Procedee de remediere fizico-chimice a contaminrii solului tip ex situ

Procedee de remediere fizico-chimice a contaminrii solului tip ex situ

Procedee de remediere fizico/chimice

A) Extractia cu solveni

Solul contaminat este amestecat cu solventul extractant ntr-un vas extractor n scopul dizolvrii contaminanilor. Faza lichid rezultat este transvazat ulterior ntr-un sistem de separare pentru recuperarea solventului n vederea recirculrii (Fig. 31).

Figura 31. Principalele etape ale unui sistem de extracie cu solveni. Oxidare/Reducere chimicProcesele redox transform poluanii periculoi n compui nepericuloi sau mai puin toxici, mai stabili, mai puin mobili i/sau ineri. Cei mai frecveni ageni de oxidare sunt ozonul, peroxidul de hidrogen, hipocloritii, clorul i dioxidul de clor (Fig. 32).'

Figura 32. Principalele etape ale unui proces redox

B) Splarea ex situSplarea solului ex situ este un procedeu utilizat att pentru ndeprtarea compuilor organici ct i a celor anorganici din solurile contaminate, nmoluri i sedimente.

Figura 33 Schem general a unui procedeu de splare ex situAcesta presupune contactarea energetic a solului contaminat cu soluii apoase sau chiar ap i poate fi un proces fizic i/sau chimic care const n ndeprtarea i separarea compuilor periculoi, reducerea volumului de materiale contaminate i transformarea contaminanilor n compui nepericuloi.Principalele etape ale acestei tehnici sunt (Fig. 33): excavarea solului contaminat; tratarea solului contaminat cu apa/soluie apoas; splarea se poate face cu diverse adaosuri care s favorizeze desorbia contaminanilor de pe particulele de sol i trecerea lor n faz apoas; separarea solid/lichid a fazelor sol/soluie de splare; tratarea emisiilor gazoase, lichide i solide; amplasarea solului decontaminat n locaia iniial sau ntr-o alt locaie. Materialele de dimensiuni mari (peste 5 cm) sunt ndeprtate nainte de nceperea tratrii, iar restul de sol este introdus n unitatea de splare. Solurile nisipoase pot fi splate numai cu ap deoarece contaminanii nu sunt reinui de particulele de nisip. n cazul solurilor lutoase/argiloase contaminanii se rein puternic pe particulele minerale, fiind nevoie de o splare mult mai puternic. Materia organic favorizeaz reinerea mai puternic a contaminanilor organici. In etapa de separare solid-lichid se separ apa/soluia contaminat (de obicei separarea se poate face prin decantare) care este ulterior epurat i recirculat. Contaminanii sunt distrui sau izolai. Solul separat i decontaminat este transportat n amplasamentul de unde a fost excavat sau ntr-o locaie mai apropiat de staia de tratare n cazul n care tratarea s-a fcut ojf site. O schem de principiu, n care splarea solului se realizeaz n trei vase cu amestecare, este prezentat n Fig. 34.Eficiena splrii solului depinde de tipul solului i de contaminani. Aceast tehnic s-a dovedit eficiena pentru ndeprtarea att a compuilor organici volatili halogenai i nehalogenai ct i pentru metale n cazul solurilor nisipoase. Atunci cnd solurile conin peste 20-30% lut i/sau argil se consider c splarea nu este eficient (US EPA, 1988; US EPA, 1989; US EPA, 1990). Tipul agenilor de splare variaz extrem de mult. Astfel pentru ndeprtarea contaminanilor organici sunt folosii ageni tensioactivi, iar pentru ndeprtarea unor compui organici i ioni metalici sunt folosii ageni de chelatizare i acizi.Soluiile acide de splare pot conine acid sulfuric, fosforic, clorhidric, azotic sau carbonic/C02; soluiile bazice pot conine lapte de var sau de dolomite, iar cele oxidante peroxid de hidrogen sau hipoclorit de sodiu.

Figura 34. Schem de principiu a splrii solului n trei trepte

Pentru ndeprtarea compuilor organici hidrofobi i a PCB sunt folosii ca ageni de splare solveni organici.

