Sorbentii Naturali

Biodegradarea reprezinta acea caracteristica esentiala a substantelor organice care face posibile atat procesul de epurare natural, cat si epurarea bilogica, si se refera la capacitatea unei substante organice de a se modifica din punct de vedere chimic sub actiunea microorganismelor.

Cel mai important proces de degradare bilogica este degradarea aeroba, care consta in degradarea substantelor organice de catre microorganisme intr-un mediu bogat in oxigen si in prezenta substantelor nutritive. Acest proces este des intanit in instalatiile de epurare biologica, in apele de suprafata sau in starturile superioare ale solului. Eliminarea unei substante organice se realizeaza si prin degradare biologica in absenta oxigenului este cunoscut ca degradare anaeroba. Este cazul proceselor de prelucrare a namolului, sau a proceselor naturale ce se desfasoara in apele cu continut redus de oxigen. Produsii unei astfel de degradari sunt dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4) si hidrogenul sulfurat, in cazul prezentei compusilor cu sulf.

Biodegradarea cuprinde mai multe niveluri:

 – biodegradarea primara, reprezinta transformarea minim necesara pentru schimbarea identitatii unei substante ;

– biodegradarea partiala, presupune desfasurarea unei succesiuni de transformari, fara a avea loc trecerea completa a substantei organice in compusi minerali ;

– biodegradarea acceptabila, consta in suma transformarilor minime necesare pentru a face sa dispara acele caracteristici care nu sunt de dorit la substanta organica respectiva (capacitatea de spumare, la agentii tensioactivi, sau culoarea la coloranti etc.) ;

– biodegradarea totala, reprezinta transformarea totala in oxizii elementelor ce compun substanta supusa biodegradarii si biomasa (rezultata in urma proceselor metabolice ale microorganismelor).

Sunt situatii cand un acelas grad de biodegradare poate corespunde simultan la doua nivele diferite, cazul unei biodegradari primare care are drept rezultat pierderea unei caracteristici nedorite, cand acea biodegradare poate fi considerata acceptabila.

Deosebit de important, din punct de vedere al protectiei mediului, este nivelul de biodegradare care se considera normal. Exista doua puncte de vedere in aceasta privinta. Intr-un prim caz se considera biodegradarea acceptabila ca fiind suficienta pentru a asigura o protectie eficienta a mediului, luandu-se in considerare numai efectele de modificare a mediului ce pot fi clar observate si atribuite substantei respective, in al doilea caz se considera ca protectia eficienta a mediului se realizeaza numai in conditiile unei biodegradari totale, atunci cand produsele biodegradarii sunt biomasa si oxizii elementelor produsului initial.

In acest al doilea caz se iau in considerare dificultatile deosebit de mari de a stabili efectele pe termen lung pe care le-ar putea avea produsii intermediari de degradare, mai ales in conditiile proceselor de acumulare ce au loc in organismele vii.

Exista numeroase exemple de sunbstante rezultate in urma unei biodegradari partiale care au efecte toxice si periculoase.

Notiunea de biodegradare este complexa, ea integrand, alaturi de caracteristicile chimice ale substantei respective, si o serie de alti factori, intre care :

viteza de degradare ;

natura microorganismelor folosite ;

mediul in care se dezvolta ;

modul de experimentare etc;

Un produs este biodegradabil atunci cand se transforma, se descompune si se elimina total in mod natural.

Poluarea reprezinta degradarea unui mediu natural prin actiunea produselor toxice.

In natura exista doua mari categorii de poluanti:

-poluanti biodegradabili, care se descompun rapid si natural. Uneori devin o problema cand sunt introdusi in mediu dupa ce sau descompus.

-Poluanti nebiodegradabili sunt materiale care nu se descompun sau se descompun treptat intr-o perioada lunga de timp (mai lent si in totalitate) in mediul natural. Cand contaminarea mediului apare, este greu sau imposibil sa se mai inlature aceste materiale.

In contrast cu factorii poluanti din apa care necesita o tratare speciala pentru a fi eliminati, exista o categorie de substante, numite biodegradabile, care pot sau nu sa polueze mediul.

De-a lungul timpului, catastrofele ecologice provocate de deversarile masive de petrol au fost mai mult decat numeroase. Un litru de petrol, odata ajuns pe suprafata apei, formeaza o pata a carei marime poate atinge dimensiunile unei jumatati dintr-un teren de fotbal. Grosimea acestor pete este variabila, in functie de cantitatea de combustibil deversata.

Odata deversate in mediu (apa, sol/subsol) produsele petroliere suporta diverse transformari, biodegradarea fiind presupusa cea mai importanta, desi parerile specialistilor sunt impartite.

Numerosi compusi ai petrolului sunt in mare parte volatili si biodegradabili, exista totusi fractiuni, ce intra in componenta acestui combustibil, care sunt dificil de eliminat (partiali biodegradabili sau nebiodegradabili).

In poluarile cu produse petroliere succesul biodegradarii depinde intr-o foarte mare masura de compozitia comunitatilor microbiene din sol si de potentialul lor degradativ. Contaminarea solului cu titei in concentratii ridicate exercita efecte toxice asupra comunitatilor microbiene active din sol, reducandule diversitatea taxonomica si genetica, insa, cu supravetuirea populatiilor care au toleranta fiziologica sporita si capacitatea de a utiliza substratul.

Problema depoluarii solurilor si acvifelor contaminate cu produse petroliere lichide este una dintre cele mai complexe activitati din domeniul protectiei mediului, atat sub aspect teoretic, economic cat si organizatoric.

Depoluarea apelor si a solului de produsele petroliere

  In faza finala (etapa irizatiilor sau peliculelor subtiri) depoluarea solului/subsolului, se face utilizand diverse produse chimice (dispersanti) dar si materiale absorbante (ad/absorbante).

Ad/absorbante (sorbantii) au la baza trei mari categorii de materiale :

organice naturale : turba (peat moss)- spill-sorb, enviropeat, nature sorb, cansorb etc., rumegus, ciocani tocati, produse pe baza de carbon etc.;

anorganice naturale : argila, perlite, vermiculite, vata de sticla, nisip sau cenusa vulcanica ;

sintetice (realizate de om) : materiale artificiale (poliuretan, polietilena, polipropilena etc.).

Din cele trei categorii de materiale absorbante numai una este formata din materiale biodegradabile (organice naturale), iar celelalte doua din materiale absorbante nebiodegradabile (anorganice naturale si sintetice).

In cazul ad/absorbantilor biodegradarea/ nebiodegradarea se refera strict numai la modul lor de depozitare pe uscat dupa recuperarea aglomeratelor, ad/absorbantilor petrolier, din zona poluata. Fiind materiale organice acet tip de absorbanti oricum se degradeaza natural in mediu fie ca sunt utilizati in actiunile de depoluare fie ca nu. Daca sunt in amestec cu produsul petrolier ei favorizeaza conditii speciale de dezvoltare a microorganismelor si implicit degradarea numai a unor fractiuni si nu a intregii cantitati de produs petrolier deversat accidental in mediu. S-a demonstrat practic ca degradarea produsului petrolier in prezenta ad/absorbantilor biodegradabili este mult mai eficienta in sol decat pe apa.

Daca ad/absorbantul folosit in actiunile de depoluare este biodegradabil dupa recuperarea si depozitarea lui pe uscat, el va pierde sau elibera lichid prin scurgerea apei in conditii climatice normale (ploaie, zapada etc.). Degradarea absorbantului 100% natural biodegradabil va fi mult mai rapida si intr-un timp mai scurt decat degradarea totala a intregii cantitati de produs petrolier ad/absorbant din mediu.

