau vibraţii) care

introdusa în mediu, modifică echilibrul natural al constituenţilor acestuia şi poate aduce

daune organismelor vii, bunurilor materiale.

Spre deosebire de poluare, prin degradare sau deteriorare a solului (conform ISO

110741) se înţelege „alterarea proprietaţilor solului având efecte negative asupra unei

funcţii sau mai multor funcţii ale acestuia, asupra sănătăţii umane sau asupra mediului”.

Notă: Nu se vor considera ca forme de poluare coroziunea solului, scufundările şi

alunecările de teren, excavarea solului, erupţiile vulcanice etc, acestea încadrându-se în

sfera mai largă a noţiunii de degradare sau deteriorare a mediului.

2.1. PRINCIPALELE FORME ŞI CAUZE ALE POLUĂRII SOLURILOR

I. Poluarea solurilor, în funcţie de natura ei, îmbracă trei forme distincte:

a. fizică

- poluare termică ( cu ape sau afluenţi calzi sau reci );

- poluare radioactivă ;

- poluarea cu materiale minerale sau organice în suspensie;

b. chimică:

- poluarea cu substanţe minerale (acizi, baze şi săruri, cloruri, nitraţi,

metale grele, săruri radioactive etc);

- poluarea cu substanţe organice naturale şi sintetice.

Observaţie: Substanţele organice sintetice au rol poluator dominant, ele

numărând aproape 80.000 compuşi chimici utilizaţi în mod curent. Pesticidele şi

compuşii organici volatili sunt poluanţii cei mai cunoscuţi pentru soluri. Solvenţii care

conţin alcani şi alchene colorate sunt deosebit de toxici pentru organismele vii, având

proprietatea nefastă de a se dizolva în apă. (ex. solvenţi industriali tricloretilena şi

tetracloretilena).

c. Biologică

Page 14: Ped Sol -Curs Aranjat

14

- poluare cu germeni patogeni (microorganisme, viruși, bacterii).

II. După modul de răspândire, poluarea solurilor poate fi :

a. punctiformă sau locală- datorită deversării şi depozitării necontrolate a

unor substanţe poluatoare, precum şi exploatării defectoase a instalaţiilor de extracţie a

apelor subterane;

b. liniară -se manifestă de-a lungul şoselelor, căilor ferate, cursurilor de apă,

canalelor ,

c. de evacuare a apelor uzate,

d.difuză - rezultă în urma aplicării îngrăşămintelor şi produselor fitosanitare,

prin poluarea masivă a atmosferei, etc.

III. După acţiunea în timp a poluării:

a. poluare cu caracter permanent (ex. prin administrarea inadecvată a

îngrăşămintelor şi prin depozitarea necontrolată a unor deşeuri),

b. poluare cu caracter accidental (ex. prin spargerea unei conducte de

transport a hidrocarburilor, răsturnarea unei cisterne etc.).

IV. În funcţie de activităţile care generează poluarea solurilor, pot fi identificate

patru forme principale de poluare (figura 2.1.):

a. poluare domestică

b. poluare industrială

c. poluare agricolă

d. poluare prin transport.

Page 15: Ped Sol -Curs Aranjat

15

Fig. 2.1. Exemplu privind poluarea solurilor şi a apelor subterane prin activităţi antropice

a) Poluarea domestică este datorată, în principal, deşeurilor solide şi lichide

provenite din activitatea domestică sau a unor unităţi de servicii. Astfel, se amintesc

câteva surse de poluare domestică:

racordarea incompletă a locuinţelor la sistemul de canalizare şi deci şi la

staţiile de epurare, fapt ce permite antrenarea nitraţilor şi produselor amoniacale din sol

spre apele subterane;

neetanşeitatea şi capacitatea insuficientă a reţelei de canalizare de

transport a apelor uzate, în consecinţă contaminarea solului;

depozitarea pe sol a nămolurilor de la staţiile de epurare a apelor uzate;

dirijarea în sol şi subsol a apelor provenite din precipitaţii, care prin

acţiunea lor de spălare se încarcă cu diferiţi poluanţi: metale(Pb, Ni, Zn, Cd ), săruri,

hidrocarburi, azbest, îngrăşăminte, pesticide, produse presărate pe şosele sau staţii de

parcare, etc;

depozitarea necontrolată pe sol a deşeurilor menanjere;

scurgerea necontrolată în sol a combustibililor şi a uleiurilor uzate.

b) Poluarea industrială poate avea cauze variate, cele mai frecvente fiind legate

de depozitele de deşeuri, de apele industriale uzate şi de redepunerile din atmosferă.

Page 16: Ped Sol -Curs Aranjat

16

În tabelul 2.1 se prezintă, pe ramuri industriale, principalele substanţe care

poluează în general solurile şi apele subterane. De regulă, poluarea solurilor se face

prin transferul poluanţilor sub acţiunea precipitaţiilor de la suprafaţa solului spre

profunzime.

Tabelul 2.1.

Principalele substanţe care poluează solurile şi apele subterane

Nr.

crt. Industria

Principalele substanţe susceptibile de

a polua solurile şi apele subterane

1.

Ind

us

tria

ex

trac

tiv

ă

Extragerea petrolului şi

a gazelor naturale

Petrol brut, gaze naturale, noroaie de

foraj, materiale de cimentare

Extragerea sării geme în

soluţie şi recristalizarea

ei

Saramură(NaCl în soluţie) şi fluid

izolant(produse petroliere), vapori salini şi

praf de sare

Extragerea şi

prepararea substanţelor

minerale utile:

metalifere, nemetalifere

şi cărbuni

Minerale şi roci sterile; ape uzate de la

mină şi de la preparare, impurificate cu

minerale şi metale grele, acizi, baze,

reactivi de flotaţie, de cianuraţie, de

amalgamare şi de floculare(agenţi

tensioactivi, cianuri, mercur,

poliacrilamidă)

Extragerea şi

prelucrarea de minerale

radioactive

Ape de mină radioactive, nămoluri

radioactive, minerale şi roci radioactive

2.

Me

talu

rgia

fero

as

ă Siderurgie

Suspensii minerale, cărbune, cenuşă,

cianuri, fenoli, ape acide

Cocserie Fenoli, cianuri, amoniu

Construcţii de maşini Cianuri, fenoli, petrol, ape alcaline

3. Metalurgia

neferoasă Pb, Cu, Zn, Ca, Ni etc.

Suspensii minerale, uleiuri, cianuri, acizi,

metale grele, fluor

4. Chimia

anorganică

Clor, sodă, acizi,

pesticide anorganice

Acizi, baze, metale grele

5.

Ch

imia

org

an

ică

Cauciuc Fenoli

Polimeri Fenoli, acizi, mercur

Detergenţi Acizi, detergenţi

Page 17: Ped Sol -Curs Aranjat

17

Prelucrarea petrolului Petrol, fenoli, crezoli, mercaptani, acizi,

sulfuri, săruri minerale

Coloranţi pesticide

organice

Metale grele, reziduuri

6. Materiale de construcţii Ciment, azbest, suspensii minerale, acizi,

baze, carburanţi

7. Centrale termo şi atomoelectrice Ape calde, cenuşi şi zguri

8.

Div

ers

e

Topitorie, ţesături Ape alcaline, carburanţi

Vâscoză Acizi, baze, sulfuri, săruri

Pielărie Tanin, crom, azotaţi, amoniac, acizi, baze

Celuloză, hârtie,

mobilă

Suspensii, fibre, sulfaţi, sulfiţi, fenoli,

săruri

Alimentară(spirt,

zahăr, carne, peşte)

Suspensii, alcaloizi vegetali,

microorganisme, paraziţi etc.

Cantitǎţi imense de deşeuri se acumuleazǎ anual în ţǎrile dezvoltate. Numai în

SUA şi Franţa, anual se produc cca. 4.109 tone. Mediile urbane devin centre de poluare

a solurilor.

Dacǎ la începutul secolului XX deşeurile erau biodegradabile şi fǎrǎ influenţe

nocive, astǎzi ele depreciazǎ uneori ireversibil calitatea mediului înconjurǎtor.

Localitǎţile urbane şi rurale amplasate pe cursul râurilor polueazǎ cu deşuri

industriale şi menajere nebiodegradabile aceste ape, transformându-le în canale de

scurgere.

S-a calculat cǎ un oraş de 9 milioane locuitori polueazǎ apele cu 600 tone

deşeuri solide zilnic, în afara celor depuse pe sol, care afecteazǎ şi scot din circuitul

agricol suprafeţe tot mai mari.

În SUA, aceastǎ creştere a suprafeţelor terenurilor de depozitare a deşeurilor are

urmǎtoarea ratǎ:

- 780 km2 în 1970,

- 1.494 km2 în 1975,

- 3.500 km2 în 1985,

- 6.200 km2 în 1995.

Poluarea industrialǎ, reprezentatǎ în primul rând de activitǎţile de minerit,

extragere, siderurgie şi industria prelucrǎtoare a metalelor polueaza solul cu halde de

steril, iazuri de decantare, zgurǎ, cât şi cu ape reziduale de minǎ cu mare încǎrcǎturǎ

mineralǎ sau scurgeri de halde cu importante emisii atmosferice de noxe.

Page 18: Ped Sol -Curs Aranjat

18

Pe teritoriul SUA existǎ peste 20.000 de mine pǎrǎsite, ale cǎror ape acide intrǎ

în pânza freaticǎ.

Potenţialul de poluare a mediului înconjurǎtor al intreprinderilor industriale poate

fi ilustrat în cifre astfel:

- un combinat siderurgic cu o capacitate de 5 milioane tone oţel/an emite în

atmosferǎ 100 tone SO2, 15.000 tone CO, 1.000 tone pulberi, 500.000 tone zgurǎ, fum,

etc;

- o fabricǎ de celulozǎ şi hârtie care consumǎ anual 4 milioane tone lemn ca

materie primǎ + 500.000 tone produse chimice - aditivi şi aceeaşi cantitate de

combustibili produce 1,5 milioane tone pastǎ de celulozǎ şi 3,4 milioane tone de

deşeuri;

- o fabricǎ de zahǎr ce prelucreazǎ anual 15 milioane tone sfeclǎ produce 2

milioane tone zahǎr şi 4 milioane tone impuritǎţi şi noxe;

- o fabricǎ de ciment pierde în atmosferǎ sub formǎ de pulberi peste 10 % din

producţia de ciment.

c) Poluarea agricolă este adesea o poluare difuză şi este produsă prin utilizarea

unor substanţe chimice de sinteză pentru obţinerea unor cantităţi superioare de produse

agro-alimentare. Este vorba de îngrăşăminte chimice, fitohormonii sintetici şi de

pesticide.

Astfel s-a demonstrat faptul că numai o parte din produsele chimice administrate

pe soluri sunt total biodegradabile.

Observatie: Compuşii cu plumb sau mercur, sărurile acidului arsenic se

descompun greu; produsele organo-clorurate tip DDT, HCH, lindan, aldrin etc., se

descompun greu şi au o mare remanenţă in sol. Cercetările asupra unor culturi cu

îngrăşăminte chimice au arătat că se produce o creştere a conţinutului de nitraţi în unele

vegetale- morcov, sfeclă, ceapă, salată, ţelină, cartofi.

În unele cazuri, chiar şi dejecţiile de la animale, care sunt biodegradabile, pot

avea caracter poluator. Aplicarea lor pe sol în stare proaspătă (nefermentate) poate

duce la contaminarea biologică, diminuarea permeabilităţii, reducerea conţinutului de

oxigen în sol, iar în final, la diminuarea fertilităţii solului.

Poluarea agricolă poate fi accidentală – în cazul stocării şi deversării pe terenri

agricole a carburanţilor, îngrăşămintelor lichide, produselor fitosanitare etc.

d) Poluarea prin transport se manifestă de-a lungul căilor de transport şi

comunicaţie terestre, navale şi aeriene.

Page 19: Ped Sol -Curs Aranjat

19

Astfel, acest tip de poluarea se produce prin:

infiltrarea în sol şi în pânzele freatice a apelor pluviale poluate cu sare,

metale, azbest, hidrocarburi etc spălate de pe căile rutiere;

tratarea tronsoanelor de cale ferată, a şoselelor şi a malurilor unor râuri cu

ierbicide sau substanţe ignifuge, care pot contamina atât solul cât şi apele subterane;

rambleul şoselelor sau căilor ferate poate fi uneori format din sterile

miniere sau metalurgice, care prin oxidare – levigare pot contamina solul;

staţiile de carburant şi şantierele rutiere (staţii de preparare a asfaltului;

depozite de materiale şi echipamente), pot constitui veritabile surse de poluare cu

carburanţi, solvenţi cloraţi etc.;

deversarea accidentală sau voluntară a unor poluanţi în apele de navigaţie

poate avea drept consecinţă poluarea malurilor;

depunerile unor poluanţi atmosferici rezultaţi în urma transportului aerian;

spargerea accidentală a conductelor de transport hidraulic pentru

hidrocarburi, pentru substanţe chimice în soluţie, pentru apele uzate menajere şi

industriale, pentru agenţii de termoficare.

2.2.EFECTELE NEGATIVE ALE POLUARII

2.2.1. Efectele negative ale poluării fizice

Poluarea fizică a solurilor se datorează, îndeosebi:

apelor cu temperaturi ridicate

substanţelor radioactive.

Apele cu temperaturi ridicate provin de la centralele termoelectrice şi

atomoelectrice. Ele influenţează prin contaminare majoritatea proceselor fizice, chimice

şi biologice din soluri şi acvifere. Au ca efect distrugerea vegetaţiei.

Apa caldă (de exemplu: apa evacuată de la centralele atomoelectrice are

temperatura de +38oC) favorizează, pe lângă o mai intensă mobilizare a substanţelor

organice şi a compuşilor chimici din sol spre pânza freatică, şi dezvoltarea bacteriilor

patogene (bacili tifici şi paratifici, bacili producători de dizenterie, holeră etc).

Substanţele radioactive exercită efecte nedorite asupra solurilor, aceste efecte

transferându-se în mod periculos asupra plantelor şi organismelor vii.

Expunerea la radiaţii ionizante, inhalarea prafului purtător de elemente

radioactive, consumul de apă şi alimente (fructe, legume, carne, lapte) contaminate

poate aduce grave prejudicii sănătăţii umane.

Efectele radiaţiilor ionizante asupra sănătăţii organismului uman se grupează în:

efecte somatice

efecte genetice.

Page 20: Ped Sol -Curs Aranjat

20

Efectele somatice includ atât leziunea anumitor organe sau sisteme, produsă de

alterări celulare grave, cât şi modificări genetice ale celulelor somatice cu apariţia de

descendenţi celulari modificaţi.

În cazul bolii de iradiere acută a întregului organism:

în prima fază domină fenomenele nervoase (adinamie, inapetenţă, stare

generală alterată);

faza a II-a este de remisiune, a cărei durată este în oarecare măsură

invers proporţională cu doza primită;

urmează perioada de stare a bolii caracterizată prin sindromul

hematologic, sindromul imunologic şi sindromul digestiv.

Urmare unei astfel de situaţii, moartea survine prin hemoragie dar cel mai

frecvent prin septicemie cu flora intestinală proprie.

Printre efectele tardive se disting: radiodermita cronica; sterilitatea; alopecia;

cataracta; leucopemia; scurtarea duratei medii de viaţă; leucemiile; cancerul cutanat;

cancerul tiroidian; cancerul pulmonar; cancerul osos.

Efectele genetice se datorează acţiunii radiaţiilor ionizante asupra

descendenţilor persoanelor iradiate. Doze relativ mari, îndeosebi prin iradierea externă,

pot duce la:

moartea embrionului şi avort spontan,

malformaţii grave sau minore,funcţie de doza şi vârsta cand s-a produs

expunerea.

În afara efectelor negative ale radiaţiilor ionizante asupra omului, trebuie amintită

în acest context şi influenţa nefastă manifestată asupra:

animalelor(boli asemănătoare cu cele ale omului, malformaţii etc)

plantelor(încetinirea creşterii, absenţa fructelor, modificări morfologice

etc).

2.2.2. Efectele negative ale poluării chimice

Influenţa nocivă a substanţelor chimice, poluante ajunse pe sol se produce prin:

apele subterane

apele de suprafaţă,

aer

mai ales prin intermediul plantelor.

În mod obişnuit, în aer ajung cu precădere substanţele volatile iar în apă

substanţele solubile. Plantele concentreaza cea mai mare parte a substanţelor chimice

poluante din sol.

Page 21: Ped Sol -Curs Aranjat

21

Cercetări făcute în acest sens pe pesticide au arătat o migrare către plante într-

un procent de 30-70% în timp ce pentru apă procentul scade la 2-18%, iar pentru aer şi

mai puţin.

Fixarea de către plante a substanţelor chimice poluante din sol depinde de tipul

plantelor cultivate. În cazul pesticidelor, s-a constatat că plantele care concentreaza cea

mai mare cantitate de substanţe poluante sunt morcovii şi cartofii.

Impactul poluanţilor chimici asupra omului este deosebit de complex şi cuprinde

un şir de etape, mai mult sau mai puţin distincte, succesive sau simultane, cum sunt:

expunerea la poluanţi;

patrunderea sau absorbţia;

biotransformarea;

eliminarea sau depozitarea lor în organism.

Schema din figura 2.2. arată circuitul substanţelor chimice poluante în organism.

SUBSTANTE CHIMICE POLUANTESUBSTANTE CHIMICE POLUANTE

PIELE TRACT DIGESTIVPLAMANI

Aer

expirat

Depozitat

in alveole

CIRCULATIA SANGUINACIRCULATIA SANGUINA

DEPOZITAREDEPOZITARE BIOTRANSFORMAREBIOTRANSFORMARE

ELIMINAREELIMINARE

•• renalarenala

•• biliarabiliara

•• tegumentarategumentara

•• respiratorierespiratorie

Fig. 2.2. Schema circulaţiei substanţelor chimice poluante în organism

Substanţa poluantă cea mai acumulabilă de mediile biologice este dioxina, care

este o impuritate rezultată în cursul fabricării erbicidului triclor, 2, 4, 5-fenoxiacetic.

Page 22: Ped Sol -Curs Aranjat

22

Dioxina provoacă leziuni hepatice, hemoragii, tulburări de osificare etc.

Pe lângă dioxină, DDT, sunt şi alte substanţe chimice poluante cum sunt metalele

grele (Pb, Hg, Cd) şi policlorbifenilii au efecte deosebit de nocive.

În cazul majorităţii substanţelor chimice poluante, la un nivel foarte mic de

concentraţie şi o durată redusă, organismul face faţă expunerii prin mobilizarea

sistemelor de detoxifiere.

În multe cazuri, organismele biologice sunt expuse la concentraţii ridicate ale

substanţelor chimice poluante, pe durate lungi de timp, ajungându-se la maladii grave

sau chiar la moarte.

2.2.3. Efectele negative ale poluării biologice

Germenii patogeni ajung în sol şi în apele subterane, ca urmare a îndepărtării şi

depozitării neigienice:

a materiilor fecale

a cadavrelor

a produselor organice alterate.

O serie de germeni de provenienţă umană, ca bacilul tific şi bacilii paratifici,

bacilii dizentirici, vibironul holeric, virusurile poliomelitice, virusul hepatitei, strepto-

stafilococii, micrococii etc, pot să ajungă în sol prin intermediul materiilor fecale. Din sol

trec în apă şi în alimente, iar apoi în organismul uman care poate fi supus unor maladii

grave. Aceşti germeni au o rezistenţă redusă pe sol (enterobacteriile:10-30 de zile, iar

enterovirusurile: 4-6 săptămâni), viabilitatea lor fiind mai mare în solurile umede.

Transmiterea acestor germeni prin contactul direct cu solul este rar întâlnită.

Un număr mult mai mare de germeni, cum ar fi bacilul tetanic, bacilul antracis,

germenii gangrenei gazoase, rickettsia burnetti, leptospire, brucele, pasteurele etc.,

ajung în sol prin dejecţiile de la animale.

Transmiterea la om se poate face atât prin contact direct cu solul în timpul

muncilor agricole, cât şi indirect, prin intermediul apei şi alimentelor.

Aceşti germeni, care pot supravieţui în sol între 4 ... 10 săptămâni, pot fi deosebit

de periculoşi (de ex. bacilul antracis, clostridium tetanic, cl. welhi, cl. endematiens, cl.

septicul, cl. histoliticum etc), transmiterea la om se face prin contact direct cu solul.

Transmiterea şi dezvoltarea germenilor este favorizată de existenţa unei leziuni

cutanate deschise.

Poluarea biologică poate genera parazitozele. Acestea sunt produse de două

categorii de paraziţi intestinali: biohelminţii (teniile) şi geohelminţii (ascaridul, tricocefalul,

ankilostoma duodenale, oxiurus). Parazitozele sunt răspândite cu precădere în

Page 23: Ped Sol -Curs Aranjat

23

localităţile unde condiţiile de salubrizare sunt defectuoase. Din sol, ouăle paraziţilor pot

ajunge în organismul uman prin intermediul zarzavaturilor, legumelor, fructelor, mâinilor

murdare, prafului etc. În general, parazitozele se manifestă prin tulburări digestive

(greţuri, vomismente, dureri abdominale, diaree etc.) precum şi prin oboseală, tuburări

toxice de natură alergică sau chiar nervoasă.

Page 24: Ped Sol -Curs Aranjat

24

CAPITOLUL 3. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN MEDIUL

SUBTERAN

3.1. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN ZONA NESATURATĂ

Prin deversarea unui poluant lichid pe suprafaţa solului se formează, de regulă,

un corp de impregnare datorită fenomenelor de convecţie, dispersie, adsorbţie,

precipitare şi activitate biologică.

Direcţia şi viteza de deplasare ale poluantului depind, în principal de vâscozitatea

acestuia,de morfologia terenului, permeabilitatea solului şi a rocilor din stratul acvifer.

Principala forţă care acţionează asupra poluantului este gravitaţia. Prin urmare,

dacă solul este permeabil, poluantul se infiltrează în sol după o componentă verticală,

înregistrându-se şi o impregnare laterală datorită dispersiei provocate de porozitatea

solului.

În migrarea sa spre acvifer, poluantul poate fi filtrat, adsorbit, volatilizat, precipitat,

biodegradat şi, într-o măsură mai mică, hidrolizat, oxidat şi redus. De asemenea, el

poate fi oprit de către o barieră impermeabilă.

Procesele fizice, chimice şi biologice care se desfăsoară într-un sol supus poluării

conduc de cele mai multe ori la reţinerea poluantului şi la transformarea parţială sau

totală a acestuia, inconvenientele poluării diminuându-se în mod considerabil.

Un rol foarte important pentru protecţia apelor subterane îl are grosimea solului şi

a straturilor petrografice situate deasupra pânzelor freatice.

Datorită fenomenelor multiple şi complexe pe care le prezintă migrarea

poluanţilor în zona nesaturată, modelarea analitică de ansamblu înregistrează dificultăţi

greu de surmontat. Din această cauză, în practica depoluării, se aplică metode empirice

pentru estimarea formei corpului de impregnare cu poluanţi, a adâncimii maxime de

pătrundere a poluanţilor, a volumului de poluanţi reţinuţi în zona nesaturată, a timpului

necesar poluanţilor pentru a ajunge în acvifer etc.

Factorii principali care se iau în considerare pentru estimarea migrării poluanţilor

în zona nesaturată sunt:

• textura

• structura zonei nesaturate

• porozitatea

• permeabilitatea

Page 25: Ped Sol -Curs Aranjat

25

precum şi vâscozitatea, solubilitatea si volatilitatea poluanţilor.

Calculul mărimilor de bază ce caracterizează migrarea poluanţilor în zona

nesaturată se poate face cu ajutorul unor relaţii empirice, propuse de grupul de experţi

de la CONCAVE/Belgia.

Adâncimea maximă de pătrundere a poluantului în zona nesaturată(figura

3.1) se poate determina cu relaţia:

[m] (3.1)

în care: Vi este volumul poluanţilor infiltraţi, în m3;

A – suprafaţa zonei de infiltraţie, în m2;

K – coeficient adimensional.

Pentru calculul lui K se poate utiliza relaţia:

(3.2)

în care: R este capacitatea de reţinere a poluanţilor de către sol, în l/m3;

k – coeficient adimensional de corecţie funcţie de vâscozitatea poluanţilor

(tabelul 3.1).

Tabelul 3.1.

Valorile coeficientului k funcţie de tipul de poluant

A

VKH i

kRK

1000

Page 26: Ped Sol -Curs Aranjat

26

Fig. 3.1. Migrarea poluanţilor în zona nesaturată.

Dacă în relatia (3.1) se introduce K dat de relaţia (3.2) rezultă:

[m] (3.3)

În tabelul 3.2. se dau câteva valori pentru R şi K, corespunzătoare diferitelor

texturi ale solului/tipuri de roci.

Tabelul 3.2.

Valorile medii ale parametrilor R şi K funcţie de textura solului/tipul de roci

Nr.

crt.

Textura solului/tipul de

roci

R

[l/m3

]

Coeficientulul K

Benzină Motorină, petrol

lampant Combustibil uşor

1 Bolovăniş – pietriş grosier 5 400 200 100

2 Pietriş – nisip grosier 8 250 125 60

3 Nisip mijlociu şi grosier 15 130 65 30

4 Nisip fin şi mijlociu 25 80 40 20

5 Nisip fin, praf 40 50 25 10

kRA

VH i

1000

Page 27: Ped Sol -Curs Aranjat

27

Cercetările efectuate de Environmental Protection Agency/SUA au permis

determinarea procentajului volumic de hidrocarburi reţinute de către nisip funcţie de

diametrul mediu şi distribuţia granulometrică a acestuia, prin relaţia:

R=6,33 x d-7,6x e0,8133 σg (3.4)

în care: d este diametrul mediu al granulelor de nisip;

σg – abaterea/(ecartul) granulometrică tip.

Capacitatea de reţinere, R, calculată cu această formulă este valabilă numai în

cazul solurilor uscate.

În cazul solurilor umede, capacitatea de reţinere a poluanţilor de către sol se

reduce cu 10-15%, deoarece golurile intergranulare sunt parţial ocupate cu apă.

Volumul de poluanţi reţinuţi de zona nesaturată se determină din relaţia (3.5):

[m3] (3.5)

în care: h este grosimea zonei nesaturate [m], ceilalţi parametri fiind explicitaţi anterior.

Timpul de transfer al polantului în zona nesaturată se poate estima plecând

de la valoarea experimentală a permeabilităţii pentru apă, corespunzătoare tipului de sol

şi caracteristicilor zonei nesaturate. Permeabilitatea pentru poluant a zonei nesaturate

se determină utilizând relaţia:

[m/s] (3.6)

în care: Ka este permeabilitatea zonei nesaturate pentru apă, în m/s;

νa – vâscozitatea cinematică a apei, în centistokes;

νp – vâscozitatea cinematică a poluantului, în centistokes.

Timpul mediu de transfer poate fi calculat cu aproximaţie prin utilizarea relaţiei

următoare:

[s] (3.7)

în care: Va este volumul de apă conţinut în corpul de impregnare (zona poluată), în m3;

Qp – debitul de infiltraţie a poluantului, în m3/s;

w – umiditatea zonei nesaturate, în %/100;

h - grosimea zonei nesaturate, în m.

1000

kRhAVr

p

aap KK

ppp

a

K

wh

AK

whA

Q

Vt

Page 28: Ped Sol -Curs Aranjat

28

3.2. MIGRAREA POLUANŢILOR ÎN ZONA SATURATĂ

Prin traversarea zonei nesaturate de către poluanţi, o parte din volumul acestora

este reţinut în sol şi în rocile din acoperişul acviferului. Poluanţii ajunşi în zona saturată

(acvifer) se comportă în mod diferit, funcţie de proprietăţile fizice, chimice şi biologice

care-i caracterizează.

Principalele fenomene care caracterizează transferul poluanţilor în acvifer sunt:

convecţia,

dispersia

factorul de retardare.

Convecţia este reprezentată de transferul poluanţilor miscibili şi solubili în apa

subterană ca efect al curgerii acesteia. Unul dintre elementele cele mai importante ale

transferului prin convecţie este viteza de curgere a apei subterane.

Conform legii lui Darcy, viteza de curgere depinde de permeabilitatea rocilor

magazin şi gradientul hidraulic al acviferului. Viteza reală de curgere a apei subterane

este de:

- câţiva zeci de metri/an – acvifere din nisip fin;

- câţiva zeci de metri/zi – acvifere din aluviuni grosiere;

- câţiva kilometri/zi – acvifere carstice.

Dispersia are la bază răspândirea mecanică şi difuză a poluanţilor care

contaminează acviferul. Dispersia poluanţilor se produce prin:

fenomene mecanice cum sunt curgerea întortocheată a fluidului prin porii

rocilor acvifere, frecarea fluidului de particulele rocilor acvifere şi diferenţele de

permeabilitate orizontală în acvifer. Dispersia mecanică este direct proporţională cu

viteza reală de curgere a apei subterane;

difuziune moleculară, datorată mişcării browniene, care tinde spre

reducerea diferenţei de concentraţie între zona poluată şi mediul care o înconjoară

(legea lui Fick).

În general, fenomenele mecanice au ponderea cea mai însemnată în realizarea

dispersiei. Totuşi, în cazul unor roci acvifere mai puţin permeabile, precum şi în cazul

unor substanţe poluante cu un coeficient ridicat de difuziune (ex. eterii), dispersia este

realizată preponderent prin difuziune.

Dispersia se produce atât în direcţia de curgere, dispersie longitudinală, cât şi

perpendicular pe această direcţie, dispersie transversală. În figura 3.2 se prezintă

schema dispersiei datorată modificărilor, la scara microscopică, a direcţiilor de curgere.

