Umweltsanierung

Sanierungstechnologien sind vielfältig, können jedoch im Allgemeinen in Ex-situ- und In-situ-Methoden eingeteilt werden. Ex-situ-Verfahren umfassen den Aushub betroffener Böden und die anschließende Behandlung an der Oberfläche sowie die Gewinnung kontaminierten Grundwassers und die Behandlung an der Oberfläche. In-situ-Methoden versuchen, die Kontamination zu behandeln, ohne die Böden oder das Grundwasser zu entfernen. Zur Sanierung von ölverschmutzten Böden/Sedimenten wurden verschiedene Technologien entwickelt.Traditionelle Sanierungsansätze bestehen aus Bodenaushub und Entsorgung auf Deponien und Grundwasser „pump and treat“. In-situ-Technologien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Verfestigung und Stabilisierung, Bodendampfextraktion, durchlässige reaktive Barrieren, überwachte natürliche Dämpfung, Bioremediation-Phytoremediation, chemische Oxidation, dampfverstärkte Extraktion und In-situ-thermische Desorption und wurden in den USA ausgiebig eingesetzt.

Thermische desorptionEdit

Die thermische Desorption ist eine Technologie zur Bodensanierung. Während des Prozesses verflüchtigt ein Desorber die Verunreinigungen (z. B. Öl, Quecksilber oder Kohlenwasserstoff), um sie vom Boden oder Schlamm zu trennen. Danach können die Schadstoffe entweder gesammelt oder in einer Abgasreinigungsanlage vernichtet werden.

Aushub oder Baggerarbeiten

Aushubprozesse können so einfach sein wie das Schleppen des kontaminierten Bodens zu einer regulierten Deponie, können aber auch das Belüften des Aushubmaterials im Falle von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) beinhalten. Jüngste Fortschritte in der Bioaugmentierung und Biostimulation des Aushubmaterials haben sich auch als in der Lage erwiesen, halbflüchtige organische Verbindungen (SVOCs) vor Ort zu sanieren. Wenn die Kontamination einen Fluss- oder Buchtboden betrifft, kann das Ausbaggern von Buchtschlamm oder anderen schlammigen Tonen, die Verunreinigungen enthalten (einschließlich Klärschlamm mit schädlichen Mikroorganismen), durchgeführt werden.Vor kurzem ist chemische Oxidation ExSitu auch in der Sanierung des verseuchten Bodens verwendet worden. Dieser Prozess beinhaltet die Ausgrabung des kontaminierten Bereichs in große bermte Bereiche, in denen sie mit chemischen Oxidationsmethoden behandelt werden.

Surfactant Enhanced Aquifer Remediation (SEAR)Bearbeiten

Der Surfactant Enhanced Aquifer Remediation-Prozess, der auch als Solubilisierung und Rückgewinnung bezeichnet wird, umfasst die Injektion von Kohlenwasserstoffminderungsmitteln oder Spezialtensiden in den Untergrund, um die Desorption und Rückgewinnung von gebundener, ansonsten widerspenstiger, nicht wässriger Phasenflüssigkeit (NAPL) zu verbessern.In geologischen Formationen, die die Lieferung von Kohlenwasserstoffminderungsmitteln oder Spezialtensiden ermöglichen, bietet dieser Ansatz eine kostengünstige und dauerhafte Lösung für Standorte, die zuvor mit anderen Sanierungsansätzen nicht erfolgreich waren. Diese Technologie ist auch erfolgreich, wenn sie als erster Schritt in einem facettenreichen Sanierungsansatz unter Verwendung von SEAR, dann In situ Oxidation, Bioremediation Enhancement oder Soil Vapor Extraction (SVE) eingesetzt wird.

Pump and treatEdit

Bei Pump and treat wird kontaminiertes Grundwasser mit einer Tauch- oder Vakuumpumpe abgepumpt und das extrahierte Grundwasser durch langsames Durchlaufen einer Reihe von Gefäßen gereinigt, die Materialien enthalten, die die Verunreinigungen aus dem Grundwasser adsorbieren sollen. Für erdölbelastete Standorte ist dieses Material üblicherweise Aktivkohle in Granulatform. Chemische Reagenzien wie Flockungsmittel, gefolgt von Sandfiltern, können ebenfalls verwendet werden, um die Kontamination des Grundwassers zu verringern. Air Stripping ist eine Methode, die für flüchtige Schadstoffe wie BTEX-Verbindungen in Benzin wirksam sein kann.

Für die meisten biologisch abbaubaren Materialien wie BTEX, MTBE und die meisten Kohlenwasserstoffe können Bioreaktoren verwendet werden, um das kontaminierte Wasser auf nicht nachweisbare Werte zu reinigen. Mit Wirbelschichtbioreaktoren ist es möglich, sehr niedrige Abflusskonzentrationen zu erreichen, die die Abflussanforderungen für die meisten Schadstoffe erfüllen oder übertreffen.

