Sanering av jord och sediment
Miljöproblem som orsakas av skogsbränder, olyckor med oljetankfartyg och oljespill från bilar och lastbilar, läckande behållare, industriolyckor och dåligt bortskaffat avfall bidrar till förorening av marken. Många ton jord och sediment i världen har förorenats med dioxiner och behöver en lämplig saneringsmetod. Följande metoder på plats eller in situ och utanför platsen eller ex situ kan användas för att sanera jord och sediment.
Radiolytisk nedbrytning: Joniserande strålning i form av högenergiska elektronstrålar och gammastrålar är en potentiell icke-termisk destruktionsteknik. Teoretiska och vissa empiriska bedömningar tyder på att dessa högenergikällor kan vara väl lämpade för att omvandla dioxin till oskadliga produkter. Gammastrålning har visat sig vara effektiv vid nedbrytning av PCDD och PCB i organiska lösningsmedel och vid desinficering av avloppsvatten. Undersökningen av biprodukter och teoretiska målteoriberäkningar visar att TCDD förstörs genom reduktiv deklorering. Man fann också att tillsats av promotorer (t.ex. aktivt kol) till de giftiga ämnena ökar procentandelen destruktion under elektronstrålning.
Basiskatalyserad deklorering: Den baskatalyserade nedbrytningsprocessen (BCD) är en kemisk dehalogeneringsprocess. Den innebär att en karbonat, bikarbonat eller hydroxid av en alkali- eller jordalkalimetall tillsätts till det förorenade mediet. BCD inleds i en termisk desorberare med medelhög temperatur (MTTD) vid temperaturer mellan 315°C och 426°C. Alkali tillsätts till det förorenade mediet i proportioner på mellan 1 och 20 viktprocent. En vätedonatorförening tillsätts till blandningen för att tillhandahålla vätejoner för reaktionen, om dessa joner inte redan finns i det förorenade materialet. BCD-processen avgiftar sedan kemiskt de klorerade organiska föroreningarna genom att avlägsna klor från föroreningarna och ersätta det med väte. Exempelvis har PCB- och dioxinförorenade oljor sanerats med Na/NH3, liksom PCB-förorenad jord och slam från förorenade områden.
Subkritisk vattenbehandling: Vatten som hålls i flytande tillstånd över 100 °C genom tryck kallas subkritiskt vatten. Det har egenskaper som liknar de organiska lösningsmedlen och kan fungera som ett godtagbart medium. Det har använts för att extrahera PCB och andra organiska föroreningar från jord och sediment. Vissa forskare har studerat användningen av nollvalent järn (ZVI) vid reduktiv deklorering av PCDD och sanering av förorenade jordar med subkritiskt vatten som reaktionsmedium och extraktionslösningsmedel. Man fann att genom att använda järnpulver som matris reducerades högre klorerade kongenerer praktiskt taget helt till mindre än tetra-substituerade homologer. Nollvalent järn har blivit accepterat som ett av de mest effektiva sätten att sanera miljön. Det är billigt, lätt att hantera och effektivt när det gäller att behandla ett brett spektrum av klorerade föreningar eller tungmetaller. Det har tillämpats i stor utsträckning in situ, ex situ eller som en del av en kontrollerad behandlingsprocess för avloppsvatten, dricksvatten, stabilisering av jordtillägg och gruvavfall.
Termisk desorption: Termisk desorption är en separationsprocess som ofta används för att sanera många Superfund-områden. Det är en ex situ-saneringsteknik som använder värme för att fysiskt separera petroleumkolväten från uppgrävda jordmassor. Termiska desorberare är konstruerade för att värma upp jorden till temperaturer som är tillräckliga för att få beståndsdelarna att förflyktiga sig och desorbera (fysiskt separera) från jorden. Även om de inte är utformade för att sönderdela organiska beståndsdelar kan termiska desorberare, beroende på vilka organiska ämnen som finns och temperaturen i desorbersystemet, få en del av beståndsdelarna att helt eller delvis sönderdelas. De förångade kolvätena behandlas i allmänhet i en sekundärbehandlingsenhet (t.ex. en efterbrännare, katalytisk oxidationskammare, kondensor eller koladsorptionsenhet) innan de släpps ut i atmosfären. Efterbrännare och oxidatorer förstör de organiska beståndsdelarna. Kondensatorer och koladsorptionsenheter fångar upp organiska föreningar för efterföljande behandling eller bortskaffande.
In situ-fotolys: Vid denna metod kan dioxiner genomgå fotolys med hjälp av solljus under lämpliga förhållanden. Den är kostnadseffektiv och mindre destruktiv för platsen. En organisk lösningsmedelsblandning tillsätts till den förorenade jorden och därefter ges tid för dioxinets solubilisering, transport och fotnedbrytning. För detta ändamål sprutas jordytan med det organiska lösningsmedlet med låg giftighet och låter det fotodegraderas i solljuset. Flera forskare har använt sig av detta tillvägagångssätt och funnit att dioxiner på markytan snabbt bröts ned efter att ha besprutats med olika organiska lösningsmedel som isooktan, hexan, cyklohexan osv. Man fann att solinducerade fotolytiska reaktioner kan vara en viktig mekanism för omvandling av dessa kemikalier till mindre giftiga nedbrytningsprodukter. Konvektiv uppåtriktad rörelse av dioxiner när de flyktiga lösningsmedlen avdunstar var den viktigaste transportmekanismen i dessa studier. Hur effektiv denna process är beror på en balans mellan två faktorer som styr hastigheten: konvektiv transport till ytan och tillgång till solljus för fotnedbrytning.
