Remediation of Soil and Sediment
I problemi ambientali creati da incendi boschivi, incidenti di petroliere e fuoriuscite di petrolio da auto e camion, contenitori che perdono, incidenti industriali e rifiuti mal disposti contribuiscono alla contaminazione del suolo. Numerose tonnellate di suolo e sedimenti nel mondo sono stati contaminati con diossine che hanno bisogno di un metodo di bonifica adeguato. I seguenti metodi on site o in situ e off site o ex situ possono essere utilizzati per la bonifica del suolo e dei sedimenti.
Degradazione radiolitica: La radiazione ionizzante sotto forma di fasci di elettroni ad alta energia e raggi gamma è una potenziale tecnica di distruzione non termica. Valutazioni teoriche e alcune valutazioni empiriche suggeriscono che queste fonti ad alta energia possono essere adatte a trasformare la diossina in prodotti innocui. La radiolisi gamma ha dimostrato di essere efficace nella degradazione di PCDD e PCB in solventi organici e nella disinfezione delle acque reflue. Lo studio dei sottoprodotti e i calcoli teorici indicano che la distruzione della TCDD procede attraverso la declorazione riduttiva. Si è anche scoperto che l’aggiunta di promotori (ad esempio, il carbonio attivo) ai tossici aumenta la percentuale di distruzione sotto la radiazione del fascio di elettroni.
Declorazione catalizzata da basi: Il processo di decomposizione catalizzata dalla base (BCD) è un processo di dealogenazione chimica. Comporta l’aggiunta di un carbonato, bicarbonato o idrossido di metallo alcalino o alcalino-terroso al mezzo contaminato. Il BCD viene avviato in un desorbitore termico a media temperatura (MTTD) a temperature che vanno da 315°C a 426°C. L’alcali viene aggiunto al mezzo contaminato in proporzioni che vanno dall’1% a circa il 20% in peso. Un composto donatore di idrogeno viene aggiunto alla miscela per fornire ioni idrogeno per la reazione, se questi ioni non sono già presenti nel materiale contaminato. Il processo BCD disintossica chimicamente i contaminanti organici clorurati rimuovendo il cloro dai contaminanti e sostituendolo con l’idrogeno. Per esempio, gli oli contaminati da PCB e diossina sono stati bonificati con Na/NH3, così come i terreni e i fanghi contaminati da PCB provenienti da siti contaminati.
Trattamento subcritico dell’acqua: L’acqua che viene mantenuta allo stato liquido al di sopra dei 100°C applicando una pressione è chiamata acqua subcritica. Ha proprietà simili ai solventi organici e può agire come un mezzo benigno. È stata usata per estrarre i PCB e altri inquinanti organici dal suolo e dai sedimenti. Alcuni ricercatori hanno studiato l’uso del ferro zero-valente (ZVI) nella declorazione riduttiva dei PCDD e nella bonifica dei suoli contaminati con acqua subcritica come mezzo di reazione e solvente estrattivo. È stato riscontrato che utilizzando la polvere di ferro come matrice, i congeneri clorurati superiori sono stati praticamente ridotti completamente a meno dell’omologo tetra-sostituito. Il ferro zero-valente è stato accettato come uno dei mezzi più efficaci per il risanamento ambientale. È poco costoso, facile da maneggiare ed efficace nel trattamento di una vasta gamma di composti clorurati o metalli pesanti. È stato ampiamente applicato in situ, ex situ o come parte di un processo di trattamento controllato nelle acque reflue, nell’acqua potabile, nella stabilizzazione degli emendamenti del suolo e nelle applicazioni degli sterili delle miniere.
Desorbimento termico: Il desorbimento termico è un processo di separazione frequentemente usato per bonificare molti siti Superfund. Si tratta di una tecnologia di bonifica ex situ che utilizza il calore per separare fisicamente gli idrocarburi del petrolio dai terreni scavati. I desorbitori termici sono progettati per riscaldare i terreni a temperature sufficienti a causare la volatilizzazione dei costituenti e il loro desorbimento (separazione fisica) dal terreno. Anche se non sono progettati per decomporre i costituenti organici, i desorbitori termici possono, a seconda degli organici specifici presenti e della temperatura del sistema di desorbimento, causare la decomposizione completa o parziale di alcuni dei costituenti. Gli idrocarburi vaporizzati sono generalmente trattati in un’unità di trattamento secondaria (ad esempio, un postbruciatore, una camera di ossidazione catalitica, un condensatore o un’unità di assorbimento del carbonio) prima dello scarico nell’atmosfera. I postbruciatori e gli ossidatori distruggono i costituenti organici. I condensatori e le unità di adsorbimento del carbonio intrappolano i composti organici per il successivo trattamento o smaltimento.
Fotolisi in situ: In questo metodo le diossine possono essere sottoposte a fotolisi dalla luce del sole in condizioni adeguate. È conveniente e meno distruttivo per il sito. Una miscela di solventi organici viene aggiunta al suolo contaminato e si lascia il tempo necessario per la solubilizzazione, il trasporto e la fotodegradazione della diossina. A questo scopo, la superficie del suolo viene spruzzata con il solvente organico a bassa tossicità e lasciata fotodegradare sotto la luce del sole. Diversi ricercatori hanno usato questo approccio, trovando che le diossine sulla superficie del suolo si decomponevano rapidamente dopo essere state spruzzate con vari organici come isoottano, esano, cicloesano, ecc. Si è scoperto che le reazioni fotolitiche indotte dal sole possono essere un meccanismo principale per la trasformazione di queste sostanze chimiche in prodotti di degradazione meno tossici. Il movimento convettivo verso l’alto delle diossine con l’evaporazione dei solventi volatili è stato il principale meccanismo di trasporto in questi studi. L’efficacia di questo processo dipende da un equilibrio tra due fattori di controllo del tasso: il trasporto convettivo verso la superficie e la disponibilità di luce solare per la fotodegradazione.