Je nach Geologie und Bodenart kann pump and Treat eine gute Methode sein, um hohe Schadstoffkonzentrationen schnell zu reduzieren. Aufgrund des Gleichgewichts der Absorptions- / Desorptionsprozesse im Boden ist es schwieriger, ausreichend niedrige Konzentrationen zu erreichen, um Sanierungsstandards zu erfüllen. Pump and Treat ist jedoch in der Regel nicht die beste Form der Sanierung. Es ist teuer, das Grundwasser zu behandeln, und in der Regel ist ein sehr langsamer Prozess, um eine Freisetzung mit Pumpe zu reinigen und zu behandeln. Es ist am besten geeignet, um das hydraulische Gefälle zu kontrollieren und zu verhindern, dass sich eine Freisetzung weiter ausbreitet. Bessere Optionen für die In-situ-Behandlung sind häufig die Luftspar- / Bodendampfextraktion (AS / SVE) oder die Zweiphasenextraktion / Mehrphasenextraktion (DPE / MPE). Andere Methoden umfassen den Versuch, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Grundwasser zu erhöhen, um den mikrobiellen Abbau der Verbindung (insbesondere Erdöl) durch direkte Injektion von Sauerstoff in den Untergrund oder die direkte Injektion einer Aufschlämmung zu unterstützen, die im Laufe der Zeit langsam Sauerstoff freisetzt (typischerweise Magnesiumperoxid oder Calciumoxyhydroxid).

Verfestigung und Stabilisierungbearbeiten

Verfestigungs- und Stabilisierungsarbeiten weisen eine recht gute Erfolgsbilanz auf, weisen jedoch auch eine Reihe schwerwiegender Mängel in Bezug auf die Haltbarkeit von Lösungen und mögliche Langzeiteffekte auf. Darüber hinaus werden CO2-Emissionen aufgrund der Verwendung von Zement auch zu einem großen Hindernis für seine breite Verwendung in Verfestigungs- / Stabilisierungsprojekten.

Stabilisierung / Verfestigung (S/ S) ist eine Sanierungs- und Behandlungstechnologie, die auf der Reaktion zwischen einem Bindemittel und dem Boden beruht, um die Mobilität von Verunreinigungen zu stoppen / zu verhindern oder zu verringern.

• Stabilisierung beinhaltet die Zugabe von Reagenzien zu einem kontaminierten Material (z. B. Boden oder Schlamm), um chemisch stabilere Bestandteile zu erzeugen; und
• Verfestigung beinhaltet die Zugabe von Reagenzien zu einem kontaminierten Material, um physikalische / Dimensionsstabilität zu verleihen, um Verunreinigungen in einem festen Produkt zu enthalten und den Zugang durch externe Agenten (z. B. Luft, Niederschlag) zu reduzieren.

Konventionelle S/S ist eine etablierte Sanierungstechnologie für kontaminierte Böden und Behandlungstechnologie für gefährliche Abfälle in vielen Ländern der Welt. Die Einführung von S / S-Technologien war jedoch relativ bescheiden, und es wurden eine Reihe von Hindernissen identifiziert, darunter:

• die relativ geringen Kosten und die weit verbreitete Verwendung der Deponierung auf Deponien;
• das Fehlen maßgeblicher technischer Leitlinien für S / S;
• Unsicherheit über die Haltbarkeit und die Geschwindigkeit der Schadstofffreisetzung aus S / S-behandeltem Material;
• Erfahrungen mit früheren schlechten Praktiken bei der Anwendung von Zementstabilisierungsprozessen bei der Abfallentsorgung in den 1980er Jahren und 1990er jahre (ENDET, 1992); und
• Resthaftung, die mit immobilisierten Verunreinigungen verbunden ist, die vor Ort verbleiben, anstatt sie zu entfernen oder zu zerstören.

In-situ-Oxidationbearbeiten

Neue In-situ-Oxidationstechnologien sind zur Sanierung einer Vielzahl von Boden- und Grundwasserverunreinigungen populär geworden. Bei der Sanierung durch chemische Oxidation werden starke Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid, Ozongas, Kaliumpermanganat oder Persulfate injiziert.Sauerstoffgas oder Umgebungsluft kann auch eingespritzt werden, um das Wachstum von aeroben Bakterien zu fördern, die die natürliche Abschwächung organischer Verunreinigungen beschleunigen. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist die Möglichkeit, die natürliche Dämpfung der anaeroben Schadstoffzerstörung zu verringern, wenn bestehende Bedingungen anaerobe Bakterien, die normalerweise im Boden leben, in einer reduzierenden Umgebung fördern. Im Allgemeinen ist die aerobe Aktivität jedoch viel schneller als die anaerobe und die Gesamtzerstörungsraten sind typischerweise größer, wenn die aerobe Aktivität erfolgreich gefördert werden kann.

