Procedee de remediere a contaminrii solului ex situ

Procedee de remediere a contaminrii solului ex situ

Procedeele ex situ presupun excavarea solului i tratarea acestuia n acelai amplasament sau ntr-un alt amplasament unde tehnologia de tratare este disponibil. Costurile acestui procedeu depind foarte mult i de cantitatea de material care trebuie excavat i distana la care trebuie transportat solul.Majoritatea procedeelor ex situ au la baz acealeai principii ca i procedeele similare in situ, principalele lor avantaje fiind posibilitatea omogenizrii solului tratat prin procedee specifice i eliminarea riscului de contaminare a acviferului n timpul remedierii. Costurile sunt n general variabile, fiind puternic dependente de tipul echipamentelor utilizate i de eliminarea monitorizrii post-remediere.Multe din tehnologiile aplicate ex situ pot fi sub forma unor instalaii mobile/itinerante care pot fi transportate uor n apropierea amplasamentului contaminat, putnd s deserveasc mai multe locaii ntr-o perioad mai lung.Procedee de bioremediere ex situProcedeele de bioremediere ex situ pot fi clasificate dup mai multe criterii. In primul rnd dup faza n care se afl sau este adus solul n scopul remedierii. Solul este de cele mai multe ori lsat n forma sub care a fost excavat (solid), procesul care are loc fiind compostarea sau poate fi adus sub form de nmol cnd remediere se realizeaz cu nmol activ (n englez bioslurping). De asemenea, dup locul n care se desfoar decontaminarea, procedeele pot fi clasificate n procedee care se desfoar pe sol i procedee la care degradarea are loc n spaii izolate ca celule sau reactoare. n toate cazurile se urmrete pe lng atingerea unei eficiene ridicate i minimizarea impactului asupra mediului i n special evitarea contaminrii suplimentare a solului i acviferului prin infiltrarea apelor de suprafa sau de splare n timpul decontaminrii.Principalele avantaje ale tratamentelor ex situ fa de cele in situ sunt perioada mai mic necesar pentru remedierea solurilor cu coninut de compui organici periculoi i obinerea unor rezultate mult mai uniforme datorit posibilitii de omogenizare.n general, procesele biologice presupun costuri mici, dar n cazul tratamentelor ex situ implic excavarea solului i eventual transportul acestuia ctre zona de tratare ceea ce conduce implicit la creterea costurilor i a echipamentelor necesare pentru remediere, la aplicarea unor msuri speciale de protecie a personalului i de manipulare a materialelor contaminate.Ca i n cazul tratamentelor in situ i n acest caz procesul este influenat de factori precum concentraia de oxigen, umiditatea, nutrienii, /?H-ul, temperatura, biodisponibilitatea contaminantului.Tehnologiile de bioremediere ex situ se pot aplica n urmtoarele variante: compostare (de exemplu biodegradarean grmad); biodegradare cu ajutorul fungilor (mucegire); cultivarea solului; tratarea biologic a solului n faz de nmol.n cazul apelor subterane contaminate bioremedierea ex situ se poate realiza n bioreactoare i lagune .A)Compostareanainte ca un sol s fie supus compostrii, trebuie s se cunoasc o serie de informaii referitoare la concentraia contaminanilor, disponibilitatea i costurile amendamentelor, spaiul disponibil pentru efectuarea tratamentului, tipul de sol, coninutul de nutrieni, modalitatea de control a temperaturii i de ndeprtare a cldurii generate n urma degradrii materiei organice, capacitatea de reinere pentru ap a solului i la posibilitatea de a se degaja compui urt mirositori.Dei exist mai multe procedee care se bazeaz pe procese similare de biodegradare (frecvent denumite procese de compostare), procedeul prin care contaminanii biodegradabili prezeni n solul excavat i amestecat cu diverse amendamente de natur organic sau anorganic, sunt degradai de ctre organismele termofile, n condiii aerobe sau anaerobe, la compui netoxici, stabili numii compost este frecvent denumit compostare. In urma degradrii contaminanilor organici se genereaz cldur care trebuie evacuat din sistem cu ajutorul echipamentelor mecanice.Amendamentele adugate solului pot fi de natur organic (rumegu, blegar, fn, resturi vegetale etc.) care au rolul de a asigura o anumit granulometrie a solului sau amendamente anorganice (nutrieni) care au rolul de a asigura raportul optim C/N necesar pentru stimularea activitii microbiene din sol. In proces se prefer utilizarea microorganismelor indigene