Sanering af jord og sediment
Miljøproblemer forårsaget af skovbrande, ulykker med olietankskibe og olieudslip fra biler og lastbiler, utætte containere, industriulykker og dårligt bortskaffet affald bidrager til forurening af jorden. Talrige tons jord og sediment i verden er forurenet med dioxiner, og der er behov for en passende saneringsmetode. Følgende metoder på stedet eller in situ og uden for stedet eller ex situ kan anvendes til rensning af jord og sediment.
Radiolytisk nedbrydning: Ioniserende stråling i form af højenergi-elektronstråler og gammastråler er en potentiel ikke-termisk destruktionsteknik. Teoretiske og nogle empiriske vurderinger tyder på, at disse højenergikilder kan være velegnede til at omdanne dioxin til uskadelige produkter. Gamma-radiolyse har vist sig at være effektiv til nedbrydning af PCDD og PCB’er i organiske opløsningsmidler og til desinfektion af spildevand. Undersøgelsen af biprodukter og teoretiske målteoriberegninger viser, at TCDD-nedbrydningen foregår gennem reduktiv dechlorering. Det blev også konstateret, at tilsætning af promotorer (f.eks. aktivt kulstof) til giftstofferne øger destruktionsprocenten under elektronstrålebestråling.
Basisk katalyseret deklorering: Den base-katalyserede dekomponering (BCD) er en kemisk dehalogeneringsproces. Den indebærer, at der tilsættes et alkali- eller jordalkalimetalkarbonat, -bicarbonat eller -hydroxid til det forurenede medium. BCD starter i et termisk desorberingsanlæg ved mellemliggende temperatur (MTTD) ved temperaturer mellem 315 °C og 426 °C. Alkali tilsættes til det forurenede medium i en mængde på mellem 1 og ca. 20 vægtprocent. Der tilsættes en hydrogendonorforbindelse til blandingen for at tilvejebringe hydrogenioner til reaktionen, hvis disse ioner ikke allerede er til stede i det forurenede materiale. BCD-processen afgifter derefter kemisk de klorerede organiske forurenende stoffer ved at fjerne klor fra de forurenende stoffer og erstatte det med brint. F.eks. er PCB- og dioxinforurenede olier blevet renset med Na/NH3, ligesom PCB-forurenet jord og slam fra forurenede områder.
Subkritisk vandbehandling: Vand, der holdes i flydende tilstand over 100 °C ved påføring af et tryk, kaldes subkritisk vand. Det har samme egenskaber som organiske opløsningsmidler og kan fungere som et godartet medium. Det er blevet brugt til at udvinde PCB’er og andre organiske forurenende stoffer fra jord og sediment. Nogle forskere har undersøgt brugen af nul-valent jern (ZVI-jern) til reduktiv deklorering af PCDD’er og rensning af forurenet jord med subkritisk vand som reaktionsmedium og ekstraktionsmiddel. Det blev konstateret, at ved anvendelse af jernpulver som matrix blev højere klorerede kongenere praktisk taget fuldstændigt reduceret til mindre end tetra-substituerede homologe. Nul-valent jern er blevet accepteret som et af de mest effektive midler til miljøsanering. Det er billigt, let at håndtere og effektivt til behandling af en bred vifte af klorerede forbindelser og tungmetaller. Det er blevet anvendt i vid udstrækning in situ, ex situ eller som en del af en kontrolleret behandlingsproces i spildevand, drikkevand, stabilisering af jordforbedringer og mineaffald.
Thermisk desorption: Termisk desorption er en separationsproces, der ofte anvendes til at sanere mange Superfund-områder. Det er en ex situ-saneringsteknologi, der anvender varme til fysisk at adskille oliekulbrinter fra opgravet jord. Termiske desorbere er konstrueret til at opvarme jorden til temperaturer, der er tilstrækkelige til at få bestanddelene til at fordampe og desorbere (fysisk separere) fra jorden. Selv om de ikke er beregnet til at nedbryde organiske bestanddele, kan termiske desorbere afhængigt af de specifikke organiske stoffer og desorbersystemets temperatur få nogle af bestanddelene til at nedbrydes helt eller delvist. De fordampede kulbrinter behandles normalt i en sekundær behandlingsenhed (f.eks. en efterbrænder, et katalytisk oxidationskammer, en kondensator eller en kul adsorptionsenhed), inden de udledes til atmosfæren. Efterbrændere og oxidatorer ødelægger de organiske bestanddele. Kondensatorer og kulstofadsorptionsenheder opfanger de organiske forbindelser med henblik på efterfølgende behandling eller bortskaffelse.
In situ-fotolyse: Ved denne metode kan dioxiner underkastes fotolyse ved hjælp af sollys under de rette betingelser. Den er omkostningseffektiv og mindre ødelæggende for stedet. Der tilsættes en blanding af organiske opløsningsmidler til den forurenede jord, og der gives derefter tid til opløsning, transport og foto-nedbrydning af dioxinerne. Med henblik herpå sprøjtes jordoverfladen med det organiske opløsningsmiddel med lavt toksicitet, hvorefter den får lov til at blive fotoafbrudt i sollys. Flere forskere har anvendt denne fremgangsmåde og fundet, at dioxiner på jordoverfladen hurtigt blev nedbrudt efter at være blevet sprøjtet med forskellige organiske opløsningsmidler som isooctan, hexan, cyclohexan osv. Det blev konstateret, at solinducerede fotolytiske reaktioner kan være en vigtig mekanisme for omdannelse af disse kemikalier til mindre giftige nedbrydningsprodukter. Konvektiv opadgående bevægelse af dioxinerne, efterhånden som de flygtige opløsningsmidler fordamper, var den vigtigste transportmekanisme i disse undersøgelser. Effektiviteten af denne proces afhænger af en balance mellem to hastighedsregulerende faktorer: konvektiv transport til overfladen og sollysets tilgængelighed til foto-nedbrydning.
