Sanace půdy a sedimentů
Kontaminaci půdy přispívají ekologické problémy způsobené lesními požáry, nehodami ropných cisteren a úniky ropy z osobních a nákladních automobilů, netěsnými kontejnery, průmyslovými haváriemi a špatně odstraněnými odpady. Množství tun půdy a sedimentů na světě bylo kontaminováno dioxiny, které potřebují vhodnou sanační metodu. Pro sanaci půdy a sedimentů lze použít následující metody on site neboli in situ a off site neboli ex situ.
Radiolytická degradace: Ionizující záření ve formě vysokoenergetických svazků elektronů a gama záření je potenciální technikou netermální destrukce. Teoretická a některá empirická posouzení naznačují, že tyto vysokoenergetické zdroje mohou být vhodné k přeměně dioxinu na neškodné produkty. Ukázalo se, že gama radiolýza je účinná při rozkladu PCDD a PCB v organických rozpouštědlech a při dezinfekci odpadních vod. Studium vedlejších produktů a teoretické výpočty cílové teorie naznačují, že destrukce TCDD probíhá prostřednictvím reduktivní dechlorace. Bylo také zjištěno, že přídavek promotorů (např. aktivního uhlí) k toxickým látkám zvyšuje procento destrukce při ozáření elektronovým paprskem.
Base catalyzed dechlorination: Bází katalyzovaný rozklad (BCD) je proces chemické dehalogenace. Zahrnuje přidání uhličitanu, hydrogenuhličitanu nebo hydroxidu kovů alkalických nebo alkalických zemin do kontaminovaného prostředí. BCD se iniciuje ve středněteplotním termickém desorbéru (MTTD) při teplotách od 315 °C do 426 °C. Alkálie se přidávají do kontaminovaného média v poměru od 1 % do přibližně 20 % hmotnostních. Do směsi se přidá sloučenina dárce vodíku, která poskytne vodíkové ionty pro reakci, pokud tyto ionty již nejsou přítomny v kontaminovaném materiálu. Proces BCD pak chemicky detoxikuje chlorované organické kontaminanty odstraněním chloru z kontaminantů a jeho nahrazením vodíkem. Například oleje kontaminované PCB a dioxiny byly sanovány pomocí Na/NH3, stejně jako půdy kontaminované PCB a kaly z kontaminovaných míst.
Podkritická úprava vody: Voda, která se udržuje v kapalném stavu při teplotě nad 100 °C působením tlaku, se nazývá podkritická voda. Má podobné vlastnosti jako organická rozpouštědla a může působit jako nezávadné médium. Byla použita k extrakci PCB a dalších organických znečišťujících látek z půdy a sedimentů. Někteří výzkumníci studovali použití bezvalentního železa (ZVI) při reduktivní dechloraci PCDD a remediaci kontaminovaných půd pomocí subkritické vody jako reakčního média a extrakčního rozpouštědla. Bylo zjištěno, že při použití práškového železa jako matrice byly vyšší chlorované kongenery prakticky zcela redukovány na méně než tetra-substituovaný homolog. Nulová hodnota železa se stala uznávanou jako jeden z nejúčinnějších prostředků sanace životního prostředí. Je levné, snadno se s ním manipuluje a je účinné při úpravě široké škály chlorovaných sloučenin nebo těžkých kovů. Široce se uplatňuje in situ, ex situ nebo jako součást řízeného čisticího procesu v odpadních vodách, při stabilizaci půdních doplňků pro pitnou vodu a v důlních odkalištích.
Termická desorpce: Tepelná desorpce je separační proces, který se často používá k sanaci mnoha superfundových lokalit. Jedná se o sanační technologii ex situ, která využívá teplo k fyzickému oddělení ropných uhlovodíků od vytěžených zemin. Termické desorbéry jsou navrženy tak, aby zahřály půdu na teplotu dostatečnou k tomu, aby došlo k odpaření a desorpci (fyzikálnímu oddělení) složek z půdy. Ačkoli nejsou určeny k rozkladu organických složek, mohou termické desorbéry v závislosti na konkrétních přítomných organických látkách a teplotě desorpčního systému způsobit úplný nebo částečný rozklad některých složek. Odpařené uhlovodíky se před vypuštěním do atmosféry obvykle upravují v sekundární čisticí jednotce (např. v dopalovacím zařízení, katalytické oxidační komoře, kondenzátoru nebo uhlíkové adsorpční jednotce). Dopalovače a oxidátory ničí organické složky. Kondenzátory a uhlíkové adsorpční jednotky zachycují organické sloučeniny pro následné zpracování nebo likvidaci.
Fotolýza in situ: Při této metodě mohou dioxiny za vhodných podmínek podléhat fotolýze slunečním světlem. Je nákladově efektivní a méně destruktivní pro lokalitu. Do kontaminované půdy se přidá směs organických rozpouštědel a poté se ponechá čas na rozpouštění, transport a fotodegradaci dioxinů. Za tímto účelem se povrch půdy postříká organickým rozpouštědlem s nízkou toxicitou a nechá se fotodegradovat pod slunečním světlem. Tento přístup použilo několik výzkumníků, kteří zjistili, že dioxiny na povrchu půdy se po postříkání různými organickými látkami, jako je isooktan, hexan, cyklohexan atd. rychle rozkládají. Bylo zjištěno, že fotolytické reakce vyvolané slunečním zářením mohou být hlavním mechanismem přeměny těchto chemických látek na méně toxické produkty rozkladu. Hlavním transportním mechanismem v těchto studiích byl konvektivní vzestupný pohyb dioxinů při odpařování těkavých rozpouštědel. Účinnost tohoto procesu závisí na rovnováze mezi dvěma faktory řídícími rychlost: konvekčním transportem k povrchu a dostupností slunečního záření pro fotodegradaci.
