Le tecnologie di bonifica sono numerose e varie, ma possono essere generalmente classificate in metodi ex-situ e in-situ. I metodi ex-situ prevedono lo scavo di terreni colpiti e il successivo trattamento in superficie, nonché l’estrazione di acque sotterranee contaminate e il trattamento in superficie. I metodi in situ cercano di trattare la contaminazione senza rimuovere i terreni o le acque sotterranee. Sono state sviluppate varie tecnologie per la bonifica di terreni/sedimenti contaminati da petrolio.
Gli approcci tradizionali di bonifica consistono nello scavo del suolo e nello smaltimento in discarica e nelle acque sotterranee “pump and treat”. Le tecnologie in situ includono, ma non sono limitate a: solidificazione e stabilizzazione, estrazione del vapore del suolo, barriere reattive permeabili, attenuazione naturale monitorata, biorisanamento-fitorisanamento, ossidazione chimica, estrazione potenziata dal vapore e desorbimento termico in situ e sono state ampiamente utilizzate negli Stati Uniti.
desorptionEdit termica
Desorbimento termico è una tecnologia per la bonifica del suolo. Durante il processo un desorber volatilizza i contaminanti (ad esempio olio, mercurio o idrocarburi) per separarli soprattutto dal suolo o dai fanghi. Successivamente i contaminanti possono essere raccolti o distrutti in un sistema di trattamento offgas.
Scavo o dragaggiOdit
I processi di scavo possono essere semplici come trasportare il terreno contaminato in una discarica regolamentata, ma possono anche comportare l’aerazione del materiale scavato nel caso di composti organici volatili (COV). I recenti progressi nella bioaugmentazione e nella biostimolazione del materiale scavato hanno anche dimostrato di essere in grado di bonificare i composti organici semi-volatili (SVOC) in loco. Se la contaminazione colpisce un fiume o un fondo della baia, può essere condotto il dragaggio di fango della baia o di altre argille limose contenenti contaminanti (compresi i fanghi di depurazione con microrganismi dannosi).Recentemente, l’ossidazione chimica ExSitu è stata utilizzata anche nella bonifica di terreni contaminati. Questo processo comporta lo scavo della zona contaminata in grandi aree bermed dove vengono trattati con metodi di ossidazione chimica.
Surfactant enhanced aquifer remediation (SEAR)Modifica
Noto anche come solubilizzazione e recupero, il processo di bonifica della falda acquifera potenziato da tensioattivo prevede l’iniezione di agenti di mitigazione degli idrocarburi o tensioattivi speciali nel sottosuolo per migliorare il desorbimento e il recupero del liquido di fase non acquosa altrimenti recalcitrante (NAPL).
Nelle formazioni geologiche che consentono la consegna di agenti di mitigazione degli idrocarburi o tensioattivi speciali, questo approccio fornisce una soluzione economica e permanente ai siti che in precedenza non hanno avuto successo utilizzando altri approcci correttivi. Questa tecnologia ha successo anche se utilizzata come passo iniziale in un approccio correttivo sfaccettato che utilizza l’ossidazione in situ, il miglioramento del biorisanamento o l’estrazione del vapore del suolo (SVE).
Pump and treatEdit
Pump and treat consiste nel pompare le acque sotterranee contaminate con l’uso di una pompa sommergibile o a vuoto e consentire la purificazione delle acque sotterranee estratte procedendo lentamente attraverso una serie di recipienti che contengono materiali progettati per assorbire i contaminanti dalle acque sotterranee. Per i siti contaminati dal petrolio questo materiale è solitamente carbone attivo in forma granulare. I reagenti chimici quali i flocculanti seguiti dai filtri a sabbia possono anche essere usati per fare diminuire la contaminazione delle falde acquifere. Lo stripping dell’aria è un metodo che può essere efficace per gli inquinanti volatili come i composti BTEX presenti nella benzina.
Per la maggior parte dei materiali biodegradabili come BTEX, MTBE e la maggior parte degli idrocarburi, i bioreattori possono essere utilizzati per pulire l’acqua contaminata a livelli non rilevabili. Con i bioreattori a letto fluido è possibile ottenere concentrazioni di scarico molto basse che soddisfano o superano i requisiti di scarico per la maggior parte degli inquinanti.