In conditiile mentionate mai sus, poluarea cu produse petroliere a mediului nu se elimina prin interventia cu absorbanti biodegradabili ci se transfera dintr-un loc in altul.

Mai mult, ad/absorbantii 100% naturali biodegradabili nu sunt recomandati a fi utilizati in interventiile de depoluare a mediului acvatic. Acestia nu sunt flotabili sau sunt numai partiali flotabili si in cazul nerecuperarii dupa utilizare, asa cum recomanda distribuitorii sau chiar sunt recuperati, o parte din acestia se depun pe fundul bazinului acvatic determinand aparitia poluari secundare, greu de observat si de pus in evidenta, mult mai daunatoare si periculoasa decat cea initiala.

Oamenii de stiinta sustin ca, deocamdata, exista prea putine cercetari asupra expunerii mediului inconjurator la poluarea cu petrol. O cunoastere mai buna a impactului pe termen lung a deversarilor de petrol poate aduce un avantaj major in gestionarea si combaterea efectelor asupra mediului si vietii. Titeiul lasa urme care nu pot fi sterse ani in sir.

Etapele actiunilor de interventie in caz de depolare a mediului cu produse petroliere trebuie sa fie realizate atat de poluator, cat si de depoluator, iar autoritatile administratiei locale si ale sistemului integrat de protectie a mediului trebuie sa-si asume responsabilitatile ce tin de urmarirea realizarii si receptia finala a lucrarii de depolare.

Absorbantii 100% naturali biodegradabili, pe baza de turba, incapsuleaza hidrocarburile si le retin in structurile lor celulare. Dupa ce hidrocarburile sunt incapsulate apare actiunea naturala a hidrocarburilor. Activitatea microbiana va rupe hidrocarburile in elementele CO2 si apa. Aceasta rupere a hidrocarburilor apare in interiorul unei perioade de timp de la 3 luni la un an de zile si aceasta depinde de multe variabile ca lumina, oxigen, temperatura, etc. In prospectele publicitare se arata ca biodegradarea poluantului absorbit in produsul absorbant biodegradabil se produce in maximum 120 zile, daca se asigura factori principali : oxigen, apa, sol, temperatura de 10 – 12oC, la care se adauga si elemente nutritive (fosfat, azot, potasiu)

Biodegradarea naturala a produselor petroliere are loc in rate foarte scazute si nu in totalitate. Biodegradarea distruge gradual produsele petroliere are loc in rate foarte scazute si nu in totalitate. Biodegradarea distruge gradual produsele petroliere din deversarile si scurgerile accidentale prin metabolizarea secventiala a diferitelor clase de compusi prezenti in titei.

Bio/nebiodegradarea este considerata o simpla clasificare care se refera numai la modul si locul de depozitare a sorbantilor(ad/absorbantii) imbibati cu produse petroliere dupa recuperarea lor in mediu, pe teren sau pe platforme betonate, si nu o conditie impusa, asa cum se practica, in prezent, in Romania. In intreaga tara, depoluatorii (utilizatorii) acestor produse sunt indrumati si obligati sa foloseasca numai ad/absorbanti biodegradabili indiferent de componenta mediului care este poluat cu produse petroliere(apa sau sol/subsol).

Situatia semnalata trebuie verificata si cat mai urgent remediata. Poluarea trebuie eliminata sau diminuata si nu transferata ca poluare secundara, dintr-un loc in altul, cu consecinte uneori mult mai grave decat poluarea primara.

In tarile occidentale si SUA, sorbantii(ad/absorbantii) sunt testati inainte de a primi avizul/autorizatia de utilizare prin determinarea principalelor caracteristicipe baza carora sa se stabileasca si sa se indice precis domeniul adecvat(apa sau sol/subsol) pentru care substantele absorbante prezinta cea mai buna eficienta si randament pastrandu-si starea lor naturala pe toata perioada de interventie si sa nu elibereze dupa recuperarea din mediu si in timpul depozitarii lor lichidul original absorbit(produsul petrolier).

Actiunea de stabilire a faptului ca un produs absorbant se degradeaza in timpul depozitarii si pierde produsul petrolier lichid este principala si cea mai importanta etapa a verificarii, in functie de care se acorda avizul de utilizare indicandu-se in acels timp atat tipul de produs absorbant, bio/nebiodegradabil, flotabil/neflotabil, cat si componenta de mediu careia i se potriveste cel mai bine absorbantul respectiv.

In literatura de specialitate, s-a demonstrat practic ca sorbantii (ad/absorbantii) nebiodegradabili (sintetici) sunt mult mai indicati de folosit in mediul acvatic poluat decat cei biodegradabili deoarece in timpul depozitarii, inainte de prelucrare (stoarcere/incinerare), cei nebiodegradabili nu pierd/elibereaza lichid absorbit (produsele petroliere) si nu determina transformarea poluarii din zona poluata in alt loc nepoluat.

In interventiile de depoluare a mediului cu produse petroliere, daca sorbantul utilizat are scurgeri sau pierderi de lichid, perioada de curatire a deversarii va fi mai lunga si implicit se vor folosi cantitati mult mai mari de produs, conducand indirect si la cresterea implicita a costului total al interventiei.

Din categoria absorbantilor 100% naturali biodegradabili, cel mai des folositi in Romania, pentru depoluarea mediului de hidrocarburi sunt cei pe baza de turba – spil sorb, enviropeat, peat moss, nature sorb, pure sorb erc. – din import (Canada de Nord, Noua Zeelanda, Africa de Sud etc.) si indigeni – turba din judetul Suceava si Botosani.

Tehnologiile de depoluare care utilizeaza acesti absorbanti, “absorbantii mileniului” sunt simple, nu necesita utilaje speciale sau personal calificat, nu necesita colectarea lui din teren, produsele petroliere fiind degradate in timp.

Cantitatile de absorbant natural biodegradabil saturate, nerecuperate de pe suprafata apei se biodegradeaza in timp, fara a afecta calitatile mediului.

Daca se asigura conditiile optime, cum ar fi : prezenta oxigenului si a temperaturii de 10-12oC, la care se adauga si elemente nutritive (fosfat, azot, potasiu), absorbantii pe baza de turba se biodegradeaza prin activitatea microbiana, maximum 120 zile.

Este bine cunoscut faptul ca fractiunile grosiere ale produselor petroliere se degradeaza foarte lent si intr-o perioada foarte lunga de timp. Deseurile complexe nu pot fi inlaturate in totalitate. Aplicarea unei singure metode de depoluare nu poate fi eficienta in toate cazurile de decontaminare, ci mai curand aplicarea unei serii de tratamente.

Exista multe tari printre care si Romania care nu tin o evidenta stricta a cantitatii de deseuri provenite din diverse activitati industriale sau de alta natura, ceea ce constituie un aspect negativ in gestionarea deseurilor de natura a nu contribui la limitarea poluarii produsa de acesta, ci mai degraba la agravarea acesteia.

In ceea ce priveste sortarea deseurilor de ad/absorbanti/produs petrolier rezultate in urma depoluarilor efectuate in Romania, precum si a cantitatilor recuperate si livrate societatilor autorizate (abilitate) sa incinereze astfel de deseuri se pare ca nu exista inca o evidenta clara si oricand verificabila.

