Remediation of Soil and Sediment
Milieuproblemen als gevolg van bosbranden, ongelukken met olietankers en het morsen van olie uit auto’s en vrachtwagens, lekkende containers, industriële ongelukken en slecht weggegooid afval dragen bij tot de verontreiniging van de bodem. Talrijke tonnen bodem en sediment in de wereld zijn verontreinigd met dioxines waarvoor een passende saneringsmethode moet worden gevonden. Voor de sanering van bodem en sediment kunnen de volgende on-site- of in-situ- en off-site- of ex-situ-methoden worden gebruikt.
Radiolytische afbraak: Ioniserende straling in de vorm van hoogenergetische elektronenbundels en gammastralen is een potentiële niet-thermische vernietigingstechniek. Theoretische en enkele empirische evaluaties wijzen erop dat deze hoogenergetische bronnen zeer geschikt kunnen zijn voor de omzetting van dioxine in onschadelijke producten. Gamma-radiolyse is doeltreffend gebleken bij de afbraak van PCDD’s en PCB’s in organische oplosmiddelen en bij de ontsmetting van afvalwater. Uit de studie van bijproducten en theoretische doelwitberekeningen blijkt dat de vernietiging van TCDD verloopt via reductieve dechlorinatie. Er werd ook vastgesteld dat toevoeging van promotoren (b.v. actieve koolstof) aan de toxische stoffen het vernietigingspercentage onder elektronenbundelbestraling verhoogt.
Base gekatalyseerde dechlorinatie: Het base-catalyzed decomposition (BCD) proces is een chemisch dehalogeneringsproces. Het omvat de toevoeging van een alkali- of aardalkalimetaalcarbonaat, -bicarbonaat of -hydroxide aan het verontreinigde medium. BCD wordt geïnitieerd in een thermische desorber bij middelhoge temperatuur (MTTD) bij temperaturen tussen 315°C en 426°C. Aan het verontreinigde medium wordt een alkali toegevoegd in een verhouding van 1% tot ongeveer 20% van het gewicht. Een waterstofdonorverbinding wordt aan het mengsel toegevoegd om waterstofionen voor de reactie te leveren, als deze ionen niet reeds in het verontreinigde materiaal aanwezig zijn. Het BCD-proces ontgift vervolgens de gechloreerde organische verontreinigingen op chemische wijze door chloor aan de verontreinigingen te onttrekken en te vervangen door waterstof. Met PCB en dioxine verontreinigde oliën werden bijvoorbeeld gesaneerd met Na/NH3, evenals met PCB verontreinigde bodems en slib van verontreinigde locaties.
Subkritische waterzuivering: Water dat door het uitoefenen van een druk boven 100°C in vloeibare toestand wordt gehouden, wordt subkritisch water genoemd. Het heeft eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van organische oplosmiddelen en kan als een goedaardig medium fungeren. Het is gebruikt om PCB’s en andere organische verontreinigende stoffen uit bodem en sediment te halen. Het gebruik van nulwaardig (ZVI) ijzer bij de reductieve dechlorering van PCDD’s en de sanering van verontreinigde bodems met subkritisch water als reactiemedium en extractievloeistof is door enkele onderzoekers bestudeerd. Gebleken is dat bij gebruik van ijzerpoeder als matrix de hogere gechloreerde congeneren praktisch volledig werden gereduceerd tot minder dan het tetragesubstitueerde homologe. Nulwaardig ijzer is aanvaard als een van de meest effectieve middelen voor milieusanering. Het is goedkoop, gemakkelijk te hanteren en doeltreffend voor de behandeling van een breed scala van gechloreerde verbindingen of zware metalen. Het is op grote schaal toegepast in situ, ex situ of als onderdeel van een gecontroleerd behandelingsproces in afvalwater, drinkwater, stabilisatie van bodemamendementen en mijnstaarttoepassingen.
