Metody rekultywacji terenów zdegradowanych

metody chemiczne

Mariusz Sygnowski

inżynier ekolog

Metody rekultywacji terenów zdegradowanych – metody chemiczne

To już kolejny z serii artykułów poświęconych rekultywacji terenów zdegradowanych. Polecamy także wcześniejsze materiały z tego cyklu^5,6,7.

Metody chemiczne stosuje się w celu usuwania zanieczyszczeń występujących w glebie lub zmiany ich właściwości fizykochemicznych lub unieszkodliwienia tych zanieczyszczeń. W metodach chemicznych wykorzystuje się następujące procesy:

stabilizację pH,
wytrącenie związków w postaci trudno rozpuszczalnej,
hydrolizę,
ekstrakcję,
dehalogenację,
utlenianie i redukcję[1]

Odmywanie gleby

Jest to metoda stosowana poza miejscem występowania zanieczyszczeń (ex situ), za pomocą której usuwa się głównie zanieczyszczenia nieorganiczne (metale ciężkie, toksyczne aniony, radionuklidy i inne). Jednak znajduje ona zastosowanie również w oczyszczaniu gleby z niektórych zanieczyszczeń organicznych. Używa się tu różnych odczynników ekstrahujących lub detergentów. Zanieczyszczoną glebę należy wydobyć i umieścić w specjalnej instalacji.

Wyróżniamy następujące sposoby odmywania gleb:

oddzielenie drobnych zasorbowanych cząstek w rozpuszczalniku (woda, roztwór soli nieorganicznych wapnia bądź magnezu),
ługowanie zanieczyszczeń.

Separacja odbywa się w sposób podobny do opisanej w metodach fizycznych. Ługowanie natomiast polega na desorpcji zanieczyszczeń z kompleksu sorpcyjnego przez roztwór ługujący i wraz z nim usunięciu z układu. Zależnie od planowanej efektywności stosuje się tu kwasy mineralne, które są mocnymi ekstrahentami oraz związki chelatujące (syntetyczne kwasy karboksylowe, amino karboksylowe i ich sole), które należą do ekstrahentów łagodnych.

Zalety metody to:

skuteczna metoda silnie zanieczyszczonych terenów,
szybkość procesu oczyszczania
wysoka efektywność umożliwiająca całkowite usunięcie substancji niepożądanych w glebie.

Natomiast do wad zaliczamy:

wysokie koszty budowy i eksploatacji instalacji,
duże ilości odpadów generowanych podczas odmywania,
konieczność przemieszczenia zanieczyszczonej gleby,
wysoka inwazyjność w odniesieniu do środowiska,
niska akceptacja społeczna dla tej metody^{2, 4}.

Przemywanie gleby

Metoda ta jest bardzo podobna do odmywania gleb – grupa zanieczyszczeń usuwanych przez tę metodę jest taka sama, jak w przypadku odmywania gleb. Jednak przemywanie stosowane jest in situ, czyli na miejscu, co wymaga zastosowania specjalnej izolacji wokół oczyszczanego obszaru oraz technologii zbierania odcieków i systemu monitoringu. Ponadto w metodzie tej stosuje się łagodniejsze środki ekstrahujące, które mniej ingerują w środowisko, lecz są także mniej efektywne(przy silnych zanieczyszczeniach.

Zaletami tej metody są:

niewielka inwazyjność,
brak konieczności przemieszczania gleby,
brak odpadów stałych, a także większa niż w przypadku odmywania gleb akceptacja społeczna.

Natomiast do wad zalicza się:

dużą ilość odpadów półciekłych i ciekłych,
brak skuteczności w usuwaniu silnie związanych form metali ciężkich,
wysokie koszty zastosowania metody^{2, 3, 4}.

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa

To również metoda podobna do odmywania gleb. Na początku następuje wydobycie i przeniesienie gleby do specjalistycznej instalacji, w której dochodzi do usuwania głównie zanieczyszczeń organicznych (PCB, WWA i związki ropopochodne). Aby usunąć takie zanieczyszczenia z gleby należy zastosować mocne, niepolarne rozpuszczalniki organiczne. Desorbują one zanieczyszczenia z kompleksu sorpcyjnego gleby, rozpuszczają je i usuwają w odcieku z instalacji. Użyty rozpuszczalnik po odseparowaniu od oczyszczonej gleby może zostać użyty ponownie w procesie dzięki recyklingowi, a oczyszczona gleba może trafić z powrotem w miejsce jej wydobycia( metoda ex situ).

Ekstrakcja rozpuszczalnikowa posiada następujące zalety:

szybkość i skuteczność usunięcia zanieczyszczeń organicznych z gleby,
brak zanieczyszczenia wtórnego terenów przylegających.

Wadami natomiast są:

konieczność przemieszczenia gleby,
zaburzenie funkcjonalności gleby przez zniszczenie mikroflory glebowej,
znaczna ilość odpadów, które wymagają neutralizacji/składowania,
wysokie koszty metody^{2, 4}.

Immobilizacja zanieczyszczeń (ex situ)

Jest to metoda służąca do neutralizacji niektórych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Aby trwale zablokować zanieczyszczenia do gleby dodaje się substancje wiążące (np. cement). Metodę tę stosuje się wówczas, gdy pozostawienie zanieczyszczonej gleby na miejscu oraz jej składowanie wiąże się z bardzo dużym ryzykiem (np. gleby skażone radioaktywnie).

Wśród zalet tej metody należy wymienić:

szybkość i łatwość przeprowadzenia immobilizacji,
niewielkie koszty, które łączą się głównie z wydobyciem i transportem zanieczyszczonej gleby.