Se cunosc o serie de metode de interventie rapida, folosite in scopul colectarii si suprimarii scurgerilor de produse petroliere pe sol (conform U.S.EPA- Oill Spill Respons Program) :

-retinerea sau recuperarea mecanica. Este prima prima actiune de prevenire in cazul unor scurgeri de produse petroliere in Statele Unite. Materialele folosite sunt materiale sorbente naturale si sintetice. Retinerea mecanica este folosita pentru a captura si eventual recupera produsele petroliere. Recuperarea mecanica si prin pompare.

-metode chimice. Aceste metode pot fi folosite in conjunctie cu metodele mecanice. Cele mai folosite metode sunt utilizarea dispersantilor si gelurilor.

-metode biologice. Agentii biologici (nutrienti si microorganisme) au potentialul de a asigura recuperarea produselor petroliere din zonele sensibile.

-metode fizice. Stergerea cu materiale sorbente, spalarea cu apa sub presiune si greblarea.

-arderea in situ este o metoda fizica de tratare in situ sau on-site.

In prezent in Romania, se foloseste cu succes o alta metoda de depoluare a solurilor contaminate cu produse petroliere, si anume folosirea unor sorbenti naturali(turba) pentru colectarea petrolului si a produselor petroliere. Valorificarea turbei si utilizarea ca material sorbent prezinta urmatoarele avantaje : capacitate mare de sorbtie a produselor petroliere ; este un sorbent non-toxic ; este natural si biodegradabil ; prezinta proprietati oleofile si hidrofobe, are distributie granulometrica si o capilaritate impresionanta. Produsul petrolier este retinut cu usurinta in interiorul porilor turbei prin fenomenul de absorbtie prin actiunea de capilaritate sau suctiune.

TEHNOLOGII DE DECONTAMINARE ȘI REMEDIERE A SOLURILOR POLUATE

În cazul locațiilor contaminate cu poluanți sunt aplicate fie proceduri de securizare, fie proceduri de remediere. În timp ce remedierea asigură distrugerea sau reducerea cantitativă și calitativă a poluanților, securizarea are drept scop ridicarea de bariere pentru împiedicarea împrăștierii poluanților pe arii mai largi. Deoarece sursa de poluare rămâne, iar barierele ridicate sunt supuse degradării și îmbătrânirii, securizarea este doar o măsură temporară, tot remedierea rămânând procedura de aplicat.

Metodele de remediere se pot clasifica în funcție de locul de aplicare al acestora și în funcție de tipul proceselor implicate. Astfel, în primul caz deosebim procese ex situ și in situ, iar în al doilea caz deosebim procese termice, fizico-chimice și biologice.

Procesele ex situ necesită excavarea solului contaminat urmată de tratarea acestuia fie pe loc (remediere on-site), fie într-o instalație externă de tratarea solului (remediere off-site). Tratamentul in situ se realizează fără a fi necesară excavarea solului, direct în situl contaminat.

Procesele termice de remediere se bazează pe transferul poluanților din matricea solului în faza gazoasă prin aport de energie termică. Poluanții sunt eliberați din sol prin vaporizare și apoi sunt incinerați, gazele reziduale fiind ulterior purificate. Procesele fizico-chimice sunt, în general procese de extracție și/sau de clasare umedă. Principiul procedeelor de spălare ex-situ a solurilor constă în concentrarea poluanților într-o fracțiune reziduală cât mai redusă, apa fiind agentul de extracție cel mai frecvent utilizat.

Pentru transferul contaminanților din sol către extractant, două mecanisme sunt importante: (i) crearea unor forțe de forfecare puternice, induse prin pompare, amestecare, vibrare sau prin utilizarea unor jeturi de apă de înaltă presiune, care să rupă aglomerațiile de particule poluate și nepoluate și să disperseze contaminanții în faza de extracție; (ii) dizolvarea contaminanților de către componenții fazei extractant.

Extracția in situ constă în percolarea unui agent extractant apos prin solul contaminat. Percolarea se poate realiza prin șanțuri de suprafață, drenuri orizontale sau puțuri verticale de adâncime. Contaminanții solubili din sol se dizolvă în lichidul percolant care este pompat și tratat ulterior la fața locului. Procesele biologice se bazează pe acțiunea microorganismelor care au capacitatea de a transforma poluanții organici în principal în CO2, apă și biomasă, sau de a imobiliza poluanții prin legare în fracțiunea humică a solului. Degradarea se realizează, de regulă, în condiții aerobe sau, mai rar în condiții anaerobe. Pentru eficientizarea procesului este esențială optimizarea condițiilor de dezvoltare a microorganismelor (aport de oxigen, pH, conținut de apă etc.). Stimularea activității biologice se poate realiza prin omogenizarea solului, aerare activă, umidificare sau uscare, încălzire, adăugare de nutrienți sau substraturi, inoculare cu microorganisme. Procesele biologice necesită un aport de energie mult mai redus decât cele termice sau fizico-chimice, dar necesită perioade de tratare mai îndelungate.

Principalul avantaj al procedeelor de remediere in situ este acela că solul poate fi tratat fără a fi necesare excavarea și transportul, reducându-se astfel semnificativ costurile tratării. Oricum, această modalitate de remediere necesită perioade mai îndelungate, iar uniformitatea tratării este mai puțin sigură, dată fiind variabilitatea caracteristicilor solurilor și acviferelor. în plus, este mai dificil de controlat eficacitatea procesului.

Tehnicile de bioremediere sunt tehnici destructive orientate către stimularea înmulțirii microorganismelor prin utilizarea contaminanților drept surse de hrană și energie. Crearea de condiții favorabile de dezvoltare microorganismelor implică, de regulă, asigurarea unor anumite combinații de oxigen, nutrienți și umiditate, precum și un control al temperaturii și pH-ului. Uneori, pentru îmbunătățirea procesului, se adaugă microorganisme adaptate pentru degradarea anumitor contaminanți.

Utilizarea proceselor biologice de remediere se realizează de regulă cu costuri scăzute. Contaminanții sunt distruși și rareori este necesară o tratare suplimentară a reziduurilor. Unele dezavantaje apar în cazul unor contaminanți specifici. De exemplu, biodegradarea HAP conduce la rămânerea în sol a HAP cu mase moleculare mari, recalcitrante și potențial cancerigene. Compușii polihalogenați sunt greu biodegradabili, iar unii dintre ei sunt transformați prin biodegradare în produși secundari și mai toxici (de exemplu, transformarea tricloretenei în clorură de vinil). Acești produși secundari pot fi mobilizați de către apele subterane, dacă nu sunt folosite tehnici de control adecvate. Bioremedierea in situ necesită o caracterizare amănunțită a solului, acviferului și contaminanților. Uneori poate fi necesară extracția și tratarea apei freatice, apa freatică cu grad redus de contaminare putând fi recirculată prin zona tratată pentru a-i furniza acesteia umiditatea necesară.

Factori care influențează bioremedierea in situ

Deși nu toți compușii organici se pretează la biodegradare, bioremedierea in Situ a fost aplicată cu succes pentru remedierea solurilor, nămolurilor și apelor subterane contaminate cu hidrocarburi din petrol, solvenți, pesticide, conservanți pentru lemn și alte produse organice.

Compușii anorganici nu pot fi distruși prin bioremediere, dar pot fi extrași din sol sau imobilizați prin procese de fitoremediere. Principalii parametrii care influențează viteza cu care microorganismele degradează contaminanții sunt: natura și concentrația contaminanților, aportul de oxigen și nutrienți, umiditatea, temperatura, pH-ul, inocularea suplimentară a solului și co-metabolismul.