Thermische desorptie: Thermische desorptie is een scheidingsproces dat vaak wordt gebruikt om veel Superfund-locaties te saneren. Het is een ex situ saneringstechnologie waarbij warmte wordt gebruikt om petroleumkoolwaterstoffen fysisch te scheiden van afgegraven bodems. Thermische desorbers zijn ontworpen om bodems te verhitten tot een temperatuur die voldoende is om bestanddelen te doen vervluchtigen en desorberen (fysisch te scheiden) van de bodem. Hoewel ze niet ontworpen zijn om organische bestanddelen te ontbinden, kunnen thermische desorbers, afhankelijk van de aanwezige specifieke organische bestanddelen en de temperatuur van het desorbersysteem, sommige bestanddelen geheel of gedeeltelijk doen ontbinden. De verdampte koolwaterstoffen worden over het algemeen behandeld in een secundaire behandelingseenheid (bijvoorbeeld een naverbrander, katalytische oxidatiekamer, condensor of koolstofadsorptie-eenheid) voordat ze in de atmosfeer worden geloosd. Naverbranders en oxidatiemiddelen vernietigen de organische bestanddelen. Condensors en koolstofadsorptie-eenheden vangen de organische verbindingen op voor latere behandeling of verwijdering.
Fotolyse in situ: Bij deze methode kunnen dioxines onder de juiste omstandigheden door zonlicht worden gefotolyseerd. Deze methode is kosteneffectief en minder destructief voor het terrein. Een mengsel van organische oplosmiddelen wordt aan de verontreinigde bodem toegevoegd en vervolgens wordt tijd gegeven voor de oplosbaarheid, het transport en de fotodegradatie van dioxinen. Daartoe wordt het oppervlak van de bodem besproeid met het laag-toxische organische oplosmiddel en krijgt het de tijd om onder invloed van zonlicht te fotoderen. Verscheidene onderzoekers hebben deze aanpak toegepast en geconstateerd dat dioxinen aan het bodemoppervlak snel werden afgebroken nadat ze waren besproeid met verschillende organische stoffen zoals isooctaan, hexaan, cyclohexaan, enz. Er werd geconstateerd dat door de zon geïnduceerde fotolytische reacties een belangrijk mechanisme kunnen zijn voor de omzetting van deze chemische stoffen in minder toxische afbraakproducten. Convectieve opwaartse verplaatsing van de dioxines bij verdamping van de vluchtige oplosmiddelen was het belangrijkste transportmechanisme in deze studies. De doeltreffendheid van dit proces hangt af van een evenwicht tussen twee snelheidsbepalende factoren: convectief transport naar het oppervlak en beschikbaarheid van zonlicht voor fotodegradatie.
extractie van oplosmiddelen en vloeibaar gemaakt gas: Extractie is een fysisch-chemisch middel om organische verontreinigingen van bodem en sediment te scheiden, waardoor het volume verontreinigingen dat moet worden vernietigd, wordt geconcentreerd en verminderd. Dit is een ex situ-proces en vereist dat de verontreinigde sitebodem wordt afgegraven en vermengd met het oplosmiddel. Uiteindelijk levert het relatief schone grond en sedimenten op die naar de locatie kunnen worden teruggebracht. Het Environmental Protection Agency (EPA) van de VS heeft een experimenteel proces voor vloeistofextractie geëvalueerd waarbij vloeibaar gemaakt propaan wordt gebruikt om organische verontreinigende stoffen uit bodem en sedimenten te extraheren. Ongeveer 1000 pond grond, met een gemiddelde polychloorbifenylconcentratie (PCB) van 260 mg/kg, werd verkregen van een afgelegen Superfund-locatie. Uit de resultaten bleek dat de PCB-verwijderingsefficiëntie varieerde van 91,4% tot 99,4%, waarbij de met propaan geëxtraheerde grond lage PCB-concentraties (19,0-1,8 mg/kg) behield. De algehele extractie-efficiëntie bleek afhankelijk te zijn van het aantal gebruikte extractiecycli.