Estrazione di solventi e gas liquefatti: L’estrazione è un mezzo fisico-chimico per separare i contaminanti organici dal suolo e dai sedimenti, concentrando così e riducendo il volume dei contaminanti che devono essere distrutti. Questo è un processo ex situ e richiede che il suolo del sito contaminato sia scavato e mescolato con il solvente. Alla fine, produce suolo e sedimenti relativamente puliti che possono essere restituiti al sito. La US Environmental Protection Agency (EPA) ha valutato un processo di estrazione con solvente su scala pilota che usa propano liquefatto per estrarre i contaminanti organici dal suolo e dai sedimenti. Circa 1000 libbre di suolo, con una concentrazione media di bifenili policlorurati (PCB) di 260 mg/kg, sono state ottenute da un sito Superfund remoto. I risultati hanno mostrato che l’efficienza di rimozione dei PCB variava tra il 91,4% e il 99,4%, con i terreni estratti con propano che mantenevano basse concentrazioni di PCB (19,0-1,8 mg/kg). L’efficienza complessiva dell’estrazione è risultata essere dipendente dal numero di cicli di estrazione utilizzati.
Distillazione a vapore: Una distillazione in cui la vaporizzazione dei costituenti volatili di una miscela liquida avviene a una temperatura inferiore (rispetto ai punti di ebollizione dei due liquidi puri) mediante l’introduzione di vapore direttamente nella carica. È un modo ideale per separare i composti volatili dai contaminanti non volatili ad alto rendimento. La distillazione a vapore è efficace con l’energia delle microonde per trattare terreni e sedimenti contaminati. I trattamenti a microonde possono essere adattati ai singoli flussi di rifiuti: a seconda del suolo, dei contaminanti e delle loro concentrazioni, il trattamento di bonifica può essere condotto in diverse fasi fino a raggiungere il livello di pulizia desiderato. Tutti i contaminanti possono essere rimossi a livelli non rilevabili o in tracce. La distillazione a vapore è stata trovata efficace per la rimozione della 2,7-diclorodibenzo-p-diossina (DCDD) dal suolo applicato con DCDD. La concentrazione di DCDD (250 μg/50 g di suolo) nel suolo originale è diminuita a meno del 5% dopo la distillazione a vapore per soli 20 minuti. I risultati suggeriscono che la distillazione a vapore potrebbe essere un nuovo metodo correttivo per i terreni contaminati da diossine.
Meccanico-chimico (MC): In questa tecnologia l’energia meccanica è trasferita dai corpi macinanti al sistema solido attraverso sollecitazioni di taglio o compressione, a seconda del dispositivo utilizzato. Una parte significativa dell’energia di fresatura è convertita in calore e una parte minore è usata per indurre rotture, stiramenti e compressioni a livello micro e macroscopico o per eseguire una reazione. La degradazione MC può essere facilmente eseguita utilizzando mulini a sfere che sono facilmente disponibili in diverse dimensioni (è possibile trattare materiali fino a diverse tonnellate) e costruzioni. Gli inquinanti vengono eliminati direttamente all’interno di un materiale contaminato, indipendentemente dalla struttura complessa e dalla natura forte dell’inquinante. Questo metodo ha un alto potenziale per smaltire i rifiuti organici in qualsiasi luogo desiderato con un funzionamento flessibile grazie all’uso di un impianto portatile composto da un mulino e una vasca di lavaggio con un filtro. Anche se questo metodo ha bisogno di un reagente declorante come il CaO nell’operazione di macinazione, non richiede alcuna operazione di riscaldamento. Per sostenere l’uso del metodo di declorazione MC, sarebbe utile avere una correlazione tra il tasso di declorazione dei rifiuti organici e le condizioni di macinazione (MC) per determinare la condizione ottimale in un reattore MC in scala. Il metodo offre diversi vantaggi economici ed ecologici: la macinazione a sfere richiede solo un basso input energetico. A causa delle condizioni di reazione sorprendentemente benigne, i composti tossici possono essere convertiti in prodotti definiti e utilizzabili. Non ci si deve aspettare nessuna emissione nociva per l’ambiente. Questo ha aperto lo sviluppo di nuovi e innovativi processi di bonifica e decontaminazione ex situ delle diossine.
Processo di biodegradazione: Il biorisanamento è un processo di trattamento che utilizza microrganismi come funghi e batteri per degradare le sostanze pericolose in sostanze non tossiche. I microrganismi scompongono i contaminanti organici in prodotti innocui – principalmente anidride carbonica e acqua. Una volta che i contaminanti sono degradati, la popolazione microbica si riduce perché hanno usato tutta la loro fonte di cibo. Il grado di biodegradazione dipende fortemente dalla tossicità e dalle concentrazioni iniziali dei contaminanti, dalla loro biodegradabilità, dalle proprietà del suolo contaminato e dal tipo di microrganismo selezionato. Ci sono principalmente due tipi di microrganismi: indigeni ed esogeni. I primi sono quei microrganismi che si trovano già presenti in un determinato sito. Per stimolare la crescita di questi microrganismi indigeni, può essere necessario fornire la giusta temperatura del suolo, l’ossigeno e il contenuto di nutrienti. Se l’attività biologica necessaria per degradare un particolare contaminante non è presente nel suolo del sito, si possono aggiungere al suolo contaminato microrganismi provenienti da altri luoghi, la cui efficacia è stata testata. Questi sono chiamati microrganismi esogeni.