A seconda della geologia e del tipo di terreno, la pompa e il trattamento possono essere un buon metodo per ridurre rapidamente alte concentrazioni di inquinanti. È più difficile raggiungere concentrazioni sufficientemente basse per soddisfare gli standard di bonifica, a causa dell’equilibrio dei processi di assorbimento/desorbimento nel suolo. Tuttavia, pompa e trattare non è in genere la migliore forma di bonifica. È costoso per trattare le acque sotterranee, e in genere è un processo molto lento per ripulire un rilascio con pompa e trattare. È più adatto per controllare il gradiente idraulico e mantenere un rilascio da diffondere ulteriormente. Le migliori opzioni di trattamento in situ includono spesso l’estrazione di vapori di aria/suolo (AS / SVE) o l’estrazione a doppia fase/estrazione multifase (DPE/MPE). Altri metodi includono il tentativo di aumentare il contenuto di ossigeno disciolto delle acque sotterranee per supportare la degradazione microbica del composto (in particolare il petrolio) mediante iniezione diretta di ossigeno nel sottosuolo, o l’iniezione diretta di una sospensione che rilascia lentamente ossigeno nel tempo (in genere perossido di magnesio o ossi-idrossido di calcio).
Solidificazione e stabilizzazionemodifica
Il lavoro di solidificazione e stabilizzazione ha un track record ragionevolmente buono, ma anche una serie di gravi carenze legate alla durabilità delle soluzioni e ai potenziali effetti a lungo termine. Inoltre, le emissioni di CO2 dovute all’uso del cemento stanno diventando un importante ostacolo al suo uso diffuso nei progetti di solidificazione/stabilizzazione.
La stabilizzazione/solidificazione (S/S) è una tecnologia di bonifica e trattamento che si basa sulla reazione tra un legante e il terreno per fermare / prevenire o ridurre la mobilità dei contaminanti.
- Stabilizzazione prevede l’aggiunta di reagenti per un materiale contaminato (es. suolo o fango) per produrre di più chimicamente stabili costituenti; e
- Solidificazione prevede l’aggiunta di reagenti per un materiale contaminato per impartire fisico/stabilità dimensionale a contenere sostanze contaminanti presenti in un prodotto solido, e ridurre l’accesso da parte di agenti esterni (ad es. aria, piovosità).
Convenzionale S / S è una tecnologia consolidata di bonifica per terreni contaminati e tecnologia di trattamento per rifiuti pericolosi in molti paesi del mondo. Tuttavia, l’assorbimento di S/S tecnologie è stato relativamente modesto, e una serie di barriere che sono stati identificati, tra cui:
- il costo relativamente basso e diffuso di smaltimento a discarica;
- la mancanza di autorevole guida tecnica per la S/S;
- l’incertezza sulla durata e tasso di contaminante rilascio da S/S-materiale trattato;
- esperienze di scarsa pratica nell’applicazione di cemento stabilizzazione dei processi di smaltimento rifiuti nel 1980 e nel 1990 (ESTREMITÀ, 1992); e
- responsabilità residua associata a contaminanti immobilizzati che rimangono in loco, piuttosto che alla loro rimozione o distruzione.
Ossidazione in situedit
Le nuove tecnologie di ossidazione in situ sono diventate popolari per la bonifica di una vasta gamma di contaminanti del suolo e delle acque sotterranee. La bonifica mediante ossidazione chimica comporta l’iniezione di forti ossidanti come perossido di idrogeno, gas ozono, permanganato di potassio o persolfati.
Il gas dell’ossigeno o l’aria ambiente possono anche essere iniettati per promuovere la crescita dei batteri aerobici che accelerano l’attenuazione naturale dei contaminanti organici. Uno svantaggio di questo approccio è la possibilità di diminuire la distruzione dei contaminanti anaerobici attenuazione naturale dove le condizioni esistenti aumentano i batteri anaerobici che normalmente vivono nel suolo preferiscono un ambiente riducente. In generale, però, l’attività aerobica è molto più veloce di anaerobica e tassi di distruzione complessiva sono in genere maggiore quando l’attività aerobica può essere promossa con successo.