Page 29: Ped Sol -Curs Aranjat

29

Prin fenomenul de dispersie mecanică, timpul şi distanţa parcursă influenţează

asupra diluţiei poluantului, contribuind la reducerea concentraţiei maxime a acestuia

(figura 3.3).

a) în interiorul porilor b) prin canalele dintre pori c) difuzie moleculară

Fig. 3.2. Schema fenomenului de dispersie la scară microscopică

Zonă injecţie trasori

Direcţia

de curgere

Fig. 3.3. Reprezentarea schematică a diluţiei determinată de dispersia mecanică

Dispersia mecanică poate fi caracterizată cu ajutorul unui coeficient de dispersie

mecanică (longitudinală/transversală) care se determină experimental pentru fiecare caz

în parte.

Coeficientul de dispersie mecanică longitudinală se poate exprima prin relaţia:

(3.8)

în care:

vi este viteza medie liniară în direcţia principală de curgere i, în m/s;

αi – dispersivitatea dinamică în direcţia i, în m.

iiim vD

Page 30: Ped Sol -Curs Aranjat

30

Coeficientul de dispersie mecanică transversală se poate exprima prin relaţia:

(3.9)

în care:

vi este viteza medie liniară în direcţia i, în m/s;

αj – dispersivitatea dinamică în direcţia j, în m;

Coeficientul de dispersie mecanică este dependent de viteza apei subterane; la

viteze reduse ale apei, coeficientul de dispersie este relativ constant, dar creşte liniar cu

creşterea vitezei apei subterane.

Factorul de retardare însumează acele fenomene care au ca efect frânarea

migrării poluanţilor în acvifer, cum sunt:

adsorbţia, prin care moleculele sau ionii poluanţi, aflaţi în soluţie, sunt

atraşi prin forţe de natură electrică sau chimică spre suprafeţele granulelor ce constituie

rocile acvifere;

precipitarea sau complexarea poluanţilor aflaţi în soluţie apoasă, cu

formarea de compuşi insolubili (hidroxizi sau carbonaţi metalici, complecşi organo-

metalici, etc);

degradarea compuşilor organici, datorată activităţii biologice din sol;

volatilizarea.

Factorul de retardare a poluării, Rd, se defineşte ca fiind raportul dintre viteza

efectivă de curgere a apei subterane, vea, şi viteza de transfer a poluantului, vtp:

(3.10)

în care: ρns este densitatea în stare uscată a rocilor din zona nesaturată,în kg/dm3;

ns – porozitatea efectivă a zonei saturate(acviferului), în %/100 (ex.ns = 0,4);

Kd – coeficient de partiţie între sol şi apă pentru poluantul considerat;

Kd = foc · Koc, unde foc [%/100] este conţinutul în carbon organic al solului iar Koc

[dm3/kg] este coeficientul de partiţie între apă şi un suport ideal, care conţine 100%

carbon organic.

3.3. EXEMPLE TIPICE DE MIGRARE A POLUANŢILOR

a) Poluantul este solubil în apă

În acest caz, poluantul urmează traseul apelor de infiltraţie atât în zona

nesaturată cât şi în cea saturată.

ijjm vD

d

s

ns

tp

ead K

nv

vR

1

Page 31: Ped Sol -Curs Aranjat

31

Cantitatea se poluant reţinută de zona nesaturată este determinată de cantitatea

de apă din sol şi din roci, de proprietăţile fizice, chimice şi biologice ale acestora,

precum şi de conţinutul în săruri ale soluţiei solului.

Poluantul, ajuns în soluţie apoasă în zona saturată, este supus fenomenului de

dispersie, formând o zonă de poluare orientată paralel cu direcţia de curgere a apei

subterane.

b) Poluantul este nemiscibil şi mai uşor decât apa

Este cazul poluării mediului subteran cu hidrocarburi (benzină, petrol, motorină,

alţi combustibili lichizi). În zona nesaturată, poluantul formează un corp de impregnare

din care anumite fracţii pot fi mobilizate spre atmosferă, sub formă de vapori, sau spre

acvifer printr-o solubilizare progresivă, determinată de apele de infiltraţie (figura 3.4).

La atingerea acviferului, poluantul se întinde progresiv formând o pânză plutitoare

subţire la interfaţa dintre zona nesaturată şi zona saturată.

Forma acestei pânze depinde de:

viteza de curgere a apei subterane,

proprietăţile rocilor aflate la interfaţa celor două zone.

Zona nesaturata

Corp de impregnarecu PLNUA PLNUA

Zona saturata

Poluant in stare dizolvata

Zona de impregnare

Substrat impermeabil

Fig. 3.4. Migrarea unui poluant lichid nemiscibil şi mai uşor decât apa (PLNUA) în mediul subteran.

Page 32: Ped Sol -Curs Aranjat

32

Suprafaţa pânzei plutitoare de poluant poate fi calculată cu relaţia:

[m2] (3.11)

în care: Vi este volumul total al poluantului infiltraţi, în m3;

Vr - volumul de poluant reţinut de către zona nesaturată, în m3;

gp - grosimea maximă a pânzei plutitoare de poluant, în mm.

Grosimea maximă a pânzei plutitoare de poluant variază între 5 şi 50 mm, funcţie

de granulometria rocilor acvifere (tabelul 3.3).

Tabelul 3.3.

Valorile estimative ale grosimii pânzei plutitoare pentru diferite tipuri de roci acvifere

La atingerea nivelului superior al acviferului, o parte din poluant se va deplasa

continuu în sensul de curgere al apei subterane, iar o altă parte va fi imobilizată în

franjurile capilare. Dacă poluantul este o hidrocarbură complexă (ex. un carburant), la

interfaţa apă-poluant se produc fenomene specifice de solubilizare. Fracţiile cele mai

solubile din hidrocarbură (benzen toluen, xilen) se dizolvă progresiv în apă, modificând

conţinutul iniţial al poluantului.

Există o diferenţiere cu privire la ponderile în fracţii solubile şi în fracţii alifatice

puţin solubile ale poluantului pur şi ale fracţiei dizolvate în apă. Un exemplu prin care se

evidenţiază această diferenţiere este dat în tabelul 3.4.

Adesea, hidrocarburile plutitoare pot fi dispersate în apa subterană sub forma

unor emulsii fine, sau pot fi volatilizate, dând naştere la vapori explozivi care difuzează

în zona nesaturată.

p

ri

g

VVS

)(1000

Page 33: Ped Sol -Curs Aranjat

33

Tabelul 3.4.

Ponderea fracţiilor aromatice şi alifatice în compoziţia poluantului pur şi în compoziţia

fracţiei dizolvate

c) Poluantul este nemiscibil şi mai greu decât apa

Este cazul poluanţilor de tipul solvenţilor halogenaţi. Corpul de impregnare format

în zona nesaturată de solvenţii halogenaţi este mai puţin extins decât în cazul

produselor petroliere. Din corpul de impregnare, poluantul poate fi solubilizat progresiv

şi vehiculat spre acvifer sub acţiunea apelor meteorice.

O cantitate importantă din produsul poluant lichid poate să treacă în faza de

vapori, care difuzează în jurul corpului de impregnare.

Poluantul lichid (PLNGA), odată ajuns în acvifer, va avea tendinţa de a se

depune la fundul acviferului, urmare a faptului că are densitatea mai mare decât apa

(figura 3.5).

Zona nesaturata

Zona saturataCorp de impregnare

cu PLNGA

Poluant in stare dizolvata

PLNGA

Substratul impermeabil

Fig. 3.5. Migrarea unui poluant lichid nemiscibil şi mai greu decât apa (PLNGA) în mediul subteran.

Page 34: Ped Sol -Curs Aranjat

34

Deplasarea poluantului în acvifer este dependentă de condiţiile de curgere a apei

subterane (panta şi forma substratului impermeabil, viteza şi sensul de curgere a apei

subterane).

În partea inferioară a stratului acvifer se formează acumulări, a căror anvergură

este greu de estimat. Prezenţa unor astfel de acumulări poate fi indicată prin:

ridicarea bruscă a concentraţiei de poluant dizolvat în apele pompate;

prezenţa în apă a unor concentraţii mai mari de 1/10 din solubilitatea

poluantului în apă;

dificultatea diminuării prin pompare a concentraţiei de poluant în apă până

la limita

de admisibilitate şi creşterea rapidă a concentraţiei la oprirea pompării.

Page 35: Ped Sol -Curs Aranjat

35

CAPITOLUL 4. STAREA DE CALITATE A SOLURILOR ŞI

APELOR SUBTERANE DIN ROMÂNIA

4.1. MONITORIZAREA STĂRII DE CALITATE A SOLURILOR

Sistemul naţional integrat de monitorizare a calităţii solurilor a fost instituit în anul

1975.

In 1992 s-a trecut la un nou sistem de monitorizare armonizat cu sistemele

europene, fundamentat ştiinţific pe baza cercetărilor efectuate de institutele Academiei

de Ştiinţe Agricole şi Silvice din România, în principal Institutul de Cercetări pentru

Pedologie, Agrochimie si Protectia Mediului, în colaborare cu Institutul de Cercetări şi

Amenajări Silvice.

Cuprinde 942 de amplasamente (situri) reprezentative:

- 670 pe suprafeţe agricole

- 272 pe suprafeţe cu folosinţă silvică.

Siturile sunt amplasate într-o reţea fixă de 16x16 km (figura 4.1).

Fig. 4.1. Amplasarea punctelor de monitorizare a solurilor / Clasa şi tipul de sol

Page 36: Ped Sol -Curs Aranjat

36

Monitorizare a calităţii solului este organizată pe trei nivele:

nivelul 1

- efectuarea de investigaţii în toate punctele unei reţele(grile fixe),

- identificarea arealelor cu soluri aflate în diferite stadii de degradare,

urmărindu-se periodic evoluţia acestora printr-un set de indicatori obligatorii.

nivelul 2

- se urmăreşte detalierea investigaţiilor în situri reprezentative ale

reţelei de nivel 1 şi în puncte suplimentare (studii intensive),

- identificarea cauzelor care produc poluarea şi degradarea solurilor.

nivelul 3

- se aprofundează cercetările prin analize de detaliu ale proceselor

dăunătoare,

- se stabilesc sursele şi amploarea proceselor de poluare,

- se prognozează evoluţia proceselor,

- se elaborează măsurile de remediere şi se urmăreste aplicarea lor.

Periodicitatea determinărilor:

- 4 - 10 ani în reţeaua de nivel 1

- 1 - 2 ani în suprafeţe reprezentative, precum şi în cele afectate de

procese de poluare.

În ţara noastră, terenurile arabile reprezintă 39,19% din teritoriul ţării, faţă de 44%

pe plan mondial, 88% în Europa, 55% în SUA şi 58% în medie în ţările dezvoltate.

Creşterea suprafeţei terenurilor arabile fiind practic aproape epuizată, este

necesară aplicarea unei strategii de protecţie, ameliorare şi utilizare raţională, pe

principiile dezvoltării durabile, a resursei de sol.

4.1.1. Monitorizarea principalelor tipuri de poluare a solurilor din România

Monitorizarea solurilor în perioada 1992-1998 efectuată de ICPA a scos în

evidenţă cele mai agresive tipuri de poluare industrială (figura 4.2.):

•poluarea cu metale grele şi oxizi ai sulfului(jud Alba, Maramureş, Sibiu);

•poluarea cu compuşi ai fluorului(jud. Olt, Prahova, Bacău, Tulcea etc).

•poluarea produsă prin spulberarea haldelor de diferite tipuri;

•poluarea cu emisii de SOx, NOx, NH4, HCl;

•poluarea prin alte depuneri atmosferice;

•poluarea cu nitraţi, fosfaţi, săruri solubile.

Page 37: Ped Sol -Curs Aranjat

37

Dintre tipurile de poluare agricolă se menţionează:

-poluarea cu produse chimice greu degradabile, dintre care în soluri se

regăsesc, sub formă de reziduuri diferite(organoclorurate-DDT şi HCH, ape uzate şi

nămoluri zootehnice etc).

În ţara noastră sunt afectate de poluare circa 900 000 ha de terenuri agricole, din

care excesiv poluate, 200 000 ha.

Fig. 4.2. Cele mai agresive tipuri de poluare industrială

4.1.2. Încărcarea solurilor cu unele elemente şi substanţe potenţial poluante

(ESPP)

Poluarea solului cu metale grele se datorează activităţilor de extracţie şi

prelucrare a minereurilor neferoase, de producţie a aluminiului, îngrăsămintelor chimice,

cimentului etc, precum şi arderii cărbunelui în termocentrale.

Astfel, s-a înregistrat o poluare masivă cu Pb, Cd, Zn,Cu (figurile 4.3.-4.5.):

în jurul unor intreprinderi metalurgice din: Baia-Mare, Copşa-Mică, Zlatna,

Bucureşti (Acumulatorul, Neferal) .

Page 38: Ped Sol -Curs Aranjat

38

în jurul Combinatului Siderurgic Hunedoara, valorile măsurate depăşind

valorile admisibile ale concentraţiilor în metale grele.

mari suprafeţe de sol sunt poluate cu metale grele în jurul fabricilor de acid

sulfuric din cadrul combinatelor de îngrăsăminte chimice de la Valea Călugărească,

Turnu Măgurele, Năvodari.

De asemenea, în jurul termocentralelor pe cărbune solurile sunt poluate

abundent cu metale grele la care se asociază emisiile acide de SO2, NOx, CO2.

Poluarea solurilor cu fluor. Ca poluant principal, fluorul apare în industria

aluminiului şi a superfosfaţilor (Slatina, Navodari, Turnu Măgurele etc.), iar în subsidiar

este semnalat în industria cimentului.

In zona Valea Călugărească, poluarea produsă de S.C.ROMFOSFOCHIM S.A., a

determinat, pe lângă poluarea solului cu metale grele şi acumularea în sol a unor

concentraţii de fluor solubil de până la 46,2 mg.kg-1, valori care depăşesc conţinutul

normal (mai mic de 1,1 mg.kg-1).

Fig. 4.3. Poluare masivă cu plumb în orizontul superior.

Page 39: Ped Sol -Curs Aranjat

39

Fig. 4.4. Poluare masivă cu zinc în orizontul superior .

Page 40: Ped Sol -Curs Aranjat

40

Fig. 4.5. Poluare masivă cu cadmiu în orizontul superior .

Pulberile sedimentabile de la termocentrale (Turceni, Mintia, Rovinari,

Ovidiu, Bucureşti etc), de la fabricile de lianţi şi azbociment (Aleşd, Câmpulung Muscel,

Tg.Jiu, Turda, Bicaz, Comarnic, Fieni Hoghiz etc), de la instalaţiile de preparare uscată

a substanţelor minerale nemetalifere şi a sării geme (Basarabi, Vata, Jibou, Orşova, Dej,

Slănic-Prahova, Ocna-Mureş etc), se depun pe sol şi împiedică creşterea şi dezvoltarea

vegetaţiei.

O suprafaţă de 49.500 ha este poluată cu produse petroliere. Din această

suprafaţă, 3000 ha sunt scoase complet din producţia vegetală, în special în jurul

sondelor de exploatare a ţiţeiului şi de-a lungul conductelor de transport al produselor

petroliere (Jud. Prahova, Teleorman, Brăila, Galalţi, Argeş, Dâmboviţa).

Prin folosirea masivă a pesticidelor şi a produselor fitosanitare, în multe

soluri agricole din ţara noastră s-au înregistrat acumulări importante de insecticide

organoclorurate (DDT, HCH) în concentraţii de 7-8 ppm în stratul arat.

Reziduurile de insecticide au remanenţă îndelungată în sol, ca urmare a reţinerii

lor la nivelul coloizilor organominerali, astfel că, deşi utilizarea DDT şi HCH este

Page 41: Ped Sol -Curs Aranjat

41

interzisă prin Ordinul M.A.I.A., nr. 20/1985, acestea se regăsesc în diferite concentraţii,

în special, în solurile arabile cu agricultură intensivă, precum şi în jurul unor unităţi

producătoare (Govora-Râmnicu Vâlcea, Oneşti-Bacău).

Cca 900 ha de teren sunt poluate prin dejecţii provenite de la complexele

de creşterea porcilor şi păsărilor şi prin nămolurile de la staţiile de epurare a apelor.

4.2. STAREA DE CALITATE A APELOR SUBTERANE

Calitatea apelor subterane din România a înregistrat un declin considerabil în

ultimii 35-40 de ani, datorită:

• agriculturii intensive,

• dezvoltării industriei extractive,

• platformelor industriale,

• deteriorării regimului hidrochimic a numeroase cursuri de apă ce asigură

alimentarea acviferelor.

Investigarea sistematică a calităţii apelor subterane se face prin intermediul a

peste 3000 de foraje hidrogeologice din cadrul Reţelei Hidrologice de Stat.

Datele prelucrate de Institutul de Cercetări şi Ingineria Mediului Bucureşti au

condus la constituirea primei bănci centralizate de date privind calitatea apelor

subterane.

S-au întocmit, de asemenea, hărţi privind localizarea geografică a apelor poluate

cu metale grele, produse petroliere şi substanţe organice.

Monitorizarea calităţii apelor subterane in perioada 1985-1993 a permis

constatarea existenţei în stadiu incipient, la scara întregii ţări, a unei impurificări chimice

difuze cu amoniu şi substanţe organice.

S-a evidenţiat o creştere medie generală cu 0,5-1,5 mg/dm3 a concentraţiei

indicatorilor specifici de poluare şi o prezenţă semnificativă, nedorită, a azotiţilor,

germenilor patogeni, azotaţilor, fosfaţilor, pesticidelor, etc. S-a constatat şi prezenţa

semnificativă a unor substanţe deosebit de toxice: fenoli, zinc, plumb, cadmiu, mangan.

Din punct de vedere microbiologic, s-a evidenţiat o creştere substanţială peste

limitele admise a numărului de bacterii, bacterii coliforme fecale şi uneori chiar

enteroviruşi. Acest tip de poluare este prezent mai ales în raza intravilanului rural, unde

s-a constatat că 90% din fântânile investigate sunt contaminate biologic, concentraţiile

de poluanţi depăşind limitele admisibile pentru apa potabilă.

Deşi poluarea accidentală a apelor freatice cu produse petroliere, saramură,

substanţe chimice toxice şi substanţe solubilizate din depozitele de reziduuri industriale

Page 42: Ped Sol -Curs Aranjat

42

şi menajere este frecvent întâlnită, este mai puţin reflectată de Sistemul Naţional de

Monitorning şi, din păcate, i se acordă o importanţa mai redusă.

Estimările efectuate de Institutul de Cercetări şi Ingineria Mediului Bucureşti arată

că cca 2/3 din resursele de apă subterană ale României prezintă un pericol potenţial de

risc pentru sănătatea consumatorilor.

Datorită poluării apelor subterane şi a fluctuaţiei nivelului hidrostatic s-a constatat

şi o degradare a potenţialului de fertilitate a solului.

4.3. PREVENIREA POLUĂRII SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE

Mijloacele de prevenire a poluării solurilor şi apelor subterane pot fi:

o instituţionale,

o legislativ-reglementare,

o conceptual-tehnice şi

o aplicativ comportamentale.

Un rol important în cunoaşterea şi aplicarea mijloacelor de prevenire a poluării îl

au instituţiile statului (Ministerul Mediului şi Dezvoltării Durabile, Agenţiile Regionale de

Mediu, Agenţiile Judeţene de Mediu, Garda de Mediu), managerii intreprinderilor,

mijloacele mass-media, învăţământul etc.

În categoria mijloacelor legislativ-reglementare de prevenire a se încadrează:

Legea nr.137 - 29/12/1995 Legea protecţiei mediului.

Ordinul Nr. 756/3 noi.1997 al Min.Apelor, Pădurilor si Protecţiei Mediului

prin care este stabilit nivelul concentraţiei acceptabile pentru poluanţi în sol, conform

reglementărilor internaţionale.

Legea nr.138 - 27/04/2004 Legea îmbunătăţirilor funciare.

Ordin nr.708 - 01/10/2004 pentru aprobarea Normelor tehnice privind

protecţia mediului şi în special a solurilor, când se utilizează nămolurile de epurare în

agricultură.

Legea nr.242 - 26/03/2005 pentru aprobarea organizarii sistemului

national de monitoring integrat al solului.

Ordonanţă de urgenţă nr.152 - 10/11/2005 privind prevenirea şi controlul

integrat al poluării.

Ordonanţă de urgenţă nr. 195 din 22/12/2005 privind protecţia mediului,

ce cuprinde măsurile privind prevenirea şi controlul integrat al poluării (CAPITOLUL XI -

Protecţia solului, subsolului şi a ecosistemelor terestre).

Prevenirea poluării captărilor de apă subterană şi evitarea riscului de provocare a

unor maladii, se asigură în prezent prin stabilirea în jurul acestor captări a unor zone de

Page 43: Ped Sol -Curs Aranjat

43

protecţie dimensionate după criterii precise sau calculate pe baza unor metode

empirice.

În România, prin Hotărârea nr. 101/03.04.1997 pentru aprobarea Normelor

speciale privind caracterul şi mărimea zonelor de protecţie sanitară, s-au instituit trei

zone de protecţie faţă de factorii de poluare:

zona I de protecţie sanitară cu regim sever (se determină astfel încât să

fie asigurată o durată de parcurs de minimum 20 zile pentru orice picătură de apă

presupus a fi contaminată, care s-ar infiltra la limita zonei şi ar ajunge la locul de

captare)

zona II de protecţie sanitară cu regim de restricţie (cuprinde zona I şi se

dimensionează astfel încât să asigure protecţia faţă de contaminarea bacteriană şi

impurificarea chimică; durata de parcurs a unei particule presupus a fi contaminată, de

al locul de infiltrare până la limita zonei I sa fie de minim 50 zile);

zona III de protecţie hidrologică (este cea mai îndepărtată de locul de

captare a apei; are rolul de a asigura protecţia faţă de orice substanţă greu degradabilă

sau nedegradabilă).

Page 44: Ped Sol -Curs Aranjat

44

CAPITOLUL 5. DEPOLUAREA SOLURILOR ŞI APELOR

SUBTERANE

5.1.SCHEMA GENARALĂ DE DEPOLUARE A SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE

Schema generală de depoluare a solurilor şi apelor subterane este reprezentată

în figura 5.1, aceasta incluzând:

Depoluarea în situ a solurilor şi a apelor subterane;

Pomparea şi tratarea apelor subterane;

Tratarea efluenţilor gazoşi;

Izolarea în situ;

Tratarea pe sit sau în afara sitului (ex situ) a materialelor excavate.

EVALUAREA ZONEI

CONTAMINATE

ZONA

NESATURATA

ZONA SATURATA

(CUPRINZAND SI

SEDIMENTETELE)

SOL, SEDIMENTETE

CONTAMINATE

APE SUBTERANE

CONTAMINATE

DEPOLUARE

IN SITU

TRATARE

IN AFARA SITULUI

IZOLARE

IN SITU

TRATARE

IN SITU

POMPARE SI

TRATAREA

APELOR

TRATAREA

EFLUENTILOR GAZOSI

Fig. 5.1. Schema generală de depoluare a solurilor şi apelor subterane

5.2. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE DEPOLUARE A SOLURILOR ŞI A APELOR

SUBTERANE.

Clasificarea procedeelor de depoluare a solurilor şi a apelor subterane se poate

face în funcţie de locul de aplicare şi în funcţie de principiile tehnice de depoluare.

I. Clasificarea în funcţie de locul de aplicare. În funcţie de acest criteriu se

disting trei categorii de procedee:

procedee aplicabile „în situ”;

Page 45: Ped Sol -Curs Aranjat

45

procedee aplicabile în afara sitului („ex situ”);

procedee aplicabile pe sit.

Procedeele aplicabile „în situ” presupun efectuarea lucrărilor de depoluare

direct în mediul poluat, fără a se apela la lucrări de evacuare. Sistemul tehnic cuprinde

două părţi: o parte mobilă, instalată la suprafaţa sitului şi o parte inserată în mediul

subteran poluat.

Avantaje:

- aceste procedee oferă posibilitatea depoluării simultane atât a solului, cât

şi a apelor subterane;

- echipamentele sunt în general uşor de amplasat.

Inconveniente:

- echipamentele presupun o exploatare de specialitate delicată;

- în timpul exploatării este dificil de apreciat volumul tratat, configuraţia

acestuia şi eficienţa procesului de depoluare.

Procedeele aplicabile în afara sitului constă în evacuarea solului sau a apei

poluate din mediul lor natural (prin excavare şi pompare), transportul acestuia în afara

sitului şi execuţia lucrărilor de depoluare în centre specializate prin intermediul unor

instalaţii adecvate: de spălare, tratare termică, tratare biologică etc. Uneori, se prevede

şi readucerea pe sit a materialului depoluat.

Avantaje:

- decontaminarea rapidă şi totală a componetelor contaminate;

- posibilitatea continuării activităţii pe sit;

- eficienţa ridicată de depoluare pe care o conferă centrele specializate.

Inconveniente:

- costul ridicat al lucrărilor de excavare şi transport;

- riscul dispersării parţiale a poluanţilor în timpul lucrărilor de excavare,

încărcare, transport, descărcare.

Procedeele aplicabile pe sit sunt asemănătoare celor aplicabile în afara sitului,

deoarece au la bază principiul evacuării solului şi a apelor contaminate din mediul lor

natural. După evacuare, însă, materialele contaminate nu mai sunt transportate în afara

sitului, ci sunt tratate pe sit, utilizând instalaţii de depoluare mobile, care ulterior pot fi

folosite în altă parte.

Avantaje:

- se elimină transportul materialelor contaminate precum şi riscurile produse

de acesta;

Page 46: Ped Sol -Curs Aranjat

46

Inconveniente:

- procesul de depoluare desfăşurat pe sit poate deranja sau incomoda

activitatea de bază specifică sitului;

- echipamentele de depoluare instalate pe sit trebuie să se adapteze

condiţiilor de montare şi exploatare impuse de ocupanţii sitului.

II. Clasificarea în funcţie de principiile tehnice de depoluare. În funcţie de

principiile tehnice de depoluare, se disting patru mari grupe de procedee:

procedee fizice;

procedee chimice;

procedee termice;

procedee biologice.

Procedeele fizice reprezintă categoria cea mai extinsă în ceea ce priveşte

aplicabilitatea practică. Aceste procedee se împart, la rândul lor în:

- procedee bazate pe imobilizarea fizică a poluanţilor, fie prin izolare

(etanşare, blocare hidraulică) fie prin stabilizare sau inertare;

- procedee bazate pe extracţia fizică a poluanţilor prin : excavare, pompare,

spălare, flotaţie, extracţie de gaze sub vid, injecţie de aer sub presiune, extracţie

electrocinetică etc.

Procedeele chimice sunt aplicate pentru distrugerea, separarea, neutralizarea

sau transformarea poluanţilor în urma unor reacţii chimice specifice. Cele mai utilizate

procedee sunt: extracţia chimică, oxidarea, reducerea, declorurarea şi precipitarea.

Procedeele termice presupun extracţia, distrugerea sau imobilizarea poluanţilor

prin supunerea materialului contaminat la temperaturi înalte. Cele mai cunoscute

metode sunt: incinerarea, desorbţia termică, vitrificarea mediului contaminat.

Procedeele biologice se bazează, în principal, pe degradarea poluanţilor prin

activitatea microorganismelor (bacterii, ciuperci etc). Biodegradarea se poate realiza în

condiţii aerobe sau anaerobe. Cele mai utilizate procedee în practica biodegradării sunt:

bioreactorul, biodegradarea în vrac (compostarea, „land farming”, „biopile”),

biodegradarea în situ, bioventing-ul şi biosparging-ul. Biolixivierea şi bioacumularea sunt

două metode biologice care nu presupun distrugerea poluanţilor, ci doar separarea

acestora.

Page 47: Ped Sol -Curs Aranjat

47

5.3. ALEGEREA FILIEREI ADECVATE DE DEPOLUARE A UNUI SIT

5.3.1. Diagnosticul poluării

Diagnosticul poluării constituie prima etapă în abordarea corectă a unui studiu de

depoluare şi constă în analiza factorilor de mediu ai sitului studiat (figura 5.2).

Investigaţiile necesare stabilirii diagnosticului unui sit vizează în principal solul, subsolul

şi apa subterană, la care se adaugă uneori aerul, apele de suprafaţă, fauna, flora şi

starea de sănătate a populaţiei.

Stabilirea diagnosticului se poate face prin:

identificarea şi caracterizarea poluanţilor, determinarea concentraţiei lor în

mediu, localizarea zonelor afectate şi definirea gradientului de repartiţie sau dispersie;

determinarea surselor şi cauzelor poluării;

caracterizarea condiţiilor fizico-chimice şi hidrogeologice ale sitului, în

vederea determinării vulnerabilităţii mediului.

Ancheta documentară se execută pornind de la surse de informaţii scrise,

grafice, orale, legate de istoricul poluării sitului luat în studiu.

Această fază este indispensabilă deoarece simplifică mult sarcina investigaţiilor

costisitoare aferentei fazei de teren.

Din multitudinea de surse documentare care pot face obiectul cercetării în

această fază, se prezintă în continuare cele mai importante:

Documente reglementare ale administraţiei de stat şi locale privind

utilizarea produselor toxice şi gestiunea deşeurilor, planul de ocupare a terenului,

eventuale studii de impact şi de risc;

Documente cartografice privind localizarea geografică şi administrativă a

sitului, implantarea clădirilor, reţeaua de apă potabilă şi uzată, zonele de depozitare a

deşeurilor, localizarea rezervoarelor cu produse toxice, localizarea puţurilor de apă şi a

forajelor, zonele decopertate, zonele acoperite cu vegetaţie.

Page 48: Ped Sol -Curs Aranjat

48

DIAGNOSTIC

Faza de ancheta

DIAGNOSTIC

Faza de teren

Sit

poluat ?

Starea

sitului

DIAGNOSTIC

detaliat

EVALUAREA

RISCULUI

Risc scazut

si mediu

ALEGEREA FILIEREI

DE DEPOLUARE

Studii de fezabilitate

LUCRARI DE

DEPOLUARE SI

REABILITARE

CONTROL SI

BILANT

Sit

depoluat ?