existente n solul contaminat. Eficiena procesului de compostare este influenat de o serie de factori descrii mai jos.Compoziia materialului supus decontaminrii influeneaz viteza proceselor de descompunere. Astfel, ligninele, rinile, ceara se descompun greu iar materialele plastice se descompun foarte greu.Prezena substanelor toxice ajunse accidental n deeurile oreneti (vopsele, fenoli, tanani etc.) sau prin intermediul nmolurilor provenite din staiile de epurare a apelor uzate oreneti, pot inhiba activitatea microorganismelor. Acelai efect l pot avea i bazele sau acizii.Granulaia i omogenitatea materialului joac un rol important n compostare influennd att viteza procesului ct i accesul aerului n interiorul materialului. O granulaie mic ofer o suprafa mare de atac microorganismelor. Omogenitatea materialului permite o distribuie relativ uniform a nutrienilor sau a umiditii n material. Din acest motiv, materialul contaminat se supune mrunirii i amestecrii naintea compostrii. Un grad mare de compactare favorizeaz apariia proceselor anaerobe. Dimensiunile foarte mici ale particulelor reduc accesul oxigenului n masa supus compostrii i a CO2 i NH3 format n afara acesteia. Se recomand dimensiuni ale particulelor cu diametrul cuprins n intervalul 0,3-5cm.Raportul dintre carbon i speciile nutritive (N, P) este important n formarea materiei vii, a celulelor noi. Concentraiile mici n nutrieni mpiedic dezvoltarea microorganismelor (de exemplu formarea albuminelor). Concentraia azotului i a fosforului are caracter limitativ n procesul de formare a microorganismelor, raportul C/N recomandat fiind situat n intervalul 20:1-30:1, iar coninutul n fosfor mai mare' de 0,2 % din substana uscat. Un raport C/N prea mare (puin azot) micoreaz viteza de descompunerea, n timp ce un raport C/N prea mic (azot n exces) conduce la eliberarea amoniacului toxic pentru microorganisme.Saturaia cu aer joac un rol determinant n stabilirea mediului n care are loc compostarea (aerob sau anaerob). Cele dou tipuri de procesele de degradare biologic se desfoar de obicei simultan i cu ponderi diferite. Astfel, de exemplu la suprafaa materialului procesul se poate desfura n domeniul aerob, n timp ce n pori, datorit consumrii oxigenului, au loc transformri anaerobe. n procesul de compostare se consum cantiti relativ mari de oxigen (ntre 1 i 4 kg de O2 la 1 kg de solide volatile biodegradabile). Cantitatea minim de oxigen necesar meninerii condiiilor aerobe n masa compostat este de 5%. Rsturnarea grmezilor sau ventilarea sunt necesare tocmai pentru asigurarea aprovizionrii cu oxigen. Descompunerea aerob elibereaz o cantitate mare de clduri ceea ce permite meninerea condiiilor termofile.Umiditatea sczut mpiedic activitatea microorganismelor, n timp ce, o umiditate ridicat favorizeaz descompunerea anaerob. La valori ale umiditii sub 40%, viteza de degradare este redus astfel nct nu poate fi asigurat transportul nutrienilor prin peretele celulei bacteriene. La valori ale umiditii de peste 65% are loc obturarea porilor materialului fiind astfel mpiedicat transportul n interior a oxigenului i n exterior a gazelor formate. Astfel, pot s apar procese anaerobe cu degajare de gaze urt mirositoare.Valoarea pH-ului este esenial n dezvoltarea microorganismelor i variaz n timpul procesului de compostare n intervale relativ largi n funcie de tipul procesului (aerob sau anaerob), de etapa n care se afl, de prezena substanelor bazice. Valoarea optim este de 6,5.Temperatura de operare n procesele de compostare trebuie s fie meninut n domeniul termofil 40-65C Peste 55C agenii patogeni mor. Temperaturi peste 60C provoac o scdere a activitii microorganismelor i intrarea acestora ntr-o stare de laten, o degradare incomplet i eliminarea de mirosuri neplcute. Atingerea unor temperaturi mari care ar putea cauza moartea microorganismelor se poate evita printr-o aerare mai intens.Compostarea se poate aplica n urmtoarele variante: compostare n iruri; compostare n grmad; reactoare de compostare. Compostarea n brazde. n cadrul compostrii n brazde materialul de degradat este dispus sub form de iruri lungi n care aerarea se face prin rsturnarea periodic a acestora cu ajutorul echipamentelor mobile. Compostarea n brazde este avantajoas din punct de vedere al raportului cost/eficien, ns, dezavantajul principal const n posibilitatea apariiei unor importante emisii gazoase (Fig. 26).