3.3.3. Procedee termice ex situProcedeele termice presupun nclzirea deeurilor la o temperatur ridicat n prezena sau n absena aerului cu vaporizarea i/sau convertirea compuilor organici, inclusiv materia organic din sol, la compui care fie pot fi recuperai i valorificai fie pot fi evacuai direct n atmosfer. Eficiena acesteia depinde i de puterea calorific a materialului incinerat. Pentru a face posibil distrugerea contaminanilor prin incinerare, solurile trebuie amestecate cu materiale combustibile i aer . Procedeele termice se clasific n (FRTR, 1998): procedee piromagnetice; incinerare n diverse tipuri de incineratoare: cuptoare rotative tip tambur, cuptoare etajate; distrugerea n sticl topit (vitrificare ex situ); desorbia termic (la temperatur joas i la temperatur nalt); piroliza.A) ncinerareaIncinerarea este un proces de combustie n prezena aerului prin care substanele organice periculoase (hidrocarburi clorurate, PCB i dioxine) i ali compui organici rezisteni, prezeni n solurile contaminate sunt oxidai total. Incinerarea se realizeaz la temperaturi nalte 870-1.200C, n exces de aer de 140- 210% (FRTR, 1998), eficiena distrugerii contaminanilor depinznd n primul rnd de puterea calorific a materialului incinerat. n practic s-au obinut randamente de 99,99% mergnd pn la 99,9999% (PCB i dioxinelor) (USEPA, 2005). Prin incinerare metalele contaminante rmn n sol cu excepia celor care formeaz specii volatile (Hg, Se, As etc.).Materialul contaminat este alimentat n incinerator unde datorit temperaturii riducate, contaminanii se volatilizeaz i se scindeaz n compuii chimici cu molecule mai mici care la rndul lor se combin cu oxigenul formnd teoretic dioxid de carbon i ap (US EPA, 2005). Gazele evacuate n urma combustiei sunt purificate n sistemele speciale (filtre, scrubere) ndeprtndu-se astfel orice particulele de cenu i praf provenit din antrenarea solului. Praful rezultat este depozitat n depozitele de deeuri periculoase. Celelalte gaze purificate (CO2, vapori netoxici) sunt eliminate n mediul exterior printr-un co. Solul i cenua grea din incinerator sunt evacuate i rcite, fiind ulterior depozitate n depozite de deeuri nepericuloase.O schema tipic a unei operaii de incinerare este prezentat n Fig. 35.Cele mai utilizatei incineratoare sunt cuptoarele rotative, cptuite cu materiale refractare, uor nclinate (la 5), care se rotesc cu o vitez de 5-25 rot./min, echipate cu un arztor secundar, un sistem de rcire i un sistem de control al emisiilor gazoase rezultate. Gazele degajate sunt purificate ntr-un sistem de scrubere.