Tehnicile de bioremediere in situ sunt sensibile la anumiți parametric ai solului. De exemplu, prezența compușilor argiloși sau humici provoacă variații în performanțele procesului. Pentru a stabili eficiența bioremedierii în anumite condiții date este necesară efectuarea unor studii de tratabilitate. Concentrația oxigenului în sol poate fi mărită prin evitarea saturării solului cu apă, evitarea compactării solului, evitarea existenței unor potențiale redox ridicate sau a unor concentrații reduse de materiale degradabile. Pentru a asigura furnizarea oxigenului cu o rată suficientă menținerii condițiilor aerobe, se poate utiliza injecția forțată de aer sau de peroxid de hidrogen (H2O2). Utilizarea H2O2 este limitată întrucât la concentrații ridicate (peste 100 ppm , sau 1000 ppm cu o aclimatizare propice) este toxică pentru microorganisme. În plus, peroxidul de hidrogen tinde să se descompună rapid în apă și oxigen în prezența anumitor componenți ai solului.

Apa servește ca mediu de transport pentru nutrienți și contaminanții organic care pătrund în celula microbiană, precum și pentru resturile metabolice care părăsesc celula. Un exces de apă poate dăuna întrucât poate inhiba circulația oxigenului prin sol, evident doar în cazul în care nu sunt dorite condiții anaerobe.

În lipsa nutrienților de creștere a celulelor (azot, fosfor, potasiu, sulf, magneziu, calciu, mangan, fier, zinc, cupru, alte elemente în urme), activitatea microbiană este limitată. Azotul și fosforul sunt probabil nutrienții deficitari în mediul contaminat, ei fiind adăugați de regulă într-o formă asimilabilă: săruri de amoniu și fosfați. Fosfații pot provoca colmatarea solului ca rezultat al precipitării fosfaților de fier și de calciu stabili care umplu porii din sol și din acvifere. Valoarea pH-ului influențează solubilitatea și, în consecință, disponibilitatea multor constituenți ai solului care pot afecta activitatea biologică. Multe metale potențial toxice pentru microorganisme sunt insolubile la valori pH ridicate; ca urmare, creșterea pH-ului sistemului de tratare utilizat poate reduce riscul otrăvirii microorganismelor.

Temperatura afectează activitatea microbiană: scăderea temperaturii conduce la scăderea vitezei de biodegradare; astfel bioremedierea în zonele cu climat nordic poate fi ineficientă în anumite perioade ale anului. Microorganismele rămân însă viabile și la temperaturi sub 0°C, reluându-și activitatea odată cu încălzirea solului. Încălzirea zonei supuse bioremedierii, prin injecție de aer cald, poate accelera procesul de remediere. Creștere temperaturii peste un anumit prag poate fi nocivă, provocând sterilizarea solului. Creșterea temperaturii influențează și alte fenomene conexe bioremedierii, cum ar fi reducerea nebiologică a cantității de contaminanți, în special prin vaporizare. De regulă, solubilitatea contaminanților crește cu temperatura, deși solubilitatea unor hidrocarburi este mai ridicată la temperaturi joase. în plus, creșterea temperaturii micșorează solubilitatea oxigenului.

Studiile de tratabilitate sau de fezabilitate a bioremedierii se utilizează pentru a se verifica dacă bioremedierea este aplicabilă într-o situație dată. Complexitatea studiului depinde de natura contaminanților și de caracteristicile sitului. Pentru situri contaminate cu hidrocarburi obișnuite din petrol (benzină, de exemplu) este de regulă populațiilor indigene de microorganisme, nivelul nutrienților, prezența substanțelor toxice pentru microrganisme, precum și analizarea unor caracteristici ale solului, cum ar fi: pH-ul, porozitatea, umiditatea. Pentru a verifica eficiența bioremedierii sunt necesare caracterizări statistice privind situația în situri „înainte” și „după” tratamentul aplicat.

Atenuarea naturală monitorizată (ANM)

Atenuarea naturală se bazează pe procese naturale de decontaminare sau atenuare a poluării în sol și ape subterane. În mod natural, în subsol pot avea loc următoarele procese prin care concentrația poluanților s-ar putea diminua sub limita admisibilă: diluția, volatilizarea, adsorbția, transformarea chimică și biodegradarea. Deși atenuarea naturală decurge în majoritatea siturilor poluate, este necesară existența unor condiții corespunzătoare pentru depoluare, altfel aceasta va fi incompletă sau insuficient de rapidă. Este necesară testarea sau monitorizarea acestor condiții pentru a verifica fezabilitatea atenuării naturale. ANM se pretează cel mai bine pentru utilizare în zonele în care sursa de poluare a fost îndepărtată.

ANM nu este sinonimă cu „neluarea nici unei măsuri”, deși aceasta este percepția cea mai frecventă. în comparație cu alte tehnologii de remediere, ANM prezintă o serie de avantaje ca:

generarea sau transferul redus de deșeuri;

impactul redus asupra siturilor (nu se intervine cu structuri construite);

aplicabilitate totală sau parțială într-un anumit sit, în funcție de condițiile concrete și de obiectivul remedierii;

posibilitatea utilizării împreună sau după alte măsuri active de remediere;

costuri globale mai reduse decât în cazul remedierii active.

Poluanții susceptibili la eliminare prin ANM sunt compușii organici volatili și semivolatili (COV, COSV) precum și hidrocarburile existente în combustibili, anumite categorii de pesticide, precum și unele metale grele (Cr, de ex.) dacă există condiții de imobilizare a acestora prin modificarea stării de oxidare.

Printre dezavantajele ANM pot fi menționate:

necesitatea colectării datelor utilizate ca parametrii de intrare în modelarea procesului;

posibilitatea ca produșii intermediari de degradare sa fie mai mobili sau mai toxici decât contaminantul inițial;

posibilitatea migrării contaminanților înaintea degradării lor;

posibilitatea imobilizării unor poluanți (Hg, de ex.) fără a putea realiza degradarea lor;

monitorizarea pe termen lung, cu costurile aferente;

durata mai mare a ANM comparativ cu măsurile active de remediere;

posibilitatea modificării în timp a condițiilor hidrologice și geochimice, care ar putea duce la refacerea mobilității poluanților în prealabil imobilizați;

reticența opiniei publice la astfel de măsuri „pasive” de depoluare.

Bioremedierea îmbunătățită (BI)

Este un proces în care microorganisme indigene sau inoculate (bacterii, fungi etc.) metabolizează poluanții organici din sol sau ape subterane, cu formare de produși stabili, nepoluanți. Pentru îmbunătățirea procesului, sau pentru desorbția poluanților din materialele subterane se pot adăuga nutrienți, oxigen, alte amendamente. BI poate implica utilizarea de culturi microbiene special cultivate pentru degradarea anumitor poluanți sau grupe de poluanți, sau pentru a rezista în condiții deosebit de severe de mediu. Uneori microorganismele din situl supus remedierii sunt colectate, cultivate separat și apoi reintroduse în sit ca mijloc de mărire rapidă a populației microbiene în situl respectiv. Alteori, deși mai rar, se pot adăuga alte tipuri de microorganisme în diferite etape ale procesului de remediere, ca urmare a modificării compoziției poluanților pe măsură ce procesul de bioremediere evoluează.