Těžba rozpouštědel a zkapalněných plynů: Extrakce je fyzikálně-chemický způsob separace organických kontaminantů z půdy a sedimentů, čímž se koncentruje a snižuje objem kontaminantů, které je třeba zničit. Jedná se o proces ex situ, který vyžaduje vytěžení kontaminované zeminy z lokality a její smíchání s rozpouštědlem. Nakonec vznikne relativně čistá půda a sediment, které lze vrátit zpět na místo. Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) vyhodnotila v pilotním měřítku proces extrakce rozpouštědlem, který k extrakci organických kontaminantů z půdy a sedimentů používá zkapalněný propan. Přibližně 1000 liber půdy s průměrnou koncentrací polychlorovaných bifenylů (PCB) 260 mg/kg bylo získáno ze vzdálené lokality Superfondu. Výsledky ukázaly, že účinnost odstranění PCB se pohybovala mezi 91,4 % a 99,4 %, přičemž v půdě extrahované propanem zůstaly nízké koncentrace PCB (19,0-1,8 mg/kg). Bylo zjištěno, že celková účinnost extrakce závisí na počtu použitých extrakčních cyklů.
Parní destilace: Destilace, při níž dochází k odpařování těkavých složek kapalné směsi při nižší teplotě (než jsou body varu obou čistých kapalin) zavedením páry přímo do náplně. Je to ideální způsob, jak oddělit těkavé sloučeniny od netěkavých kontaminantů s vysokým výtěžkem. Parní destilace je účinná při použití mikrovlnné energie k úpravě kontaminované půdy a sedimentů. Mikrovlnné ošetření lze přizpůsobit jednotlivým tokům odpadu: v závislosti na půdě, kontaminantech a jejich koncentracích lze sanační ošetření provádět v několika krocích, dokud není dosaženo požadované úrovně vyčištění. Všechny kontaminanty lze odstranit na nedetekovatelnou nebo stopovou úroveň. Bylo zjištěno, že parní destilace je účinná při odstraňování 2,7-dichlordibenzo-p-dioxinu (DCDD) z půdy, na kterou byl aplikován DCDD. Koncentrace DCDD (250 μg/50 g půdy) v původní půdě klesla na méně než 5 % po destilaci parou po dobu pouhých 20 minut. Výsledky naznačují, že parní destilace by mohla být novou nápravnou metodou pro půdy kontaminované dioxiny.
Mechanochemická (MC): Při této technologii se mechanická energie přenáší z mlecích těles do pevného systému prostřednictvím smykového napětí nebo stlačení, v závislosti na použitém zařízení. Značná část energie frézování se přeměňuje na teplo a menší část se využívá k vyvolání zlomů, protahování a stlačování na mikro- a makroskopické úrovni nebo k provedení reakce. Rozklad MC lze snadno provádět pomocí kulových mlýnů, které jsou snadno dostupné v různých velikostech (je možné zpracovávat materiály až do několika tun) a konstrukcích. Polutanty jsou eliminovány přímo uvnitř kontaminovaného materiálu bez ohledu na složitou strukturu a silnou povahu polutantu. Tato metoda má vysoký potenciál pro likvidaci organických odpadů na libovolných požadovaných místech s flexibilním provozem díky použití přenosného zařízení složeného z mlýna a prací nádrže s filtrem. Ačkoli tato metoda potřebuje při mletí dechlorační činidlo, jako je CaO, nevyžaduje žádný ohřev. Pro podporu použití metody dechlorace MC by bylo užitečné mít korelaci mezi rychlostí dechlorace organického odpadu a podmínkami mletí (MC), aby bylo možné určit optimální podmínky ve zvětšeném MC reaktoru. Metoda nabízí několik ekonomických a ekologických výhod: kulové mletí vyžaduje pouze nízký příkon energie. Vzhledem k nápadně příznivým reakčním podmínkám lze toxické sloučeniny přeměnit na definované a využitelné produkty. Není třeba očekávat žádné škodlivé emise do životního prostředí. To otevřelo cestu k vývoji nových, inovativních procesů sanace a dekontaminace dioxinů ex situ.
Biodegradační proces: Bioremediace je proces zpracování, který využívá mikroorganismy, jako jsou houby a bakterie, k rozkladu nebezpečných látek na netoxické látky. Mikroorganismy rozkládají organické kontaminanty na neškodné produkty – hlavně oxid uhličitý a vodu. Jakmile jsou kontaminanty rozloženy, populace mikrobů se sníží, protože vyčerpají celý svůj zdroj potravy. Rozsah biodegradace je velmi závislý na toxicitě a počátečních koncentracích kontaminantů, jejich biologické rozložitelnosti, vlastnostech kontaminované půdy a typu zvoleného mikroorganismu. Existují především dva typy mikroorganismů: autochtonní a exogenní. První z nich jsou mikroorganismy, které se na daném místě již vyskytují. Pro stimulaci růstu těchto autochtonních mikroorganismů může být nutné zajistit vhodnou teplotu půdy, kyslík a obsah živin. Pokud biologická aktivita potřebná k rozkladu určitého kontaminantu není v půdě na daném místě přítomna, lze do kontaminované půdy přidat mikroorganismy z jiných lokalit, jejichž účinnost byla testována. Tyto mikroorganismy se nazývají exogenní.