Utvinning av lösningsmedel och kondenserad gas: Extraktion är ett fysikalisk-kemiskt sätt att separera organiska föroreningar från jord och sediment och därigenom koncentrera och minska den mängd föroreningar som måste förstöras. Detta är en ex situ-process och kräver att den förorenade jorden grävs upp och blandas med lösningsmedlet. Så småningom får man fram relativt ren jord och sediment som kan återföras till platsen. Den amerikanska miljöskyddsbyrån (EPA) har utvärderat en lösningsmedelsextraktionsprocess i pilotskala där flytande propan används för att extrahera organiska föroreningar från jord och sediment. Ungefär 1 000 pund jord med en genomsnittlig koncentration av polyklorerade bifenyler (PCB) på 260 mg/kg hämtades från ett avlägset Superfund-område. Resultaten visade att effektiviteten i avlägsnandet av PCB varierade mellan 91,4 % och 99,4 %, och att de propanextraherade jordarna hade låga koncentrationer av PCB (19,0-1,8 mg/kg). Den totala extraktionseffektiviteten visade sig vara beroende av antalet extraktionscykler.
Dampdestillation: En destillation där förångningen av de flyktiga beståndsdelarna i en vätskeblandning sker vid en lägre temperatur (än kokpunkterna för var och en av de rena vätskorna) genom att ånga förs in direkt i laddningen. Det är ett idealiskt sätt att separera flyktiga föreningar från icke-flyktiga föroreningar med hög avkastning. Ångdestillation är effektiv med mikrovågsenergi för att behandla förorenad jord och förorenade sediment. Mikrovågsbehandlingar kan anpassas till enskilda avfallsströmmar: beroende på jordmånen, föroreningarna och deras koncentrationer kan saneringsbehandlingen utföras i flera steg tills den önskade saneringsnivån uppnås. Alla föroreningar kan avlägsnas till icke-detekterbara nivåer eller spårnivåer. Ångdestillation visade sig vara effektivt för att avlägsna 2,7-diklordibenzo-p-dioxin (DCDD) från jord som behandlats med DCDD. DCDD-koncentrationen (250 μg/50 g jord) i den ursprungliga jorden minskade till mindre än 5 % efter ångdestillation i endast 20 minuter. Resultaten tyder på att ångdestillation skulle kunna vara en ny saneringsmetod för jordar som förorenats med dioxiner.
Mekanokemisk (MC): I denna teknik överförs den mekaniska energin från malkropparna till det fasta systemet genom skjuvspänningar eller kompression, beroende på vilken anordning som används. En betydande del av fräsenergin omvandlas till värme och en mindre del används för att framkalla brott, sträckningar och kompression på mikro- och makroskopisk nivå eller för att utföra en reaktion. MC-nedbrytning kan enkelt utföras med hjälp av kulkvarnar som är lättillgängliga i olika storlekar (behandling av material upp till flera ton är möjlig) och konstruktioner. Föroreningarna elimineras direkt inuti ett förorenat material, oavsett föroreningens komplexa struktur och starka karaktär. Denna metod har en stor potential för att bortskaffa organiskt avfall på alla önskade platser med flexibel drift tack vare användningen av en portabel anläggning bestående av en kvarn och en tvättank med filter. Även om denna metod kräver ett deklorerande reagens, t.ex. CaO, i malningen, kräver den ingen uppvärmning. För att stödja användningen av MC-dekloreringsmetoden skulle det vara användbart att ha en korrelation mellan dekloreringshastigheten för organiskt avfall och malningsförhållandena (MC) för att fastställa de optimala förhållandena i en uppskalad MC-reaktor. Metoden erbjuder flera ekonomiska och ekologiska fördelar: kulmalning kräver endast en låg energiåtgång. På grund av de slående godartade reaktionsförhållandena kan giftiga föreningar omvandlas till definierade och användbara produkter. Inga skadliga utsläpp till miljön kan förväntas. Detta öppnade upp för utvecklingen av nya, innovativa ex situ-processer för dioxinsanering och dekontaminering.
Biologisk nedbrytningsprocess: Bioremediering är en behandlingsprocess där man använder mikroorganismer som svampar och bakterier för att bryta ned farliga ämnen till ogiftiga ämnen. Mikroorganismerna bryter ner de organiska föroreningarna till ofarliga produkter – huvudsakligen koldioxid och vatten. När föroreningarna väl är nedbrutna minskar den mikrobiella populationen eftersom de har använt hela sin födokälla. Omfattningen av den biologiska nedbrytningen är starkt beroende av föroreningarnas toxicitet och ursprungliga koncentrationer, deras biologiska nedbrytbarhet, egenskaperna hos den förorenade jorden och den valda typen av mikroorganism. Det finns huvudsakligen två typer av mikroorganismer: inhemska och exogena. De förstnämnda är de mikroorganismer som redan lever på en viss plats. För att stimulera tillväxten av dessa inhemska mikroorganismer kan man behöva se till att jorden har rätt temperatur, syre och näringsinnehåll. Om den biologiska aktivitet som behövs för att bryta ned ett visst förorenande ämne inte finns i jorden på platsen kan mikroorganismer från andra platser, vars effektivitet har testats, tillsättas i den förorenade jorden. Dessa kallas exogena mikroorganismer.