Figura 26. Brazde de compostare (NRAES, 1992). Compostare n grmezi. Compostarea este procesul de degradare a materiei organice biodegradabile n prezena microorganismelor aerobe cu formare de produi nepericuloi i stabili (compost). Solul excavat este amestecat cu diverse materiale destinate favorizrii desfurrii procesului de biodegradare i este amplasat la suprafaa solului pe straturi izolante care mpiedic infiltrarea levigatului format n stratul de sol odat cu apele de precipitaie. Aerarea se realizeaz prin injectare sau aspirare de aer printr-un sistem de evi perforate amplasate la unul sau mai multe niveluri n funcie de nlimea grmezii. Pentru ca gradul de aerare s fie mare, nlimea grmezilor nu trebuie s depeasc 2-3 m (Fig. 27).Principalul avantaj al compostrii n grmad este timpul scurt necesar pentru decontaminare (cteva sptmni-luni). Este o metod simpl necesitnd puini angajai pentru operare i ntreinere. Costurile sunt n general sczute fiind stabilite n funcie de tipul de contaminant, de varianta utilizat, de necesitatea aplicrii operaiilor de pre- i post-tratare i de necesitatea utilizrii echipamentelor de control a emisiilor. Aplicabilitatea metodei este limitat din urmtoarele motive: excavarea trebuie realizat astfel nct s nu se elibereze compui volatili (urt mirositori); volumul de material crete dup compostare datorit amendamentelor adugate; trebuie utilizate sisteme de amestecare complexe pentru omogenizarea mediului; trebuie realizate studii de tratabilitate pentru a stabili gradul de biodegradabilitate al contaminantului, necesarul de oxigen i nutrieni; eficiena este sczut n cazul compuilor halogenai; metoda nu se aplic pentru explozivi datorit randamentelor foarte mici; este mai lent dect metoda de tratare sub form de nmol.

Figura 27. Compostarea n gramad a solului

(www.nmenv.state.nm.us/ ust/remed-3.html)

Compostarea este o metod care poate fi aplicat cu succes la decontaminarea solurilor poluate cu produi petrolieri i compui organici volatili nehalogenai. In cazul decontaminrii solurilor poluate cu VOC, SVOC halogenai i pesticide, eficiena procesului poate varia n fiincie de tipul de contaminant. Aceasta poate fi mbuntit prin controlul umiditii, cldurii, pH-ului, oxigenului i a nutrienilor (raport C/N). Zona n care are loc compostarea poate fi protejat prin construirea unui sistem de colectare a levigatului format, prin impermeabilizarea solului i prin acoperirea grmezii de sol contaminat pentru a evita contactul acesteia cu precipitaiile i antrenarea contaminanilor n levigat precum i pentru a evita pierderile prin evaporare i volatilizare sub influena radiaiei solare. n cazul n care n sol se gsesc i VOC, se recomand captarea i epurarea aerului care trece prin solul contaminat. Compostare n reactoare. Reactoarele folosite la compostare pot fi verticale sau orizontale i pot funciona n dou variante: cu deplasare tip piston sau cu amestecare. S-a observat c n cazul n care compostarea propriu-zis se realizeaz n reactor iar faza de maturare a compostului are loc n grmad, eficiena crete foarte multCelulele de compostare sunt construcii speciale din beton n interiorul crora este ntins solul amestecat cu deeuri. Fundul celulei este n pant i acoperit cu nisip astfel nct s poat fi colectat levigatul format (Fig. 28). Levigatul colectat este tratat ntr-o staie de epurare care poate fi amplasat i n afara zonei de decontaminare.