Solvent- og flydende gasudvinding: Ekstraktion er en fysisk-kemisk metode til at adskille organiske forurenende stoffer fra jord og sediment og derved koncentrere og reducere den mængde forurenende stoffer, der skal destrueres. Det er en ex situ-proces, og det kræver, at den forurenede jord på stedet graves op og blandes med opløsningsmidlet. I sidste ende produceres der relativt ren jord og sediment, som kan returneres til stedet. Det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur (EPA) har evalueret en opløsningsmiddelekstraktionsproces i pilotskala, hvor der anvendes flydende propan til at udvinde organiske forurenende stoffer fra jord og sedimenter. Ca. 1.000 pund jord med en gennemsnitlig koncentration af polychlorerede biphenyler (PCB) på 260 mg/kg blev udtaget fra et fjerntliggende Superfund-område. Resultaterne viste, at PCB-fjernelseffektiviteten varierede mellem 91,4 % og 99,4 %, og at den propanekstraherede jord beholdt lave koncentrationer af PCB’er (19,0-1,8 mg/kg). Den samlede ekstraktionseffektivitet viste sig at være afhængig af antallet af anvendte ekstraktionscyklusser.
Dampdestillation: En destillation, hvor fordampningen af de flygtige bestanddele i en væskeblanding finder sted ved en lavere temperatur (end kogepunkterne for begge de rene væsker) ved at indføre damp direkte i ladningen. Det er en ideel metode til at adskille flygtige forbindelser fra ikke-flygtige forurenende stoffer med et højt udbytte. Dampdestillation er effektiv med mikrobølgeenergi til behandling af forurenet jord og sedimenter. Mikrobølgebehandlinger kan tilpasses de enkelte affaldsstrømme: Afhængigt af jordbunden, de forurenende stoffer og deres koncentrationer kan saneringsbehandlingen udføres i flere trin, indtil det ønskede rensningsniveau er nået. Alle forurenende stoffer kan fjernes til et niveau, der ikke kan påvises eller kun er spor. Dampdestillation viste sig at være effektiv til fjernelse af 2,7-dichlordibenzo-p-dioxin (DCDD) fra jord, hvor der er anvendt DCDD. DCDD-koncentrationen (250 μg/50 g jord) i den oprindelige jord faldt til mindre end 5 % efter dampdestillation i kun 20 minutter. Resultaterne tyder på, at dampdestillation kan være en ny afhjælpningsmetode for jord, der er forurenet med dioxiner.
Mekanisk-kemisk (MC): I denne teknologi overføres den mekaniske energi fra formalingslegemerne til det faste system gennem forskydningsspændinger eller kompression, afhængigt af den anvendte anordning. En betydelig del af fræsenergien omdannes til varme, og en mindre del anvendes til at fremkalde brud, strækninger og kompression på mikro- og makroskopisk niveau eller til at udføre en reaktion. MC-nedbrydning kan let udføres ved hjælp af kuglemøller, som er let tilgængelige i forskellige størrelser (behandling af materialer på op til flere tons er mulig) og konstruktioner. De forurenende stoffer elimineres direkte inde i et forurenet materiale, uanset forureningens komplekse struktur og stærke karakter. Denne metode har et stort potentiale til at bortskaffe organisk affald på alle ønskede steder med fleksibel drift på grund af brugen af et bærbart anlæg bestående af en mølle og en vasketank med et filter. Selv om denne metode kræver et dekloreringsreagens som CaO i formalingsprocessen, kræver den ikke nogen opvarmning. For at støtte anvendelsen af MC-dekloreringsmetoden ville det være nyttigt at have en korrelation mellem dekloreringshastigheden af organisk affald og formalingsbetingelserne (MC) for at bestemme de optimale betingelser i en opskaleret MC-reaktor. Metoden giver flere økonomiske og økologiske fordele: Kuglemaling kræver kun et lavt energiforbrug. På grund af de påfaldende godartede reaktionsbetingelser kan giftige forbindelser omdannes til definerede og anvendelige produkter. Der kan ikke forventes nogen skadelige emissioner til miljøet. Dette har åbnet mulighed for udvikling af nye, innovative ex situ-dioxinsanerings- og dekontamineringsprocesser.
Biologisk nedbrydningsproces: Bioremediering er en behandlingsproces, hvor der anvendes mikroorganismer som f.eks. svampe og bakterier til at nedbryde farlige stoffer til ugiftige stoffer. Mikroorganismerne nedbryder de organiske forurenende stoffer til uskadelige produkter – hovedsageligt kuldioxid og vand. Når de forurenende stoffer er nedbrudt, reduceres den mikrobielle population, fordi de har brugt hele deres fødekilde. Omfanget af den biologiske nedbrydning afhænger i høj grad af de forurenende stoffers toksicitet og oprindelige koncentrationer, deres bionedbrydelighed, den forurenede jords egenskaber og den valgte type mikroorganisme. Der findes hovedsagelig to typer mikroorganismer: indfødte og eksogene. Førstnævnte er de mikroorganismer, der allerede findes på et givet sted. For at stimulere væksten af disse indfødte mikroorganismer kan det være nødvendigt at sørge for den rette jordtemperatur, ilt og et passende næringsstofindhold. Hvis den biologiske aktivitet, der er nødvendig for at nedbryde et bestemt forurenende stof, ikke er til stede i jorden på stedet, kan mikroorganismer fra andre steder, hvis effektivitet er blevet testet, tilsættes den forurenede jord. Disse kaldes eksogene mikroorganismer.