L’iniezione di gas nelle acque sotterranee può anche causare una diffusione della contaminazione più rapida del normale a seconda dell’idrogeologia del sito. In questi casi, iniezioni declassamento del flusso di acque sotterranee possono fornire un’adeguata distruzione microbica di contaminanti prima dell’esposizione alle acque superficiali o pozzi di approvvigionamento di acqua potabile.
La migrazione di contaminanti metallici deve essere presa in considerazione ogni volta che si modifica il potenziale di riduzione dell’ossidazione del sottosuolo. Alcuni metalli sono più solubili negli ambienti ossidanti mentre altri sono più mobili negli ambienti riducenti.
Soil Vapor extractionEdit
Soil Vapor extraction (SVE) è un’efficace tecnologia di bonifica per il suolo. “Estrazione multifase” (MPE) è anche un’efficace tecnologia di bonifica quando il suolo e le acque sotterranee devono essere bonificati casualmente. SVE e MPE utilizzano diverse tecnologie per trattare i composti organici volatili fuori gas (VOC) generati dopo la rimozione sotto vuoto di aria e vapori (e VOC) dal sottosuolo e includono carbone attivo granulare (più comunemente usato storicamente), ossidazione termica e/o catalitica e condensazione del vapore. Generalmente, il carbonio viene utilizzato per flussi di vapore a bassa concentrazione di VOC (inferiore a 500 ppmV), l’ossidazione viene utilizzata per flussi di concentrazione di VOC moderati (fino a 4.000 ppmV) e la condensazione del vapore viene utilizzata per flussi di vapore ad alta concentrazione di VOC (oltre 4.000 ppmV). Di seguito è riportato un breve riassunto di ogni tecnologia.
- Il carbone attivo granulare (GAC) viene utilizzato come filtro per aria o acqua. Comunemente usato per filtrare l’acqua del rubinetto nei lavandini domestici. GAC è un materiale adsorbente altamente poroso, prodotto riscaldando materia organica, come carbone, legno e guscio di noce di cocco, in assenza di aria, che viene poi schiacciato in granuli. Il carbone attivo è caricato positivamente e quindi in grado di rimuovere gli ioni negativi dall’acqua come ioni organici, ozono, cloro, fluoruri e soluti organici disciolti mediante adsorbimento sul carbone attivo. Il carbone attivo deve essere sostituito periodicamente in quanto potrebbe diventare saturo e non essere in grado di assorbire (cioè ridotta efficienza di assorbimento con il carico). Il carbone attivo non è efficace nella rimozione dei metalli pesanti.
- L’ossidazione termica (o incenerimento) può anche essere un’efficace tecnologia di bonifica. Questo approccio è alquanto controverso a causa dei rischi di diossine rilasciate nell’atmosfera attraverso i gas di scarico o i gas di scarico degli effluenti. L’incenerimento controllato ad alta temperatura con filtraggio dei gas di scarico non dovrebbe tuttavia comportare rischi. Due diverse tecnologie possono essere impiegate per ossidare i contaminanti di un flusso di vapore estratto. La selezione di termica o catalitica dipende dal tipo e dalla concentrazione in parti per milione in volume di costituente nella corrente di vapore. L’ossidazione termica è più utile per flussi di vapore influente ad alta concentrazione (~4.000 ppmV) (che richiedono meno utilizzo di gas naturale) rispetto all’ossidazione catalitica a ~2.000 ppmV.
- Ossidazione termica che utilizza un sistema che funge da forno e mantiene temperature comprese tra 1.350 e 1.500 °F (da 730 a 820 °C).
- Ossidazione catalitica che utilizza un catalizzatore su un supporto per facilitare un’ossidazione a temperatura più bassa. Questo sistema di solito mantiene temperature che vanno da 600 a 800 ° F (316 a 427 °C).