Figura 28. Celul de tratare ex situ prin compostare (FRTR, 1998).Prin aplicarea procedeelor de compostare se pot decontamina soluri poluate cu compui aromatici halogenai (pentaciorfenol), nmoluri provenite din rafinrii, insecticide, explozivi, hidrocarburi aromatice policiclice.n cazul compostrii solurilor contaminate cu PAH eficiena de ndeprtare a acestora este de pn la 96% ntr-un interval de timp de circa apte sptmni. Rezultate bune au fost obinute i n cazul solurilor contaminate cu explozivi (TNT, RDX sau HMX). picrat de amoniu (sau yellow D). Pentru TNT s-au nregistrat eficiene de peste 99,7% pentru o durat a procesului de 40 zile.Avantajele compostrii sunt comparabile cu cele nregistrate n cazul celorlalte procese de bioremediere. Costurile sunt destul de reduse variind cu cantitatea de sol tratat, fracia de sol din compost, disponibilitatea amendamentelor, tipul de contaminant i varianta de compostare aplicat.Biodegradarea cu ajutorul fungilor este o metod relativ nou, aflat nc n stadiu experimental care presupune utilizarea mucegaiurilor albe (specii de Phaneorochate chrysosporidum) pentru degradarea unor compui rezisteni la biodegradare de tipul compuilor bifenil policlorurai, hidrocarburilor aromatice policiclice, hidrocarburi aromatice halogenate, dioxine, pesticide (DDT, lindan), colorani azoici. Capacitatea mucegaiurilor albe de a degrada compui rezisteni se bazeaz pe secreia unor enzime care degradeaz lignina (Jigniri peroxidaza sau ligninaza) sau care determin putrezirea lemnului (Fig. 29).Bioremedierea cu ajutorul fungilor se poate aplica att in situ i ex situ (bioreactoare cu funcionare discontinu).

Figura 29. Procedeu tipic de biodegradare cu fungi.Creterea mucegaiurilor are loc pe un strat de rumegu ntr-un mediu umed, puternic aerat. Spre deosebire de celelalte procese biologice, temperatura nu trebuie controlat strict deoarece mucegaiurile pot crete ntr-un domeniu larg de temperaturi (10-38C). Condiiile optime de cretere sunt asigurate la temperatura de 38C, pH = 4-4,5, concentraie ridicat de oxigen, umiditate 40-45%. Excesul de cldur generat n urma degradrii compuilor organici asigur meninerea temperaturii la valoarea optim. Cu ct concentraia de oxigen din aer este mai ridicat cu att viteza de biodegradare este mai mare. In cazul degradrii ligninei viteza de biodegradare crete de pn la 2-3 ori cnd se folosete oxigen pur. La concentraii de oxigen sub 5% activitatea enzimatic este nul. Degradarea hidrocarburilor aromatice policiclice (benzo(a) piren, piren, fluoren, fenantren) este favorizat de condiii limitatoare de azot (concentraie optim de azot = 2-4mM) i valori sczute de pH.Cu toate c fungile au o mare capacitate de a degrada compui rezisteni, metoda nu are o aplicabilitate foarte mare datorit factorilor care afecteaz procesul de biodegradare. Principalul factor este sensibilitatea fungilor la operaiilor necesare pentru desfurarea procesului. S-a observat c fungile nu cresc n suspensie i se inhib secreia de enzime la amestecare. n plus, abilitatea de fixare a fungilor este slab, transformarea decurge lent i nu se cunoate pe deplin potenialul activitii catalitice. Ali factori care influeneaz procesul sunt prezena compuilor toxici, sorbia chimic i competiia cu microorganismele native din sol. S-a constatat c de cele mai multe ori, n sisteme mixte (bacterii din sol i fungi) bacterii sunt dominante. Cunotinele legate de abilitatea fungilor de a concura cu alte tipuri de microorganisme sunt insuficiente, cele mai multe studii fiind realizate n laborator cu culturi pure de fungi.In studiile realizate pentru degradarea TNT n prezena fungilor folosind culturi pure eficiena de degradare a fost de 41%. n momentul n care, pentru degradarea TNT s-au folosit culturi mixte de microorganisme activitatea enzimatic a fungilor a fost inhibat ceea ce a condus Ia concluzia c exist o competiie ntre bacterii i firngi n defavoarea acestora din urm i c n primul caz scderea concentraiei de TNT s-ar datora mai mult adsorbiei pe fungi i amendamentele adugate (rumegu) dect datorit degradrii propriu-zise.