METODY OCZYSZCZANIA

„EX SITU”

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

OGÓLNE UWARUNKOWANIA STOSOWANIA TECHNIK EX SITU

Techniki ex-situ są niezbędnym elementem inżynierskich prac związanych z oczyszczaniem środowiska

gruntowo-wodnego. Jest to związane z istnieniem terenów, na których :
• oczyszczanie musi być szybko przeprowadzone z uwagi na funkcje terenu,
• oczyszczanie musi być szybko przeprowadzone z uwagi na wysoką toksyczność czynnika

degradującego,

• złożoność układu gruntu uniemożliwia zastosowanie technik in-situ,
• warunki zewnętrzne (np. pogodowe) uniemożliwiają zastosowanie technik in-situ,
• oczyszczanie można przeprowadzić przy okazji realizowanej inwestycji budowlanej.

Dotychczas przebadano i opisano ponad 60 różnych metod
oczyszczania materiału glebowego, ale na szeroką skalę
do praktyki jego „obróbki” weszły 3 metody:
• ekstrakcja i rozdział zanieczyszczeń od gleby przy

pomocy roztworów wodnych,

• obróbka termiczna przez spalanie zanieczyszczeń

lub ogrzewanie promieniami

podczerwonymi,

• biodegradacja.

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

OGÓLNE UWARUNKOWANIA STOSOWANIA TECHNIK EX SITU

Konieczne warunki do prowadzenia oczyszczania środowiska technikami ex-situ:
• posiadanie oczyszczalni gleb lub podpisanie umów z firmami zewnętrznymi,
• rzetelny monitoring sytuacji terenowej przed rozpoczęciem inwestycji,
• system transportu zanieczyszczonych mas do oczyszczalni,
• system odbioru mas oczyszczonych,
• ekonomiczne zbilansowanie przedsięwzięcia,
• polityka państwa promująca oczyszczanie terenów zanieczyszczonych,
• proste i jednoznaczne w interpretacji przepisy prawne.

To zbyt drogie techniki, aby tolerować PRL-owski syndrom „niepotrzebnych surowców wtórnych”!!!

miejsce skażone

wydobycie gruntu

niedobór gruntu
w nowym miejscu

transport
uzupełnienie
niedoboru

transport

oczyszczalnia

niedobór gruntu

transport
uzupełnienie
niedoboru

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

Zabieg oddzielania zanieczyszczeń z materiału glebowego przy pomocy roztworów wodnych ma przebieg

podobny do prania, dlatego często określany jest jako „pranie gleby” („soil washing”).

Można w nim wydzielić:
• fazę przygotowawczą – rozdrobnienie i homogenizacja, oddzielenie szkieletu na sitach (1),
• fazę ekstrakcji zanieczyszczeń w częściach ziemistych (2).

Na fazę właściwą oczyszczania gleby (2) składają się trzy główne procesy:
• proces intensywnego mieszania zanieczyszczonej gleby z roztworem ekstrakcyjnym,
• oddzielenie oczyszczonego materiału glebowego od zanieczyszczeń, które przeszły do ekstraktu lub

tworzą zawiesinę koloidalną,

• oczyszczenie zanieczyszczonego

roztworu w oczyszczalni ścieków.

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

kwas

zasada

woda

zanieczyszczony

materiał

urządzenie

odmierzające

zbiornik przelewowy

zbiornik buforujący

młyn

sito

utleniacz

pompa

odwodniony

osad

sito

sito

separator

separator

sito

oczyszczona

gleba

prasa

taśmowa

zagęszczacz

mikser

prasa

ślimakowa

flokulent

mikser

mikser

zbironik flotacyjny

kompresor

powietrze

pod ciśnieniem

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

DOWÓZ GLEBY

PRZYGOTOWANIE ROZTWORU

MŁYN MŁOTKOWY

MIESZANIE GLEBY

Z REAGENTEM

t=2GODZ.