Z kolei głównymi wadami metody są:

potrzeba dodatkowych zabiegów rekultywacyjnych na terenie, na którym zastosowano metodę, ze względu na jej inwazyjność,
duża objętość odpadów stałych (dwukrotnie większa niż samej oczyszczanej gleby),
składowanie produktu końcowego metody na specjalnym składowisku,
niebezpieczeństwo ponownego uwolnienia zanieczyszczeń z produktu w wyniku zmiany warunków fizykochemicznych².

Immobilizacja zanieczyszczeń (in situ)

Metoda ta polega na unieruchomieniu zawartych w glebie zanieczyszczeń, głównie nieorganicznych, w tym metali ciężkich. Metodę tę znacznie rzadziej stosuje się do immobilizacji zanieczyszczeń organicznych.

Sam proces opiera się na wprowadzeniu do gleby substancji trwale wiążących zanieczyszczenia (zeolity, żywice poliepoksydowe, cement). Stosuje się także reakcje chemiczne tworzące trudno rozpuszczalne węglany i fosforany, bądź zmieniając właściwości gleby, co spowoduje zmniejszenie mobilności zanieczyszczeń. W tym celu stosuje się często zmianę odczynu gleby poprzez wapnowanie. Metodę stosuje się często w przypadku, gdy wymagane jest szybkie zabezpieczenie terenu zanieczyszczonego oraz terenów przyległych. Również częstą praktyką jest stosowanie owej metody w połączeniu z fitostabilizacją (wykorzystaniem roślin do zatrzymania zanieczyszczeń w glebie i ograniczenia ich przemieszczania się).

Zalety metody:

duża akceptacja społeczna,
praktyczny brak odpadów,
niskie koszty,
szybkość i łatwość metody oraz niska inwazyjność (pomijając zestalanie).

Natomiast wady metody to:

unieruchamianie, a nie usuwanie zanieczyszczeń,
możliwość ponownego pojawiania się zanieczyszczeń w obliczu zmiany warunków środowiskowych,
konieczność stałego monitoringu terenu, na którym prowadzona jest działalność rekultywacyjna oraz terenów sąsiadujących^{2, 3, [2]}

Dehalogenacja

Polega na katalitycznej dehalogenacji związków jodo-, bromo-,
a także chloro-organicznych (odłączeniu atomów jodu, bromu oraz chloru). Są to związki halogenoorganiczne, takie jak bromoorganiczne związki gaszące, pestycydy chloro organiczne, czy PCB. Metodę tę stosuje się ex situ w specjalistycznej instalacji.

Dehalogenacja może być stosowana w dwóch metodach:

katalizowana za pomocą jonów metali alkalicznych (wapniowców – wapnia bądź magnezu),
glikolanowa, gdzie substancją dehalogenującą jest glikol polietylenowy lub jego wybrana sól.

Związki po dokonanej dehalogenacji są usuwane z gleby za pomocą roztworu przemywającego bądź zostają odparowane.

Zaletami tej metody są:

możliwość usunięcia trudno degradowanych związków halogenoorganicznych,
mała ilość generowanych odpadów oraz możliwość stosowania w przypadku gleb bardzo silnie zanieczyszczonych.

Z kolei wadami metody są:

wąski zakres usuwanych zanieczyszczeń,
znaczna inwazyjność środowiskowa,
wysokie koszty metody².

Chemiczne i fotochemiczne utlenianie/redukcja

Metoda ta pozwala zamienić toksyczne zanieczyszczenia w mniej szkodliwe lub całkowicie nieszkodliwe substancje (Czasami dochodzi też do ich całkowitego rozkładu (mineralizacji) Metodę tę stosuje się głównie ex situ, ze względu na jej znaczną inwazyjność. Do odczynników utleniających/redukujących stosuje się tu: tlenki chloru, chlorany, nadtlenek wodoru i ozon. Natomiast w procesie fotochemicznym dodatkowym elementem jest promieniowanie ultrafioletowe.

Zalety tej metody to: szerokie spektrum działania, dobre poznanie metody, niskie koszty, możliwość zastosowania także do oczyszczania wód podziemnych oraz brak konieczności przeprowadzania zabiegu w specjalnej instalacji.

Wady metody: konieczność zachowania najwyższych środków bezpieczeństwa (odczynniki żrące, wybuchowe), znaczna inwazyjność dla gleby i środowiska poprzez stosowanie mocnych utleniaczy, a także możliwość niekompletnej detoksykacji poprzez tworzenie się produktów przejściowych podczas procesu^{2, [3],4}.

^{1 Nyer E.K., Palmer P.L., Carman E.P., Boettcher G., Bedessem J.M., Lenzo F., Crossman T.L., Rorech G.J., Kidd D.F. 2001. In situ treatment technology. Second edition. Wyd. Chemical Rubber Company, Boca Raton.}

^{2 Thornburg T., Leuteritz C., Templeton D., Metcalf T., Bell T., Paschl K. 2005. Effectiveness of in situ cement stabilization for remediation of sediment containing coal tar derived hydrocarbons. The Annual International Conference on Contaminated Soils, Sediments, and Water. University of Massachusetts, Amherst, October 17-20.}

^{3 Block P., Brown R.A., Robinson D. 2004. Novel Activation Technologies for Sodium Persulfate In Situ Chemical Oxidation. [On-line] http://www.geo-log.de/uploads/media/novel_persulfate_activation_technologies.pdf}

^{4 KARCZEWSKA A. 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.}

^{5 https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/rekultywacja-terenow-zdegradowanych-jako-sposob-na-kompensacje-srodowiskowa}

^{6 https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/metody-fizyczne-rekultywacji-terenow-zdegradowanych-cz.-1}

^{7 https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/metody-rekultywacji-terenow-zdegradowanych-cz.-2}