- La condensazione del vapore è la tecnologia di trattamento off-gas più efficace per flussi di vapore ad alta concentrazione di VOC (oltre 4.000 ppmV). Il processo comporta il raffreddamento criogenico del flusso di vapore al di sotto di 40 gradi C in modo tale che i COV si condensino fuori dal flusso di vapore e in forma liquida dove vengono raccolti in contenitori di acciaio. La forma liquida dei COV è indicata come liquidi densi in fase non acquosa (DNAPL) quando la fonte del liquido è costituita prevalentemente da solventi o liquidi leggeri in fase non acquosa (LNAPL) quando la fonte del liquido è costituita prevalentemente da petrolio o prodotti combustibili. Questa sostanza chimica recuperata può quindi essere riutilizzata o riciclata in modo più sostenibile dal punto di vista ambientale o verde rispetto alle alternative sopra descritte. Questa tecnologia è anche conosciuta come raffreddamento criogenico e compressione (tecnologia C3).
NanoremediationEdit
L’utilizzo di agenti reattivi di dimensioni nanometriche per degradare o immobilizzare i contaminanti è definito nanoremediation. Nel nanorisanamento del suolo o delle acque sotterranee, le nanoparticelle vengono messe in contatto con il contaminante attraverso un’iniezione in situ o un processo pump-and-treat. I nanomateriali degradano quindi i contaminanti organici attraverso reazioni redox o assorbono e immobilizzano metalli come piombo o arsenico. In ambito commerciale, questa tecnologia è stata applicata prevalentemente alla bonifica delle acque sotterranee, con la ricerca nel trattamento delle acque reflue. La ricerca sta anche studiando come le nanoparticelle possono essere applicate alla pulizia del suolo e dei gas.
I nanomateriali sono altamente reattivi a causa della loro elevata superficie per unità di massa e, a causa di questa reattività, i nanomateriali possono reagire con i contaminanti bersaglio ad un ritmo più veloce di particelle più grandi. La maggior parte delle applicazioni sul campo di nanoremediazione hanno utilizzato nano ferro zero-valente (nZVI), che può essere emulsionato o miscelato con un altro metallo per migliorare la dispersione.
Che le nanoparticelle siano altamente reattive può significare che si raggruppano rapidamente o reagiscono con particelle di terreno o altro materiale nell’ambiente, limitando la loro dispersione per colpire i contaminanti. Alcune delle sfide importanti che attualmente limitano le tecnologie di nanorisanamento includono l’identificazione di rivestimenti o altre formulazioni che aumentano la dispersione degli agenti delle nanoparticelle per raggiungere meglio i contaminanti target limitando al contempo qualsiasi potenziale tossicità per gli agenti di biorisanamento, la fauna selvatica o le persone.
BioremediationEdit
Il bioremediation è un processo che tratta un’area inquinata alterando le condizioni ambientali per stimolare la crescita di microrganismi o attraverso l’attività naturale del microrganismo, con conseguente degradazione degli inquinanti bersaglio. Ampie categorie di biorisanamento includono biostimolazione, bioaugmentazione e recupero naturale (attenuazione naturale). Il biorisanamento viene effettuato sul sito contaminato (in situ) o dopo la rimozione di terreni contaminati in un altro sito più controllato (ex situ).
In passato, è stato difficile rivolgersi al biorisanamento come soluzione politica implementata, poiché la mancanza di un’adeguata produzione di microbi correttivi ha portato a poche opzioni per l’implementazione. Quelli che producono microbi per il biorisanamento devono essere approvati dall’EPA; tuttavia, l’EPA è stato tradizionalmente più cauto sulle esternalità negative che possono o non possono derivare dall’introduzione di queste specie. Una delle loro preoccupazioni è che le sostanze chimiche tossiche porterebbero alla degradazione del gene del microbo, che sarebbe poi trasmessa ad altri batteri nocivi, creando più problemi, se i patogeni evolvono la capacità di nutrirsi di inquinanti.
Collapsing air microbubblesEdit
La pulizia di sedimenti contaminati da olio con microbolle auto collapsing air è stata recentemente esplorata come tecnologia priva di sostanze chimiche. Le microbolle d’aria generate in acqua senza aggiungere alcun tensioattivo potrebbero essere utilizzate per pulire i sedimenti contaminati dall’olio. Questa tecnologia mantiene la promessa sull’uso di prodotti chimici (principalmente tensioattivi) per il lavaggio tradizionale dei sedimenti contaminati dall’olio.