Die Injektion von Gasen in das Grundwasser kann auch dazu führen, dass sich die Kontamination je nach Hydrogeologie des Standorts schneller als normal ausbreitet. In diesen Fällen kann eine Herabstufung des Grundwasserflusses eine ausreichende mikrobielle Zerstörung von Verunreinigungen vor der Exposition gegenüber Oberflächengewässern oder Trinkwasserversorgungsbrunnen bewirken.

Die Migration von Metallverunreinigungen muss ebenfalls berücksichtigt werden, wenn das Oxidations-Reduktions-Potenzial unter der Oberfläche verändert wird. Bestimmte Metalle sind in oxidierenden Umgebungen besser löslich, während andere in reduzierenden Umgebungen mobiler sind.

Soil Vapor Extraction

Die Soil Vapor Extraction (SVE) ist eine effektive Sanierungstechnologie für Böden. „Multi Phase Extraction“ (MPE) ist auch dann eine effektive Sanierungstechnologie, wenn Boden und Grundwasser gleichzeitig saniert werden sollen. SVE und MPE verwenden unterschiedliche Technologien zur Behandlung der flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus dem Abgas, die nach der Vakuumentfernung von Luft und Dämpfen (und VOCs) aus dem Untergrund entstehen, und umfassen körnige Aktivkohle (am häufigsten historisch verwendet), thermische und / oder katalytische Oxidation und Dampfkondensation. Im Allgemeinen wird Kohlenstoff für Dampfströme mit niedriger VOC-Konzentration (unter 500 ppmV), Oxidation für VOC-Konzentrationsströme mit mäßiger VOC-Konzentration (bis zu 4.000 ppmV) und Dampfkondensation für Dampfströme mit hoher VOC-Konzentration (über 4.000 ppmV) verwendet. Nachfolgend finden Sie eine kurze Zusammenfassung der einzelnen Technologien.

1. Granular Activated Carbon (GAC) wird als Filter für Luft oder Wasser verwendet. Wird häufig zum Filtern von Leitungswasser in Haushaltsspülen verwendet. GAC ist ein hochporöses Adsorptionsmaterial, das durch Erhitzen organischer Stoffe wie Kohle, Holz und Kokosnussschalen in Abwesenheit von Luft hergestellt wird, die dann zu Granulaten zerkleinert wird. Aktivkohle ist positiv geladen und daher in der Lage, negative Ionen wie organische Ionen, Ozon, Chlor, Fluoride und gelöste organische Stoffe durch Adsorption an der Aktivkohle aus dem Wasser zu entfernen. Die Aktivkohle muss regelmäßig ausgetauscht werden, da sie gesättigt werden kann und nicht mehr adsorbieren kann (d. h. die Absorptionseffizienz bei Belastung verringert wird). Aktivkohle ist nicht wirksam bei der Entfernung von Schwermetallen.
2. Die thermische Oxidation (oder Verbrennung) kann ebenfalls eine wirksame Sanierungstechnologie sein. Dieser Ansatz ist wegen der Risiken von Dioxinen, die durch die Abgase oder das Abgas in die Atmosphäre freigesetzt werden, etwas umstritten. Eine kontrollierte Hochtemperaturverbrennung mit Filterung der Abgase sollte jedoch keine Risiken darstellen. Zwei verschiedene Technologien können verwendet werden, um die Verunreinigungen eines extrahierten Dampfstroms zu oxidieren. Die Wahl von thermisch oder katalytisch hängt von der Art und Konzentration in Volumenteilen des Bestandteils im Dampfstrom ab. Die thermische Oxidation ist für Dampfströme mit höherer Konzentration (~ 4.000 ppmV) (die weniger Erdgasverbrauch erfordern) nützlicher als die katalytische Oxidation bei ~ 2.000 ppmV.

• Thermische Oxidation, bei der ein System verwendet wird, das als Ofen fungiert und Temperaturen von 1.350 bis 1.500 ° F (730 bis 820 ° C) aufrechterhält.
• Katalytische Oxidation, bei der ein Katalysator auf einem Träger verwendet wird, um eine Oxidation bei niedrigerer Temperatur zu ermöglichen. Dieses System hält normalerweise Temperaturen von 600 bis 800 ° F (316 bis 427 ° C) aufrecht.