Figura 35. Etapele tehnologice ale incinerrii solurilor contaminate (FRTR, 1998).Un alt tip de incineratoare l constitue cuptoarele etajate care sunt formate dm cel puin din ase etaje cu diametrul de 1,8-7,6 m i nlimi ntre 3,7-23 m. Solul este alimentat pe la partea superioar i cade pe inferioare fiind antrenat la fiecare nivel de un sistem de brae rotative. n astfel de cuptoare au fost incinerate soluri contaminate cu dioxin (2,3,7,8-TCDD) cu o eficien de distrugere de 99,999996%.Alte tipuri de incineratoare includ (FRTR, 1998) incineratorul cu pat circulant n care introducerea aerului se realizeaz cu o vitez mare astfel contribuind la crearea unei zone de combustie puternic turbulent, care permite distrugerea cu eficiene mult mai mari a compuilor periculoai. Operarea se realizeaz la temperaturi relativ reduse (780-870C). Datorit producerii turbulenei mari temperatura este uniform n camera de combustie, la fel fiind i amestecarea materialului cu combustibil i aer. Amestecarea eficient i temperatura de combustie joas reduc costul remedierii. Un alt tip de incinerator este cel n strat fluidizat.Timpul necesar remedierii unei anumite zone contaminate depinde, pe lng capacitatea instalaiei de tratare termic, i de urmtorii factori (US EPA, 2005): -tipurile i cantitile de compui chimic prezeni; nlimea i mrimea ariei poluate; puterea calorific a materialului incinerat.Factorii care limiteaz aplicabilitatea i eficiena proceselor termice sunt (FRTR, 1998): metalele grele se acumuleaz sub form de cenui grele care necesit o stabilizare ulterioar; metalele pot reaciona i cu alte elemente (clorul, sulful) n momentul alimentrii formnd compui mai toxici i mai volatili dect speciile iniiale; astfel de compui pot constitui intermediari de reacie care pot fi distrui la creterea temperaturii; sodiul i potasiu formeaz cenui cu punct de topire sczut care pot ataca izolaia cuptoarelor i care pot forma particule lipicioase care ulterior obtureaz traseele de gaze; metalele grele volatile (mercurul, cadmiul, arsenul) prsesc unitatea de combustie odat cu gazele de ardere i astfel este necesar instalarea unui sistem suplimentar de purificare a gazelor evacuate. Avantajele metodei (TABs, 2002): poate fi aplicat pentru o serie larg de contaminai (pesticide, compui semivolatili, hidrocarburi clorurate);. incinerarea poate distruge anumite tipuri de compui chimici din soluri care prin alte metode nu pot fi remediate; este o metod rapid de remediere a solurilor contaminate; incinerarea este important cnd decontaminarea zonei trebuie fcut rapid; reduce i cantitatea de material care trebuie s fie depozitat ntr-un depozit de deeuri; este o soluie permanent. Dezavantajele metodei (TABs, 2002): metoda poate fi aplicat mai puin pentru solurile poluate cu compui volatili; solurile cu coninut de metale volatile i cu coninut de sruri sunt dificil de tratat; necesit un consum energetic mare deoarece, odat cu contaminanii, este ars i materia organic din sol; este o metod mai puin acceptat de populaie.B) Desorbia termicDesorbia termic este un procedeu de separare fizic a contaminanilor dintr-un sol prin volatilizare la temperaturi ridicate. Compuii volatilizai sunt n final reinui pe suporturi adsorbante (de exemplu crbune activ) (FRTR, 1998).Din punct de vedere al temperaturii, procesele de desorbie termic pot fi mprite n dou grupe, astfel: desorbia termic la temperatur ridicat; desorbia termic la temperatur joas.Principiul dup care funcioneaz desorbia termic const n trimiterea solului excavat n desorber (US EPA, 2001). Dac solul nu are granulaia i umiditatea dorit este supus unor operaii preliminare de sortare i de uscare, de amestecare cu nisip. Sistemele de desorbie termic pot s trateze ntre 15-20 t/h sol nisipos i circa 7 t/h sol argilos (FRTR, 1998). Desorberul funcioneaz dup principiul unui cuptor. Cnd solul se nclzete suficient ncepe volatilizarea compuilor chimici. Pe parcursul fiecrei etape de desfurare a procesului sunt amplasate echipamente speciale de control a prafului provenit din sol, precum i echipamente de colectare a gazelor toxice care apoi sunt condensate. nainte ca solul tratat s fie retumat n amplasament, el poate fi stropit cu ap, astfel realizndu-se i rcirea lui i eliminarea prafului. Desorbia termic la temperatur ridicat (DTTR). Contaminanii care pot fi ndeprtai prin DTTR sunt compuii organici nehalogenai semivolatili (SVOC), hidrocarburile aromatice policiclice (PAH), bifenilii policlorurai (PCB), pesticidele. Decontaminarea solurilor cu coninut de compui organici nehalogenai volatili (VOC) i combustibili se realizeaz cu eficien redus (TABs, 2002). Metalele volatile pot fi ndeprtate prin desorbie la temperatur nalt, dar prezena clorului poate duce la formarea clorurii de plumb volatile (FRTR, 1998).Desorbia se realizeaz la o temperatur cuprins ntre 320-560C. D'iTR este frecvent utilizat n combinaie cu alte metode ex situ (incinerare, solificare/stabilizare sau declorinare) i depinde de condiiile zonei contaminate respective. Aceast metod poate s reduc concentraia contaminanilor sub 5 mg/kg (FRTR, 1998). Desorbia termic la temperatur joas (DTTJ). Contaminanii care pot fi eliminai prin DTTJ sunt compuii organici nehalogenai volatili, combustibilii, iar compuii organici nehalogenai semivolatili i pesticidele sunt eliminai cu o eficien redus (TABs, 2002). n cazul DTTJ, desorbia se realizeaz la o temperatur cuprins ntre 90-320C i este utilizat pentru decontaminarea solurilor cu coninut de hidrocarburi petroliere. Eficiena de distrugere a contaminanilor n cuptoarele secundare este de peste 95% (FRTR, 1998).n ambele tipuri de desorbie termic se utilizeaz aceleai echipamente, cu mici modificri. Cele mai utilizate echipamente pentru desorbia termic sunt (FRTR, 1998):

usctor rotativ - cilindru orizontal, uor nclinat care se rotete i poate fi prevzut cu nclzire direct sau indirect.. desorber elicoidal (nec) - transportor elicoidal utilizat la transportul materialului contaminat cu nclzire indirect.O schema tipic a unei operaii de desorbie termic este prezentat Fig. 36.

Figura 36. Desorbia termic - schema de flux.Timpul necesar desorbiei termice depinde de cantitatea poluanilor din sol, caracteristicile solului (umiditate, dac conine reziduuri de substane organice), tipul i cantitatea de compui chimici periculoi existeni (US EPA, 2001). Avantajele metodei (TABS, 2002): nu pune probleme de siguran a mediului, gazele nu se elimin n atmosfer; elimin o larg categorie de contaminani organici; timpul scurt de tratare; poate fi combinat cu alte tehnologii; poate reduce BTEX sub 100 ppb; poate fi o soluie permanent. Dezavantajele metodei (FRTR, 1998): metoda este puternic influenat de dimensiunile particulelor, fiind astfel necesar o operaie preliminar de sortare/mcinare a materialelor care pot s creasc costul de operare; solurile cu umiditate mare sunt dificil de tratat fiind necesar i o operaie de uscare a solului contaminat nainte de alimentare lui n sistem, pentru a crete puterea de desorbie a contaminanilor; solurile argiloase i nisipoase, precum i cele cu un coninut ridicat de humus cresc timpul de reacie.