În cazul în care degradarea poluanților este un proces aerob, BI se poate realize prin percolarea sau injecția în sol de apă freatică sau apă necontaminată cu conținut de nutrienți și saturată cu oxigen dizolvat. În locul oxigenului dizolvat se poate folosi o altă sursă de oxigen, de ex. H2O2. În cazul solurilor contaminate în stratul superficial, puțurile de injecție sunt înlocuite cu galerii de infiltrație sau cu sisteme de irigare la suprafață. Deoarece temperaturile scăzute încetinesc bioremedierea, solul poate fi acoperit cu diverse dispozitive de încălzire sau menținere a temperaturii, pentru accelerarea procesului.

Dacă prin degradare anaerobă rezultă intermediari sau produși mai periculoși decât poluanții inițiali (ex.: degradarea anaerobă a tricloretenei la clorură de vinil), se recomandă crearea ulterioară de condiții aerobe pentru neutralizarea acestora.

BI a fost aplicată cu succes pentru remedierea solurilor, nămolurilor și apelor subterane contaminate cu hidrocarburi din petrol, solvenți, pesticide, conservanți pentru lemn, alte substanțe organice. Studii pilot au arătat eficiența procesului la degradarea anaerobă a TNT din solurile contaminate cu reziduuri de muniții, mai ales după ce sursa a fost îndepărtată iar concentrația poluantului în sol este scăzută. Poluanții frecvent îndepărtați prin această tehnică sunt HAP, COSV nehalogenați și fracțiunile benzen-toluen-etibenzen-xileni (BTEX) din siturile poluate cu conservanți ai lemnului (creuzot) sau de pe amplasamentele unor rafinării.

BI poate fi considerată o tehnologie pe termen lung, curățirea unui sit putând dura între 6 luni și 5 ani, în funcție și de specificul local. Costurile aferente tehnologiei variază între 30 — 100 USD/m3 de sol tratat.

BI prezintă și o serie de limitări, cum ar fi:

ineficiența în cazul în care matricea solului nu permite contactul între poluanți și microorganisme;

circulația soluțiilor apoase prin sol poate conduce la creșterea mobilității poluanților;

colonizarea preferențială a microorganismelor poate produce înfundarea puțurilor de injecție a apei/nutrienților;

curgerile preferențiale pot reduce considerabil contactul fluidelor injectate cu poluanții — procesul nu este recomandat pentru solurile argiloase, puternic stratificate sau eterogene;

concentrații ridicate de metale grele, compuși cu grad ridicat de clorurare, alcani cu catenă lungă, săruri anorganice sunt toxice pentru microorganisme;

scăderea vitezei procesului la scăderea temperaturii;

necesitatea tratării la suprafață a apei freatice extrase (stripare cu aer sau tratare cu cărbune activ) înainte de re-injectare în sol sau depozitare.

BIOAERAREA

Bioaerarea este un procedeu prin care biodegradarea aerobă in situ este stimulată prin aport suplimentar de oxigen către bacteriile solului. Spre deosebire de procedeul de extracție a vaporilor din sol, bioaerarea utilizează debite scăzute de aer, atât cât să susțină activitatea microbiologică. Uzual oxigenul este adăugat în sol prin injecție directă de aer în situl contaminat. Injectarea de aer se poate realiza în puțuri verticale sau în canale orizontale (figura 1). Pe lângă accelerarea degradării, bioaerarea are și un efect secundar, acela de a deplasa poluanții volatili prin solul activat. Procedeul se aplică, de regulă, în zona nesaturată a solului (zona vadoasă) și se pretează tuturor compușilor care pot fi biodegradați aerob.

Figura 1. Schema de principiu a bioaerării: a — injecție verticală; b — injecție orizontală;

1 — compresor; 2 — rezervor de combustibil (sursă de poluare); 3 – puțuri verticale;

4 — conducte orizontale de injecție

Pentru realizarea corespunzătoare a procesului trebuie ca aerul să fie capabil de a traversa solul într-o cantitate suficientă pentru menținerea condițiilor aerobe, ceea ce înseamnă un conținut de minimum 2% O2 în sol și în sol să fie prezente într-o concentrație corespunzătoare populații bacteriene apte pentru degradarea poluanților organici — minim 105 UFC/g sol, optim 107 – 108 UFC/g sol. Sunt necesare teste prealabile pentru determinarea permeabilității solului la aer, precum și teste de respirație in situ.

Principalii factori care limitează bioaerarea sunt:

condiții hidrogeologice improprii (pânza freatică foarte apropiată de suprafață, lentile de sol saturat, permeabilitate redusă a solului);

umiditatea extrem de scăzută a solului (la sub 2% masice umiditate, activitatea microbiană este inhibată);

umiditatea prea ridicată a solului (reduce permeabilitatea aerului și scade rata de transfer a oxigenului);

temperaturile scăzute.

Pe lângă schema tehnologică tipică redată în fig. 1, există și alte posibilități tehnice de a realiza bioaerarea: în circuit închis, sau prin deshidratare sub presiune (figura 2). În cazul aplicării circuitului închis se maximizează cantitatea de poluant biodegradată, prin recircularea oxigenului care nu este consumat în totalitate la o singură trecere. Solul din zona vadoasă devine un bioreactor cu recircularea fazei gazoase, în care doar 10% din debitul de aer recirculat trebuie înlocuit cu aer proaspăt. În cazul deshidratării sub presiune, aerul este injectat sub presiune chiar deasupra nivelului pânzei freatice. În zona respectivă are loc deshidratarea solului, pânza freatic se deformează, iar zona contaminată este expusă acțiunii oxigenului din aer. Se accelerează astfel degradarea poluanților din capilare, îmbunătățindu-se totodată calitatea apei subterane, fără a mai fi necesară remedierea directă a acesteia.

Figura 2. Tehnici alternative de bioaerare: a – în circuit închis;

b – prin deshidratare subpresiune;

1 – compresor; 2 – puțuri de extracție a aerului; 3 – puțuri de injecție a aerului;

4 — evacuare parțială în atmosferă

Până în prezent bioaerarea a fost utilizată cu succes la remedierea unor soluri contaminate cu produse petroliere, solvenți neclorurați, anumite pesticide, conservanți pentru lemn etc. Cele mai rapide rezultate se obțin la degradarea componentelor cele mai toxice, solubile și mobile din componența carburanților: benzen, toluen, etilbenzen, xileni. în mai puțin de un an, cantitatea acestora din sol se reduce cu peste 90%. Degradarea majorității compușilor clorurați se poate realiza numai prin utilizarea unor co-metaboliți (injectând metan în sol, de ex.), sau prin existența unui ciclu anaerob.

Bioaerarea este o tehnologie aplicabilă pe termen mediu spre lung. Rezultate vizibile se obțin în luni până la ani. Există cercetări referitoare la extinderea bioaerării la solurile cu permeabilitate scăzută, prin injecție de oxigen în loc de aer; în zone cu climă rece, prin încălzirea solului; la bioremedierea compușilor recalcitranți (HAP, pesticide), prin ozonizarea aerului injectat în sol. Costurile bioaerării scad la creșterea volumului de sol tratat: la 600 m3 sol, costurile sunt de 928 — 970 USD/m3, în timp ce la 13000 m3 de sol costurile scad la 79 — 109 USD/m3.