ZBIORNIK Z ROZTWOREM

2,5% CH COOH

3

WIRÓWKA

PONOWNE PRZEMYWANIE

DROBNYCH FRAKCJI

t=2GODZ.

WIRÓWKA

ZBIORNIK WYRÓWNAWCZY

NEUTRALIZACJA

POLETKA ODWADNIAJĄCE

WAPNOWANIE

GLEBA DO PONOWNEGO UŻYTKU

pi

as

ek

ek

st

ra

kt

ekstrakt

gl

eb

a

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Techniczne urządzenia specjalistyczne

w oczyszczalni gleb w Berlinie – czyszczenie

metodą „prania gleby”

DOPŁYW WOD Y

OCZYS ZC ZON E C ZĘŚCI GR UBE

ODPŁYW WOD Y

I DROBN YCH

CZĘŚCI GR UN TU

ZAS YP SKA ŻONEJ GLEBY (GR UN TU)

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Regulowana

dmuchawa

Powietrze

Zanieczyszczona

gleba

Deszczowanie

Powietrze

Warstwa filtracyjna

Drenaż

Membrana uszczelniająca

Dozowanie

nawozów sztucznych

Zbiornik wody

Schemat oczyszczalni gleb, wykorzystującej metodę prania z jednoczesnym napowietrzaniem gleby

[Hochtief 1995].

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Ograniczenia techniki:

•

procesy ekstrakcji wodnej, jako metody oczyszczania gleb i gruntów, są przydatne głównie do

oczyszczania gleb piaszczystych, gdzie zawartość iłu koloidalnego, łącznie z substancją organiczną,

nie przekracza 10-15%,

•

w ramach procesu usuwa się najcenniejszą dla żyzności gleby frakcję koloidów (zarówno mineralnych

jak organicznych),

•

można usunąć z gleb piaskowych tylko sole rozpuszczalne w wodzie,

•

konieczność usuwania zanieczyszczeń z pokaźnej ilości wody w oczyszczalniach ścieków,

•

metoda jest stosunkowo droga (z drugiej strony należy do najszybszych).

TECHNIKI EX SITU – „PRANIE GLEBY”

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – OBRÓBKA TERMICZNA

W obróbce termicznej gleb można wydzielić dwa etapy:
• odparowanie w wysokiej temperaturze zanieczyszczeń z gleby. Odbywa się to z reguły w zakresie

temperatur od 150 do 700

O

C. Substancje organiczne gleby mogą w tej temperaturze także ulec

rozpadowi i odparowaniu;

• spalanie wydzielających się gazów w specjalnie przystosowanych komorach.

Istnieje wiele rozwiązań technologicznych rozkładu zanieczyszczeń z gleb i gruntów. Dość powszechnie

stosuje się do tego celu piece obrotowe, podobne do stosowanych w cementowniach.
Metody termiczne nadają się do usuwania wszystkich zanieczyszczeń

z prawie wszystkich gleb. Do usunięcia większości substancji
wchodzących w skład paliw płynnych wystarczy temperatura
około 300

O

C, WWA – 450-500

O

C, kompleksowych cyjanków

żelaza – 450

O

C. Można też metodą termiczną usuwać

polichlorowane bifenyle (PCB), ale dla ich usunięcia trzeba
zapewnić temperaturę w urządzeniach dopalających w granicach

1000-1100

O

C. Przy pomocy metod termicznych można również

usuwać rtęć z gleb i gruntów.