Risc ridicat

Fig. 5.2. Etapele de parcurs pentru aplicarea unei tehnologii de depoluarea a unui sit

În vederea pregătirii studiului de teren, ancheta documentară cuprinde, în mod

obligatoriu, o vizită detaliată a sitului. Vizita trebuie să permită:

realizarea unei analize preliminare pentru identificarea poluanţilor precum şi

a zonelor de localizare a acestora;

evaluarea şi decizia asupra acţiunilor ce trebuie luate privind sursele de

poluare, căile de transfer şi depozitele de deşeuri pentru:

- reducerea riscurilor imediate, în mod particular menţinera în siguranţă

a sitului, prin evacuarea şi eliminarea produselor periculoase şi a deşeurilor prezente pe

sit, prin interdicţia sau limitarea accesului pe sit, prin eliminarea riscurilor de incendii sau

explozii;

- organizarea acţiunilor ulterioare, cum ar fi controlul stării de calitate a

factorilor de mediu prin punerea la punct a unui sistem de monitorizare a surselor de

poluare

Page 49: Ped Sol -Curs Aranjat

49

Pentru realizarea vizitei trebuie cerut acordul prealabil proprietarului pentru acces

pe sit. Dacă este posibil, vizita se va face în compania unei persoane care cunoaşte

activitatea pe sit.

Chestionarul vizitei se completează în timpul vizitei/vizitelor (Vezi lucr. 2 de

laborator).

Studiul de teren se face pe baza unui program de investigaţii bine stabilit care

ţine seama de informaţiile dobândite în faza de anchetă documentară. Obiectivul

principal al studiului de teren este certificarea poluării pe sit şi cuantificarea acesteia

(tipul poluanţilor, nivelul concentraţiilor în mediu, suprafeţele şi volumele de teren

afectat, distanţa de migrare a poluanţilor etc).

Principalele etape ale studiului de teren sunt: măsurătorile direct pe sit,

prelevarea probelor, analiza de laborator, iar în final, prezentarea şi interpretarea

rezultatelor.

Prelevarea probelor de sol se face după un plan bine stabilit, care se întocmeşte

funcţie de gradul de detaliere dorit: funcţie de configuraţia şi structura sitului (aspectele

geologice, hidrologice, pedologice) şi funcţie de caracteristicile poluării (natura,

cantitatea şi sursa poluării).

Există mai multe modele de repartiţie a punctelor de prelevare a probelor de sol

şi subsol. În figura 5.3 se prezintă trei modele de prelevare a probelor de sol.

Probare aleatorie Probare sistematică

Probare concentrată

Fig. 5.3. Modele de prelevare a probelor de sol

Page 50: Ped Sol -Curs Aranjat

50

Probarea concentrată sau orientată presupune dispunerea punctelor de

prelevare concentrate într-o zonă redusă ca suprafaţă, zonă considerată critică, după

informaţiile obţinute în faza de anchetă documentară.

Inconvenientele acestui model sunt:

- imprecizia conturării zonei critice reale;

- ignorarea eventualelor forme de poluare a din afara perimetrului stabilit.

Probarea sistematică presupune dispunerea punctelor de prelevare în

centrul ochiurilor unei reţele regulate ce acoperă întreaga suprafaţă.

Avantajul acestui model este că permite:

- determinarea existenţei unei poluări;

- evidenţierea scăderii treptate a concentraţiei poluanţilor de la sursa de

poluare spre periferie.

Probarea aleatorie este caracterizată prin dispunerea arbitrară a punctelor

de prelevare pe întreaga suprafaţă a sitului, fără a se urma o regulă prestabilită.

Inconvenientul acestui model este legat de faptul că nu permite o caracterizare reală a

sitului decât în situaţia unei omogenităţi perfecte a acestuia.

Analiză comparativă a celor trei modele de prelevare indică faptul că prelevarea

sistematică ar fi cea mai adecvată prin rezultatele care le generează.

Cu toate acestea, în practică se utilizează adesea o asociere a acestor modele

funcţie de scopul dorit al probării şi de condiţiile concrete în care se află situl poluat.

În general, numărul probelor prelevate trebuie să fie corelat cu mărimea

suprafeţei investigate. În figura 5.4 se prezintă variaţia numărului de probe funcţie de

suprafaţa sitului investigat - dupa anumiţi autori.

Page 51: Ped Sol -Curs Aranjat

51

Fig. 5.4. Corelaţia dintre numărul de probe şi mărimea suprafeţei sitului

Prelevarea probelor de sol din stratul superficial sau pe orizonturi genetice din

profile de sol se face utilizând cazmale, şpacluri, lopeţi, de la stratul de sol inferior la

stratul de sol superior.

Prelevarea probelor de sol fără o prealabilă deschidere de profil şi din orizonturi

mai adânci se realizează cu ajutorul sondelor.

Probele de sol se iau din fiecare orizont şi suborizont în parte; din cele groase se

iau 2-3 probe iar din cele subţiri se ia o probă centrală. Nu se iau probe de sol la limita

de separare a două orizonturi (yona oriyonturilor de tranzitie).

Probele de sol care se prelevează pentru analize chimice se iau de la o

adâncime de 5-10 cm. De pe suprafeţele arate se ia o singură probă de sol. Fiecare

probă de sol trebuie să cântărească în jur de 1-2 kg.

Prelevarea probelor de apă. Spre deosebire de sistemele de probare aplicate în

cazul solului, pentru prelevarea probelor de apă subterană se practică metode specifice

ce ţin seama de dinamica hidrogeologică.

În orice acţiune de monitorizare este important a se asigura prelevarea acelor

probe ce pot fi considerate reprezentative pentru caracterizarea condiţiilor

hidrogeologice şi geochimice ale mediului subteran poluat. În raport cu direcţia de

Bell s.a. (1983) Bell s.a (1985)

Waterhouse (1980)

Smith şi Ellis (1986)

Bell s.a. (1985)

BSI DD 175

Carpenter s.a. (1985)

0 1 2 3 4

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Număr de probe

Suprafaţa sitului, în hectare

0 1 2 3 4 5 6

Page 52: Ped Sol -Curs Aranjat

52

curgere a apei subterane, se disting trei zone care trebuie prospectate: în dreptul sursei

de poluare, în amonte şi în aval de sit (figura 5.5).

Pentru prelevarea probelor de apă subterană, în piezometre se introduc tuburi de

prelevare, seringi şi pompe.

Fig. 5.5. Dispunerea punctelor de prelevare a probelor de apă subterană în cazul unui sit poluat

5.3.2. Evaluarea riscului

Noţiunea de risc desemnează un pericol potenţial, previzibil după legi statistice.

Evaluarea riscului în domeniul protecţiei mediului presupune calculul probabilităţii pentru

o populaţie sau un ecosistem de a primi a anumită doză de poluant sau de a fi în

contact cu el.

La modul general, riscul poate fi exprimat în funcţie de două criterii: frecvenţă şi

gravitate. Aceste criterii au fost corelate prin curba lui Farmer (figura 5.6). Riscul poluării

solurilor şi a apelor subterane se încadrează în domeniul 3 al curbei lui Farmer, fiind un

risc major.

Sens de curgere

a apei subterane

Piezometru

amonte

Piezometre

opţionale

Piezometru

interior

Piezometru aval

Dispersarea poluării

0 100m Uzină

Sit

Page 53: Ped Sol -Curs Aranjat

53

Fig. 5.6. Curba lui Farmer

De obicei, se iau în considerare trei categorii, sau clase distincte de risc: risc

moderat, risc important şi risc major. În urma analizei cantitative şi calitative a sursei,

vectorului şi ţintei se determină apartenenţa sitului la una din cele trei categorii

susmenţionate.

Dacă situl este încadrabil în categoriile de risc important sau major, se

recomandă trecerea la măsuri de depoluare a acestuia.

Cele mai cunoscute metode de evaluare a riscului aferent siturilor poluate sunt:

metoda HRS (Hazard Ranking System) - SUA, sistemul naţional canadian, metoda

Baden-Württemberg şi metoda bavareză (Germania), precum şi metoda BRGM - ME

(Franţa).

Metoda HRS (Hazard Ranking System) a fost elaborată la începutul anilor 1980,

de către Agenţia de Protecţie a Mediului (EPA) din statele Unite ale Americii. În

principiu, metoda constă în aprecierea riscului aferent unui sit poluant prin note cuprinse

în intervalul numeric 0100. Aceste note sunt proporţionale ca mărime cu gradul de

periculozitate generat de poluare.

Sistemul naţional canadian de clasificare a locurilor contaminate, propune atribuirea

unei note globale de apreciere a pericolului potenţial, determinat de un sit poluant, prin

adunarea simplă a notelor care cuantifică următoarele elemente:

- caracteristicile poluanţilor: toxicitate, cantitate. Valoarea maximă a notei: 33;

Frecvenţa

DOMENIUL 1

Risc individual în

viaţa cotidiană

DOMENIUL 2

Risc mediu

din timp în timp

DOMENIUL 3

Risc colectiv

Risc major

Risc major

Gravitate 0

Page 54: Ped Sol -Curs Aranjat

54

- căile de transport şi expunere. Nota maximă 33: apa subterană (11), apa de

suprafaţă (11) şi contactul direct (11);

- receptorii potenţiali (total max.34): persoane şi animale (18), medii naturale

(16).

Nota rezultantă (max.100) permite încadrarea unui sit în una din clasele

evidenţiate în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1.

Clasele de risc stabilite de sistemul naţional canadian de evaluare

Nr. crt. Clasa de risc Intervale de integrare a notei globale

1. Risc scăzut 0 37

2. Risc scăzut spre mediu 38 49

3. Risc mediu 50 69

4. Risc ridicat 70 100

Metoda Baden-Württemberg a fost concepută pentru a se evalua pericolul potenţial

determinat de “punctele negre” existente în landul german Baden Württemberg.

Evaluarea pericolului potenţial se face separat pentru apa subterană, apa de suprafaţă,

sol şi aer, atribuindu-se, în fiecare caz, note între 0 şi 6.

Metoda BRGM - M.E. se bazează pe evaluarea simplificată a riscurilor la sursă,

vector şi ţintă prin atribuirea unei note fiecărui parametru care caracterizează situl.

5.3.3. Alegerea tehnologiei de depoluare pe baza criteriilor tehnice şi

economice

Dacă în urma evaluării riscului, se ia decizia depoluării unui sit, suntem puşi în

faţa unei noi probleme: alegerea celei mai adecvate filiere de depoluare. Dificultatea

alegerii este destul de pregnantă, dat fiind numărul mare de tehnici de depoluare cu

aplicabilitate practică. Pentru asigurarea unei reuşite depline, depoluarea trebuie să

integreze şi să concilieze multitudinea factorilor tehnici, economici şi psihosociali.

Pe plan mondial au fost elaborate programe de calculator, care permit o analiză

multicriterială obiectivă a alegerii celei mai adecvate metode de depoluare.

Odată fixate obiectivele depoluării, alegerea propriu-zisă a filierei de depoluare se

face pe baza unor criterii tehnice şi economice specifice.

Tehnologia propusă pentru depoluare trebuie să fie, cea mai adecvată cazului

tratat şi, în acelaşi timp, să fie disponibilă pe piaţă.

Page 55: Ped Sol -Curs Aranjat

55

Kinzelbach şi colab. săi au propus, în sprijinul alegerii tehnice adecvate a filierei

de depoluare, utilizarea unei matrice sintetice, în care se face corespondenţa între

criterii tehnice şi tehnologiile de bază încercate pentru depoluarea solurilor şi apelor

subterane.

Alegerea celei mai adecvate filiere de depoluare este decisă, în cele din urmă,

printr-un studiu economic comparativ al celor mai avantajoase variante tehnice. Se

ajunge astfel la varianta de depoluare cea mai convenabilă din punct de vedere tehnico-

economic.

Costul financiar al acestei variante este estimat în urma unor consultări la nivelul

tuturor partenerilor care participă la diferitele etape ale filierei de depoluare. Sunt luate în

considerare nu numai costurile intrinseci ale operaţiilor propriu-zise de depoluare, dar şi

costurile fazelor de urmărire şi control ale depoluării. Se ţine cont, de asemenea şi de

cheltuielile necesare realizării bilanţului final al depoluării.

Pentru compararea costurilor financiare specifice, aferente diferitelor metode de

depoluare a solurilor şi apelor subterane, Paul Lecomte propune pentru fiecare metodă

considerarea următoarelor cheltuieli:

instalarea pe sit a echipamentelor de lucru destinate depoluării;

materialele consumabile (cărbune activ, geomembrane, solvenţi etc.);

energia şi fluidele de lucru (electricitate, abur, aer comprimat, apă etc.);

cheltuielile de salarizare cu personalul implicat în exploatare şi întreţinere;

amortismentele aferente echipamentelor de lucru.

Procedându-se astfel, s-a stabilit ordinul de mărime a costurilor specifice,

corespunzătoare principalelor metode de depoluare a solurilor şi apelor subterane (Tab.

5.2).

Tabelul 5.2.

Costurile specifice (în Euro) ale depoluării prin diferite metode

Nr.

crt. Metoda de depoluare Costul specific

1 Depozitare la rampe de reziduuri 75150 Euro/t

2 Pompare selectivă 1575 Euro/m3

3 Venting (cu diminuarea concentraţiei de poluant

de la 1000 la 100 ppm) 15-30 Euro/t în 48 luni

4 Stripping pe sit (în coloană) 2545 Euro/m3

5 Izolare “în siguranţă”, în depozite speciale 600900 Euro/t

Page 56: Ped Sol -Curs Aranjat

56

6 Etanşare prin turnarea unui perete - barieră 50160 Euro/m2

7 Etanşare prin palplanşe 35100 Euro/m2

8 Etanşare prin geomembrane 3075 Euro/m2

9 Acoperire “în siguranţă”, cu colectarea gazului 3045 Euro/m2

10 Stabilizarea pe sit sau inertare 23180 Euro/t

11 Vitrificare “in situ” 180380 Euro/t

12 Spălare soluri excavate 2390 Euro/t uneori până la

150 Euro /t

13 Electroreabilitare “in situ” 60180 Euro/t

14 Transformare prin reacţii chimice 1090 Euro/t

15 Incinerare în afara sitului 275450 Euro/t uneori până

la 1000 Euro /t

16 Tratare termică pe sit 40200 Euro/t

17 Biodecontaminare “in situ” 1545 Euro/t

18 Compostare, ”biopile” 2360 Euro/t

19 Biodegradare în reactoare 4590 Euro/t

Page 57: Ped Sol -Curs Aranjat

57

CAPITOLUL 6. DEPOLUAREA IN SITU A SOLURILOR ŞI A

APELOR SUBTERANE

Procedeele de depoluare „în situ” sunt aplicate direct în mediul poluat, fără a se

efectua lucrări de excavare a solului şi fără extracţia apelor contaminate. Ele se

utilizează atât pentru decontaminarea solului din zona nesaturată cât şi a solului şi a

apei din zona saturată (figura 6.1).

Procedee de depoluare in situ

Zona saturata

• Extractia sub vid

• Biremederea

- Bioventilatia

- Bioaspiratia

- Aplicarea de amendamente

biologice in situ

• Spalarea solului

• Tratarea termica in situ

- Volatilizarea

- Vitrificarea

• Solidificarea/inertarea in situ

• Fitoremedierea

Zona nesaturata

• Recuperarea / tratarea

produselor in stare libera

• Pomparea si reinjectarea

• Biremederea

• Barbotarea

• Izolarea

• Utilizarea barierelor active

• Procedeul electrocinetic

• Fracturarea pneumatica /

hidraulica

• Remedierea naturala

Fig. 6.1. Procedeele de depoluare în situ a solurilor şi apelor subterane

Poluantul ce trebuie eliminat poate fi un produs în stare liberă care pluteşte în

pânza freatică, un reziduu care este reţinut în zona nesaturată sau saturată sau un

compus dizolvat în apele subterane.

În continuare, se vor descrie procedeele ce pot fi utilizate pentru remedierea

solurilor şi apelor subterane contaminate cu diverse tipuri de subsatanţe poluante.

Page 58: Ped Sol -Curs Aranjat

58

Fiecare procedeu va fi prezentat separat, însă pentru remedierea mediului afectat

se pot utiliza mai multe procedee, simultan sau succesiv. De exemplu, eliminarea unui

produs/poluant existent în stare liberă în sol se poate face prin:

o pomparea la suprafaţă a produsului în cauză amestecat cu apa subterană,

o separarea produsului de apă, o tratarea apei şi distrugerea sau reciclarea produsului extras.

6.1. DEPOLUAREA SOLULUI DIN ZONA NASATURATĂ

Reziduurile de substanţe poluante existente în zona nesaturată sunt fie adsorbite

de particulele solului fie reţinute în spaţiile care separă aceste particule. Procedeele

utilizate pentru tratarea solurilor în zona nesaturată sunt influenţate de:

condiţiile mediului nesaturat, cum ar fi prezenţa aerului (oxigen);

deplasarea aerului în sol;

prezenţa microorganismelor care ar putea să degradeze substanţele

poluante.

6.2. EXTRACŢIA POLUANŢILOR SUB VID

Procedeele de extracţie a poluanţilor din sol şi apa subterană cu ajutorul

curenţilor de aer se aplică în cazul poluanţilor volatili şi semivolatili (n-pentan, n-hexan,

tricloretan, benzen, ciclohexan, tricloretilenă, toluen, tetracloretilenă, clorbenzen,

etilbenzen, etc), care au constanta Henry mai mare de 160 atm, iar presiunea de vapori

superioară valorii de 0,00066 atm (1 mm col.Hg la 25 oC).

Aplicabilitatea acestor procedee depinde de echilibrele stabilite între următoarele

proprietăţi ale poluanţilor:

• solubilitatea în apă şi în aer;

• adsorbţia în sol şi în aer;

• raportul dintre faza lichidă şi faza gazoasă.

Cu cât concentraţiile poluantului în faza gazoasă sunt mai ridicate cu atât şansele

de aplicare cu succes a acestor procedee sunt mai mari.

De asemenea, aplicabilitatea acestor procedee este influenţată de proprietăţile

solului, condiţiile favorizante fiind:

• permeabilitatea ridicată a solului, K > 10-7 m/s;

• conţinutul redus de particule fine din sol;

• conţinutul redus în humus;

• situarea pânzei freatice în profunzime;

• omogenitatea solului;

Page 59: Ped Sol -Curs Aranjat

59

• umiditatea redusă.

În principiu, acest procedeu constă în crearea unei depresiuni în solul contaminat

prin utilizarea unor ventilatoare / pompe de vid racordate la sonde sau puţuri de

extracţie. Gradientul de presiune creat generează o circulaţie a gazelor în interiorul

solului spre puţul de extracţie. Poluanţii volatili prezenţi în zona nesaturată sunt antrenaţi

de curentul generat de extractor, fiind evacuaţi la suprafaţa solului, unde sunt

neutralizaţi sau distruşi.

În figura 6.2 se prezintă schema de principiu a procedeului de extracţie a

poluanţilor sub vid, în cazul poluării solului şi pânzei freatice cu hidrocarburi volatile.

Fig. 6.2. Schema de principiu a extracţiei poluanţilor sub vid

Instalaţia de extracţie sub vid este în general mobilă, fiind montată pe o platformă

rulantă. O instalaţie este constituită din următoarele elemente componente:

tubulatura de admisie a gazelor poluante, provenite de la puţurile de

extracţie;

Page 60: Ped Sol -Curs Aranjat

60

separatorul de aer / apă, echipat cu un filtru;

extractorul, care poate fi un ventilator sau pompă de vid;

unitatea de tratare a gazelor evacuate(de exemplu: oxidare catalitică/

termică, adsorbţie pe cărbune activ sau tratare cu ozon).

Firma LAMSON fabrică şi comercializează asfel de instalaţii adaptabile pentru

extracţia unei game variate de poluanţi volatili din soluri cu permeabilităţi diferite (tabelul

6.1).

Tabelul 6.1.

Caracteristicile principale ale instalaţiilor produse de firma LAMSON

Pentru asigurarea unei circulaţii optime a curenţilor de aer şi obţinerea unor

randamente superioare de depoluare, tronsonul perforat trebuie amplasat în centrul

zonei contaminate.

Din practica depoluării prin venting a rezultat că raza de acţiune a unui puţ de

extracţie a gazelor contaminate depinde de parametrii extractorului (ventilator, pompa

de vid etc), de adâncimea puţului, de diametrul acestuia şi de mărimea suprafeţei

impermeabile din jurul puţului (figura 6.3.).

Page 61: Ped Sol -Curs Aranjat

61

Fig. 6.3. Influenţa mărimii suprafeţei impermeabile din jurul puţului asupra razei de acţiune

În fig. 6.3 se prezintă schematic dependenţa evidentă între raza de acţiune a

puţului de extracţie şi mărimea suprafeţei impermeabile din jurul acestuia.

Ţinând seama de această dependenţă, în practică se procedează la acoperirea

suprafeţei din jurul puţului de extracţie cu dale din beton sau cu o folie din material

plastic.

În cazul unei extensii laterale importante a corpului de impregnare cu poluanţi,

sunt necesare mai multe puţuri de extracţie.

Plasarea puţurilor se face astfel încât poluarea să fie inclusă integral în interiorul

razelor de acţiune ale puţurilor (figura 6.4).

Performanţele procesului de decontaminare prin extracţie sub vid sunt sugestiv

redate în figura 6.5.

Urmărind variaţia cantităţii de gaz extrase din sol funcţie de timp, se constată că,

la început după o scurtă perioadă de timp se ajunge la o valoare scăzută a concentraţiei

gazului în sol, iar după o întrerupere, la reluare, rezultă o creştere semnificativă a

concentraţiei gazului în sol.

Page 62: Ped Sol -Curs Aranjat

62

Această creştere este datorată volatilizării poluanţilor aflaţi în faze mai puţin

mobile (faza lichidă, faza dizolvată în apa din sol şi faza adsorbită de particulele solului).

Fig.6.4. Amplasarea puţurilor de extracţie in cazul Fig. 6.5. Variaţia cantităţii de gaz extrase din extensiei

zonei contaminate sol funcţie de timp

Astfel, la reluarea operaţiei de extracţie sub vid, concentraţia de gaz în sol este

din nou ridicată.

După extracţie, se ajunge la diminuarea evidentă a concentraţiei care nu

presupune şi încheierea procesului de decontaminare.

În mod practic, procesul de decontaminare se încheie după aplicarea mai multor

cicluri funcţionare-staţionare, în urma cărora se obţine o concentraţie reziduală

acceptabilă.

O variantă a acestui procedeu este extracţia sub vid a poluanţilor combinată

cu injecţia aerului cu presiune. Principiul acestei metode constă în injecţia de aer sub

presiune, în mediul subteran contaminat, fapt ce determină o vaporizare a intensă a

poluanţilor cu proprietăţi volatile.

Vaporii toxici rezultaţi sunt în continuare aspiraţi de către o instalaţie venting

(figura 6.6).

Page 63: Ped Sol -Curs Aranjat

63

Fig. 6.6. Principiul depoluării solurilor prin extracţia sub vid a poluanţilor combinată cu injecţia aerului cu

presiune

Aerul sub presiune se introduce printr-un foraj sau puţ de injecţie, prevăzut la

partea inferioară cu un tronson perforat care este mai scurt decât tronsonul perforat

corespunzător forajului sau puţului de aspiraţie.

Volumul de aer injectat (V1) este mult mai mic decât volumul de aer aspirat (V2).

Distanţa dintre cele două puţuri trebuie judicios aleasă, astfel încât poluanţii mobilizaţi

prin injecţie să fie captaţi integral prin aspiraţie.

De obicei, puţurile de injecţie sunt executate în centrul zonei poluate, în timp ce

puţurile de aspiraţie sunt plasate la periferia acesteia.

După recomandările lui Nyer, diametrul forajului de injecţie trebuie să fie cât mai

mic posibil, lungimea tronsonului perforat sa fie de 0,5÷2 m, iar diametrul perforaţiilor

de 1,25÷1,8 cm.

Debitul de aer introdus printr-un puţ de injecţie variază între 7 m3/h (pentru

adâncimi sub 3 m) şi 17 m3/h (pentru adâncimi până la 9 m).

Page 64: Ped Sol -Curs Aranjat

64

Firma LAMSON furnizează instalaţii de injecţie a aerului cu presiune (sparging),

pompele de aer (minitron şi turbotron) realizează debite de 200÷1500 m3/h la presiuni

de lucru cuprinse între 150÷400 mbar.

Această metodă a fost dezvoltată la început în Germania în anii 1980, iar

actualmente se utilizează în multe ţări, mai ales pentru depoluarea acviferelor.

Exemplu de aplicare a procedeului: Depoluarea sitului New Castle Country(SUA)

contaminat cu solvenţi cloraţi, în urma unor scăpări accidentale din rezervoare

subterane până la adâncimea de 3,90 m.

Sistemul de depoluare a conţinut:

o instalaţie de injecţie a aerului(sparging) individuală cu 7 puncte de

injecţie;

o instalaţie de injecţie-aspiraţie a aerului, cu 7 puncte de injecţie-

aspiraţie;

o instalaţie de aspiraţie a aerului(venting) individuală cu un punct de

aspiraţie;

mai multe puncte de control.

Debitul total de injecţie a fost de 380 m3/h, iar debitul total de aspiraţie a

fost de 845 m3/h.

După şase săptămâni s-au recuperat 408 kg solvenţi, realizându-se o

eliminare aproape totală a fazei adsorbite din zona nesaturată.

După 125 de zile s-a încheiat şi depoluarea acviferului, randamentul

depoluării fiind de 98 %.

Avantajele extracţiei poluanţilor sub vid în situ:

procedeul este uşor adaptabil în teren, fiind adesea utilizat pentru

extracţia poluanţilor de sub clădiri;

permite depoluarea simultană a zonei nesaturate şi a zonei nesaturate;

se accelerează biodegradarea naturală a poluanţilor printr-un aport

continuu de oxigen;

durata de aplicare relativ scurtă şi randamentul de depoluare ridicat;

asigură decontaminarea zonelor situate la adâncimi considerabile;

costul scăzut al lucrărilor de depoluare.

Dezavantajele extracţiei poluanţilor sub vid în situ :

se utilizează instalaţii de înaltă tehnicitate;

limitarea aplicabilităţii procedeului la extracţia poluanţilor volatili şi

semivolatili;

limitarea aplicabilităţii procedeului la soluri omogene şi permeabile;

Page 65: Ped Sol -Curs Aranjat

65

necesită tratarea aerului extras (efluenţii gazoşi).

Cunoaşterea detaliată a caracteristicilor geologice şi hidrogeologice ale zonei

contaminate este indispensabilă pentru realizarea unui randament ridicat de depoluare.

Se impune ca exploatarea tehnologiei de depoluare prin extracţie sub vid să se

facă de specialişti cu experienţă în domeniu.

De altfel, dacă poluanţii nu au acelaşi grad de volatilitate, extracţia sub vid poate

să nu fie convenabilă sau trebuie să fie combinată cu alte tehnici de depoluare.

Page 66: Ped Sol -Curs Aranjat

66

CAPITOLUL 7. BIOREMEDIEREA ÎN SITU

7.1. CONSIDERAŢII GENERALE ASUPRA METODELOR BIOLOGICE DE DEPOLUARE

Procedeele biologice de depoluare a solurilor se bazează pe prezenţa în sol/mediul

subteran a unor microorganisme (bacterii, ciuperci) capabile să degradeze cea mai mare parte a

poluanţilor organici carbonaţi şi o bună parte a poluanţilor anorganici.

Biodegradarea la nivelul solului este un fenomen natural şi are loc prin intermediul

microorganismelor cum sunt:

- bacteriile: Pseudomonas, Bacillus, Arthrobacter, Flovorbacterium şi

- fungidele: Trichoderma, Penicillium şi Asperigillus.

Un gram de sol normal conţine 106÷108 microorganisme, iar un mililitru de apă subterană

conţine cca. 104 microorganisme.

Procesul de biodegradare se dezvoltă printr-o reacţie în lanţ, în care compuşii carbonici

sunt transformaţi prin degradare succesivă în molecule din ce în ce mai puţin complexe, până la

obţinerea unor subproduse simple (apa şi bioxidul de carbon) (figura 7.1).

Fig. 7.1. Principiul procedeelor biologice de depoluare a solurilor.

Page 67: Ped Sol -Curs Aranjat

67

Biodegradarea s-a dovedit a fi adecvată pentru îndepărtarea următoarelor

categorii de poluanţi:

hidrocarburile petroliere (motorina, combustibilul lichid uşor, benzina,

petrolul lampant, uleiurile minerale, benzenul, toluenul, xilenul etc);

deşeurile de la exploatarea ţiţeiului, nămolurile şi reziduurile uleioase;

produsele şi reziduurile organice din industria chimică (alcooli, acetonă,

fenoli, aldehide şi alţi solvenţi);

compuşii organici halogenaţi, inclusiv solvenţii alifatici (ex. tricloretilenă,

cloroform) şi aromatici (clorbenzen), dar şi policlorbifenilii;

compuşii complecşi de tipul hidrocarburilor aromatice policiclice şi

pesticidelor;

nitraţii şi sulfaţii.

Procesul de biodecontaminare a solurilor şi apelor subterane este influenţat, în

principal, de următorii factori:

• biodegradabilitatea poluanţilor;

• tipul microorganismelor utilizate;

• alegerea oxidantului şi a substanţelor nutritive;

• caracteristicile mediului supus depoluării.