FITOREMEDIEREA

Sub denumirea generală de fitoremediere sunt cuprinse acele procese care utilizează plantele pentru îndepărtarea, transferul, stabilizarea și distrugerea contaminanților din sol, apă, sedimente. Metodele de fitoremediere oferă un potențial semnificativ pentru anumite aplicații și permit remedierea unor situri mult mai mari decât ar fi posibil în cazul utilizării unor tehnologii tradiționale de remediere. Un număr mare de specii de plante (peste 400 la ora actuală), începând cu ferigile pteridofite și terminând cu angiosperme ca floarea-soarelui sau plopul, pot fi utilizate pentru îndepărtarea poluanților prin intermediul mai multor mecanisme. Mecanismele fitoremedierii includ biodegradarea intensificată în rizosferă (rizodegradarea), fitoextracția (fitoacumularea), fitodegradarea și fitostabilizarea.

Rizodegradarea are loc în porțiunea de sol care înconjoară rădăcinile plantelor. Substanțele naturale eliberate de rădăcinile plantelor servesc drept substrat pentru microrganismele prezente în rizosferă, accelerând astfel degradarea contaminanților. Rădăcinile plantelor afânează solul, lasând loc pentru transportul apei și aerare. Acest proces tinde să împingă apa către zona de suprafață și să deshidrateze zonele saturate mai joase.

Fitoextracția este procesul prin care rădăcinile plantelor absorb împreună cu apa și nutrienții și contaminanții din sol (metalele, în special). Contaminanții nu sunt distruși, dar se acumulează în rădăcinile, tulpinile și frunzele plantelor, care pot fi recoltate în vederea îndepărtării și distrugerii contaminanților. Procesul de extracție depinde de abilitatea plantelor de a crește în soluri cu concentrații ridicate de metale și de capacitatea acestora de a extrage din sol metalele în condțiile climaterice specific solului respective. Pentru fitoextracție se pot folosi fie plante cu capacitate naturală excepțională de a acumula metale, așa numiții hiperacumulatori, fie plante care produc cantități ridicate de biomasă (porumb, orz, mazăre, ovăz, orez, muștar indian) asistate chimic cu adaosuri de substanțe care îmbunătățesc capacitatea de extracție a metalelor

Adaosurile de acid citric, acid oxalic, acid galic, acid vanilic, chelatizanți clasici ca etilendiaminotetraacetat – EDTA și dietilentriaminopentaacetat – DTPA sau chelatizanți biodegradabili ca etilendiaminodisuccinat — EDDS, metilglicindiacetat — MGDA îmbunătățesc substanțial extracția din sol a Zn, Cd, Cu și Ni. Aceste adaosuri prezintă însă riscul de a mobiliza metalele în apele subterane. Numărul hiperacumulatorilor în regnul vegetal este redus: circa 400 de specii de plante vasculare, marea majoritate prezentând o afinitate deosebită pentru Ni. Prin definiție, hiperacumulatorii trebuie să acumuleze cel puțin 100 mg/g Cd sau As, 1000 mg/g Co, Cu, Cr, Ni sau Pb, 10000 mg/g Mn sau Ni. Anumite specii de ferigi prezintă o capacitate deosebită de acumulare pentru As — până la 23000 mg/kg în lăstarii speciei Pteris vitata. Hrișca obișnuită (Fagopyrum esculentum Moench) poate acumula în tulpini până la 4200 mg/kg Pb, fiind prima specie hiperacumulatoare de Pb care are și o productivitate ridicată în biomasă. Alte plante cu potențial pentru fitoextracție sunt cele din genul Brassica: Brassica juncea (muștarul indian) pentru Cd, Cr(VI), Cs, Cu, Ni, Pb, U, Zn, Brassica napus (napul) pentru Pb, Se, Zn, Brassica oleracea (varza ornamentală) pentru 137Cs, Ni, As, Tl. Extracția Hg biodisponibil din sol se poate realiza cu orz, grâu, lupin galben (Lupinus luteus), iarba câinelui (Cynodon dactylon).

Fitodegradarea este procesul de metabolizare a contaminanților în țesuturile vegetale. Plantele produc enzime (dehalogenaze, oxigenaze) care favorizează degradarea catalitică a contaminanților ajunși în țesutul vegetal. Este studiată posibilitatea degradării concomitente a compușilor aromatici și a compușilor alifatici clorurați prin această metodă.

Fitostabilizarea este procesul bazat pe capacitatea anumitor plante de a produce compuși chimici care pot lega, la interfața rădăcină – sol, într-o formă inactivă, cantități importante de compuși toxici (îndeosebi metale grele), împiedicând astfel răspândirea lor în apele subterane sau în alte medii. Uzual, solul supus fitostabilizării este arat, tratat cu diverse amendamente pentru fixarea rapidă a metalelor (var, îngrășaminte fosfatice, oxihidroxizi de Fe sau Mn, minerale argiloase etc.), după care este însămânțat cu plante cunoscute ca slabi translocatori ai metalelor, astfel încât acestea să nu ajungă în părțile plantei care pot fi consumate de animale. Iarba vântului (Agrostis tenuis) și păiușul roșu (Festuca rubra) sunt folosite în aplicații comerciale pentru fitostabilizarea solurilor contaminate cu Pb, Zn sau Cu.

Rizofiltrarea este similară fitoacumulării, cu observația că se aplică doar efluenților lichizi. Plantele sunt crescute fără sol și sunt transportate în ariile contaminate. Pe măsură ce rădăcinile se saturează cu contaminanți, se recoltează și se depozitează.

Fitovolatilizarea este procesul prin care plantele absorb apa contaminată cu compuși organici pe care îi elimină apoi în atmosferă prin intermediul frunzelor. Și unele metale (Hg, As, Se) pot fi eliminate sub formă de compuși gazoși, dar toxicitatea acestora pune la îndoială eficacitatea acestei metode. Plante de tutun (Nicotiana tabacum) modificate genetic au fost utilizate pentru sorbția mercurului și a metilmercurului din sol, urmată de eliberarea acestora în atmosferă ca oxid de mercur.

Influența hidraulică este procesul prin care arborii în special facilitează procesele de remediere, influențând mișcarea apei din pânza freatică. Arborii acționează ca pompe naturale atunci când rădăcinile lor ajung sub oglinda apei freatice, stabilind o rețea densă de rădăcini care preiau cantități importante de apă. Spre exemplu, o specie de plop (Populus deltoides) ajunsă la maturitate poate absorbi până la 1,3 m3 de apă zilnic. În concluzie se poate defini fitoremedierea ca procesul de utilizare in situ a plantelor vii pentru tratarea solurilor, nămolurilor și apelor subterane, prin îndepărtarea, degradarea sau imobilizarea poluanților existenți. Tehnicile de fitoremediere sunt potrivite pentru ariile în care contaminarea este de nivel scăzut până la moderat, suficient de aproape de suprafață, și într-o zonă puțin adâncă. Cu aceste limitări, fitoremedirea poate fi aplicată pentru diferitelor categorii de poluanți: metale, pesticide, solvenți, explozivi, țiței brut, HAP, diferiți compuși organici, scurgeri de la depozitarea deșeurilor menajere. Specia vegetală frecvent utilizată în proiectele de fitoremediere este deocamdată plopul. Acest arbore crește rapid, poate supraviețui în condiții climaterice variate, iar în comparație cu alte specii poate extrage cantități mari de apă din acvifere sau din sol, extrăgând astfel și poluanții solubilizați din mediul contaminat.

Fitoremedierea este o tehnologie nouă, încă în fază de dezvoltare, aplicațiile sale practice fiind relativ recente. Primele cercetări s-au făcut la începutul anilor 1990, o serie de tehnici fiind aplicate cu rezultate rezonabile în unele situri poluate.