Stoomdestillatie: Een destillatie waarbij de verdamping van de vluchtige bestanddelen van een vloeistofmengsel plaatsvindt bij een lagere temperatuur (dan het kookpunt van een van beide van de zuivere vloeistoffen) door de introductie van stoom direct in de lading. Het is een ideale manier om vluchtige bestanddelen met een hoog rendement te scheiden van niet-vluchtige verontreinigingen. Stoomdestillatie is effectief met microgolfenergie om verontreinigde bodem en sedimenten te behandelen. Microgolfbehandelingen kunnen worden aangepast aan individuele afvalstromen: afhankelijk van de bodem, de verontreinigende stoffen en hun concentraties kan de saneringsbehandeling in verschillende stappen worden uitgevoerd tot het gewenste saneringsniveau is bereikt. Alle verontreinigende stoffen konden worden verwijderd tot een niet-detecteerbaar of sporenniveau. Stoomdestillatie bleek effectief te zijn voor de verwijdering van 2,7-dichloordibenzo-p-dioxine (DCDD) uit met DCDD verontreinigde grond. De DCDD-concentratie (250 μg/50 g grond) in de oorspronkelijke grond daalde tot minder dan 5% na stoomdestillatie gedurende slechts 20 minuten. De resultaten suggereren dat stoomdestillatie een nieuwe saneringsmethode zou kunnen zijn voor met dioxines verontreinigde bodems.
Mechanochemisch (MC): Bij deze technologie wordt de mechanische energie van de maallichamen overgebracht op het vaste systeem door middel van afschuifspanningen of compressie, afhankelijk van het gebruikte apparaat. Een belangrijk deel van de maalenergie wordt omgezet in warmte en een klein deel wordt gebruikt om breuken, rek en compressie op micro- en macroscopisch niveau te induceren of om een reactie uit te voeren. De afbraak van MC kan gemakkelijk worden uitgevoerd met kogelmolens die gemakkelijk verkrijgbaar zijn in verschillende maten (behandeling van materialen tot enkele tonnen is mogelijk) en constructies. De verontreinigende stoffen worden direct in het verontreinigde materiaal geëlimineerd, ongeacht de complexe structuur en de sterke aard van de verontreinigende stof. Deze methode biedt een groot potentieel voor de verwijdering van organisch afval op elke gewenste plaats met een flexibele werking dankzij het gebruik van een draagbare installatie bestaande uit een molen en een wastank met een filter. Hoewel voor deze methode bij het malen een dechlorerend reagens zoals CaO nodig is, hoeft het niet te worden verhit. Om het gebruik van de MC-dechloreringsmethode te ondersteunen, zou het nuttig zijn een correlatie te hebben tussen de dechloreringssnelheid van organisch afval en de maalcondities (MC) om de optimale conditie in een opgeschaalde MC-reactor te bepalen. De methode biedt verscheidene economische en ecologische voordelen: het malen met kogels vergt slechts een geringe energie-input. Door de opvallend gunstige reactieomstandigheden kunnen toxische verbindingen worden omgezet in welbepaalde en bruikbare producten. Er zijn geen schadelijke emissies naar het milieu te verwachten. Dit opende de weg voor de ontwikkeling van nieuwe, innovatieve ex situ dioxinesanerings- en decontaminatieprocessen.
Biologisch afbraakproces: Bioremediatie is een zuiveringsproces waarbij micro-organismen zoals schimmels en bacteriën worden gebruikt om gevaarlijke stoffen af te breken tot niet-toxische stoffen. De micro-organismen breken de organische verontreinigingen af tot onschadelijke producten – hoofdzakelijk kooldioxide en water. Zodra de verontreinigende stoffen zijn afgebroken, neemt de microbiële populatie af omdat ze hun volledige voedselbron hebben verbruikt. De mate van biologische afbraak is sterk afhankelijk van de toxiciteit en de oorspronkelijke concentraties van de verontreinigende stoffen, hun biologische afbreekbaarheid, de eigenschappen van de verontreinigde bodem en het type micro-organisme dat wordt geselecteerd. Er zijn hoofdzakelijk twee soorten micro-organismen: inheemse en exogene. Inheemse micro-organismen zijn micro-organismen die reeds op een bepaalde locatie voorkomen. Om de groei van deze inheemse micro-organismen te stimuleren, moet eventueel worden gezorgd voor de juiste bodemtemperatuur, het juiste zuurstofgehalte en het juiste nutriëntengehalte. Als de biologische activiteit die nodig is om een bepaalde verontreiniging af te breken, niet aanwezig is in de bodem op de locatie, kunnen micro-organismen van andere locaties, waarvan de effectiviteit is getest, aan de verontreinigde bodem worden toegevoegd. Dit worden exogene micro-organismen genoemd.