Biodegradabilitatea poluanţilor se exprimă prin capacitatea acestora de a se

degrada sub acţiunea microorganismelor. După potenţialul lor de biodegradare, poluanţii

organici se clasifică în trei grupe:

poluanţi degradabili(D), care au o capacitate mare de degradare biologică

în condiţii aerobice variate(ex. benzen, clorbenzen, cloretan, clorfenol, etilbenzen,

hexacloretan, naftalina, nitrobenzen, fenol, tetrahidrofuran, toluen, xilen etc);

poluanţi persistenţi(P), care pot fi degradaţi, însă cu eforturi mai mari şi

după un timp mai îndelungat(ex. bromdiclormetan, tetraclorură de carbon, cloroform,

diclorbenzen, dicloretan, dicloretilenă, tetracloretan, tetracloretilenă, triclorbenzen,

tricloretan, tricloretilenă, clorura de vinil etc);

poluanţi recalcitranţi(R), care nu se pretează la biodegradare (ex. dioxan,

heptaclor, hexaclorbenzen).

Dintre microorganismele utilizate, bacteriile ocupă locul dominant. În cele mai

multe cazuri, microflora autohtonă a zonei poluate poate constitui baza de

microorganisme necesare pentru decontaminare. Un aport suplimentar de

microorgaisme în mediul contaminat este necesar în următoarele situaţii:

la începutul procesului de biodegradare, când se urmăreşte o demarare

accelerată a acestuia;

Page 68: Ped Sol -Curs Aranjat

68

pentru producerea agenţilor tensioactivi necesari intensificării procesului

de biodegradare a poluanţilor cu solubilitate redusă;

pentru biodegradarea poluanţilor persistenţi.

Pentru biodegradarea hidrocarburilor petroliere se utilizează speciile naturale,

existente în sol de tipul: Arthrobacter, Achromobacter, Novocardia, Pseudomonas,

Flavobacterium, etc.

Pentru biolixivierea metalelor grele se utilizează speciile: Thiobacillus,

Leptospirillum sau Sulfolobus.

Dacă prin teste de laborator se dovedeste că microorganismele autohtone nu fac

faţă biodegradării, se poate apela la microorganisme “specializate”, care sunt dezvoltate

pe un suport mineral (zeoliţi, carbonaţi etc) şi apoi amestecate cu mediul contaminat.

Luaţi izolaţi, foarte mulţi compuşi organici pot fi consideraţi biodegradabili, însă în

amestec aptitudinea de biodegradare a compuşilor organici este adesea diminuată prin

fenomenele de inhibare (ex. prezenţa pesticidelor şi a metalelor grele într-un sol

contaminat cu hidrocarburi, s-a dovedit a fi nefastă pentru procesul de biodegradare

globală a poluanţilor).

Unii poluanţi recunoscuţi ca fiind rezistenţi la biodegradare în condiţii aerobe,

devin biodegradabili în condiţii anaerobe (ex. solvenţii cloraţi care nu pot fi degradaţi

direct în condiţii aerobe decât după o declorurare anaerobă).

Alegerea oxidantului şi a substanţelor nutritive reprezintă un punct cheie în

fezabilitatea unei operaţii de biodecontaminare.

Aportul de oxigen (O2) sau de compuşi oxigenaţi în sol sau în apă, conduce la

accelerarea procesului de biodegradare a poluanţilor organici, conform reacţiei:

În urma introducerii oxigenului şi a compuşilor oxigenaţi într-un mediu reducător,

sunt create condiţiile oxidării metalelor (de ex. trecerea Fe2+ în Fe3+ ) şi floculării

hidroxizilor. De aceea, trebuie să se ţină seama că oxigenul şi compuşii oxigenaţi, pe

lângă efectul de accelerare a proceselor biologice, au şi un potenţial de transformare a

metalelor din mediul contaminat.

În ceea ce priveşte nutrienţii minerali, formele de fosfor şi de azot cele mai

asimilabile de către microorganisme sunt ortofosfaţii şi amoniacul.

Nutrienţii organici cei mai utilizaţi sunt metanul, propanul şi melasa. Pe lângă

aceştia, se mai utilizează şi materiale organice inerte cum ar fi scoarţa şi paiele.

Caracteristicile mediului supus depoluării sunt reprezentate în principal de

pH, temperatură, umiditate, parametri fizici ai mediului tratat, etc.

pH-ul mediului tratat trebuie să fie între 5,5÷8,5.

OHeHgazosO 22 244)(

Page 69: Ped Sol -Curs Aranjat

69

Temperatura mediului contaminat influenţează într-o măsură semnificativă

activitatea microorganismelor. În cazul decontaminării în situ, procesul de biodegradare

a poluanţilor este mult încetinit sau chiar stopat în timpul iernii, când temperatura scade

sub 0oC. Intervalele de temperatură adecvate pentru biodegradare sunt cuprinse între

5÷80oC, fiind dependente în principal de tipul microorganismelor.

Umiditatea este un factor important pentru dezvoltarea microorganismelor. În

general, se consideră că umiditatea unui material este propice dezvoltării

microorganismelor dacă se înscrie în intervalul 25÷85%.

Dintre parametrii fizici ai solului şi acviferului, permeabilitatea are cea mai mare

importanţă. Dacă mediul contaminat nu este suficient de permeabil, circulaţia fluidelor

purtătoare de nutrienţi şi oxidanţi este mult îngreunată sau chiar blocată.

Cele mai importante procedee biologice de decontaminare a solurilor în situ sunt:

bioventilaţia şi bioaspiraţia;

biodegradarea în situ;

aplicarea de amendamente biologice cu ocazia lucrărilor solului

7.2. PROCEDEE DE BIOREMEDIERE ÎN SITU

7.2.1. Bioventilaţia şi bioaspiraţia

Bioventilaţia constă în favorizarea pătrunderii oxigenului în sol pentru a stimula

biodegradare aerobică a poluanţilor. Aportul de aer proaspăt fiind constant,

microorganismele din sol dispun de oxigen pentru descompunerea poluanţilor în situ.

Solul este aerat printr-o reţea de puţuri de injecţie şi de extracţie (comparabile cu

puţurile de aerare şi de extracţie amenajate pentru extracţia sub vid).

Dacă la extracţia sub vid se urmăreşte crearea unui flux puternic de aer pentru a

favoriza volatilizarea poluanţilor, prin procedeul de bioventilaţie, din contră, se menţine

un flux de aer suficient pentru a limita pe cât posibil producerea de efluenţi gazoşi şi

pentru a favoriza biodegradarea în sol.

Se poate ameliora eficacitatea bioventilaţiei prin adăugarea de nutrienţi solului;

această operaţie de îmbogăţire este uneori dificil a fi realizată.

Principiul bioaspiraţiei, care este o tehnică inovativă este descris în figura 7.2.

Printr-un tub de aspiraţie se elimină poluantul care pluteşte pe pânza

freatică; de asemenea, prin acelaşi tub se face şi aerarea solului.

Aerarea se face ca in cazul bioventilaţiei, ea favorizează volatilizarea şi

biodegradarea poluanţilor în situ.

Vaporii de poluant ce ajung la suprafaţă sunt evacuaţi direct în atmosferă

sau după o tratare adecvată.

Page 70: Ped Sol -Curs Aranjat

70

Bioventilatie Bioventilatie

Aer Aer

Flux orizontal PLNUA Panza freatica

Apa subterana

Tub de aspiratie

Pompa

de vid

Evacuare / tratare

a efluentilor gazosi

Separator

ulei - apa

Evacuare

PLNUA

Evacuarea

apei

Fig. 7.2. Schema de principiu a sistemului de bioaspiraţie

Spre deosebire de instalaţiile de extracţie sub vid a poluanţilor, instalaţiile de

bioventilaţie-bioaspiraţie sunt dimensionate la capacităţi mult mai mici de aspiraţie; de

fapt se datorează, pe de-o parte, condiţiei de menţinere a poluanţilor un timp mai

îndelungat în zona de biodegradare, iar pe de altă parte, reducerii ponderii operaţiilor

fizice în procesul de decontaminare.

În prezent, bioventilaţia şi bioaspiraţia se utilizează pe scară largă la

decontaminarea solurilor şi apelor subterane poluate cu hidrocarburi petroliere. Ca

exemplu, în SUA aceste tehnici sunt utilizate în mod curent la decontaminarea

terenurilor aferente aviaţiei militare şi depozitelor de carburanţi pentru armată.

Randamentele de degradare a poluanţilor prin această metodă depăşesc 90%,

valori corespunzătoare unor durate de decontaminare de doar câteva săptămâni.

7.2.2. Biodegradarea în situ

Biodegradarea în situ presupune aplicarea operaţiilor de biodecontaminare direct

în mediul afectat de poluare (sol, subsol, acvifer) şi nu necesită excavarea solului. Se

Page 71: Ped Sol -Curs Aranjat

71

recomandă, în special, în cazul unei extensii importante a poluării, atât în profunzime cât

şi în lateral (este utilă pt. depoluarea solului/subsolului de sub clădiri).

Biodegradarea în situ este o metodă pretenţioasă şi presupune o cunoaştere

exactă a sistemului hidrologic (permeabilitate, grosimea acviferului, viteza apei

subterane etc), dar şi a parametrilor chimici ai zonei poluate (pH, conţinut de anioni şi

metale grele etc).

În practica biodegradării în situ există mai multe variante aplicative care au la

bază acelaşi principiu: introducerea în interiorul zonei contaminate a nutrienţilor şi a

oxigenului, în scopul creării unor condiţii favorabile biodegradării poluanţilor organici.

Procedeul clasic prevede injecţia în subsol a apei în care sunt dizolvate fosforul,

azotul şi oxigenul, fapt ce accelerează reacţia aerobă destinată anihilării poluanţilor.

Dacă poluarea afectează numai zona nesaturată, soluţia care conţine nutrimentele şi

oxigenul se administrează în sol prin aspersiune la suprafaţa acestuia.

Frecvent, poluarea cu produse organice se extinde atât în zona nesaturată cât şi

în zona saturată. În această situaţie pot fi aplicate două sisteme distincte de

biodegradare în situ:

►sistemul pasiv

►sistemul activ.

Sistemul pasiv(figura 7.3) presupune administrarea soluţiei cu substanţe

nutritive şi oxigen , atât prin aspersiune, deasupra zonei contaminate, cât şi prin puţuri

sau foraje de injecţie instalate în amonte de zona contaminată.

Dacă poluantul pluteşte la suprafaţa pânzei freatice, administrarea soluţiei

nutritive se face preponderent prin aspersiune.

Page 72: Ped Sol -Curs Aranjat

72

Fig. 7.3. Schema sistemului pasiv de biodegradare în situ

Sistemul activ (figura 7.4) se bazează pe administrarea soluţiei cu nutrienţi şi

oxigen prin puţuri sau foraje situate în amonte de zona contaminată, fiind prevăzut în

plus cu puţuri sau foraje de pompare a apei, situate în aval de zona contaminată.

Se face o recirculare a apei, care înainte de a fi reinjectată în subsol este

decontaminată într-o unitate specializată. Utilizarea sistemului activ de biodegradare în

situ permite obţinerea unor randamente de depoluare mult mai bune decât în cazul

aplicării sistemului pasiv.

Efectele pozitive ale sistemului activ se datorează mişcării de convecţie a apei în

subsolul contaminat, ceea ce conduce la o stimulare pronunţată a biodegradării

poluanţilor.

Page 73: Ped Sol -Curs Aranjat

73

Fig.7.4. Schema sistemului activ de biodegradare în situ

În majoritatea cazurilor de biodegradare în situ, se utilizează flora bacteriană

autohtonă, specifică zonei contaminate. Uneori, pentru demararea rapidă a procesului

de biodegradare, în mediul contaminat sunt introduse bacterii autohtone selecţionate in

laborator.

Parametrul principal care influenţează fezabilitatea proceselor biologice ca

metodă de remediere a straturilor acvifere poluate îl reprezintă biodegradabilitatea

compuşilor chimici poluanţi. Aceasta este evaluată prin raportul între oxigenul biologic

cerut BOD şi oxigenul chimic cerut COD, compuşi biodegradabili fiind cei care au acest

raport cu valoare mai mari de 0,1.

Biodegradarea în situ este aplicabilă solului şi acviferelor contaminate cu poluanţi

biodegradabili cum sunt: hidrocarburile petroliere (motorina, pentaclorofenolul), solvenţii

(acetone, cetone, alcooli), compuşii aromatici (benzina, toluenul, xilenul, fenolul).

Conţinutul în substanţe nutritive al solului influenţează ritmul de desfăşurare a

activităţii biologice. Raportul optim între nutrienţi pentru o activitate biologică eficientă

este următorul: carbon/azot/fosfor = 100/10/1.

Factorul care reduce aplicabilitatea acestei metode îl reprezintă structura

hidrogeologică a acviferului. Distribuţia neuniformă a mărimii granulelor mediului poros,

tipul de sol şi permeabilitatea acestuia la aer şi apă reprezintă caracteristici importante

care afectează esenţial procesul aerob de degradare.

Page 74: Ped Sol -Curs Aranjat

74

Mediile cu permeabilitate mai mare de 10-4 cm/s sunt considerate ca favorabile

aplicării biodegradării în situ.

Un exemplu privind aplicarea acestui procedeu este reprezentat de

biodegradarea în situ efectuată de firma BRGM Orléans/Franţa asupra sitului Port aux

Pétroles din Strasbourg poluat cu 65 m3 de motorină (figura 7.5).

Înainte de biodecontaminare s-a realizat o pompare selectivă a poluantului apoi

s-a instalat un sistem de biodegradare în situ, costituit dintr-un puţ central de

pompare/extragere a apei poluate şi 8 puţuri de injecţie. După 4 luni (1990) de aplicare

a biodegradării în situ, concentraţia în hidrocarburi s-a redus cu cca 50-90% (figura 7.6).

Fig. 7.5. Schema unei instalaţii pilot de biodegradare în situ, amplasată de BRGM Orleans la Port aux

Pétroles/Franţa

Page 75: Ped Sol -Curs Aranjat

75

Fig. 7.6. Rezultatele obţinute prin biodegradarea în situ la Port aux Pétroles

7.2.3. Aplicarea de amendamente biologice cu ocazia lucrărilor solului

Aşa după cum s-a văzut deja, tehnicile de bioremediere vizează modificarea

disponibilităţii poluanţilor şi concentraţia lor, precum şi viteza reacţiilor de biodegradare.

Prin lucrările solului şi amendamentele aplicate, normal în stratul superficial, se

urmăreşte modificarea proprietăţilor astfel încât să se activeze degradarea microbiană a

poluanţilor.

Această tehnică necesită controlul principalelor caracteristici ale mediului cum

sunt pH-ul, conţinutul în apă, temperatura, concentraţia în oxigen şi concentraţia

nutrimentelor, factori care influenţează toţi asupra biodegradării.

În cadrul acestei metode, lucrările solului accentuează aerarea şi permite

incorporarea unor produse/amendamente (resturi de scoarţă, turbă sau agenţi speciali

ce contribuie la creşterea volumului solului), a nutrienţilor şi a microorganismelor.

În anumite cazuri, se utilizează microorganisme produse prin inginerie genetică

sau aclimatizate (adică adaptate mediului). Cu ajutorul diverselor substanţe se

amendează solul, rezultând o creştere în volum acestuia ceea ce favorizează creşterea

capacităţii de reţinere a apei sau a permeabilităţii lui pentru aer, sau crearea unei surse

de carbon pentru microorganisme.

Desigur, această metodă nu poate fi utilizată decât pentru poluanţii biodegradabili

cum sunt hidrocarburile aromatice policiclice (HAP) şi pentaclorofenolii (PCP).

Page 76: Ped Sol -Curs Aranjat

76

CAPITOLUL 8. SPĂLAREA SOLULUI IN SITU

8.1.CARACTERISTICI GENERALE

Spălarea solurilor este o metodă fizică sau fizico-chimică, utilizată pentru

eliminarea fazei reziduale de poluant imobilizat în matricea solului.

Principiul spălării în situ constă în infiltrarea în sol a apei, care are ca efect

antrenarea mecanică şi solubilizarea poluanţilor, colectarea în aval şi pomparea la

suprafaţă a apei purtătoare de poluanţi.

Sistemul de spălare cuprinde instalaţii de drenare la suprafaţă sau galerii de

infiltraţie prin care lichidele de spălare penetrează în sol (figura 8.1).

Soluţia lichidă (apă + reactivi de spălare + poluanţi) este recuperată printr-un puţ

puţin adânc sau printr-un sistem de drenare subteran, apoi este pompată la suprafaţă şi

tratată.

Put de extractie TranseeGalerie de infiltrare Strat de sediment drenant

Zona de spalare

Zona saturata izolata

Zona saturata neizolata

Stratul 1

(formatiune acvifera

superioara)

Stratul 2

(formatiune acvifera inferioara)

Fig. 8.1. Spălarea solului în situ

După îndepărtarea poluanţilor din lichidul de spălare, acesta poate fi reciclat. Ca

reactivi de spălare, care se pretează la acest procedeu, se utilizează hidroxidul de

sodiu, diverşi alcooli etc.

Spălarea solului în situ este adecvată pentru eliminarea unor poluanţi organici,

poluanţi anorganici solubili, metale grele etc. Spălarea se aplică cu succes în solurile

permeabile.

În cazul solurilor neomogene şi puţin permeabile, eficacitatea acestei metode

este în mod considerabil mai redusă.

Costul spălării este, în general, mediu, el depinzând de soluţia utilizată.

Page 77: Ped Sol -Curs Aranjat

77

Această tehnică prezintă inconvenientul că necesită o tratare foarte riguroasă a

soluţiei încărcate cu poluanţi, pentru a împiedicată extinderea contaminării.

Introducerea în sol a unor soluţii susceptibile de a avea efecte negative asupra

echilibrului fizico-chimic al solului alarmează potenţialii utilizatori. Din acest motiv se

recomandă, pe cât posibil, execuţia spălării fără reactivi, chiar dacă se prelungeşte

durata depoluării.

Avantajele spălării solului în situ:

• procedeul este uşor adaptabil în teren, aplicarea lui se face cu uşurinţă;

• randamentul de depoluare este ridicat în cazul solurilor permeabile;

• costul destul de scăzut al lucrărilor de depoluare.

Inconveniente:

• limitarea aplicabilităţii procedeului la soluri omogene şi permeabile;

• durata destul de lungă a depoluării (luni sau chiar ani de zile).

8.1.1. Spălarea cu apă caldă şi abur

O variantă a spălării în situ o reprezintă spălarea cu apă caldă şi abur, această

metodă favorizând o mobilizare mai rapidă şi mai eficientă a poluanţilor spre locul de

captare (figura 8.2).

Page 78: Ped Sol -Curs Aranjat

78

Fig. 8.2. Spălarea solului în situ cu apă caldă (A) şi abur (B)

Apa caldă se injectează în amonte, printr-un puţ, şi formează un con de

acumulare deasupra nivelului hidrostatic, fapt ce permite atât spălarea solului în zona

contaminată, cât şi a stratului superficial al acviferului.

În aval, un puţ de pompare a apei determină formarea unui con de depresiune

care atrage şi captează poluanţii. Astfel, se asigură între cele două puţuri un front de

apă caldă, care se deplasează din amonte spre aval şi care antrenează prin spălare

poluanţii fixaţi în matricea solului (fig. 8.2. A).

Injectarea aburului în subteran conduce la recuperarea, într-un timp relativ scurt,

a poluanţilor organici volatili VOC sau semivolatili SVOC, reţinuţi în structura mediului

poros la saturaţie reziduală (fig. 8.2. B).

Tehnologia este atractivă în special pentru compuşii cu solubilitate redusă de tip

NAPL(Non Aqueous Phase Liquids), pentru care alte tehnici de remediere a mediului

subteran sunt mai puţin eficiente.

Remobilizarea compuşilor cu solubilitate redusa ,NAPL, prin injectarea aburului în

mediul permeabil implică umătoarele mecanisme:

• transportul aburului în zona poluată din secţiunea puţurilor de injecţie;

• încălzirea zonei poluate, ceea ce conduce la vaporizarea şi creşterea

mobilităţii poluantului;

• crearea unui gradient de presiune pentru controlul mişcării poluanţilor şi al

frontului de abur condensat, spre punctul de recuperare.

Page 79: Ped Sol -Curs Aranjat

79

Eficienţa procesului de dislocare depinde de presiunea vaporilor de NAPL

saturaţi, la temperatura aburului. Compuşii NAPL cu puncte de fierbere sub 175oC pot fi

recuperaţi eficient, ca fază separată, prin injectarea aburului.

Depoluarea optimă, prin injectarea aburului, presupune recuperarea aproape în

întregime a poluantului, imediat după ce aburul a străbătut toată zona poluată. După

această perioadă, cantitatea de poluant recuperată este mică şi, în consecinţă,

injectarea aburului trebuie întreruptă treptat.

Dificultatea în această tehnologie o reprezintă proiectarea echipamentelor care

să controleze mişcarea aburului, astfel încât acesta să străbată uniform zona poluată.

Studiile realizate până în prezent arată că cel mai eficient sistem de injectare - colectare

este constituit dintr-o combinaţie de puţuri de injectare - aspiraţie, optim aplasate în

perimetrul zonei poluate.

Procedeele descrise mai sus sunt destul de greu de controlat însă, cu toate

acestea, asigură o eficienţă de depoluare mult mai ridicată decât spălarea simplă sau

pomparea, la o durată a procesului de depoluare mult diminuată.

Din gama procedeelor de spălare în situ face parte şi procedeul Holzmann care

se bazează pe spălarea solului la presiune înaltă.

Acest procedeu a fost experimentat în Germania, pentru depoluarea unui sit

contaminat cu gudroane şi cianide, şi constă în injecţia subterană a apei la o presiune

de 500 daN/cm2 şi un debit de 300 l/min printr-un tub de oţel cu diametrul de 1,5 m ce

pătrunde vertical în sol depăşind adâncimea zonei contaminate (figura 8.3).

Page 80: Ped Sol -Curs Aranjat

80

Fig. 8.3. Schema spălarii solului în situ la presiune înaltă (procedeul Holzmann)

Introducerea tubului în sol se face cu ajutorul unui vibrator. Dacă zona poluată

este mai extinsă, se poate utiliza o reţea de tuburi montate unul lângă altul. Spălarea

solului se realizează prin efectul energiei cinetice create de injecţia apei la presiune

înaltă, această energie fiind suficientă pentru dislocarea solului, dezaglomerarea

granulelor şi desprinderea poluanţilor fixaţi în matricea solului şi pe suprafaţa granulelor.

Amestecul, format din particulele de sol dizlocat şi poluanţi este pompat la suprafaţă

unde se face separarea solului de poluanţi. După decontaminare, solul curat este

reintrodus în tuburile goale, iar apa eliberată de poluanţi poate fi refolosită în operaţia de

pompare la presiune înaltă.

Nivelul apei în tuburile de presiune se menţine, printr-o reglare automată, la

aceiaşi cotă cu nivelul hidrostatic, evitându-se o eventuală migrare a apei contaminate

în zonele deja depoluate.

Page 81: Ped Sol -Curs Aranjat

81

Din acest procedeu s-au desprins şi alte procedee cum ar fi:

• procedeul care presupune ridicarea graduală a apei de la baza tubului

spre suprafaţă şi evacuarea din tub a unei suspensii care conţine doar granulele fine de

sol şi poluanţii;

• procedeul care prevede injectarea în tub, odată cu apa, a unor bacterii şi

substanţe nutritive în scopul realizării unei decontaminări prin biodegradare în situ.

Datorită preciziei sale ridicate, procedeul de spălare a solului la presiune înaltă

este avantajos în cazul unor decontaminări punctiforme.

El poate fi aplicat la decontaminarea unor zone poluate, situate sub construcţii,

caz în care forajele se execută oblic.

Inconveniente: raza redusă de acţiune curativă a unui tub; necesitatea unei

decontaminări suplimentare la suprafaţa solului.

ALTE MATODE DE DEPOLUARE A ZONEI NESATURATE

8.2. TRATAREA TERMICĂ A SOLULUI ÎN SITU

Tratarea termică a solului în situ, cunoscută şi sub denumirea de vitrificare,

constă în încălzirea solului la temperaturi înalte şi transformarea acestuia, după răcire,

într-un material vitros, inert şi stabil din punct de vedere chimic.

În figura 8.4 se prezintă schema de principiu a decontaminării solului prin

vitrificare în situ. Topirea solului se realizează prin introducerea în zona contaminată a

patru electrozi alimentaţi de la o sursă de curent electric.

Deoarece solul în stare uscată nu este bun conducător de electricitate, între

electrozi se pune la suprafaţă un strat de foiţe de grafit şi sticlă friată (fig. 8.4). Acest

strat are rolul de a demara şi activa reacţia termică din sol.

Page 82: Ped Sol -Curs Aranjat

82

Fig. 8.4. Vitrificarea în situ a solului contaminat

Zona contaminată este supusă unor temperaturi de cca. 1370oC prin efectul

termic al curentului electric.

La această temperatură, solul, format preponderent din aluminosilicaţi se topeşte

şi se transformă într-o sticlă silicatică în care toţi compuşii prezenţi sunt topiţi sau

vaporizaţi. Pe măsură ce zona topită se extinde, ea încorporează elementele nevolatile

iar compuşii organici sunt distruşi prin piroliză.

Deasupra zonei în curs de decontaminare se instalează un capac ermetic,

prevăzut cu o gură de aspiraţie a gazelor rezultate prin reacţia termică.

Gazele evacuate sunt tratate separat, funcţie de specificul poluanţilor din

componenţa lor.

După terminarea reacţiei chimice şi răcirea materialului topit, acesta este într-o

stare stabilă, inert din punct de vedere chimic şi lipsit de elemente lixiviate.

Vitrificarea este dependentă de o serie de factori care o pot face mai mult sau

mai puţin aplicabilă.

Compoziţia solului este importantă deoarece ea determină topirea şi apoi

solidificarea într-o formă stabilă.

Solurile care conţin mai mult de 30% SiO2 şi mai mult de 1,4% Na2O +

K2O sunt favorabile aplicării vitrificării.

Zonele poluate, situate la adâncimi cuprinse între 2 – 8 m sunt optime

tratării prin vitrificare; în cazul zonelor poluate situate aproape de suprafaţă apar

Page 83: Ped Sol -Curs Aranjat

83

probleme legate de captarea vaporilor degajaţi iar în cazul celor situate la adâncimi mai

mari se impune realizarea excavaţiilor pentru amplasarea electrozilor.

Vitrificarea este indicată pentru soluri cu permeabilitatea mai mare de 10-4

cm/s.

Tratarea termică a solului în situ (vitrificarea) a fost testată cu succes în peste

130 de cazuri, fiind selectată de US - Environmental Protection Agency ca o tehnologie

viabilă de depoluare.

Avantajele vitrificării în situ:

are avantajele procedeelor aplicabile în situ – nu necesită excavarea

solului;

prin tratare termică, solul din zona contaminată se transformă într-un

material vitros, inert şi stabil din punct de vedere chimic.

Inconveniente:

transformarea solului într-o rocă sterilă, impermeabilă, fără valoare

agricolă;

există riscul migrării poluanţilor volatili în afara zonei tratate;

consum mare de energie;

dacă solul contaminat conţine multă apă, poate creşte durata operaţiilor

ceea ce conduce la creşterea costurilor.

8.3. EXTRACŢIA ELECTROCINETICĂ

Depoluarea solurilor prin extracţie electrocinetică sau electroreabilitarea constă în

extracţia electrocinetică a poluanţilor din sol şi apă subterană prin deplasarea controlată

a poluanţilor în mediul subteran umed sub acţiunea unui câmp electric creat de doi

electrozi.

Schema de principiu a unui sistem de depoluare electrocinetică este prezentată

în figura 8.5. În mediul contaminat sunt instalaţi doi electrozi (un anod şi un catod), care

sunt alimentaţi de la o sursă de curent continuu de putere ridicată. Distanţa dintre

electrozi este de 3 m.

Page 84: Ped Sol -Curs Aranjat

84

Fig. 8.5. Schema de principiu a procedeului de depoluare electrocinetică

Sub acţiunea curentului electric, în mediul subteran se desfăşoară următoarele

fenomene care favorizează extracţia poluanţilor:

electroosmoza, care generează mişcarea apei interstiţiale de la anod spre

catod; amploarea mişcării este funcţie de mobilitate, de gradul de hidratare şi de sarcina

ionilor şi particulele prezente în mediul subteran; mobilitatea osmotică este de ordinul a

5.10-9 m2/Us, în care Us este diferenţa de potenţial aplicată solului;

electroforeza, care presupune separarea coloizilor de materialele în

suspensie prin transfer de sarcină; acest tip de mişcare se înscrie în intervalul 10-

10÷3.10-9 m2/Us;

electroliza, care determină descompunerea unor substanţe ţinând seama

de mişcarea relativă a ionilor spre cei doi electrozi, fără a include mişcarea de transport

indusă de faza lichidă; mobilitatea medie a ionilor în acest caz este de 5.10-8 m2/Us.

Cationii metalici pozitivi se concentrează la catod (Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ etc), în

timp ce la anod se grupează anionii (SO42-, Cl-, CN-, OH- etc).

Page 85: Ped Sol -Curs Aranjat

85

După traversarea membranelor semipermeabile ale electrozilor, ionii sunt extraşi

din mediul subteran prin pompare şi sifonare, urmând purificarea şi apoi reintroducerea

apei în spaţiul electrozilor.

Stimularea extracţiei electrocinetice a poluanţilor se poate face prin adăugarea în

soluţia reciclată a unor aditivi chimici, cum ar fi HCl (pentru catod), NaOH (pentru anod)

sau agenţi complexanţi.

Este important ca, în timpul procesului de extracţie electrocinetică, să fie

controlate caracteristicile fizico-chimice ale mediului subteran (pH-ul, concentraţia în

anumiţi ioni, carbonaţi etc), putându-se face corecturile necesare prin intermediul

soluţiei reciclate din spaţiul electrozilor. Astfel, se evită precipitarea sărurilor pe electrozi

şi colmatarea sistemului de extracţie.

Această metodă se utilizează pentru extragerea ionilor metalici din sol şi apa

subterană. Este eficace mai ales pentru solurile poroase (cuprinse între argile şi nisipuri

fine), dar puţin permeabile, îmbibate cu apă. Această caracteristică reprezintă avantajul

cel mai important al extracţiei electrocinetice, deoarece aproape toate procedeele de

decontaminare în situ impun o bună permeabilitate a solului.