Dintre dezavantajele fitoremedierii se pot menționa:

limitarea adâncimii zonei tratate în funcție de plantele utilizate – în majoritatea cazurilor procedeul este aplicabil pentru poluanți aflați aproape de suprafață;

concentrații ridicate de materiale periculoase pot fi toxice pentru plante;

prezintă aceleași limitări privind transferul de masă ca și celelalte tehnologii de bioremediere;

poate avea caracter sezonier, depinzând de locația geografică a ariei supuse bioremedierii;

poate transfera poluanții între diverse medii (din sol în aer, de ex.); nu este eficientă pentru contaminanții puternic adsorbiți, cum ar fi PCB;

(vi) toxicitatea și biodisponibilitatea produșilor de biodegradare nu este întotdeauna cunoscută;

(vii) produșii de biodegradare pot fi mobilizați în apa freatică sau se pot bioacumula în regnul animal, prin intermediul lanțului trofic;

(viii) fiind încă în fază demonstrativă, este relativ nefamiliar forurilor legislative.

Costurile fitoremedierii sunt scăzute: pentru extragerea poluanților dintr-un strat de sol de 50 cm adâncime costurile variază între 30 — 50 USD/m3 (aproximativ 150000 — 250000 USD/ha). Un hectar de sol contaminat tot la 50 cm, dar tratat ex situ prin biodegradare în straturi excavate costă între 0,99 și 4,2 milioane USD.

BIOREMEDIEREA EX SITU

Principala caracterisică a tehnologiilor de bioremediere ex situ este aceea că solul este mutat din amplasamentul său inițial, fie într-o instalație adecvată, fie în altă parte a aceluiași sit. Principalele avantaje ale tehnologiilor ex situ sunt optimizarea condițiilor de lucru, un mai bun control al procesului, o monitorizare mai simplă și mai precisă. În plus, adăugarea de microorganisme specializate în biodegradarea anumitor contaminați este mai ușor de realizat și mai sigură. Aceste tehnologii sunt preferate în cazul poluărilor localizate, în zonele în care concentrația poluanților este relativ ridicată, iar adâncimea la care se găsesc nu este prea mare. Pricipalele dezavantaje sunt costurile suplimentare legate de excavare și transport, riscurile răspândirii poluanților prin aceste manevre sau poluarea secundară generată de mutarea solului. În plus, este necesar un spațiu suplimentar pentru tratare. Costurile, în general, sunt mai ridicate decât în cazul bioremedierii in situ

Bioremedierea în movile statice (BMS)

Bioremedierea în movile statice este o tehnologie în care solul excavat este amestecat cu diverse amendamente și așezat pe o zonă de tratare prevăzută cu un sistem de colectare a scurgerilor și posibilități de aerare. Se utilizează pentru reducerea concentrației produșilor petrolieri din sol prin biodegradarea acestora. Pentru îmbunătățirea biodegradării se reglează umiditatea, căldura, conținutul de nutrienți și oxigen, pH-ul. Zona de tratare este acoperită sau inclusă într-un strat impermeabil pentru minimizarea riscului scurgerii contaminanților în solul nepoluat. Scurgerile colectate pot fi de asemenea tratate într-un bioreactor înainte de recirculare. La ora actuală există diverse variante comerciale ale procedeului, în care rețete speciale de nutrienți și aditivi sunt încorporate în sol pentru stimularea biodegradării. Aceste rețete sunt de regulă elaborate în funcție de condițiile specifice ale sitului tratat.

Movilele de sol au un sistem de aerare îngropat, prin care circulația aerului se realizează prin depresiune (vacuum) sau suprapresiune. Înălțimea movilelor poate atinge până la 7 m, dar înălțimea recomandată este de maximum 2 — 3 m. Movilele pot fi acoperite cu folii de plastic pentru controlul evaporării apei și volatilizării compușilor organici, precum și pentru favorizarea încălzirii solare. Dacă în sol există COV care trec în fluxul de aer, aerul care părăsește solul poate fi tratat pentru îndepărtarea sau distrugerea COV înainte de descărcarea în atmosferă. BMS este o tehnologie aplicabilă pe termen scurt: săptămâni pănă la câteva luni. Tehnologia se pretează bine la distrugerea COV monohalogenați precum și a hidrocarburilor din combustibili. Poate fi aplicată și la tratarea anumitor COV halogenați, COSV, pesticide, cu o eficiență variabilă.

Printre dezavantajele BMS se pot menționa:

(i) necesitatea excavării solului;

(ii) procesele în fază solidă au o eficiență discutabilă în cazul derivaților halogenați și pot fi ineficiente în cazul reziduurilor provenite de la utilizarea explozivilor;

(iii) la aceeași dimensiune a șarjei, timpul necesar decontaminării complete este mai ridicat decât în cazul bioremedierii în fază de noroi;

(iv) procesul fiind static, tratarea este mai puțin uniformă decât în cazul proceselor care implică o amestecare periodică a fazei solide.

Costurile tratării depind de tipul contaminantului, necesitatea pre- sau posttratării, necesitatea unor echipamente pentru controlul emisiilor atmosferice. BMS este o tehnologie relativ simplă, cu un necesar redus de personal de operare și întreținere. Costurile tipice sunt de 130 — 260 USD/m3 de sol tratat.

Compostarea

Compostarea este un proces biologic controlat prin intermediul căruia o serie de contaminanți organici sunt transformați aerob sau anaerob de către microorganisme în produse netoxice. Solul contaminat excavat este amestecat cu agenți de afânare și amendamente organice (rumeguș, fân, gunoi de grajd, resturi vegetale etc.). Alegerea corectă a amendamentelor asigură o porozitate adecvată, precum și un echilibru carbon-azot care să asigure condiții termofile (54 — 65 °C) de dezvoltare a microorganismelor. O eficiență maximă a degradării se obține prin aerare (întoarcerea zilnică a movilelor de compost), irigare (dacă este necesar) și o monitorizare atentă a temperaturii și a conținutului de umiditate. În timpul compostării pot avea loc emisii în atmosferă dacă în solul contaminat sunt prezenți COV sau COSV, caz în care sunt necesare echipamente pentru controlul emisiilor.

Există trei variante tehnologice de realizare a compostării:

– compostarea în movile statice aerate: compostul este clădit în movile și aerat prin intermediul unor suflante sau al unor pompe de vid;

– compostarea în reactoare cu agitare mecanică: compostul este introdus într-un vas de reacție în care este amestecat și aerat;

– compostarea în movile lungi: compostul este clădit în movile lungi, fiind periodic amestecat cu echipamente mobile. Aceasta este considerată ca fiind cea mai ieftină alternativă de compostare.

Compostarea se poate aplica solurilor și sedimentelor contaminate cu compuși organici biodegradabili. Studii pe instalații pilot și în teren au arătat că prin compostare aerobă termofilă este posibilă reducerea concentrației trinitrotoluenului, picratului de amoniu, a HAP până la nivele acceptabile. În 40 de zile de operare, conținutul de TNT din sol poate fi redus cu 99,7%, mare parte a degradării având loc în primele 20 de zile de tratare.

Ca dezavantaje se pot menționa:

(i) necesitatea unui spațiu substanțial pentru compostare;

(ii) apariția emisiilor de COV la excavarea solului;

(iii) creșterea volumului materialului solid în urma compostării, ca urmare a adaosurilor de amendamente;

(iv) imposibilitatea reducerii conținutului de metale grele.