1. Die Dampfkondensation ist die effektivste Abgasbehandlungstechnologie für Dampfströme mit hoher VOC-Konzentration (über 4.000 ppmV). Das Verfahren beinhaltet das kryogene Abkühlen des Dampfstroms auf unter 40 Grad C, so dass die VOCs aus dem Dampfstrom in flüssige Form kondensieren, wo sie in Stahlbehältern gesammelt werden. Die flüssige Form der VOCs wird als dichte nichtwässrige Phasenflüssigkeiten (DNAPL) bezeichnet, wenn die Quelle der Flüssigkeit überwiegend aus Lösungsmitteln besteht, oder als leichte nichtwässrige Phasenflüssigkeiten (LNAPL), wenn die Quelle der Flüssigkeit überwiegend aus Erdöl besteht oder Kraftstoffprodukte. Diese zurückgewonnene Chemikalie kann dann auf umweltfreundlichere oder umweltfreundlichere Weise als die oben beschriebenen Alternativen wiederverwendet oder recycelt werden. Diese Technologie wird auch als kryogene Kühlung und Kompression (C3-Technologie) bezeichnet.

NanoremediationEdit

Die Verwendung von reaktiven Mitteln in Nanogröße zum Abbau oder zur Immobilisierung von Verunreinigungen wird als Nanoremediation bezeichnet. Bei der Boden- oder Grundwasser-Nanoremediation werden Nanopartikel entweder durch In-situ-Injektion oder durch einen Pump-and-Treat-Prozess mit der Verunreinigung in Kontakt gebracht. Die Nanomaterialien bauen dann organische Verunreinigungen durch Redoxreaktionen ab oder adsorbieren und immobilisieren Metalle wie Blei oder Arsen. In kommerziellen Umgebungen wurde diese Technologie hauptsächlich bei der Grundwassersanierung eingesetzt, wobei die Abwasserbehandlung erforscht wurde. Die Forschung untersucht auch, wie Nanopartikel zur Reinigung von Boden und Gasen eingesetzt werden können.Nanomaterialien sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche pro Masseneinheit hochreaktiv, und aufgrund dieser Reaktivität können Nanomaterialien mit Zielkontaminanten schneller reagieren als größere Partikel. Die meisten Feldanwendungen der Nanoremediation haben Nano-nullwertiges Eisen (nZVI) verwendet, das emulgiert oder mit einem anderen Metall gemischt werden kann, um die Dispersion zu verbessern.

Dass Nanopartikel hochreaktiv sind, kann bedeuten, dass sie schnell verklumpen oder mit Bodenpartikeln oder anderem Material in der Umwelt reagieren, wodurch ihre Ausbreitung auf Zielkontaminanten begrenzt wird. Zu den wichtigen Herausforderungen, die derzeit die Nanoremediationstechnologien einschränken, gehören die Identifizierung von Beschichtungen oder anderen Formulierungen, die die Verteilung der Nanopartikel erhöhen, um die Zielkontaminanten besser zu erreichen und gleichzeitig die potenzielle Toxizität für Bioremediationsmittel, Wildtiere oder Menschen zu begrenzen.

BioremediationEdit

Bioremediation ist ein Prozess, der ein verschmutztes Gebiet entweder durch Veränderung der Umweltbedingungen behandelt, um das Wachstum von Mikroorganismen zu stimulieren, oder durch natürliche Aktivität von Mikroorganismen, was zum Abbau der Zielschadstoffe führt. Breite Kategorien der Bioremediation umfassen Biostimulation, Bioaugmentation und natürliche Erholung (natürliche Dämpfung). Die Bioremediation erfolgt entweder an der kontaminierten Stelle (in situ) oder nach der Entfernung kontaminierter Böden an einer anderen kontrollierteren Stelle (ex situ).

In der Vergangenheit war es schwierig, sich der Bioremediation als implementierte politische Lösung zuzuwenden, da der Mangel an adäquater Produktion von sanierenden Mikroben zu wenig Umsetzungsmöglichkeiten führte. Diejenigen, die Mikroben für die Bioremediation herstellen, müssen von der EPA genehmigt werden; Die EPA war jedoch traditionell vorsichtiger bei negativen externen Effekten, die sich aus der Einführung dieser Arten ergeben können oder nicht. Eine ihrer Bedenken ist, dass die giftigen Chemikalien zum Genabbau der Mikrobe führen würden, der dann an andere schädliche Bakterien weitergegeben würde, was zu mehr Problemen führen würde, wenn die Krankheitserreger die Fähigkeit entwickeln, sich von Schadstoffen zu ernähren.

Collapsing air microbubblesEdit

Die Reinigung von ölverschmutzten Sedimenten mit selbstkollapsierenden Luftmikroblasen wurde kürzlich als chemikalienfreie Technologie erforscht. Luftmikroblasen, die in Wasser ohne Zugabe von Tensiden erzeugt werden, könnten zur Reinigung von mit Öl kontaminierten Sedimenten verwendet werden. Diese Technologie ist vielversprechend gegenüber der Verwendung von Chemikalien (hauptsächlich Tensiden) zum herkömmlichen Waschen von mit Öl kontaminierten Sedimenten.