O variantă de aplicare a electroreabilitării este crearea unei bariere electrice la

nivelul pânzei freatice. O astfel de barieră se realizează prin instalarea în mediul

subteran a unui şir de cupluri electrodice (anod-catod), care este poziţionat

perpendicular pe axa de migrare a apei şi deci a fluxului de poluanţi.

Randamentul de depoluare al extracţiei electrocinetice depinde de:

consumul energetic;

durata depoluării;

caracteristicile poluanţilor şi ale mediului contaminat.

Consumul de energie electrică este destul de ridicat, fiind de 40÷400 kWh/t de

sol. Costul operaţiilor de decontaminare depind de gradul de contaminare, de tipul

poluantului şi de capacitatea de schimb ionic a solului tratat. Estimativ, costul

electroreabilitării pe tona de sol se încadrează între: 75 ÷ 120 Euro.

Exemple de aplicare a electroreabilitării. În Olanda s-au făcut primele încercări şi

procedeul s-a aplicat la decontaminarea unor situri poluate, astfel:

• între 1987-1988 s-au făcut încercările pilot pentru decontaminarea a două

situri, un sit puternic poluat cu Pb iar celalalt cu Zn;

• în 1989 s-a realizat depoluarea unui sol argilos contaminat cu arsen ca

urmare a activităţii unei vechi fabrici de tratare a lemnului; concentraţia iniţiala a

arsenului in sol, extinsa pana la o adâncime de 2 m, era de 400-500 ppm iar dupa

Page 86: Ped Sol -Curs Aranjat

86

numai trei luni de aplicare a electroreabilitarii, concentraţia a fost diminuată la 30 ppm

pentru 75 % din sit.

Avantajele electroreabilitării în situ:

• este o tehnică simplă aplicabilă în situ;

• asigură un randament ridicat la extracţia metalelor în cazul solurilor

puţin permeabile

Inconveniente:

• necesitatea utilizării şi a altor tehnici de depoluare dacă solul este

contaminat şi cu poluanţi orgaici;

• consumul energetic ridicat, ceea ce face această metodă mai puţin

economică.

8.4. FITOREMEDIEREA

Fitoremedierea este o tehnică inovatoare şi puţin costisitoare în care se

exploatează plantele ce posedă proprietăţi care le permit de a concentra, a degrada sau

a transforma poluanţii. Plantele care se utilizează pentru această formă de tratament

degradează poluanţii in vivo sau în limitele rizosferei. Poluanţii pot fi acumulaţi în

rădăcinile sau frunzele plantelor.

Această tehnică poate fi utilizată pentru tratarea unor suprafeţe mari unde

contaminarea este scăzută şi superficială. În aceste condiţii, procedeul de remediere

constă în cultivarea plantei specializate, iar prin recoltare se elimină poluanţii. Se poate

în continuare trata materia vegetală recoltată pentru a recupera, distruge (de ex. prin

incinerare) sau concentra poluanţii.

Avantajul important este acela că permite remedierea solului în situ fără a

perturba prea mult mediul înconjurător. Pe de altă parte, solul astfel tratat îşi conservă

proprietăţile sale fizice, chimice şi biologice naturale.

Fitoremedierea prezintă anumite limite:

• Prin această metodă nu se poate trata solul decât pe o adâncime redusă iar

eliminarea plantelor încărcate cu poluanţi poate pune o problemă.

• Cum remedierea rezultă din activitatea unei plante, zona tratată nu este

foarte profundă deoarece acţiunea plantei se limitează la rizosferă.

• Dacă planta nu transformă poluantul, acesta se acumulează simplu în

ţesuturile plantei, se impune utilizarea unor metode similare cu cele utilizate pentru

eliminarea deşeurilor periculoase.

Aplicarea efectivă a fitoremedierii implică dificultăţi importante legate de operaţiile

necesare anihilării poluanţilor concentraţi în plante. Se impune cu stricteţe ca aceste

Page 87: Ped Sol -Curs Aranjat

87

plante să nu fie consumate de către om sau animale. Se evită astfel, îmbolnăvirile grave

generate de transferul poluantului dintr-un organism vegetal într-un organism animal.

Necesitatea anihilării poluanţilor concentraţi în plante, la care se adaugă durata

lungă a procesului de decontaminare reprezintă inconveniente majore care

descurajează aplicarea pe scară largă a fitoremedierii.

Menţionăm că,în anul 2010 studenţi de la Ingineria şi Protecţia Mediului în

Industrie, din cadrul UPM au făcut cercetări cu privire la testarea proprietăţii de

fitoremediere a unor plante de cultură (triticale, soia, rapiţă), plante care au fost cultivate

în vase de vegetaţie în care era sol contaminat, din zona fostului combinat BICAPA,

precum şi a Combinatului Azomureş .

Au fost urmărite fazele de creştere a plantelor , iar după recoltare, probe din

plantele uscate , dar şi din sol au fost analizate în cadrul laboratorului WESSLING, în

vederea determinării conţinutului în metale grele.

8.5. REMEDIEREA NATURALĂ

Remedierea naturală (bioremedierea pasivă) presupune degradarea poluanţilor

sub acţiunea microorganismelor prezente în mod natural în mediul contaminat.

În remedierea naturală, microorganismele consumă poluanţii pentru a se dezvolta

(a se hrăni), în condiţiile existenţei unei aerări şi a unor substanţe nutritive. Procesul de

remediere este eficient dacă mediul este propice pentru multiplicarea populaţiei

microbiene. Poluanţii trebuie să fie uşor accesibili microorganismelor(de ex. ele trebuie

să fie solubile în apa interstiţială) şi concentraţia lor trebuie să rămână la un nivel

netoxic pentru microfloră.

La început, trebuie stabilit dacă procesul poate fi operaţional, iar apoi se va

urmări evoluţia lui. Pentru a verifica dacă remedierea naturală este realizabilă se începe

prin a studia mediul contaminat pentru a determina dacă condiţiile sunt adecvate. Dacă

se constată insuficienţe, mediul se poate îmbogăţi adăugând nutrienţi sau alte

substanţe. Trebuie în continuare urmărit procesul pentru a determina dacă poluantul

este degradat.

Procesele naturale permit mai ales eliminarea compuşilor organici. Printre

poluanţii susceptibili de a fi eliminaţi se numără BTEX (Benzen, Toluen, Etilbenzen,

Xilen), HAP (Hidrocarburi Aromatice Policiclice) şi anumite hidrocarburi clorate.

Remedierea naturală se pare că este inoperantă când poluanţii sunt produse în

stare liberă sau reziduuri lichide ne-apoase.

Page 88: Ped Sol -Curs Aranjat

88

CAPITOLUL 9. DEPOLUAREA SOLULUI DIN ZONA

NESATURATĂ ŞI SATURATĂ

9.1. SOLIDIFICAREA ŞI STABILIZAREA ÎN SITU

Solidificarea şi stabilizarea constă în introducerea în mediul subteran, în zona

poluată, a unor agenţi de tratare, în scopul realizării unuia dintre următoarele obiective:

modificarea caracteristicilor fizice ale poluantului, prin transformarea acestuia

din fază lichidă în fază solidă sau semisolidă;

reducerea solubilităţii poluantului.

Solidificarea presupune înglobarea într-un material solid a compuşilor poluanţi,

iar stabilizarea presupune transformarea poluanţilor în compuşi a căror solubilitate,

mobilitate şi toxicitate sunt mai reduse. Tehnicile de solidificare şi stabilizare se pot

aplica pentru imobilizarea metalelor grele, a unor compuşi radioactivi şi compuşi

organici.

Cei mai folosiţi agenţi de solidificare şi stabilizare sunt: cimentul Portland sau

cimentul de cuptor de ardere, piatra de var, varul ars, cenuşa, diferitele amestecuri ale

acestor materiale şi diferiţi lianţi organici, cum este asfaltul (tabelul 9.1). Amestecarea

între compuşii poluanţi şi agenţii de solidificare şi stabilizare se continuă în timpul

procesului de alimentare a zonei poluate cu aceşti agenţi, prin intermediul unor foreze.

În urma amestecării, rezultă un produs, fie sub forma unei mase solide continue, fie sub

formă granulară.

Eficienţa şi aplicabilitatea tehnicilor de solidificare şi stabilizare depind de o serie

de factori, care ţin seama mai ales de natura poluantului.

Tabelul 9.1.

Caracteristicile aplicării solidificării şi stabilizării în câteva situaţii reprezentative

Nr. crt.

Tipul de poluant

Starea fizică a mediului poluat

Agentul de tratare utilizat (liant)

Cantitatea de liant

1 Zn, Cr, Cd, Ni Sol/solid Ciment Portland 20%

2 Cu, Cr, Ni Nămol Ciment Portland 20%

3 Pb, Cd Deşeu (uscat) Ciment Portland, silicaţi Variabil 7-

15% (ciment)

4 Produse petroliere

Nămol Ciment Portland,

ingrediente (brevet) > 50%

5 Deşeuri de

petrol, Pb, Cr, As

Nămol Pulberi uscate cu

conţinut ridicat de CaO Variabil 15–

30%

Page 89: Ped Sol -Curs Aranjat

89

6 Deşeuri acide,

PCB(>500ppm), dioxine

Nămol (vâscos) Var şi pulberi uscate 15% CaO 5% pulberi uscate

7 Sol saturat cu

prod. petroliere, Pb, PCB, As

Sol Tuf vulcanic şi

ingrediente (brevet) 30%

8 Pb Sol/solid Ciment Portland,

ingrediente (brevet)

15-20% ciment 5% ingrediente

9 Pesticide şi

compuşi organici

Nămol (variabilă) Ciment Portland, Pulberi

uscate ingrediente (brevet)

Variabil 5-15% (ciment)

Acest procedeu s-a dovedit a fi eficient pentru contaminanţii în care compuşii

organici volatili (COV) se găsesc în proporţie de sub 50 ppb; altfel, în timpul aplicării

solidificării sau stabilizării, COV vor volatiliza, reducând eficienţa procedeului.

Procedeul de solidificare cu aplicabilitatea cea mai extinsă constă în realizarea

unui amestec ciment-apă-sol poluat, amestec care după întărire formează un material

dur, nelixiviabil şi stabil în timp.

Procedeul de solidificare/inertare în situ presupune utilizarea unor echipamente

de lucru adecvate, asemănătoare forezelor clasice.

În figura 9.1 se prezintă schematic procedeul de inertare în situ, pus la punct de

firma americană S.M.W.Seiko. Solidificarea conform acestui procedeu se face prin

injecţia unei paste de ciment la nivelul burghiului de foraj. Liantul hidraulic este dozat

progresiv prin tubul prăjinii de foraj, iar amestecarea acestuia cu solul poluat se face

concomitent cu forarea.

După retragerea burghiului se obţine o coloană cimentată. Prin repetarea

continuă a procedeului, rezultă o serie de coloane succesive cimentate, tangente,

ajungându-se în final la solidificarea integrală a zonei contaminate.

Adâncimea maximă până la care se poate lucra este de cca 30 metri, iar

productivitatea instalaţiei este de cca 75 m3/zi.

Acest procedeu de inertare în situ este utilizat şi pentru realizarea pereţilor de

etanşare în jurul unei zone poluate din mediul subteran.

Page 90: Ped Sol -Curs Aranjat

90

Fig. 9.1. Schema de principiu a procedeului S.M.W.Seiko, de inertare în situ

a solurilor poluate

O variantă a procedeului de solidificare/inertare în situ este procedeul Colmix,

pus la punct de firma Bachy. Acest procedeu este asemănător celui prezentat anterior şi

este utilizat atât pentru inertarea în situ a solurilor contaminate, cât şi a depozitelor de

deşeuri. Principiul procedeului Colmix este prezentat schematic în figura 9.2. Procedeul

presupune solidificarea directă a solului contaminat, utilizând o foreză specială echipată

cu burghie multiple şi cu un sistem de injecţie a pastei de liant hidraulic. Prăjinele cu

burghie multiple sunt ghidate pe verticală pentru execuţia forajelor care ajung în mod

curent la adâncimi de circa 40 m.

Fig. 9.2. Schema de principiu a procedeului Colmix de inertare în situ

a solurilor poluate

Page 91: Ped Sol -Curs Aranjat

91

La coborâre, burghie multiple execută următoarele operaţii principale:

dizlocarea solului contaminat;

încorporarea în masa de sol contaminat a pastei de liant (ciment, var etc),

care este injectată axial prin prăjinele de foraj;

omogenizarea solului cu liantul hidraulic.

La ridicare, burghie multiple execută compactarea materialului compozit care se

întăreşte în timp şi devine inert.

Stabilizarea prin cimentare se aplică cu succes la decontaminarea solurilor

poluate cu metale grele (zinc, arsen, plumb, cadmiu, cupru). Un mare număr de teste,

efectuate în SUA, au evidenţiat o reducere cu peste 95 % a cantităţii de substanţe

lixiviate din solul poluat cimentat, faţă de solul netratat.

Avantajele solidificării/inertării solului în situ:

procedeul permite înlăturarea cvasitotală a riscului de migrare a poluanţilor

în mediu;

lucrările de depoluare nu necesită o urmărire şi un control riguros în timp,

deoarece nu se mai pune problema infiltraţiilor, emanaţiilor etc;

materialele utilizate sunt uşor de procurat şi relativ ieftine.

Ca dezavantaje ale procedeului pot fi amintite:

creşterea volumului de material în situ, prin adaosul de produse inertante;

volatilizarea parţială a produselor organice în timpul procesului de inertare;

dificultatea omogenizării corecte în situ a agenţilor imobilizanţi cu solul

contaminat.

9.2. FRACTURAREA PNEUMATICĂ SAU HIDRAULICĂ

În industria petrolului se utilizează această tehnică pentru fracturarea

formaţiunilor puţin permeabile cu scopul de a facilita recuperarea hidrocarburilor captate

în acestea. Ca tehnică de remediere, ea poate fi utilizată pentru tratarea solurilor şi a

stratului impermeabil (din roci) contaminat.

Fracturarea poate fi utilizată pentru creşterea eficacităţii procedeelor de pompare

şi de tratare sau pentru ameliorarea rezultatelor privind extracţia sub vid a poluanţilor din

solurile puţin permeabile.

Pentru remedieri de fineţe, se injectează, în mediul puţin permeabil, aer

(fracturare pneumatică) sau un lichid (fracturare hidraulică) sub presiune, ceea ce

provoacă formarea de fracturi. Fracturile formate, odată umplute cu un amestec compus

dintr-un material granular (nisip) şi un gel, constituie canale foarte permeabile prin care

Page 92: Ped Sol -Curs Aranjat

92

se va putea, fie introduce în mediu agenţi de decontaminare, fie recupera mai uşor

poluanţii, prin pompare sau prin extracţie sub vid.

9.3. ANALIZA COMPARATIVĂ A PROCEDEELOR UTILIZATE PENTRU DEPOLUAREA

ZONEI NESATURATE

Frecvenţa utilizării anumitor procedee de remediere. Statisticile americane

asupra procedeelor de remediere a zonelor contaminate (figura 9.3) indică faptul că

anumite procedee sunt mai frecvent utilizate pentru eliminarea anumitor substanţe

poluante.

Astfel, pentru compuşii organici volatili (COV), extracţia sub vid este pe primul

loc, urmată de bioremedierea şi de tratarea termică. În cazul compuşilor organici semi-

volatili (COSV), bioremedierea este tehnica care domină, această tehnică fiind mai mult

utilizată decât extracţia sub vid şi tratarea termică. Pentru metale, se utilizează mai

adesea tehnica de spălare a solului cu apă (mai ales în afara sitului – tehnică care este

descrisă într-un curs ulterior) decât spălarea cu reactivi.

Fig. 9.3. Situaţia statistică privind frecvenţa utilizării anumitor procedee de remediere a zonelor

contaminate - în SUA

Comparaţia diferitelor procedee pe baza de criterii. Cea mai mare parte a

procedeelor descrise până acum figurează în tabelul 9.2. Se poate urmări sinteza şi o

comparaţie între diversele procedee din punct de vedere al aplicabilitătii, avantajelor,

inconvenientelor, costului, duratei tratamentului, disponibilităţii procedeului şi

procedeelor complementare.

Page 93: Ped Sol -Curs Aranjat

93

Tabelul 9.2.

Analiza comparativă a procedeelor de depoluare a zonei nesaturate

Criteriu de

analiza

Extracţia sub vid

Bioventilaţia Proce-deele

termice

Spălarea cu reactivi de

spălare

Solidifica rea/inertare

a

Fracturarea hidraulică

Fracturarea pneumatică

Aplicaţii posibile

Fracţii volatile

Substanţe distilate medii

Benzină, motorină şi petrol brut

Motorină şi petrol brut

Compuşi volatili şi

semivolatili

Formaţiuni argilifere masive

Formaţiuni argilifere masive

Avantaje Procedeu verificat

operaţional Cost scăzut

Recuperarea HC cu

randament ridicat

Reducerea reziduurilor

-Rapiditate -Transfer de masă ridicat

Reducerea lungimii

canalelor de difuzie

Reducerea lungimii

canalelor de difuzie

Inconve-niente

Straturi de permeabilitate redusă a

solurilor stratificate

-Durata lungă a tratamentu-lui

-Straturi de permeabilitate

scăzută

- Lipsa uniformităţii

încălzirii - Cost ridicat

- Emulsii - Cost ridicat - Experienţă

limitată

-Echipa-ment de

mari dimensiuni

- Cost ridicat

- Numai la soluri puternic

consolidate -Ridicare de

suprafaţă

- Ridicare de suprafaţă

- Resorbţie a fracturi-lor pe lungime

Costa 25 $

b 23 $

b 62 $ 65 $ 125 $ 6 $

c 7 $

c

Durata tratamen

tuluia

9 luni 2 ani 50 zile 64 zile 50 zile 3 săptămâni

(numai fracturarea)

3 săptămâni (numai

fracturarea)

Disponi-bilitate

Procedeu răspândit

Procedeu răspândit

Procedeu puţin

răspândit

Procedeu puţin

răspândit

Procedeu puţin

răspândit

Procedeu foarte puţin răspândit

Procedeu foarte puţin răspândit

Tehnici comple-mentare

Fracturarea Desecarea

Fracturarea Încălzirea

Fracturarea Extracţia sub vid

Fracturarea Încălzirea Toate tehnicile de spălare cu

reactivi

Toate tehnicile de spălare cu

reactivi

Notă: a Costurile au fost determinate după informaţiile prezentate; pentru durata tratamentului, baza de referinţă a fost remedierea unui

teren cu sol stratificat contaminat cu benzină, cu 1000÷2000 ppm, la o zonă poluată de 30 x 30 x 4,5 m; b Se cuprind: 15.000 $ pentru concepţie; 20.000 $ pentru realizarea instalaţiei pilot; 20.000 $ pentru prelevare şi analiza solului

înainte şi după lucrările de remediere; c Această valoare se aplică numai la fracturare şi nu cuprinde lucrările de remediere ce trebuie făcute ulterior.

Se poate utiliza acest tabel pentru a trece în revistă diferitele opţiuni posibile în

vederea adoptării procedeului adecvat. De exemplu, dacă subsolul zonei ce urmează a

fi decontaminate este puţin permeabil, fracturarea poate fi prevăzută ca o tehnică

complementară.

Din contră, dacă este foarte permeabil şi înglobează poluanţi volatili, poate fi

indicată extracţia sub vid. Dacă se considera, costul şi durata tratamentului ca factori

importanţi, trebuie alese mai multe opţiuni şi se vor reţine acele opţiuni care corespund

criteriilor de durată şi cost fixate pentru tratament.

Costul remedierii în situ şi factorii ce influenţează asupra acestuia

În figura 9.4 este prezentată o sinteză care permite compararea din punct de

vedere al costului a diferitelor procedee de depoluare a zonei nesaturate aplicabile în

situ: solidificarea/inertarea, extracţia sub vid (fără tratarea efluenţilor gazoşi), extracţia

sub vid (cu tratarea efluenţilor gazoşi), bioremedierea, bioventilaţia, vitrificarea în situ,

încălzirea electrică, spălarea cu reactivi de spălare şi injecţia de vapori sau aer cald cu

extracţie.

Page 94: Ped Sol -Curs Aranjat

94

Fig. 9.4. Costul ( în $) al aplicării în situ a diferitelor procedee de depoluare

a zonei nesaturate

Tehnicile cele mai puţin costisitoare sunt şi cele mai des utilizate. Acestea sunt

extracţia sub vid (cu sau fără tratarea efluenţilor gazoşi), bioremedierea şi bioventilaţia.

Celelalte metode, cu excepţia vitrificării în situ, costă aproape la fel, însă nu sunt prea

utilizate deoarece ele se aplică doar în condiţii particulare. Prin comparaţie, vitrificarea

în situ este extrem de scumpă din cauza consumului foarte ridicat de energie pe care o

necesită.

Remedierea unui sol puţin permeabil costă mai mult. În cazul procedeelor bazate

pe curgerea unui fluid (aer sau apă) în sol, tratarea durează mai mult timp şi costul este

mai ridicat dacă solul este puţin permeabil şi curgerea fluidului este dificilă. Astfel, costul

a şase tehnici comparate în figura 9.4 creşte dacă permeabilitatea pentru aer sau apă

este scăzută. Referitor la procedeele biologice, costul aplicării lor creşte când

temperatura mediului scade; dacă trebuie ridicată temperatura solului pentru stimularea

biodegradării atunci trebuie prevăzute cheltuieli suplimentare.

Solidificarea-stabilizarea in situ

Extractia sub vid (fara tratarea efl.gazosi)

Extractia sub vid (cu tratarea efl.gazosi)

Bioremedierea

Bioventilatia

Vitrificarea in situ

Incalzire cu curenti de inalta frecventa

Spalarea cu reactivi de spalare

Injectia de vapori sau de aer cald cu extractie

Factori ce conduc la

cresterea costului:

- Amestecarea mecanica dificila- Volum mic de tratat

- Permeabilitate scazuta (aer)

- Permeabilitate scazuta (aer)

- Permeabilitate scazuta (apa)

-Permeabilitate scazuta (aer)-Temperatura joasa

- Continut ridicat de apa in sol

-Continut ridicat de apa in sol-Temperatura de tratare ridicata

-Permeabilitate scazuta (apa)-Solubilizanti costisitori

- Permeabilitate scazuta (aer)

Page 95: Ped Sol -Curs Aranjat

95

CAPITOLUL 10. PROCEDEE DE DEPOLUARE A SOLULUI

ŞI A APEI SUBTERANE DIN ZONA SATURATĂ

Din punct de vedere al remedierii este dificil de a stabili o distincţie între

remedierea solului şi a apelor subterane din zona saturată deoarece cele două medii

sunt în contact intim, iar interacţiunile chimice ce survin între ele sunt continue şi au un

caracter dinamic. Pentru decontaminarea solului din zona saturată separat de apele

subterane, singurul mijloc este de a-l excava pentru a fi tratat în afara sitului (această

tehnică va fi prezentată într-un curs ulterior), iar apa acumulată în zona excavată este

de asemenea tratată.

Adesea este necesară eliminarea unor produse în stare liberă cum ar fi:

hidrocarburile (benzina, petrolul brut, gudroanele de ulei), dar pot fi şi alte produse

organice lichide ca policlorbifenilii (PCB) sau percloretilena. S-a văzut în cursul 3, că

produsele în stare liberă pot fi mai uşoare decât apa (este vorba de lichide nemiscibile

mai uşoare decât apa - PLNUA) sau mai dense (lichide nemiscibile mai grele decât apa

- PLNGA), primele plutind pe pânza freatică, iar cele din urmă acumulându-se, de obicei

pe stratul impermeabil.

10.1. POMPAREA PRODUSELOR ÎN STARE LIBERĂ

Pomparea este unul dintre cele mai vechi procedee de depoluare a acviferelor şi

are aplicabilitatea cea mai extinsă. Dintre metodele de pompare cele mai utilizate sunt :

pomparea la suprafaţă a apei poluate din acvifer (pomparea simplă);

pomparea selectivă a poluanţilor care plutesc la partea superioară a

acviferului;

combinaţii ale pompării cu alte metode de separare a poluanţilor.

10.1.1. Pomparea simplă

Se aplică mai ales în cazul contaminării apei subterane cu poluanţi solubili şi

puţin adsorbabili, în acvifere cu permeabilitate bună.

Punerea în aplicare a acestei metode presupune realizarea unor puţuri sau foraje

care pătrund în zona contaminată a acviferului şi care sunt echipate cu pompe pentru

evacuarea apei poluate. Alegerea pompei se face, în principal, funcţie de: înălţimea de

pompare, H şi debitul mediu, Qm. De asemenea, la alegerea pompei trebuie să se ţină

seama de pierderea de sarcină în conducte şi accesorii precum şi de condiţiile de

Page 96: Ped Sol -Curs Aranjat

96

aspiraţie: temperatură, presiunea lichidului, vâscozitate etc. Puterea absorbită de pompă

se calculează cu relaţia:

HQgP m

abs

(10.1)

sau

367

HQP m

abs [kW] (10.2)

în care: γ este greutatea specifică a lichidului, în daN/dm3;

Qm – debitul mediu, în m3/h;

H – înălţimea de pompare, în m;

Puterea motorului electric de antrenare se va determina cu relaţia:

absem PP 1,1.. [kW] (10.3)

După pompare la suprafaţă, apa poluată este supusă decontaminării prin diferite

procedee (stripping, adsorbţie pe cărbune activ, biodegradare etc). În urma

decontaminării, apa poate fi deversată în apele de suprafaţă din apropiere, poate fi

utilizată în diferite domenii sau poate fi reintrodusă în acvifer prin puţuri şi foraje de

injecţie. Reintroducerea apei în acvifer este posibilă atât în amonte, cât şi în aval de

puţurile şi forajele de pompare.

În figura 10.1 este prezentat schematic procesul de pompare, depoluare şi

reintroducere în acvifer a apei subterane, puţul de injecţie fiind amplasat în amonte de

puţul de pompare.

Reintroducerea apei subterane în acvifer, prin amplasarea puţului de injecţie în

aval de puţul de pompare (figura 10.2), permite blocarea hidraulică a poluanţilor prin

inversarea locală a sensului de curgere a apei subterane.

Numărul puţurilor şi forajelor de pompare şi injecţie, debitul şi locul amplasării lor

sunt elementele cheie ale depoluării acviferelor prin pompare simplă.

Dacă se cunosc în mod detaliat caracteristicile hidrogeologice ale acviferului

poluat, pomparea simplă poate fi realizată, exploatată şi controlată cu uşurinţă. Punerea

în aplicare a metodei nu necesită cheltuieli mari cu investiţiile şi se poate realiza cu

destulă rapiditate.

Prin aplicarea pompării simple, concentraţia poluanţilor în apă scade destul de

lent în timp, ajungând la o limită inferioară, adesea, neconvenabilă. Scăderea în

continuare a concentraţiei poluanţilor sub această limită, numită concentraţie reziduală,

este posibilă numai după pomparea unor volume foarte mari de apă, fapt ce necesită un

timp îndelungat de depoluare, asociat unor costuri exagerate.

Page 97: Ped Sol -Curs Aranjat

97

Fig. 10.1. Amplasarea puţului de injecţie în amonte de puţul de pompare

QI

Injecţie

QE

Pompare

Zona contaminată

Epurare

Fig. 10.2. Amplasarea puţului de injecţie în aval de puţul de pompare

Costurile depoluării prin pompare simplă variază funcţie de natura acviferului (de

exemplu, o permeabilitate bună corespunde unui cost relativ scăzut) şi funcţie de

caracteristicile poluanţilor (poluanţii adsorbabili, de exemplu, necesită un timp mai

îndelungat de depoluare şi deci, implică un cost mai ridicat). Costurile sunt influenţate,

de asemenea, de cheltuielile cu cercetarea preliminară, de echipamentul de lucru, de

punerea în aplicare, de controlul parametrilor de lucru şi de manoperă.

Inconveniente:

Rezultatele pompării simple nu sunt pe măsura aşteptărilor iar durata

depoluării este mare (putând atinge uneori câţiva ani).

Page 98: Ped Sol -Curs Aranjat

98

10.1.2. Pomparea selectivă.

Este adecvată pentru depoluarea apelor subterane contaminate cu hidrocarburi

(benzina, petrolul brut) dar şi cu alte produse organice (PLNUA), care plutesc la interfaţa

dintre zona saturată şi zona nesaturată.

În figura 10.3 este prezentat schematic un exemplu de depoluare a unui acvifer

contaminat cu hidrocarburi mai uşoare decât apa (PLNUA).

Sistemul de pompare selectivă se bazează pe utilizarea a două pompe conexe,

fiecare având un rol distinct, amplasate în acelaşi puţ sau în două foraje apropiate:

pompa de apă este instalată în interiorul acviferului şi are rolul de a crea

un con de depresiune în care sunt atrase hidrocarburile plutitoare.

pompa specială pentru evacuarea hidrocarburilor acumulate în partea

superioară a acviferului

Apa evacuată prin pompare este epurată la suprafaţă sau este deversată în

apele de suprafaţă din apropiere. Există şi posibilitatea reintroducerii apei epurate în

acvifer prin puţuri sau foraje adecvate acestui scop. Uneori se recomandă o blocare

hidraulică a poluanţilor, prin injecţia apei în foraje situate în aval. De obicei, pompa de

apă funcţionează permanent pentru menţinerea conului de depresiune şi atragerea

hidrocarburilor, iar pompa de hidrocarburi este activă doar în prezenţa unui strat

consistent de hidrocarburi.

Fig. 10.3. Schema pompării selective prin utilizarea a două pompe

Page 99: Ped Sol -Curs Aranjat

99

Exploatarea celor două pompe este controlată prin sonde conductivimetrice care

permit funcţionarea pompei superioare numai în prezenţa hidrocarburilor şi care opresc

pompa inferioară în cazul coborârii stratului de hidrocarburi până la nivelul de aspiraţie

al acesteia.