Costurile compostării sunt funcție de volumul de sol tratat, fracția de sol din compost, disponibilitatea amendamentelor, tipul contaminantului, varianta tehnologică de compostare aleasă. La un volum de sol de circa 15000 m3 contaminat cu explozivi, costurile de tratare sunt de 249 USD/m3 la compostarea în movile lungi, 308 USD/m3 la compostarea în movile statice aerate și 380 USD/m3 la compostarea în reactoare cu agitare mecanică.

Biodegradarea în straturi preparate (BSP)

Biodegradarea în straturi preparate (landfarming) este o tehnologie de bioremediere a solurilor, sedimentelor sau nămolurilor contaminate prin excavare, așezate în straturi amplasate pe un suport impermeabil. Periodic straturile sunt răsturnate sau lucrate pentru aerare. De cele mai multe ori, condițiile din strat sunt controlate pentru optimizarea vitezei de degradare a poluanților. Se practică controlul umidității (prin irigare sau pulverizare de apă), aerării (prin lucrarea solului cu o frecvență prestabilită are loc amestecarea și aerarea), pH-ului (prin neutralizare cu piatră de var sfărâmată sau cu var agricol), amendamentelor (prin adăugare de afânători, nutrienți etc.).

Mediul contaminat este tratat în straturi cu grosimea de până la 40 — 45 cm. Când este atins nivelul de tratare dorit, stratul tratat este îndepărtat, clădindu-se altul nou. Se recomandă însă doar îndepărtarea vârfului stratului tratat, noul strat clădinduse prin adăugare de material contaminat și amestecare cu materialul rămas. În felul acesta materialul contaminat proaspăt adăugat este inoculate cu culturi microbiene active, reducându-se astfel durata tratării.

O variantă a BSP este tratarea solului (TS sau land treatment), când solurile, sedimentele sau nămolurile contaminate sunt afânate cu dispozitive mecanice mobile și lăsate să interacționeze cu solul pe care sunt amplasate. Interacțiunea dinamică dintre deșeuri, sol, climă și activitatea microbiană conduce la degradarea, transformarea și imobilizarea constituenților poluanți. Ca și în cazul BSP, este necesar controlul umidității, aerării, pH-ului, adaosului de amendamente. În plus sunt necesare măsuri suplimentare de siguranță pentru evitarea contaminării apelor freatice și de suprafață, a aerului, sau prin intermediul lanțului trofic. BSP și TS sunt tehnologii cu aplicabilitate pe termen mediu și lung. Ele au fost demonstrate cu succes în tratarea hidrocarburilor petroliere grele (motorine, nămoluri petroliere), reziduurilor de cocsare, a conservanților pentru lemn (pentaclorfenol, creuzot) și a anumitor pesticide. Hidrocarburile cu masă moleculară mică se evaporă și se transferă în atmosferă înainte de a putea fi degradate prin aceste tehnologii.

Ca dezavantaje ale acestor tehnologii se pot menționa: (i) necesitatea unor spații largi;

(ii) controlul precar al anumitor factori (precipitații, temperatură) care afectează biodegradarea;

(iii) imposibilitatea degradării poluanților anorganici;

(iv) necesitatea pretratării COV care altfel s-ar volatiliza în atmosferă provocând poluarea acesteia;

(v) necesitatea controlului prafului emanat în timpul lucrării solului; (vi) necesitatea construirii și supravegherea funcționării unor dispozitive de captare a apelor meteorice;

(vii) anumite deșeuri sunt restricționate la aplicarea pe sol (anumite nămoluri petroliere, de ex.), ele neputând fi tratate prin aceste tehnologii.

Aplicarea acestor tehnologii implică atât costuri anterioare aplicării și independente de volumul tratat (25000 — 50000 USD pentru studii de laborator, până la 100000 USD pentru studii pe pilot și experimentări în teren), precum și costuri de exploatare, care nu depășesc 100 USD/m3.

Bioremedierea în fază de noroi (BFN)

Principiul tehnologiei de bioremediere în fază de noroi constă în realizarea unei suspensii consistente (noroi) alcătuită din sol, sedimente sau nămol, apă și alți aditivi. Noroiul este amestecat pentru menținerea în suspensie a solidelor și pentru a permite contactul microrganismelor cu contaminanții din sol. După realizarea biodegradării, noroiul este deshidratat, faza solidă rezultată fiind adusă pe amplasamentul original sau utilizată în alte scopuri. BFN necesită tratarea controlată a solului excavat într-un bioreactor. În prealabil din sol se separă pietrele și molozul, după care se diluează cu apă la o concentrație depinzând de concentrația poluanților, viteza biodegradării și de natura fizică a solului. În unele variante se practică o prespălare a solului în vederea concentrării contaminanților. Nisipul curat poate fi îndepărtat, rămânând pentru alimentarea bioreactorului doar particulele fine de sol contaminat și apele de spălare.

Noroaiele tipice conțin 10 — 30% de fază solidă. Suspensia se trece într-un bioreactor cu agitare unde se adaugă nutrienți și oxigen. Dacă este necesar, se face o corecție de pH prin adăugare de acizi sau baze. Se pot adăuga și culturi microbiene în cazul în care specia adecvată nu este prezentă în solul de tratat. La terminarea biodegradării, suspensia de sol se supune deshidratării, utilizându-se în acest scop decantoare, filtre sub presiune sau la vid, paturi uscătoare de nisip sau centrifuge. BFN este o tehnologie pe termen scurt către mediu. Timpul de staționare în bioreactor este funcție de natura poluanților, concentrația lor și de gradul de îndepărtare dorit. Uzual sunt necesare 5 zile pentru distrugerea pentaclorfenolului, 13 zile pentru remedierea solului contaminat cu pesticide și 60 de zile pentru decontaminarea nămolului de rafinărie.

Pâna în prezent, BFN a fost aplicată cu succes la remedierea solurilor, nămolurilor și sedimentelor contaminate cu explozivi, produse petroliere, produse petrochimice, solvenți, pesticide, conservanți pentru lemn și alte substanțe organice. Bioreactoarele sunt preferate față de tehnicile de remediere in situ în cazul solurilor greu permeabile, a solurilor eterogene, în cazul în care apele freatice care înconjoară zona poluată sunt greu de captat, sau atunci când tratarea trebuie realizată rapid.

BFN se utilizează în special pentru tratarea COV și COSV nehalogenați din soluri excavate sau din sedimente dragate, precum și pentru tratarea solurilor contaminate din poligoanele de artilerie. Bioreactoarele în care se adaugă co-metabolițI și microorganisme special adaptate pot fi utilizate pentru tratarea COV și COSV halogenați, pesticidelor și PCB. Bioreactoare secvențiale anaerob/aerob se pot utilize pentru tratarea PCB, COSV halogenați, pesticidelor și reziduurilor explozivilor de artilerie. Există și unități mobile de tratare, care pot fi deplasate rapid în diverse zone.

Factorii care limitează aplicabilitatea și eficiența BFN sunt:

(i) necesitatea excavării, excepție făcând tratarea în lagune;

(ii) clasarea materialelor înainte de introducere în reactor poate fi dificilă și costisitoare;

(iii) solurile neomogene sau argiloase pot crea probleme serioase de manipulare;

(iv) deshidratarea particulelor fine rezultate în urma tratării poate fi costisitoare;

(v) este necesară găsirea unei metode acceptabile de utilizare a apelor uzate nereciclate în proces.

Costul tratării prin procedeul BFN variază între 130 — 200 USD/m3, respective între 160 — 210 USD/m3 în cazul în care gazele rezultate din bioreactor trebuiesc ulterior tratate datorită prezenței compușilor volatili.