Hidrocarburile evacuate selectiv sunt colectate în rezervoare sau cisterne putând

fi ulterior valorificate sau distruse în mod controlat.

Aplicarea pompării selective în condiţii de mediu favorabile, permite obţinerea

unui randament ridicat de depoluare. Se recomandă ca această metodă să fie aplicată

imediat după poluarea accidentală cu produse mai uşoare decât apa (PLNUA), în

vederea stopării fenomenului de migrare a poluanţilor în zona saturată. Astfel, se va

recupera selectiv cea mai însemnată cantitate din produsele poluante.

Aplicarea cu succes a acestei metode depinde, în mare măsură, de corelarea

optimă a debitelor de pompare. Debitul optim de pompare trebuie să permită evacuarea

selectivă a poluanţilor plutitori, fără a favoriza o creştere a poluării reziduale.

Charbeneau şi colab. propun următoarea relaţie pentru determinarea debitului optim de

pompare a hidrocarburilor:

w

oo

r

R

sTQ

ln

2

(10.4)

în care:

s este coborârea nivelului hidrostatic la pomparea unui debit de apă Qw, fără

hidrocarburi;

To – transmisivitatea stratului de hidrocarburi plutitoare;

R – raza de influenţa a puţului de pompare a apei;

rw – raza efectivă a puţului;

7ln wr

R (printr-o estimare raţională).

Transmisivitatea stratului de hidrocarburi plutitoare se poate calcula cu relaţia:

ro

o

wwo kbKT

(10.5)

în care: Kw este permeabilitatea mediului pentru apă;

νw – vâscozitatea cinematică a apei;

νo – vâscozitatea cinematică a hidrocarburilor plutitoare;

bo – grosimea stratului de hidrocarburi;

kr – permeabilitatea relativă pentru stratul de hidrocarburi, care este funcţie de

textura rocilor şi de grosimea aparentă a stratului de hidrocarburi;

Page 100: Ped Sol -Curs Aranjat

100

Grosimea aparentă a stratului de hidrocarburi plutitoare se poate afla prin

măsurare directă în puţul de pompare.

Diferenţa între grosimea reală şi cea aparentă a stratului de hidrocarburi se

datorează capilarităţii. În formaţiunile cu textură fină, unde porii sunt de dimensiuni

reduse, franjul capilar şi grosimea aparentă a stratului de hidrocarburi sunt mai mari

decât în formaţiunile cu textură grosieră.

Inconvenientele acestei metode de depoluare sunt reprezentate prin:

Randamentul relativ redus de depoluare (50÷80% în condiţiile cele mai

favorabile);

Durata lungă de timp a procesului de depoluare.

O legătură între cantitatea de hidrocarburi recuperate prin pompare selectivă şi

durata pompării a fost stabilită de o echipă de cercetători condusă de Guillemin şi Roux

(figura 10.4).

Fig. 10.4. Relaţia dintre cantitatea de hidrocarburi recuperate prin pompare selectivă şi durata pompării

10.1.3. Combinaţii ale pompării cu alte metode de separare a poluanţilor.

Combinaţiile pompării cu alte metode de separare a poluanţilor se deosebesc,

faţă de metoda prezentată anterior, prin faptul că în locul pompei de hidrocarburi se

utilizează alte sisteme de colectare/separare: plutitor selectiv, bandă hidrofobă etc.

Page 101: Ped Sol -Curs Aranjat

101

Utilizarea plutitorului selectiv, reprezentat schematic în figura 10.5, presupune

amplasarea acestuia în stratul de hidrocarburi (tip ulei), format în conul de depresiune.

Odată captat în interiorul plutitorului, poluantul este vehiculat, cu ajutorul unei pompe, la

un bazin situat la suprafaţa solului.

Banda hidrofobă sau oleofilă, asigură atât separarea hidrocarburilor de apă, cât

şi transportul acestora pe verticală până la suprafaţa solului. (figura 10.6). Utilizarea

acestui sistem de depoluare se dovedeşte oportună atunci când hidrocarburile plutitoare

sunt dispuse în strat subţire la partea superioară a acviferului sau atunci când ele nu se

detaşează net de apa subterană, ci formează împreună cu aceasta o emulsie la

suprafaţa acviferului.

Fig. 10.5. Schema plutitorului selectiv destinat colectării hidrocarburilor

Page 102: Ped Sol -Curs Aranjat

102

Fig. 10.6. Schema sistemului de recuperare a hidrocarburilor din acvifer cu bandă hidrofobă

Banda este confecţionată dintr-un material hidrofob iar datorită acestui fapt

picăturile de hidrocarburi oleofile aderă selectiv la suprafaţa benzii şi rămân ataşate de

aceasta în timpul transportului pe verticală până la suprafaţa solului. Desprinderea

hidrocarburilor de pe suprafaţa benzii hidrofobe se face cu ajutorul unui raclor care are

şi rolul de a dirija produsul colectat spre un bazin tampon.

10.2. BIOREMEDIEREA ÎN SITU

În practică, bioremedierea este utilizată, mai ales, pentru decontaminarea

mediilor contaminate cu hidrocarburi. Această metodă poate conduce la obţinerea unor

rezultate bune şi în cazul apelor subterane contaminate, însă de obicei principalul factor

limitant este cantitatea de oxigen. Există mai multe moduri de a alimenta mediul

subteran cu oxigen, substanţe nutritive şi alte suplimente:

Page 103: Ped Sol -Curs Aranjat

103

10.2.1.Pomparea cu reinjectarea apei

Acest procedeu vizează, în principal, stimularea biodegradării în situ. El constă în

extragerea apelor subterane pentru a le reinjecta în sol după îmbogăţirea acestora.

Schema din figura 10.7 este o reprezentare simplificată a acestei tehnici. În acest

exemplu, se arată că apele subterane sunt extrase printr-un puţ de extracţie, apoi, după

adăugarea de reactivi, se reinjectează printr-un puţ de injecţie.

Fig. 10.7. Schema bioremedierii în situ prin pomparea şi reinjectarea apei

Ca urmare a reintroducerii apei în sol, are loc:

accelerare a biodegradării poluanţilor precum şi

spălare cu reactivi a solului din zona saturată.

Substanţele adăugate în apa reinjectată stimulează dezvoltarea

microorganismelor, favorizând astfel biodegradarea. În plus, prin migrarea spre puţul de

extracţie, apa reinjectată curăţă solul de substanţele poluante ce le conţine.

În figura 10.8 se prezintă mai detaliat elementele unui sistem de pompare –

tratare – reinjectare utilizat pentru decontaminarea apelor subterane şi a solului.

Printr-un astfel de sistem, se aplică un tratament fizico-chimic al apei pentru

eliminarea metalelor continuându-se apoi prin tratarea în bioreactor unde

microorganismele degradează poluanţii organici.

Page 104: Ped Sol -Curs Aranjat

104

O parte a apei ce rezultă din bioreactor este deversată pe sol şi penterează prin

percolare. Această apă conţine biomasă activă care degradează poluanţii prezenţi în

sol. Restul apei este ajunge într-un separator unde fracţiile lichide sunt separate de cele

solide.

Fig. 10.8. Schema bioremedierii în situ prin pomparea, tratarea şi reinjectarea apei

10.2.2. Barbotarea

Barbotarea se poate aplica în scopul obţinerii a două efecte, care pot fi urmărite

separat sau împreună:

- accelerarea biodegradării şi

- volatilizarea poluanţilor.

Barbotarea constă în injectarea aerului sub presiune sub pânza freatică. Se

injectează aer direct în acvifer pentru a furniza oxigen şi astfel a favoriza biodegradarea,

şi/sau pentru a extrage poluanţii din apele subterane prin stripare.

Poluanţii volatilizaţi care migrează spre suprafaţă pot fi recuperaţi într-un puţ de

extracţie sub vid, iar apoi ei sunt pompaţi la suprafaţă unde sunt trataţi în mod adecvat.

În ceea ce priveşte modul de migrare a aerului în zona saturată, Hinchee

semnalează faptul că aerul circulă, mai degrabă, ca un lichid prin canale.

Difuzând prin aceste canale, oxigenul din aer trece în apă, în timp ce poluanţii

sunt transferaţi din apă în aer.

Din cauza acestui mod de curgere, numai anumite părţi din acvifer sunt expuse

aerului injectat. În consecinţă, biodegradarea nu se produce decât în apropierea căilor

de curgere unde există oxigen.

Page 105: Ped Sol -Curs Aranjat

105

10.3. IZOLAREA / BLOCAREA HIDRAULICĂ

Blocarea hidraulică a migrării poluanţilor se aplică provizoriu, în regim de urgenţă,

când poluanţii au atins pânza freatică şi ameninţă să se deplaseze spre sursele de apă

potabilă sau apele de suprafaţă. Stoparea migrării poluanţilor, prin blocare hidraulică, se

face prin instalarea unor puţuri sau sonde de pompare cu priza sub nivelul zonei

contaminate, şi evacuarea apei în exterior (figura 10.9).

Amplasarea unui puţ de extracţie în fata penei poluante, din care se va pompa

apa poluată care necesită, desigur, tratare înainte de evacuare, va stabiliza avansarea

acesteia (figura 10.10). O astfel de soluţie trebuie să fie însoţită şi de măsuri de control

şi remediere a zonei sursei de poluare

Fig. 10.9. Blocarea hidraulică a migrării poluanţilor

Page 106: Ped Sol -Curs Aranjat

106

În practică, aplicarea acestei măsuri se face, adesea, ataşând puţului de extracţie

şi un puţ de injectie amplasat în amonte de zona poluată, cu scopul creşterii gradientului

hidraulic şi pentru a avea un control mai bun al curentului subteran. În figura 10.11 este

prezentată o astfel de soluţie, aplicată în cazul unei poluări cu produse petroliere. Prin

folosirea de puţuri duble pentru extracţie respeciv pentru injecţie, izolarea zonei poluate

este mai sigură, iar cantitatea de apă vehiculată poate fi redusă, acest lucru conducând

la reducerea costurilor de exploatare.

Pentru aplicarea cu succes a acestei metode, este important a se aborda corect

următoarele probleme:

- alegerea numărului de puţuri;

- amplasarea puţurilor;

- determinarea debitelor de pompare şi injectare.

Modelarea matematică a solutiei propuse, dar şi măsurătorile pe instalaţiile pilot,

sunt adesea utilizate pentru a fundamenta parametrii de functionare ai unor astfel de

instalaţii de izolare hidraulică.

Avantaje:

simplitatea şi uşurinţa punerii în aplicare;

costurile scăzute.

Observaţie: Prin acest procedeu nu se rezolvă problema poluării ci se asigura

doar timpul necesar pentru pregătirea unei intervenţii curative cu caracter definitiv.

10.4. METODE FIZICE DE IZOLARE A POLUANŢILOR

Izolarea este o tehnică de blocare a migrării poluanţilor din apele subterane care

constă în închiderea fizică a mediului contaminat prin intermediul unui sistem etanş de

protecţie. Etanşarea se aplică funcţie de situaţia specifică în care se găseşte zona

poluată şi poate fi realizată în diferite moduri:

etanşare prin închidere laterală completă;

etanşare prin închidere parţială şi devierea apei subterane din amonte.

Această tehnică este aplicată în special în cazul în care mărimea zonei subterane

poluate nu este considerabilă, cum ar fi, spre exemplu, depozitele de deşeuri spălate de

apele de precipitaţii, aşa cum se prezintă în figura 10.12. În astfel de cazuri, rolul

ecranelor este de a închide curentul de apă subteran în limitele zonei poluate şi de a

stopa extinderea ariei acesteia.

Page 107: Ped Sol -Curs Aranjat

107

Fig. 10.12. Vedere în plan şi în secţiuneb printr-un sistem de ecranare

Fig. 10.13. Controlul şi evacuarea substanţelor lixiviate şi a gazelor din zona poluată,

în cazul etanşării cu pereţi laterali ancoraţi în substratul impermeabil

Page 108: Ped Sol -Curs Aranjat

108

Realizarea ecranelor impermeabile se poate face după mai multe scheme

constructive, alegerea lor făcându-se funcţie de caracteristicile specifice zonei,

respectiv, funcţie de localizarea ariei poluate. La aceste sisteme de izolare a poluanţilor

este important să se facă controlul şi recuperarea substanţelor solubilizate precum şi a

emanaţiilor gazoase (fig. 10.13).

Realizarea izolării fizice a poluanţilor din apele subterane se face, practic, prin:

- pereţi din amestec de materiale naturale;

- perdele formate prin injecţie de amestec de materiale;

- perdele din plăci ondulate de oţel.

Pereţi din amestec de materiale naturale

Realizarea pereţilor din amestec de materiale naturale se face prin săparea unei

tranşeei în jurul întregii zone contaminate (sau doar în jurul unei părţi) şi prin umplerea

acesteia cu un amestec de materiale (argilă, bentonită, apă) care după întărire,

constituie un obstacol impermeabil ce blochează curgerea apelor subterane. Realizarea

tranşeelor se face cu excavatorul, lătimea uzuală a tranşeelor este de 0,6-1,0 m,

adâncimea până la 10 m.

Perdele formate prin injecţie de amestec de materiale

Există numeroase asemănări între pereţii realizaţi din amestecuri de materiale

naturale şi perdelele formate prin injecţie de amestec de materiale, diferenţa esenţială

este legată de modul de realizare: perdelele sunt create prin injecţia amestecului de

materiale în găuri realizate cu ajutorul unei foreze clasice iar pereţii prin umplerea

tranşeelor cu amestec de materiale naturale. Injecţia amestecului de materiale naturale

în spaţiile interstiţiale ale solului se face la presiune ridicată, cu ajutorul unor metode şi

echipamente diverse. Amestecul de materiale este injectat în numeroase găuri, situate

una lângă alta, în jurul zonei contaminate, astfel încât să se formeze o perdea sau

perete. Amestecul de materiale poate fi constituit din: bentonită, ciment, silicaţi, masă

lemnoasă, produse chimice organice.

Perdele din plăci ondulate de oţel

Este posibil a izola zona subterană poluată prin introducerea unor plăci în sol

împrejurul acesteia sau doar în jurul unei părţi a acesteia. Plăcile sunt ondulate din oţel

şi pot fi introduse în sol cu ajutorul unui berbec de batere. Aşa cum se indică în fig.

10.14, plăcile se îmbină una cu cealaltă pentru a forma o suprafaţă continuă. Plăcile

utilizate pot avea dimensiuni variate şi pot fi introduse la adâncimi de până la 20 m sau

chiar mai mult.

Page 109: Ped Sol -Curs Aranjat

109

Fig. 10.14. Exemplu privind utilizarea perdelelor din plăci ondulate de oţel pentru izolarea apei subterane

şi recuperarea acesteia

Alegerea uneia dintre cele trei variante practice de izolare, prezentate mai sus, se

poate face ţinându-se seama de anumiţi factori, cum sunt cei prezentaţi în tabelul 10.1.

Avantajele şi inconvenientele pereţilor / perdelelor din amestec de materiale

naturale şi a perdelelor din plăci ondulate de oţel sunt prezentate în tabelul 10.2.

Tabelul 10.1.

Factori ce trebuie examinaţi pentru utilizarea pereţilor / perdelelor din amestec

de materiale naturale sau a perdelelor din plăci ondulate de oţel

Caracteristicile mediului

Pereţi din amestec de materiale

naturale

Perdele formate prin injecţie de amestec de materiale

Perdele din plăci ondulate de oţel

Adâncimea stratului impermeabil

< 10 m Nici o restricţie < 20 m(sau mai mult, dacă se

dispune de un echipament specializat adecvat)

Hidrologie Indiferent de situaţie, până la adâncimea

maximă.

Indiferent de situaţie. Posibilitatea de injectare a amestecului de materiale naturale numai în anumite

formaţiuni geologice.

Indiferent de situaţie, până la adâncimea maximă.

Geologie/ Geomorfologie

Săparea tranşeelor este dificilă în stratul impermeabil din rocă şi în anumite soluri.

Amestecul de materiale naturale poate colmata spaţiile interstiţiale numai a anumitor

soluri. Creşte rezistenţa solurilor moi.

Introducerea perdelelor din plăci ondulate de oţel este imposibilă

în stratul din rocă. Poate fi necesar un suport suplimentar în

cazul unui sol foarte moale.

Tipul poluanţilor

Trebuie asigurată compatibilitatea între

amestecul de materiale naturale şi

poluanţi

Trebuie asigurată compatibilitatea între

amestecul de materiale naturale şi poluanţi

Anumiţi poluanţi sunt corozivi pentru oţel. În această situaţie este necesar ca plăcile să fie

tratate anticoroziv.

Starea apelor subterane după

Apele subterane se vor infiltra în jurul şi/sau sub obstacol. Trebuie recurs la modelare pentru determinarea debitelor şi a traiectoriilor de curgere. În anumite cazuri, apa subterană

Page 110: Ped Sol -Curs Aranjat

110

aplicarea metodei de izolare

se acumulează în spatele obstacolului. Funcţionarea puţurilor de extracţie existente poate fi influenţată.

Condiţii la suprafaţă

Trebuie să existe condiţiile necesare pentru ca materialele şi echipamentele să poată fi dirijate până la zona contaminată. Trebuie obţinut de la proprietar autorizaţia de a implanta

pereţii/perdelele de izolare pe proprietate.

Infiltraţia la suprafaţă

Este bine a se acoperi suprafaţa delimitată prin pereţii de izolare cu scopul prevenirii infiltrării apei în mediul subteran contaminat. O altă soluţie constă în instalarea unui sistem de drenaj sub locul contaminat pentru a colecta lichidele care se infiltrează şi a le pompa la

suprafaţă spre o instalaţie de tratare.

Tabelul 10.2.

Avantajele şi inconvenientele pereţilor / perdelelor din amestec de materiale

naturale şi a perdelelor din plăci ondulate de oţel

Factor Pereţi din amestec de

materiale naturale Perdele formate prin injecţie de

amestec de materiale Perdele din plăci ondulate

de oţel

Costul

Mai ieftin decât perdelele formate prin injecţie de amestec

de materiale şi perdelele din plăci de oţel dacă se utilizează

pentru adâncimi sub 10 m.

Mai ieftin perdelele ondulate din plăci de oţel.

Costisitor, mai ales în cazul în care trebuie utilizate

metode de batere speciale sau plăci groase de oţel.

Riscurile potenţiale

pentru mediu

Tipul materialelor din amestecul utilizat trebuie sa fie aprobate

de organismele abilitate.

Unele materiale pot sa aibă un anumit grad de toxicitate.

Materialele din amestecul utilizat trebuie sa fie aprobate de

organismele abilitate.

Nici un risc.

Durata de viaţă

Pereţii se pot coroda sau dizolva după 30 – 40 de ani.

Pereţii solidificaţi se pot fisura.

Anumite materiale injectate se pot coroda sau dizolva după 30 – 40

de ani.

Perdelele se pot coroda în mediu acid, dacă nu au fost

protejate anticoroziv.

Eficacitatea Eficacitate maximă dacă pereţii

sunt realizaţi corect.

Este dificil a se determina gradul de etanşeitate. Materialul injectat

poate să nu colmateze toate spaţiile interstiţiale.

Eficacitate maximă dacă plăcile sunt instalate corect.

Adâncimea stratului

impermeabil 10 m Nici o restricţie 20 m

Disponibili-tatea

(facilitatea de instalare)

Echipamentul utilizat în mod curent poate să sape tranşee la

adâncimi de cca 5 m. Prin utilizarea unui echipament specializat se poate atinge

adâncimea de 10 m.

Disponibilitate limitată. Instalarea este adesea

complicată, chiar pentru operatori experimentaţi.

Plăcile ondulate din oţel sunt uşor de procurat. De

asemenea, echipamentul de batere este accesibil.

NOTA: Deoarece prin izolare poluanţii nu sunt distruşi ci doar imobilizaţi, aceste procedee au o

durabilitate limitată în timp şi nu reprezintă o soluţie definitivă.

10.5. IZOLAREA PRIN INTERMEDIUL BARIERELE REACTIVE

Reprezintă o variantă foarte recentă a procedeului de izolare. Acest procedeu

constă în eliminarea fizico-chimică a produselor poluante prin plasarea unei bariere

verticale, realizate cu mijloace tehnice similare cu cele utilizate pentru crearea pereţilor

/perdelelor de izolare. Pereţii vericali ai barierelor sunt umpluţi cu produse reactive şi

sunt dispuşi de aşa manieră astfel încât să intercepteze apele subterane. În cadrul

aceleiaşi tehnici se pot utiliza filtrele biologice.

Page 111: Ped Sol -Curs Aranjat

111

CURSUL 11. PROCEDEE DE DEPOLUARE ÎN AFARA

SITULUI A APELOR SUBTERANE ŞI TRATAREA

EFLUENŢILOR GAZOŞI

11.1. PROCEDEE DE DEPOLUARE ÎN AFARA SITULUI A APELOR SUBTERANE

În figura 11.1 se pot urmări etapele de tratare a apelor subterane contaminate,

precum şi principalele tehnici utilizate în acest scop. Desigur, niciun sistem de tratare nu

presupune utilizarea simultan a tuturor procedeelor, însă, anumite sisteme pot cuprinde

până la trei procedee în serie.

Fig. 11.1. Etapele de tratare a apelor subterane contaminate şi principalele tehnici utilizate

Apa extrasă poate fi pretratată sau trimisă fie spre un aparat de stripping cu aer

sau spre alte tipuri de sisteme de tratare. Pretratarea serveşte pentru eliminarea

compuşilor anorganici nocivi şi a substanţelor în suspensie.

În tabelul 11.1 se prezintă procedeele comerciale şi tehnicile în curs de

dezvoltare ce pot fi utilizate pentru eliminarea poluanţilor organici şi anorganici din apa

extrasă din mediul subteran. Procedeele comerciale (clasice) sunt accesibile pe piaţă şi

sunt utilizate în mod curent pentru depoluarea apelor subterane poluate. Procedeele

Page 112: Ped Sol -Curs Aranjat

112

inovative sunt tehnici în curs de experimentare şi alegere a parametrilor de tratare a

substanţelor poluante, în plus, pentru acestea nu există date complete care să permită

determinarea costului şi a eficacităţii tratării în diverse condiţii.

Tabelul 11.1.

Tehnici de tratare în afara sitului şi stadiul lor de dezvoltare

Nr.crt. Tehnica de tratare Stadiul de dezvoltare

I. Poluanţi organici

1 Separatoare Comercial

2 Aparat de stripping cu aer Comercial

3 Aparat de stripping cu vapori Anumite procedee sunt în stadiul comercial

4 Filtre cu carbon activ Comercial

5 Membrane Comercial

6 Sisteme de oxidare Pe cale de a atinge stadiul comercial

7 Bioreactor cu nămol activat Comercial

8 Bioreactor cu cultură fixată Comercial

9 Procedeu biofizic Comercial

II. Poluanţi anorganici

10 Precipitare alcalină Comercial

11 Coagulare Comercial

12 Schimb de ioni Comercial

13 Adsorbţie Comercial

14 Filtrare Comercial

15 Reducere Comercial

16 Membrane Comercial; membrane în curs de dezvoltare

17 Oxidare Comercial

11.1.1. Pretratarea apelor subterane extrase

Apele subterane extrase conţin uneori produse anorganice nocive care trebuie

eliminate înaintea depoluării/tratării propriu-zise a acestora. Dacă nu sunt eliminate, ele

pot reduce eficacitatea procedeului de tratare. Pretratarea se face prin intermediul unor

procedee chimice sau fizice la care se recurge în mod obişnuit pentru eliminarea fierului

şi manganului dizolvat, pentru reducerea durităţii apei şi înlăturarea substanţelor în

suspensie.

Pentru a obţine o apă cu caracteristicile cerute pentru tratare, se pot pretrata

apele brute subterane cu ajutorul uneia sau a mai multor tehnici descrise în continuare:

Page 113: Ped Sol -Curs Aranjat

113

aerarea : aerul oxidează fierul şi manganul dizolvat, formându-se

precipitaţi anorganici;

oxidarea chimică: sub acţiunea agenţilor oxidanţi cum ar fi peroxidul de

hidrogen (H2O2), bioxidul de clor (ClO2) şi permanganatul de potasiu (KMnO4), fierul şi

manganul dizolvat se convertesc în precipitaţi anorganici;

ajustarea pH-ului: se utilizează acizi şi baze puternice pentru a aduce pH-

ul apei la valoarea cerută pentru tratare;

filtrarea : filtrele reţin substanţele în suspensie prezente în apa brută

precum şi precipitaţii anorganici formaţi în timpul aerării şi/sau a tratării chimice;

dedurizarea : prin utilizarea unor produse chimice care să reducă duritatea

apei.

11.1.2. Recuperarea produselor în stare liberă

Pentru recuperarea produselor în stare liberă prezente în apa extrasă, se

utilizează separatoare, care nu pot fi folosite decât la separarea fazeleor nemiscibile de

apă. Separarea se bazează pe diferenţa de densitate între apă şi produsul în stare

liberă recuperabil. Se recurge la acest procedeu pentru separarea dintr-o soluţie apoasă

a produselor petroliere rafinate, cum ar fi diversele uleiuri şi benzina.

Separatorul este în general o cuvă cu şicane prevăzută cu un dispozitiv pentru

evitarea efectului de scurt-circuit. Apele subterane extrase sunt deversate în cuvă prin

partea de sus, printr-o extremitate a acesteia; stratul de produse petroliere care se

formează la suprafaţă este înlăturat iar apa tratată este evacuată prin cealaltă

extremitate a cuvei. Produsele recuperate pot fi reciclate sau distruse prin incinerare.

11.1.3. Eliminarea poluanţilor organici dizolvaţi

Pentru eliminarea poluanţilor organici dizolvaţi în apele subterane, se poate

recurge la procedee cum sunt: stripping-ul cu aer; stripping-ul cu vapori; oxidarea;

adsorbţia pe cărbune; biodegradarea şi separarea prin membrană.

Procedeul stripping cu aer în coloană (figura 11.2) datează de la începutul

anilor 1970, când era utilizat pentru îndepărtarea gazelor (CO2, SH2 şi NH3) dizolvate în

apă. Are ca principiu realizarea unui contact energic între apă şi aer, amestecul apă-aer

determină trecerea compuşilor volatili din faza lichidă în faza gazoasă. Poluanţii care pot

fi eliminati din apă prin acest procedeu sunt în general compuşii organici volatili.

Parametrul esenţial al sistemului de aeraţie este durata contactului aer-apă.

Dispozitivul de aerare a apei este format dintr-o coloană lungă de câţiva metri,

umplută cu materiale inerte (bile, inele, lamele etc) care realizează o structură poroasă

Page 114: Ped Sol -Curs Aranjat

114

specifică, bazată pe un raport maxim între suprafaţă şi volum. Configuraţia internă a

coloanei asigură transferul de masă în condiţii tehnico-economice optime. Principalele

elemente constructive ale coloanei de aerare sunt prezentate schematic în figura 11.3.

Fig. 11.2. Depoluarea apei subterane prin procedeul stripping în coloană

Page 115: Ped Sol -Curs Aranjat

115

Fig. 11.3. Elementele constructive ale coloanei de stripping

Pompa de aer (suflanta) reprezintă unul din elementele de bază ale coloanei.

Orificiile de ieşire ale aerului sunt astfel dimensionate încât să asigure o presiune

minimală de aer. Sistemul de evacuare a vaporilor din coloană împiedică antrenarea în

aer a unor mari cantităţi de apă.

Apa poluată este introdusă în coloană, pe toată secţiunea acesteia, cu ajutorul

unui sistem de distribuţie adecvat. Între baza coloanei şi placa de susţinere a

materialului de umplutură se află spaţiul destinat introducerii aerului, precum şi bazinul

de colectare a apei depoluate.

Circulaţia în contracurent a aerului în raport cu apa, de-a lungul coloanei de

umplutură, determină transferul poluanţilor volatili din faza lichidă în faza gazoasă. Apa

depoluată poate fi deversată în emisar sau poate fi folosită în diverse procese, funcţie

de caracteristicile acesteia.

Vaporii colectaţi la partea superioară a coloanei sunt în continuare supuşi unor

operaţii de tratare, în vederea blocării, neutralizării sau distrugerii poluanţilor. În acest

scop se aplică în mod curent adsorbţia pe cărbune activ şi oxidarea, operaţii care îşi

Page 116: Ped Sol -Curs Aranjat

116

dovedesc utilitatea în toate procedeele de depoluare bazate pe circulaţia aerului.

Adsorbţia pe cărbune activ este folosită mai ales pentru solvenţii cloraţi care sunt

adsorbiţi cu uşurinţă datorită slabei lor solubilităţi, precum şi datorită dimensiunii reduse

a moleculei lor. Cărbunele uzat poate fi reciclat de 5-6 ori fără o pierdere pregnantă a

capacităţii de adsorbţie. Concentratul de poluanţi fixaţi în cărbunele activ se poate

depozita în condiţii de siguranţă prin metode de izolare-etanşare.

Oxidarea este, de asemenea, utilizată în mod curent pentru distrugerea

poluanţilor din vaporii rezultaţi în urma aplicării stripping-ului în coloană. Ea se

devedeşte viabilă chiar şi în cazul unor poluanţi mai dificil de tratat, cum ar fi sulfurile şi

cianurile. În mod curent sunt aplicate oxidarea cu ozon, care este agentul oxidant cel

mai puternic, şi oxidarea termică, care presupune incinerarea gazelor cu poluanţi în

prezenţa oxigenului.

11.1.4. Eliminarea poluanţilor anorganici dizolvaţi

Pentru eliminarea poluanţilor organici dizolvaţi în apele subterane, se recurge la

procedee cum sunt: oxido-reducerea, adsorbţia, separarea prin membrană, schimbul de

ioni, precipitarea, coagularea-flocularea şi filtrarea. Aceste tehnici permit, nu numai

eliminarea poluanţilor anorganici, cum sunt metalele grele ( cadmiu, cupru, plumb,

mercur), nitraţii şi substanţele totale dizolvate, ci şi creşterea sau scăderea pH-ului.

Oxido-reducerea. Adesea, pentru a elimina fierul dizolvat în apele subterane se

recurge la oxidare. Dacă pH-ul se situează între 7 si 7,5, fierul este uşor oxidat,

transformându-se în fier feritic insolubil. Cum s-a văzut la pretratare, este suficient să se

aereze apa pentru ca fierul să se transforme în fier feritic. Fierul nu este un metal toxic,

dar este o substanţă anorganică nocivă, deoarece cauzează probleme, în anumite

cazuri, aparatelor utilizate pentru eliminarea altor componente din apă.

Contrar fierului, cromul hexavalent este un metal greu toxic. Ca şi fierul, cromul

este solubil în apă la pH ridicat. În procedeul de eliminare se exploatează insolubilitatea

cromului trivalent la pH ridicat:

- se coboară pH-ul apei de tratat sub 3, apoi se adaugă o substanţă de

reducere chimică, cum ar fi anhidrida sulfuroasă, pentru a transforma cromul hexavalent

în crom trivalent, care precipită când creşte pH-ul.

Se utilizează de asemenea un procedeu de reducere chimică pentru eliminarea

plumbului şi a mercurului.

Oxido-reducerea nu necesită decât un echipament simplu şi reactivi care se

utilizează în mod curent. Costul cu investiţiile şi cheltuielile de exploatare sunt puţin

ridicate; procedeul este uşor a fi pus în practică.

Page 117: Ped Sol -Curs Aranjat

117

11.2. TRATAREA EFLUENŢILOR GAZOŞI

Este necesară, uneori, tratarea efluenţilor gazoşi sau a emisiilor gazoase, cu

scopul de a elimina sau distruge poluanţii care sunt conţinuţi în acestea. Sunt

consideraţi efluenţi gazoşi emisiile ce rezultă din tratarea apelor subterane sau a solului,

cele ce provin direct de la suprafaţa solului sau a apelor subterane, sau cele rezultate

prin aplicarea metodelor de ventilare în situ. Cu toată diversitatea surselor de

provenienţă a efluenţilor gazoşi, numărul procedeelor de tratare a efluenţilor gazoşi

rămâne relativ redus.

Sursele de efluenţi gazoşi sunt numeroase şi uneori imprevizibile. Trebuie

evaluat fiecare loc şi fiecare proiect de depoluare pentru a identifica eventualele surse

de efluenţi gazoşi. Principalele surse sunt:

emisiile pasive provenind direct din zonele contaminate:

- metanul produs prin biodegradarea naturală a materiei organice;

- gazul sulfurat produs prin degradarea materiei organice;

- compuşii organici volatili sau semivolatili eliminaţi prin porii solurilor

contaminate;

- praful ridicat de vânt;

- scăpările de gaz din rezervoarele neetanşe.

emisiile rezultate din tratarea în situ a solurilor şi apelor subterane poluate:

- extracţia sub vid;

- încălzirea solului pentru volatilizarea poluanţilor;

- barbotarea;

- bioventilarea (bioventingul);

- strippingul cu vapori.

emisiile rezultate din lucrări de excavare sau din alte intervenţii de

suprafaţă:

- emisiile volatile eliminate din soluri, sedimente sau din deşeuri;

- praful ridicat de către utilajele de construcţie;

- gazele de eşapament de la motoare şi vehicule.

emisiile rezultate din tratarea în afara sitului a apelor subterane poluate:

- strippingul cu aer;

- lagunele, bazinele de echilibrare, bazinele de stocare şi alte suprafeţe

de apă expuse;

- unităţile de filtrare;

- metodele de tratare biologică;

Page 118: Ped Sol -Curs Aranjat

118

- camerele de aerare;

- instalaţiile de stocare şi de amestec a produselor chimice.

emisiile rezultate din tratarea în afara sitului a materiilor solide:

- suprafeţele expuse a materiilor solide pe durata stocării, manipulării şi

amestecării;

- gazele de combustie din incineratoare;

- gazele produse în instalaţiile de desorbţie termică;

- reactoarele pentru tratarea biologică a nămolurilor;

- împrăştierea nămolurilor pe sol.

11.2.1. Procedee de tratare a efluenţilor gazoşi

Există numeroase procedee de tratare a efluenţilor gazoşi. Cele mai importante

grupe de procedee de tratare sunt prezentate în figura 11.4.

Fig. 11.4. Principalele grupe de procedee de tratare a efluenţilor gazoşi

11.2.1. Procedee de desprăfuire

Se prezintă în continuare procedeele şi echipamentele care au ca funcţie

principală eliminarea prafului şi a particulelor.

Page 119: Ped Sol -Curs Aranjat

119

Filtrele: modelul cel mai frecvent utilizat este filtrul cu saci din ţesătură a

cărui pori sunt cu un diametru prestabilit. Aerul traversează filtrul, dar particulele a căror

mărime este superioară diametrului porilor sunt reţinute.

Desprăfuitoarele umede: aceste echipamente utilizează un jet de apă sau

o soluţie pentru extragerea prafului din efluenţii gazoşi. Prin încărcarea apei cu praf,

praful şi particulele se îngreunează şi sunt dirijate prin gravitatie într-un rezervor de

colectare. Anumite modele permit, de asemenea, extragerea unor compuşi gazoşi

(clorul, compuşii sulfuraţi şi compuşii nitroşi) prin pulverizarea unei soluţii reacive cum

este soda caustică (NaOH).

Desprăfuitoarele electrostatice: acestea supun efluenţii gazoşi unui câmp

electric. Particulele încărcate electrostatic sunt forţate de câmpul electric a se lega în

ansamblu şi sunt antrenate spre un filtru.

Hidrocicloanele: utilizează efectul vortex; efluenţii gazoşi intră cu viteză

ridicată în partea superioară a unei camere elicoidale. Gazele sunt antrenate în jos prin

mişcarea elicoidală. Forţa centrifugă aplicată apasă particulele pe peretele camerei.

Odată ajuns la fundul acestei camere, efluentul este redirijat în sus prin centrul camerei.

Particulele mai grele se depun pe fundul camerei, de unde ele sunt extrase.

11.2.2. Adsorbţia pe cărbune

Adsorbţia pe cărbune este metoda folosită, în special, pentru tratarea poluanţilor

în faza gazoasă. Cărbunele activ este un adsorbant puternic a produselor chimice

organice. S-a calculat pentru un anumit tip de cărbune activ că suprafaţa de adsorbţie a

numai 6 grame de cărbune se ridică la 4000 m2. După utilizare, cărbunele poate fi

„reactivat” prin încălzire sau prin procedee chimice. Încălzirea are avantajul că se distrug

compuşii chimici organici reţinuţi în cărbunele utilizat.

Sistemele de adsorbţie pe cărbune sunt foarte eficace pentru majoritatea

produselor organice şi pentru anumiţi compuşi anorganici, şi sunt convenabile pentru

tratarea de debite mari. Pe piaţă există diverse modele diferenţiate prin mărimea şi

capacitatea acestora.

Deoarece sistemele de tratare a efluenţilor gazoşi prin adsorbţie pe cărbune activ

sunt predispuse îmbâcsirii cu apă, este importantă dezumidificarea efluenţilor ce trebuie

trataţi care au conţinutul în apă peste 40-50%. De asemenea, substanţe cum sunt

microorganismele, praful şi compuşii anorganici pot cauza îmbâcsirea sistemelor de

adsorbţie.

11.2.3. Condensarea

Page 120: Ped Sol -Curs Aranjat

120

Condensarea este o tehnică foarte frecvent utilizată pentru tratarea efluenţilor

gazoşi foarte calzi, şi în particular a efluenţilor produşi de sistemele de tratare termice.

Acest procedeu simplu constă în răcirea suficientă a efluenţilor gazoşi până ce poluanţii

determinaţi trec în faza lichidă; ei sunt transformaţi într-un lichid pur sau amestec. Acest

procedeu permite, de asemenea, extragerea surplusului de apă dintr-un efluent gazos.

Prin reglarea cu minuţiozitate a temperaturii unităţii de răcire, se pot extrage diverşi

compuşi organici în stare pură în diverse etape ale procesului de tratare. Răcirea se

realizează cu ajutorul compresoarelor (de ex. grupuri frigorifice tipice) sau prin a lăsa să

treacă efluentul gazos printr-un lichid (de ex. apă foarte rece) sau un solid rece.

11.2.4. Incinerarea

Incinerarea este o metodă verificată şi eficace de distrugere a poluanţilor organici

în faza gazoasă. Incineratoarele concepute pentru poluanţii gazoşi sunt mult mai eficace

decât cele utilizate la eliminarea lichidelor şi solidelor, deoarece distribuţia căldurii şi a

poluanţilor în interiorul incintei de ardere este net mai uniformă. Oxidarea poluanţilor

este deci mai uniformă şi mai completă. Incineratoarele pot trata debite mari de gaze în

condiţiile menţinerii unui grad de distrugere superior la 99,99%.

Oxidarea majorităţii produselor organice chimice se produce la temperaturi

variind între 1.100 şi 1.400oC. Emisiile ce rezultă prin incinerare completă sunt: dioxidul

de carbon, monoxidul de carbon şi apa. Eliminarea prafului, cenuşii ce rezultă în urma

incinerării se face, în general, prin intermediul desprăfuitoarelor şi filtrelor.

11.2.5. Ardere direct în atmosferă (la torţă)

Anumiţi efluenţi gazoşi au o valoare energetică suficient de ridicată pentru a fi

arşi direct în atmosferă (la torţă) sau într-un arzător. Efluenţii pot fi dirijaţi spre o torţă

existentă, ca în cazul uzinelor de gaz sulfuros, turnătoriilor sau uzinelor de produse

chimice. Dacă efluenţii sunt antrenaţi spre un arzător, energia produsă poate fi

recuperată sub formă de căldură sau de energie cinetică.

Utilizarea acestei tehnicti trebuie făcută cu mare precauţie. Anumite ţări interzic

arderea directă a efluenţilor gazoşi, estimându-se că această tehnică nu este suficient

de eficace pentru distrugerea poluanţilor.

11.2.6. Oxidarea catalitică

Oxidarea termică a poluanţilor organici poate fi efectuată la temperaturi mai joase

decât cele înregistrate în incineratoare, cu ajutorul catalizatorilor chimici ce activează

reacţia de oxidare. Sistemele de oxidare catalitică funcţionează la temperaturi variind

Page 121: Ped Sol -Curs Aranjat

121

între 200 şi 500 oC. Efluenţii gazoşi sunt dirijaţi spre camera de reacţie încălzită şi trec

pe catalizator, care este în mod obişnuit un oxid metalic ca bioxidul de titan.

Oxidarea catalitică este o tehnică nouă care pare să prezinte un anumit potenţial

pentru remedierea factorilor de mediu. Trebuie evaluat răspunsul efluenţilor la tratare

înainte de a opta pentru această tehnică şi trebuie determinat temperaturile optime şi

tipul de catalizator cel mai eficace. Această tehnică s-a utilizat cu succes pentru

oxidarea amestecurilor de combustibili extrase din apele subterane.

11.2.7. Reducerea termică

Reducerea termică este, într-o anumită măsură, contrarul oxidării termice

(incinerarea). Reducerea termică a moleculelor organice se produce la temperaturi de

800 – 900oC, în prezenţa hidrogenului. În loc să fie oxidate, cum se întâmplă în

incinerator, moleculele sunt supuse unei reduceri chimice. Acest procedeu permite

reducerea moleculelor în produse mai uşoare şi mai puţin toxice. Contrar faţă de

incinerare, reducerea termică nu produce nici un gaz de ardere nociv.

11.2.8. Paturile bacteriene (biofiltrele)

Paturile bacteriene (biofiltrele) s-au adăugat relativ recent la procedeele de

tratare a efluenţilor gazoşi. Paturile bacteriene pentru tratarea efluenţilor gazoşi joacă

acelaşi rol ca şi paturile bacteriene utilizate la tratarea apei. Efluenţii gazoşi traverseză

un pat compus din materie poroasă cu prezenţa unei populaţii active de

microorganisme. La contactul cu patul bacterian, poluanţii sunt adsorbiţi şi metabolizaţi

de către microorganisme. Este vorba de o metodă distructivă. Paturile bacteriene nu au

aceiaşi putere distructivă ca sistemele termice însă, în multe cazuri, permit reducerea

concentraţiilor de poluanţi şi încadrarea în limitele prescrise în legislaţie. Un alt avantaj

rezidă în costul redus de achiziţie şi de întreţinere.

11.2.9. Recircularea efluenţilor gazoşi

Efluenţii gazoşi produşi prin anumite procedee sunt adesea recirculaţi în sol sau

într-o unitate de tratament, în scopul reducerii sau eliminării emisiilor şi reutilizării

energiei sau nutrienţilor care-i conţin. Metodele de tratare în situ cum ar fi bioventilaţia şi

bioaspiratia sunt curent utilizate pentru reciclarea efluenţilor gazoşi.

11.2.10. Consideraţii privind alegerea procedeului de tratare a efluenţilor

gazoşi

Dacă nu se impune utilizarea unui procedeu de tratare a unui efluent gazos,

alegerea opţiunii de tratare trebuie să se sprijine pe o bună cunoaştere a naturii

Page 122: Ped Sol -Curs Aranjat

122

efluentului gazos şi pe studii aprofundate de evaluare a răspunsului efluentului la

tratament (tratabilitatea).

Caracterizarea efluenţilor gazoşi se face luându-se în considerare următoarele

aspecte:

tipul de poluanţi organici şi concentraţiile;

volumul sau debitul prevăzut;

prezenţa altor poluanţi în efluentul gazos;

temperatura efluentului gazos;

conţinutul în apă;

conţinutul în oxigen;

variabilitatea parametrilor. Studiile de evaluare a răspunsului efluenţilor la tratament (tratabilitatea) presupun

determinarea:

tipurilor de procedee ce ar putea da rezultate bune în cazul efluentului de tratat;

produsele chimice şi alţi aditivi ceruţi, tipul de catalizator etc;

umiditatea ideală la începutul tratamentului;

timpul de reacţie cerut pentru a atinge limitele maxime prescrise prin lege;

costul tratamentelor;

necesarul energetic;

specificaţiile fizice pentru tratament. În figura 11.5 se indică tehnicile de tratare utilizate în mod obişnuit funcţie de

diversele concentraţii ale poluanţilor.

Fig. 11.5. Alegerea tehnicilor de tratare în funcţie de concentraţia efluenţilor gazoşi

Page 123: Ped Sol -Curs Aranjat

123

CAPITOLUL 12. PROCEDEE DE DEPOLUARE EX SITU A

SOLURILOR EXCAVATE

12.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Procedeele aplicabile ex situ presupun evacuarea solului sau a apei poluate din

mediul lor natural (prin excavare şi pompare), fie definitiv, fie provizoriu, pe timpul

tratamentului. Tratarea ex situ poate fi efectuată pe locul contaminat (cu ajutorul unei

instalaţii mobile) sau în exteriorul zonei contaminate (cu ajutorul unei instalaţii mobile

sau fixe), care necesită transportul materialului excavat până la instalaţia de depoluare.

În figura 12.1 se prezintă principalele procedee de depoluare ex situ a

materialelor excavate. După cum se poate constata, toate procedeele prevăd eliminarea

materialelor tratate, fie într-o haldă (ca deşeuri) fie prin rambleiere, stocare sau

reciclare.

Fig. 12.1. Principalele procedee de depoluare ex situ a solurilor sau sedimentelor

Page 124: Ped Sol -Curs Aranjat

124

12.2. PRETRATAREA

Obiectivul majoritătii metodelor de pretratare este de a reduce volumul

materialelor excavate şi de a ameliora calitatea fizică a acestora în vederea uşurării

operaţiilor de manipulare şi tratare. Anumite metode de pretratare au scopul de a izola

fracţia mai puţin contaminată de restul materialelor excavate. Alte metode permit

separarea apei de materiile solide din materialele excavate.

Principalele metode de pretratare sunt:

desecarea;

separarea granulometrică;

spălarea;

separarea densimetrică;

separarea magnetică;

tratarea apei de spălare.

12.3. SPĂLAREA SOLULUI

Spălarea solului excavat – ex situ (pe sit sau în afara sitului) este un

procedeu fizic utilizat pentru eliminarea fazei reziduale de poluantul imobilizat în

matricea solului. Principiul spălării constă în separarea poluanţilor din sol şi transferul

acestora în faza lichidă sau gazoasă, sub acţiunea apei şi a energiei mecanice. Prin

spălare se pot extrage: poluanţii organici, poluanţii anorganici solubili, metalele grele

etc.

Pentru a înţelege mecanismul spălării pornim de la observaţia că în solul

contaminat, poluantul se află fixat în porii intergranulari, precum şi la suprafaţa

granulelor. Este cunoscut faptul că suprafaţa specifică a granulelor se află într-un raport

de inversă proporţionalitate cu dimensiunea sau diametrul echivalent al acestora.

Rezultă astfel, că cea mai importantă cantitate din poluant este cantonată în fracţiile

granulometrice fine ale solului. De multe ori, fracţiile granulometrice grosiere ale solului

poluat nu prezintă decât urme de poluanţi sau se încadrează sub limitele de

concentraţie admise.

Procedeul de decontaminare presupune utilizarea unei instalaţii specializate

dotate cu echipamente specifice, în care solul este supus, într-o succesiune logică,

următoarelor operaţii: dezaglomerarea bulgărilor de sol, separarea fracţiilor

granulometrice grosiere de cele fine prin clasări volumetrice şi hidraulice, desprinderea

prin atriţie a poluanţilor ataşaţi de suprafaţa granulelor, precum şi desecarea produselor

spălate şi a concentratului de poluanţi. Toate aceste operaţii se execută în prezenţa

apei, uneori în prezenţa unor reactivi de spălare.

Page 125: Ped Sol -Curs Aranjat

125

Instalaţia de spălare Eimco-Wemco (figura 12.2), destinată decontaminării

solului de hidrocarburi, include, pe lângă operaţiile specifice de spălare (clasare

volumetrică şi hidraulică, atriţie, desecare), şi operaţia de flotaţie.

Solul contaminat cu hidrocarburi este mai întâi excavat şi sfărâmat, fiind apoi adus în

zona de alimentare a instalaţiei de spălare unde, în principiu, se separă fracţiile fine

purtătoare de substanţe poluante, de fracţiile grosiere care eliberate de poluanţi, devin

curate. Mai întâi, se face o ciuruire la 6 mm, sub jet de apă.

Produsul grosier din refuzul ciurului este în acest fel decontaminat, iar tulbureala ce

trece prin ciur este supusă unei deşlamări primare, într-un clasor mecanic cu spirală. În

revărsarea clasorului se obţine un şlam (0,1 mm) cu o concentraţie ridicată în poluanţi, iar în

refuz, un produs mai grosier, parţial decontaminat, în care poluanţii sunt dispuşi pelicular la

suprafaţa granulelor.

Desprinderea acestor poluanţi de granulele de sol se face prin atriţia pulpei la o

densitate ridicată, operaţie ce presupune frecarea intensă a granulelor unele de altele, într-o

mişcare turbionară creată de nişte agitatoare speciale.

Odată desprinşi de granule, poluanţii sunt separaţi din tulbureală prin

hidrociclonare. În suprascurgerea hidrociclonului se obţine un şlam bogat în poluanţi, iar

în îngroşat rezultă un produs cu o granulaţie mai mare, care este sitat la 2 mm sub jet

de apă.

Fracţia granulometrică +2 mm este astfel decontaminată, iar fracţia 0.1÷2 mm

este condiţionată cu reactivi şi supusă flotaţiei inverse. În spuma maşinilor de flotaţie se

concentrează poluanţii, iar în produsul de cameră, solul decontaminat.

În vederea desecării, solul decontaminat este îngroşat prin hidrociclonare, iar apoi

filtrat cu ajutorul unui filtru plan rotativ. Tulbureala bogată în poluanţi este colectată de la

toate operaţiile într-un îngroşător radial, echipat cu un separator de hidrocarburi.

Apa din preaplinul îngroşătorului este recircuitată în flux, iar produsul din îngroşat

este filtrat cu ajutorul unui filtru cu bandă. Se obţine astfel concentratul final de poluanţi care

poate fi depozitat în siguranţă, inertat, biodegradat, incinerat etc.

Page 126: Ped Sol -Curs Aranjat

126

Fig. 12.2. Schema instalaţiei Eimco-Wemco de spălare a solurilor contaminate.

Instalaţia de spălare Lurgi-Deconterra are schema tehnologică prezentată în

figura 12.3. Solul contaminat este supus operaţiilor specifice de sfărâmare, clasare

volumetrică, atriţie, clasare hidraulică şi desecare, la care se adaugă operaţiile de

Page 127: Ped Sol -Curs Aranjat

127

flotaţie şi separare în mediu dens. Şi în cadrul acestei instalaţii se urmăreşte separarea

selectivă din amestecul poligranular a granulelor fine, în care se concentrează de obicei

poluanţii.

Atriţia se desfăşoară prin intermediul unor tamburi rotativi, care asigură o bună

dezaglomerare a granulelor şi o desprindere eficientă a poluanţilor dispuşi pelicular pe

suprafaţa granulelor.

O astfel de instalaţie a fost experimentată cu succes în Germania pentru

decontaminarea unui sol impurificat cu reziduuri de cocserie (metale grele, substanţe

aromatice policiclice, canide).

Experimentările efectuate de Werther şi Wilichowski de la Univ.Tehnică din

Hamburg-Harburg privind depoluarea prin spălare a unui sol nisipos-argilos, contaminat

cu hidrocarburi tip Diesel, au permis concluzionarea că 82 % din produsul poluant poate

fi extras din sol prin spălare, îndepărtându-se fracţia granulometrică inferioară

dimensiunii de 0,1 mm.

Fig. 12.3. Schema instalaţiei Lurgi-Deconterra de spălare a solurilor contaminate.

Page 128: Ped Sol -Curs Aranjat

128

În practica depoluării prin spălare, se aplică şi procedeul Oecotec care se

bazează pe spălarea sub presiune înaltă (350 daN/cm2) a solurilor într-o cameră de

formă tubulară. Un exemplu privind aplicarea procedeului Oecotec este depoluarea

solului aferent unui sit industrial din Düsseldorf, unde se fabricau tuburi din oţel.

În urma spălării sub presiune a 72.121 tone de sol contaminat s-au obţinut

65.556 tone de sol grosier depoluat (91 %), 5.915 tone de aleurit filtrat (8 %) şi 650 tone

de nămol (1 %), ultimele două produse reprezentând concentrate de poluanţi. În

general, se pretează la spălare solurile care au o compoziţie granulometrică relativ

grosieră, cu un conţinut redus de argilă.

Adesea, pentru eliminarea poluanţilor din solurile puternic poluate se procedează

la tratarea acestora în instalaţii complexe, utilizându-se o combinaţie de procedee:

spălare, extragere a metalelor, tratare biologică, tratare a efluenţilor gazoşi. Schema

cuprinzând secvenţele procesului complex de depoluare a solurilor/sedimentelor într-o

uzină pilot, prin spălare - extragerea metalelor – tratare biologică se prezintă în figura

12.4

Fig. 12.4. Schema cuprinzând secvenţele procesului complex de depoluare a solurilor/sedimentelor într-o

uzină pilot, prin spălare - extragerea metalelor – tratare biologică

Page 129: Ped Sol -Curs Aranjat

129

12.4. TRATAREA CHIMICĂ

Tratarea chimică a poluanţilor din materialele excavate (soluri şi ape subterane)

se bazează pe interacţiunile fizico-chimice următoare:

- adsorţie-desorbţie;

- oxidare-reducere;

- ajustarea pH-ului;

- schimb de ioni.

Procedeele chimice de depoluare ex situ pot fi clasificate funcţie de:

I. modul de eliminare a poluanţilor

procedee ce presupun extracţia poluanţilor din materialele excavate;

procedee ce presupun distrugerea sau alterarea poluanţilor din materialele

excavate.

II. de tipul agenţilor utilizaţi

procedee ce presupun utilizarea de agenţi oxidanţi;

declorurarea;

procedee ce presupun extracţia compuşilor organici prin utilizarea de:

- solvenţi organici

- solvenţi pe bază de apă.

Adăugarea unui agent oxidant puternic (de exemplu: peroxid de hidrogen, ozon

sau apa oxigenată) permite distrugerea poluanţilor organici din materialele excavate. Un

inconvenient important al acestei metode rezidă în inexistenţa unor agenţi oxidanţi

specifici pentru poluanţi. O mare parte a agentului oxidant adăugat este mobilizat pentru

oxidarea materiei organice care este în mod natural prezentă în sol.

Un anumit număr de metode de tratare chimică permit eliminarea clorului din

structura moleculară a poluanţilor organici cloraţi, cum ar fi policlorbifenilii (PCB).

Majoritatea metodelor utilizează un metal alcalin (de exemplu: sodiu sau potasiu) ca

reactiv.

Principiul general al declorurării constă în înlocuirea parţială sau totală a ionilor

de clor Cl‾ din poluanţii organici, cu radicali OH‾ (figura 12. 5). Reacţia se desfăşoară în

prezenţa unei baze tari (NaOH sau KOH) şi a etilenglicolului. Din combinaţia acestor doi

reactivi rezultă „alcoxizi” plus apă, substanţe ce reacţionează la rândul lor cu ionii de Cl‾

ai compusului organic poluant, formând cloruri de sodiu şi potasiu.

Astfel, se transformă o moleculă contaminată într-o moleculă de tip eter. Procesul

se desfăşoară la cald (200 ÷ 300oC) într-un solvent (de exemplu: dimetil sulfoxid), care

serveşte în acelaşi timp şi de catalizator.

Page 130: Ped Sol -Curs Aranjat

130

Randamentul de declorurare în cazul policlorbifenililor (PCB) ajunge până la 99%

iar în cazul hidrocarburilor aromatice policiclice este de doar 60%.

Extracţia poluanţilor organici se poate face prin spălare cu solvenţi organici sau

cu soluţii de spălare pe bază de apă. Există mai multe procedee comerciale disponibile.

Schema ce ilustrează etapele unui proces de spălare cu solvent este prezentată

în figura 12.6. Randamentul acestor procedee este superior celui obţinut prin

procedeele de tratare biologică, dar inferior celui obţinut procedeele termice.

Fig. 12.5. Schema de principiu a procedeului de declorurare a solurilor poluate

Page 131: Ped Sol -Curs Aranjat

131

Fig. 12.6. Schema procedeului de extracţie cu solvent a poluanţilor organici

12.5. Extracţia metalelor

Contrar compuşilor chimici organici, metalele nu pot fi distruse. Metodele ce

permit reducerea concentraţiilor metalelor din materialele excavate sunt în mod

obligatoriu de natură extractivă. Metalele din materialele excavate se prezintă sub

diverse forme chimice în acelaşi sol, sediment sau nămol şi este adesea dificil a fi

extrase.

Metodele de extracţie a metalelor pot fi grupate astfel:

Lixivierea:

- soluţii acide;

- soluţii bazice;

- agenţi complexanţi;

Flotaţia;

Potenţialul electrocinetic;

Undele sonore;

Fitoremedierea:

- absorbţie prin macrofite;

- lixiviere accelerată prin utilizarea de microbi producând H2SO4.

Page 132: Ped Sol -Curs Aranjat

132

Extracţia metalelor cu ajutorul acizilor sau a agenţilor complexanţi poate permite

reducerea în mod considerabil a conţinuturilor în metale grele. Metodele de extracţie cu

acid sunt mai frecvent utilizate, deoarece solubilitatea numeroaselor metale se ridică în

prezenţa unui pH scăzut. Majoritatea dintre ele sunt foarte eficace dacă materialele

excavate sunt contaminate printr-un singur sau două metale, însă sunt mult mai puţin

eficace dacă contaminarea s-a făcut printr-un amestec de metale. Aceste metode permit

extragerea metalelor grele, însă costul lor ridicat restrânge aplicaţia lor în cazurile de

contaminare foarte grave. În figura 12.7 se prezintă etapele unui procedeu de extragere

a metalelor.

Fig. 12.7. Etapele procedeului de extracţie a metalelor TerraMet/Cognis

Page 133: Ped Sol -Curs Aranjat

133

CAPITOLUL 13. PROCEDEE TERMICE DE DEPOLUARE A

SOLURILOR

Principiul procedeelor termice de decontaminare constă în încălzirea solului

contaminat la dferite temperaturi în vederea extracţiei, neutralizării, distrugerii sau

imobilizării poluanţilor.

Cele mai importante procedee sunt: incinerarea şi desorbţia termică, care se

aplică pe sit şi în afara sitului.

Decontaminarea pe cale termică se aplică în cazul solurilor contaminate cu

poluanţi foarte variaţi. Solurile contaminate cu poluanţi organici sunt uşor de

decontaminat prin arderea solului contaminat, poluanţii organici fiind uşor de extras şi

convertit în CO2 şi H2O.

Tratarea termică a solurilor contaminate deţine unul dintre primele locuri în

ansamblul procedeelor de decontaminare. Ca exemplu, în SUA aproape o treime din

siturile poluate au fost reabilitate prin utilizarea procedeelor termice. În ţările vest

europene există un număr însemnat de instalaţii termice operaţionale de depoluare a

solurilor.

13.1.INCINERAREA

Deşi se utilizează cu preponderenţă pentru arderea deşeurilor menajere şi

industriale, incinerarea s-a dezvotat în mod considerabil în ultimii 50 de ani, adaptându-

se inclusiv pentru depoluarea solurilor şi a apelor subterane contaminate.

Există mai multe sisteme de incinerare a solurilor, acestea diferenţiindu-se în

special prin tipul utilajului de incinerare (cuptor cu strat fluidizat, cuptor cu încălzire

directă, cuptor cu tambur rotativ etc).

Cea mai largă aplicabilitate o au sistemele de incinerare a solurilor cu cuptor

rotativ. Schema de principiu a unui astfel de sistem este redată în figura 13.1.

După excavare, solul contaminat este supus unor operaţii de pregătire: uscare,

mărunţire şi clasare volumetrică. În general, granulele mai grosiere, afectate în mică

măsură de poluare, sunt separate din sol înainte de operaţia de incinerare şi sunt

depozitate în mod controlat. Incinerarea propriu-zisă a solului contaminat se realizează

de regulă în două etape:

volatilizarea poluanţilor la temperaturi de cca 400oC;

distrugerea poluanţilor la temperaturi de peste 1000oC.

Page 134: Ped Sol -Curs Aranjat

134

Fig. 13.1. Schema de principiu a incinerării solurilor cu cuptor rotativ.

Solul rezultat din unitatea de preparare este introdus în cuptorul rotativ unde este

încălzit şi amestecat, în scopul volatlizării poluanţilor iar la evacuarea din cuptor

materialul solid este debarasat de poluanţi. După răcire, solul depoluat poate fi redepus

în zona excavată.

Gazele cu poluanţi evacuate din cuptorul rotativ sunt vehiculate pneumatic spre

bateria de cicloane şi filtre, plasate în serie, prin care se face reţinerea granulelor solide

de dimensiuni reduse. Gazele eliberate de praf însă încărcate cu poluanţi în stare

volatilă sunt aspirate într-o cameră de ardere la temperaturi ridicate (1000÷1300oC)

unde toţi poluanţii organici sunt distruşi prin transformarea moleculelor organice în gaz

carbonic şi apă.

Clorul şi sulful, care se degajă din unii compuşi organici cum ar fi: hidrocarburile,

solvenţii cloraţi etc, sunt extraşi din fluxul gazos prin barbotare într-o soluţie alcalină.

În cazul decontaminării prin incinerare a solurilor contaminate cu policlorbifenili

(PCB) trebuie luate măsuri suplimentare pentru a se evita formarea furanilor şi

dioxinelor. În cazul solurilor contaminate cu compuşi azotici se vor adopta măsuri

speciale pentru evitarea formării de N2O.

Dacă solul conţine metale grele (Zn, Cd sau Pb - volatilizabile), gazele de ardere

trebuie să urmeze un tratament special pentru separarea, recuperarea şi eventual

revalorificarea acestor metale.

Page 135: Ped Sol -Curs Aranjat

135

Schema unei instalaţii ZUBLIN de tratare a termică a solurilor contaminate este

ilustrată în figura 13.2. Sistemul tehnologic de tratare termică a unei instalaţii ZÜBLIN se

compune din următoarele părţi principale:

o unitate de preparare granulometrică (mărunţire şi clasare volumetrică//),

care permite reducerea granulometriei solului sub 30÷40 mm;

Fig. 13.2. Schema unei instalaţii ZUBLIN de incinerare a solurilor contaminate.

un cuptor de uscare cu tambur rotativ destinat eliminării apei interstiţiale

din solul contaminat, prin utilizarea unor temperaturi de 200÷6000C;

un cuptor de incinerare, în care solul contaminat este supus unei

temperaturi de cca. de 12000C;

o unitate de epurare a gazelor, formată din patru etaje: desprăfuire cu

cicloane şi filtre; postcombustie; absorbţie uscată în filtre cu saci şi microfiltrare.

Un exemplu de aplicare al acestui procedeu îl constituie tratarea în 1987 a solului

aferent sitului unei cocserii din Dortmund/Germania de către firma ZUBLIN. In total au

fost decontaminate termic 224 tone de sol poluat cu HAP, benzen, toluen, xilen,

naftalină, fenol, cianuri şi metale grele.

Page 136: Ped Sol -Curs Aranjat

136

În urma decontaminării prin incinerarea solului la 1200oC, concentraţia de

poluanţi în sol a scăzut după cum se remarcă în tabelul 13.1.

Tabelul 13.1.

Rezultatele decontaminării solului prin incinerare într-o instalaţie ZUBLIN

Poluant Concentraţia de poluanţi în sol[mg/kg sol] Randamentul de

depoluare[%] Inainte de incinerare După incinerare

Fenoli 200 < 0,8 > 99,6

Compuşi alifatici 3546 < 11 > 99,7

Compşi aromatici

Benzen

Toluen

Xilen

120

140

250

< 0,1

> 99,9

Hidrocarburi

alifatice policiclice 3150 < 0,1 > 99,9

Mercur 15,3 < 0,1 > 99,4

Cianuri 564 < 0,5 > 99,99

Avantajul cel mai important al incinerării il reprezintă randamentul foarte ridicat de

depoluare.

Dezavantaje:

există posibilitatea transformării unui sol poluat cu produse organice într-un

sol poluat cu metale (de exemplu: dacă solul conţine în mod natural sulfat de plumb –

inofensiv, prin incinerare, sulfatul de plumb se poate transforma în oxid de plumb care

este un produs nociv);

solurile incinerate devin sterile din punct de vedere agricol, datorită pierderii

totale a materiei organice;

costurile decontaminării prin incinerare sunt relativ ridicate.

13.2. DESORBŢIA TERMICĂ

Decontaminarea se face prin extragerea compuşilor volatili din solul poluat prin

încălzire, într-o instalatie fixă, la o temperatură ce nu depăşeşte în principiu 650°C.

Creşterea temperaturii creează o creştere a presiunii de vapori iar contaminantul în fază

solidă sau lichidă adsorbit pe matricea solului trece în fază gazoasă (vaporizare).

Page 137: Ped Sol -Curs Aranjat

137

Solul este supus la început unor operaţii de pretratare: sfărâmare, clasare,

uscare după care este introdus în instalaţia de desorbţie termică.

Eficacitatea desorbţiei este funcţie de temperatură şi de durata staţionării solului

contaminat în cuptorul de încălzire.

Parametrii operaţionali depind de cuplul matrice sol/poluant, de limitele

transferului de masă şi de căldură ce depinde de proprietăţile solului (granulometrie,

umiditate, etc.) şi de modul de transfer termic realizat în unitatea de desorbţie.

Temperaturile necesare procesului de desorbţie depind de masa moleculară

medie a produselor supuse desorbţiei. Se disting două tipuri de procedee în funcţie de

nivelul de temperatură:

procedeele la temperatură joasă (250÷450°C) utilizate pentru poluanţii cei mai

volatili a căror avantaj este de a fi puţin « agresivi » pentru soluri;

procedeele la temperatură medie (450÷650°C) utilizate pentru compuşii cei mai

grei, la această temperatură se permite nu numai desorbţia ci şi distrugerea pirolitică

parţială a compuşilor poluanţi conţinuţi în soluri.

Procedeele de desorbţie se diferenţiază şi funcţie de modurile de transfer termic:

desorbţia termică prin încălzire directă;

desorbţia termică prin încălzire indirectă.

Procedeul de desorbţie termică prin încălzire directă (figura 13.3) constă în

introducerea energiei calorice prin contact direct (convecţie şi radiaţie) în solul de tratat

(matrice şi contaminant). Energia calorică se obţine cu ajutorul unui arzător (propan sau

gaz natural) plasat în camera de desorbţie.

Contaminanţii în fază gazoasă sunt dirijaţi împreună cu gazele calde de

combustie spre o unitate complementară de tratare a gazelor. Acest tip de procedeu, cu

o mare capacitate de tratare şi destul destul de simplu din punct de vedere constructiv,

este adecvat pentru tratarea:

solurilor cu puteri calorifice moderate;

solurilor cu umiditatea inferioară sau egala cu 25%.

Inconvenientul major al acestui procedeu constă în volumul mare de gaze de

tratat raportat la unitatea de masă solidă.

Page 138: Ped Sol -Curs Aranjat

138

Fig. 13.3. Schema unei unităţi de desorbţie cu încălzire directă:

1 – alimentarea cu sol contaminat; 2 – ieşirea gazelor;3 – tambur rotativ;

4 – arzător; 5 - sol decontaminat.

Procedeul de desorbţie termică prin încălzire indirectă (figura 13.4) constă în

introducerea energiei calorice prin conducţie cu traversarea unui perete (cu cămaşă

dublă caldă, rezistenţe electrice,…) şi prin radiaţie de la peretele cald. Contaminanţii în

fază gazoasă sunt dirijaţi spre o unitate de tratare a gazelor desorbite. Acest procedeu

are următoarele avantaje:

permite tratarea solurilor indiferent de conţinutul calorific;

permite tratarea solurilor care au chiar şi o umiditate ridicată;

rezultă cantităţi minime de gaze de tratat (gazele de combustie nefiind

amestecate cu vapori desorbiţi).

Fig. 13.4. Schema unei unităţi de desorbţie cu încălzire indirectă:

1 – alimentarea cu sol contaminat; 2 – conductă de alimentare cu gaz; 3 – tambur rotativ; 4 - ieşirea

gazelor arse; 5 – ieşirea gazelor desorbite; 6 - sol decontaminat.

Page 139: Ped Sol -Curs Aranjat

139

Inconvenientul cel mai important al acestui procedeu constă în capacitatea de

tratare limitată.

Gazele ieşite din unitatea de desorbţie sunt tratate înainte de evacuarea lor în

atmosferă prin postcombustie, spălare şi desprăfuire. După tratarea solului prin

desorbţie termică, sol decontaminat este răcit în aer sau în apă şi reumidificat pentru

evitarea emisiilor de praf.

Randamentul extracţiei poluanţilor din sol prin desorbţie termică este mai redus în

comparaţie cu randamentul depoluării prin incinerare.

În comparaţie cu incinerarea, desorbţia termică necesită costuri mai mici iar

materiile humice din sol nu sunt distruse prin ardere.

Eficacitatea procedeului a fost demonstrata în cazul solurilor poluate cu metale

grele volatile, cum este mercurul, şi în cazul solurilor poluate cu: compuşi volatili sau

semi-volatili halogenaţi sau nehalogenaţi (hidrocarburi alifatice: benzină, motorină,...);

hidrocarburi aromatice: benzen, toluen, xilen, etilbenzen,...; compuşi halogenaţi alifatici;

compuşi halogenaţi aromatici: clorobenzen, diclorobenzen; fenoli; compuşi nitraţi; HAP;

PCB; pesticide şi cianuri organice.

Un exemplu de aplicare pe sit a desorbţiei termice este depoluarea sitului aferent

unei vechi cocserii, în 2003, efectuată de firma franceză DEEP GREEN (fig. 13.5)

[www.ademe.fr].

Solul a fost poluat pe o suprafaţă de 1,3 ha şi o adîncime de 4 m cu HAP, cianuri,

hidrocarburi-total (HCT). Depoluarea s-a efectuat pe durata a 6 luni, tratându-se 24 000

tone de sol prin utilizarea unei instalaţii mobile de desorbţie termică cu capacitatea de

tratare de 24 tone/h.

Lucrările de depoluare au constat în:

-Tratarea efluenţilor gazoşi s-a făcut prin: post-combustie (900°C- 2

secunde) → răcire (de la 900°C la 200°C) → captura prafului (filtru cu saci) →

particulele fine curate, rezultate la ieşirea din unitatea de post-combustie, sunt

reintroduse în amestec cu solul tratat într-un sistem de răcire.

-Captura mercurului (prin injecţie de carbon activ tratat) : carbonul activ şi

mercurul care-l conţine într-o mică proporţie sunt reintroduse în amestec cu solul tratat

(procedeul nu tratează mercurul prezent în cantitate foarte mare, însă se împiedică

volatilizarea lui în atmosferă).

Page 140: Ped Sol -Curs Aranjat

140

Fig. 13.5. Depoluarea solului prin desorbţie termică pe sit efectuată de firma DEEP GREEN.

Controlul depoluării s-a efectuat prin :

- prelevare de probe în fiecare oră;

- analize într-un laborator exterior;

- control suplimentar efectuat de un expert neutru.

Costul total: 1 500 000 € - 1 900 000 € iar costul raportat la tona de sol

tratat 75 - 80 €/tonă.

Rezultatele obţinute sunt prezentate în tabelul 13.2.

Tabelul 13.2.

Rezultatele decontaminării solului prin desorbţie termică pe sit

Poluant Concentraţia de poluanţi în sol [mg/kg sol]

Randamentul de depoluare[%] Inainte de desorbţie

termică După desorbţie

termică

HAP 15000 6,2 99,97

Cianuri 8500 0,3 99,99

HCT 19500 32 99,84

O variantă a desorbţiei termice este desorbţia termică cu microunde, încălzirea cu

microunde fiind considerată la ora actuală una dintre cele mai interesante metode de

încălzire sub aspect tehnico-economic.

Page 141: Ped Sol -Curs Aranjat

141

Această metodă a fost experimentată în SUA, în faza de laborator şi pilot,

dovedindu-se superioară fată de toate celelalte variante de desorbţie termică prin :

costuri de investiţie-exploatare mai mici, valoarea humică a solului rămâne intactă în

urma decontaminării şi poluanţii din sol nu sunt distruşi ci, eventual, pot fi recuperaţi şi

revalorificaţi.

Page 142: Ped Sol -Curs Aranjat

142

CAPITOLUL 14. PROCEDEE BIOLOGICE DE DEPOLUARE

EX SITU A SOLURILOR ŞI A APELOR SUBTERANE POLUATE

Procedeele biologice de depoluare a solurilor şi apelor subterane se bazează pe

capacitatea unor microorganisme (bacterii, ciuperci) de a degrada materia organică şi

de a permite accelerarea descompunerii naturale a poluanţilor organici.

În cursul 7 s-au prezentat categoriile de poluanţi care pot fi indepărtaţi prin

procedeele biologice precum şi influenţa principalilor factori asupra procesului de

biodecontaminare a solurilor şi apelor subterane.

Din multitudinea de procedee biologice de depoluare ex situ a solurilor şi a apelor

subterane poluate, se prezintă în continuare:

biodegradarea pe sit cu ajutorul bioreactorului;

biodegradarea în vrac;

biolixivierea;

14.1. BIODEGRADAREA PE SIT CU AJUTORUL BIOREACTORULUI

Biodegradarea pe sit cu ajutorul bioreactorului constă în decontaminarea solului,

apei şi aerului în instalaţii speciale constituite din reactoare biologice (cuve închise,

bazine, conducte de legătură etc).

Tratarea solului în bioreactor. Înaintea demarării procesului de biodegradare a

poluanţilor în bioreactor, solul poluat necesită o preparare mecanică adecvată:

omogenizare, mărunţire şi clasare volumetrică.

După operaţiile de pregătire, solul poluat este amestecat cu apă rezultând un

nămol în care partea solidă reprezintă cca. 30% (figura 14.1).

Namolul este pompat într-un sistem de bioreactoare conectate în serie.

Bioreactorul este construit, în general, ca un rezervor cu agitator. La nivelul primului

reactor sunt dozate substanţele nutritive şi uneori bacteriile suplimentare.

Adaosul de bacterii se face numai dacă este cazul.

Page 143: Ped Sol -Curs Aranjat

143

Fig. 14.1. Decontaminarea solului în bioreactoare

În bioreactor se realizează o amestecare energică a substanţelor nutritive cu

solul poluat, aflat în suspensie apoasă, precum şi o aerare intensă printr-un dispozitiv

situat la fundul bioreactorului.

Aerul încărcat cu substanţe volatile poluante este recuperat la partea superioară

a bioreactorului şi este dirijat la o unitate de depoluare a gazelor iar apoi este evacuat în

atmosferă.

De regulă, biodegradarea se face aşa cum se arată în fig. 14.1 prin utilizarea unui

număr adecvat de bioreactoare. Amestecul apă-sol poluat trece dintr-un bioreactor într-

altul printr-un sistem de conducte de legătură.

Din ultimul bioreactor rezultă amestecul apă-sol depoluat, solul depoluat se poate

redepune în zona excavată iar apa se poate recircula.

Acest procedeu se poate utiliza în special la decontaminarea solurilor cu

conţinuturi ridicate de poluanţi organici (motorină, combustibil lichid uşor, hidrocarburi

aromatice policiclice, fenoli etc).

Page 144: Ped Sol -Curs Aranjat

144

Rezultatele decontaminării solului în bioreactoare (comunicate de Vogel T.M. -

1993) se prezintă în tabelul 14.1.

Tabelul 14.1

Rezultatele decontaminării unui sol în bioreactoare

Nr.

crt Poluant

Concentraţia

iniţială [mg/kg s.u.]

Gradul de

depoluare [%]

Timpul de

tratare [zile]

1 Compuşi organici volatili 500 99 10

2 Fenantren (HAP) 46 58 10

3 Carbon organic (total) 159000 27 10

Tratarea apei poluate în bioreactoare tip coloană (figura 14.2). Apa poluată

este tratată, înainte de a fi introdusă în primul bioreactor, cu fosfor şi azot, precum şi cu

reactivi de ajustare a pH-ului la valoarea 6÷7,5.

În general, o instalaţie de depoluare a apei este compusă din mai multe

bioreactoare tip coloană racordate în serie.

În interiorul bioreactorului, apa poluată străbate un traseu sinusoidal, jalonat de

şicane, fiind pusă în contact cu un material inert din spumă de polietilenă sau de PVC.

Rolul acestui material este de a asigura suportul solid necesar bacteriilor pentru

biodegradarea poluanţilor din apă.

Timpul de stagnare a apei poluate în bioreactoare se stabileşte funcţie de

cantitatea de poluanţi care sunt supuşi degradării.

Parametrii reglabili pentru obţinerea unui timp optim de stagnare sunt: debitul de

apă poluată (câţiva m3/h) şi înălţimea coloanei (câţiva metri).

Aerarea se face pe la fundul bioreactoarelor, iar gazele captate la partea

superioară sunt supuse, dacă este cazul, unei operaţii de depoluare prin adsorbţie pe

cărbune activ sau prin biofiltrare.

După degradarea poluanţilor, apa evacuată din ultimul bioreactor este în

continuare tratată prin decantare şi filtrare, înainte de a fi evacuată în emisar.

Page 145: Ped Sol -Curs Aranjat

145

Fig. 14.2. Decontaminarea apei poluate în bioreactoare tip coloană

Pe lângă tratarea apei în bioreactoare tip coloană, în practica biodegradării

poluanţilor din apele poluate se utilizează şi procedeul de tratare în bioreactoare

clasice, similare cu cele utilizate la depoluarea solului.

Procedeul prevede injecţia apei poluate într-o cuvă deschisă sau închisă, unde

este amestecată cu material pulverulent (zeoliţi, calcare etc) pe care sunt fixate

bacteriile destinate biodegradării poluanţilor din apă. În cuva – bioreactor se asigură o

agitare adecvată pe toată durata necesară biodegradării poluanţilor.

După terminarea bioreacţiei, apa este evacuată din cuva- bioreactor, fiind în

continuare separată de biomasă, decantată şi filtrată.

Procedeele de decontaminare a solului şi a apei prin intermediul bioreactorului s-

au dovedit a fi performante.

Environmental Protection Agency (SUA) arată că prin biodegradarea

pentaclorfenolului (utilizat la tratarea lemnului), prezent în sol în concentraţii de câteva

sute de mg/kg s.u., s-au înregistrat randamente de depoluare de peste 90%.

În cazul hidrocarburilor aromatice policiclice, randamentul de depoluare este

cuprins între 85÷87%.

Page 146: Ped Sol -Curs Aranjat

146

Avantajele biodegradării pe sit cu ajutorul bioreactorului:

obţinerea unor randamente relativ ridicate de depoluare;

se asigură condiţii optime de desfăşurare şi conducere a procesului de

biodegradare (pH, temperatură, umiditate, adaos de nutrimente, timp de bioreacţie etc);

amestecarea mediului contaminat cu microorganisme şi nutrimente,

precum şi aerarea mediului din bioreactor, se pot realiza cu uşurinţă;

microorganismele utilizate în proces se pot recircula în amonte le fluxului

tehnologic de decontamianare, fapt ce generează importante economii materiale.

Inconveniente:

sunt legate de specificul procedeelor aplicabile pe sit (necesită excavarea

şi pregătirea solului, pomparea apei subterane, etc).

14.2. BIODEGRADAREA ÎN VRAC

Principiul biodegradării în vrac constă în excavarea solului poluat şi dispunerea

acestuia în vecinătatea locului de excavare, în condiţii tehnice care favorizează

biodegradarea aerobică naturală. În mod obişnuit, sursa de microorganisme este

constituită din flora bacteriană prezentă în sol însă în unele cazuri se adaugă

microorganisme din exterior.

Sunt cunoscute mai multe metode de biodegradare în vrac: compostarea,

metoda “land farming” şi metoda “biopile”.

Compostarea (figura 14.3) este cea mai veche şi mai simplă tehnică de

biodegradare în vrac a solurilor contaminate. Solul contaminat este excavat şi

amestecat cu materiale organice grosiere (paie, resturi de scoarţă, gunoi de grajd etc)

care au un rol nutritiv şi favorizează aerarea.

Materialul rezultat este depus pe o suprafaţă impermeabilă din vecinătate în

grămezi regulate (cu circumferinţa de câţiva metri şi înălţimea de cca 1 m). La o climă

temperată umedă sunt asigurate în mod natural condiţiile de umiditate iar dacă este

cazul umiditatea poate fi mărită prin adăugarea de apă.

Accelerarea procesului de biodegradare a poluanţilor poate fi realizată prin

întoarcerea periodică a grămezilor.

Metoda “land farming” (figura 14.4) constă în excavarea solului şi depunerea lui

pe o suprafaţă plană impermeabilă, într-un strat cu grosimea de câţiva zeci de centimetri

încât să poată fi lucrat cu utilaje agricole.

Solul este tratat cu îngrăşăminte sau gunoi de grajd după care se face

amestecarea acestora cu solul poluat. La intervale regulate de timp, solul este săpat şi

întors în vederea aerării şi omogenizării.

Page 147: Ped Sol -Curs Aranjat

147

Fig. 14.3. Schema biodegradării solului în vrac

prin compostare

Fig. 14.4. Schema metodei “land farming”

Cele două metode prezentate(compostarea şi “land farming”) sunt adecvate

pentru biodegradarea hidrocarburilor cu volatilitate redusă (combustibil lichid, motorină

etc), durata procesului de biodegradare a poluanţilor fiind de câteva luni.

Page 148: Ped Sol -Curs Aranjat

148

Cele mai bune randamente se obţin în timpul verii când temperatura este ridicată

şi în condiţiile unei umidităţi ridicate.

Metoda “biopile” este mai complexă şi mai elaborată decât metoda “land farming”

(figura 14.5). După excavare, solul contaminat este depus pe o suprafaţă impermeabilă

uşor în pantă şi este acoperit cu o membrană care reţine gazele în interiorul incintei

“biopile”.

Fig. 14.5. Schema metodei “biopile”.

Grămada de sol poate avea o lungime de la câţiva zeci de metri pănă la câteva

sute de metri, lăţimea de la câţiva metri până la câţiva zeci de metri şi o înălţime de

câţiva metri. Pentru aerarea grămezii este prevăzut un sistem de conducte perforate,

instalate la baza grămezii într-un strat de pietriş permeabil.

Deasupra grămezii, sub membrana impermeabilă, este instalat un dispozitiv de

aspersiune pentru umectarea solului şi eventual pentru administrarea nutrimentelor şi a

microorganismelor.

Decontaminarea prin această metodă începe prin aspirarea şi tratarea gazelor

existente în grămada de sol poluat. Când se constată epuizarea substanţelor volatile din

gazele aspirate, se opreşte operaţia de aspirare şi se începe operaţia de aerare a

grămezii prin schimbarea sensului de lucru a pompei.

Page 149: Ped Sol -Curs Aranjat

149

Înainte de depunera solului contaminat în grămadă acesta poate fi amestecat cu

substanţe nutritive şi microorganisme necesare procesului de decontaminare.

Completarea necesarului de nutrimente şi microorganisme se poate face şi în timpul

procesului de decontaminare.

Exploatarea metodei “biopile” necesită urmărirea şi reglarea parametrilor: pH,

temperatura, umiditatea, conţinutul în poluanţi a gazelor evacuate etc.

Rezultatele menţionate de Paul Lecomte [Les sites pollués, Editions Lavoisier,

1995] privind aplicarea acestei metode la decontaminarea solurilor poluate cu produse

organice se prezintă în tabelul 14.2.

Tabelul 14.2

Rezultatele decontaminării unor soluri prin metoda “biopile”

Cazul Concentraţia

iniţială în poluanţi [mg/kg s.u.]

Concentraţia în poluanţi după biodegradare [mg/kg s.u.]

Durata decontaminării

[luni]

I. Sol poluat cu hidrocarburi aromatice policiclice (HAP)

80-120 20 9

II. Sol poluat cu uleiuri minerale

3000 80-120 7

Un exemplu de aplicare pe sit a metodei “biopile” este decontaminarea unui sit

poluat cu hidrocarburi aromatice policiclice - aferent unei cocserii vechi (figura 14.6).

Extensia poluării s-a produs pe o suprafaţă de 1,5 hectare şi o adâncime de 4 - 6 metri.

Concentraţia iniţială medie în HAP a fost de 4.800 mg/kg cu concentraţii maxime de

10.000 mg/kg.

Decontaminarea a fost efectuată de BIOGENIE EUROPE SARL/Franţa în 2002-

2003. Rezultate obţinute: Cantitatea de sol tratată -11.000 tone. Durata tratării -1 an.

Nivelul poluării reziduale atins după tratare - 350 mg/kg, ceea ce reprezintă o reducere a

poluării cu 90%.

Page 150: Ped Sol -Curs Aranjat

150

a)

b)

Fig.14. 6. Decontaminarea unui sit prin metoda “biopile” efectuată de BIOGENIE EUROPE SRL:

a) vederea de ansamblu a lucrărilor de decontaminarea sitului; b) schema metodei de decontaminare

14.3. BIOLIXIVIEREA

Biolixivierea sau leşierea bacteriană, constă în extracţia prin solubilizare cu

ajutorul bacteriilor, a metalelor din solul contaminat. Faţă de metodele de biodegradare

prezentate anterior, biolixivierea nu conduce la distrugerea poluanţilor ci favorizează

doar separarea acestora de mediul contaminat.

Biolixivierea poate fi aplicată ca metodă singulară sau în asociere cu metodele de

solubilizare chimică. Principiul metodei se bazează pe acţiunea unor bacterii prezente în

Page 151: Ped Sol -Curs Aranjat

151

apele de mină, care au proprietatea de a oxida metalele, aducându-le la forme uşor

solubile. Astfel, aceste bacterii pot oxida uraniul la forma hexavalentă, ionul feros la ion

feric şi sulfurile la sulfaţi.

Biolixivierea în vrac (figura 14.7) cunoaşte în prezent cea mai importantă

dezvoltare. Ea include operaţii pregătitoare cum ar fi: excavarea solului poluat,

mărunţirea, umectarea şi depunerea lui în grămadă pe o suprafaţă impermeabilă.

Suşele de bacterii de tipul: Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans,

Ferroobacillus ferrooxidans sunt izolate din apele de mină şi dezvoltate în medii de

cultură pentru înmulţire. Bacteriile pregătite se amestecă cu apa, formând o soluţie

biolixiviantă cu care se stropeşte grămada de sol poluat.

Dezvoltarea bacteriană este favorizată prin dispersia soluţiei care se oxigenează

în contact cu aerul. Prin avansarea gravitaţională în grămada de sol poluat, soluţia

bacteriană se încarcă, în urma lixivierii bacteriene, cu metale şi acizi. Ea este colectată

în bazine de recuperare situate la baza grămezii. Funcţie de concentraţia în metale şi

acizi, soluţia colectată poate fi pompată la o instalaţie de recuperare a metalelor (prin

cementare cu fier, prin extracţie cu solvenţi, urmată de electroliză, prin fixare de răşini

schimbătoare de ioni etc) sau poate fi recirculată ca soluţie de stropire, după o

reajustare a concentraţiei de bacterii şi acid.

Pentru aplicarea cu succes a acestui procedeu trebuie respectate următoarele

cerinţe:

După excavare, solul poluat se depune pe o suprafaţă nivelată în pantă,

acoperită cu o folie de policlorură de vinil, peste care se aşează un strat protector de

pietriş;

Grămada de sol poluat nu trebuie tasată; ea va avea o înălţime de câţiva

metri în cazul solurilor argiloase prin care soluţia percolează greu, sau 10÷20 m în cazul

solurilor permeabile, prin care soluţia circulă cu uşurinţă; lungimea grămezii poate atinge

150 m;

Reţeaua de stropire cu soluţie biolixiviantă se realizează din tuburi perforate

din PVC, care pot fi mutate dintr-un loc în altul pe suprafaţa grămezii de sol poluat;

debitul soluţiei biolixiviante poate varia în limitele a 1÷25 l/h∙m2, funcţie de proprietăţile

solului contaminat;

Instalaţiile şi traseele de vehiculare a a soluţiei recuperate vor fi protejate

anticoroziv.

Page 152: Ped Sol -Curs Aranjat

152

Fig. 14.7. Schema de principiu a biolixivierii în vrac

Ca exemplu: Cercetatori de la un Centru National de Cercetare Stiintifica din

Olanda au experimentat o metoda de eliminare a mai multor metale grele din soluri si

deşeuri solide, utilizând culturi mixte de Thiobacillus ferrooxidans. Rezultatele au fost

incurajatoare, randamentul de depoluare obţinut a fost de peste 98%. Deşi în cazul

cromului şi plumbului, randamentele de depoluare au fost cu ceva mai reduse,

concentraţiile finale de metale în solul decontaminat au răspuns exigenţelor cuprinse în

normele olandeze de calitate a solului.

Page 153: Ped Sol -Curs Aranjat

153

BIBLIOGRAFIE

1. Lye, A., Ludwig, R., Wardlaw, C., Les technologies d’assainissement des lieux

contaminés: Manuel de référence, Document préparé par la Société Water Technology

International Corp., Burlington (Ontario)/Canada, Mars 1997.

……………………