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – OBRÓBKA TERMICZNA

zasyp gleby

zanieczyszczonej

powietrze

wstępny podgrzewacz

powietrza

odpylacz

powrót pyłów

wstępny podgrzewac

zanieczyszczonego gazu

komora spalania

oczyszczona

gleba

absorber

natryskowy

mleko

wapienne

olej

opałowy

olej

opałowy

zrzut

pyłu

zrzut

pyłu

zrzut

koksu

zrzut

koksu

zrzut

pyłu

Elektrofiltr

amoniak

zrzut

pyłu

zrzut

pyłu

koks aktywny

koks piecowy

filtr węglowy

powietrze oczyszczone

płuczka
oparów

mieszacz

woda

woda

piec obrotowy

zrzut

pyłu

powietrze

Schemat termicznego oczyszczania gleb [RUT 1995]

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – OBRÓBKA TERMICZNA

Piec obrotowy

Kolumna doczyszczania gazów

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – OBRÓBKA TERMICZNA

Schemat działania

I. Obróbka mechaniczna

II. Obróbka termiczna

IV. Oczyszczanie gazów
spalinowych

III. Instalacja do neutralizacji
ciepła odpadowego

Legenda:

I. Obróbka mechaniczna
1. Miejsce wyładunku

gleby zanieczyszczonej

2. Skład gleby w kontenerach
3. Młyn I
4. Młyn II
5. Separator magnetyczny
6. Składowisko pośrednie

II

. Obróbka mechaniczna

7. Zasilacz skrzyniowy
8. Waga przenośnikowa
9. Suszarka
10. Pył filtracyjny
11. Filtr oparów
12. Przenośnik zgarniakowy łańcuchowy
13. Obrotowa komora pirolityczna
14. Filtr gazu generatorowego
15. Komora spalania

16. Przewód spalinowy
17. Zrzut oparów
18. Stopień odgazowania
19. Bęben chłodzący
20. Odpylacz oparów
21. Składowisko mat. oczyszczonego

III

. Instalacja do neutralizacji

ciepła odpadowego

22. Chłodnica bezprzeponowa gazów
23. Kocioł na ciepło odpadowe

IV

. Oczyszczanie gazów spalinowych

24. Suszarnia rozpyłowa
25. Instalacja adsorpcyjna
26. Filtr workowy
27. Wentylator ciągu
28. Płuczka zwężkowa (odpylacz Venturiego)
29. Płuczka przeciwprądowa
30. Neutralizacja
31. Komin

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Oprócz omówionych metod oczyszczania gleb ex situ istnieje szereg innych, które nie znalazły tak
szerokiego zastosowania, ale w przypadku określonych rodzajów zanieczyszczeń i warunków glebowych
mogą być przydatne.
Należą do nich między innymi:
• elektrolityczne usuwanie rtęci z gleby – metoda opracowana dla potrzeb oczyszczenia gleby wokół

zakładów rtęciowych,

• destylacja próżniowa – metoda umieszczania gleby w temperaturze 380

O

C, w warunkach podciśnienia

100-200 hPa, również nakierowana na usuwanie rtęci z gleby, dzięki której można usunąć ją

z najdrobniejszych frakcji glebowych [Sanning, Schroeter 1995],

• magnetyczne usuwanie substancji ferromagnetycznych,
• metoda flotacji.

TECHNIKI EX SITU – INNE

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Biodegradacja polega na mikrobiologicznym rozkładzie zanieczyszczeń w glebie, z wydzieleniem
końcowych produktów: CO

2

i H

2

O. Proces ten przebiega w naturalnych warunkach w każdym środowisku

glebowym. Zadaniem technik biodegradacji jest stworzenie warunków jak najlepszego rozwoju
mikroorganizmów przez optymalizację temperatury, wilgotności, natlenienia, pH, potencjału redoks,
zaszczepienie odpowiednimi mikroorganizmami, dostarczenie przyswajalnej dla mikroorganizmów
pożywki.
Biodegradację można prowadzić w warunkach tlenowych i beztlenowych, przy czym najczęściej stosuje
się techniki tlenowe – aerobowe. W niektórych przypadkach, na przykład przy biodegradacji chlorowanych
węglowodorów, niezbędne są obie metody – rozkładu tlenowego i beztlenowego.

Obecnie rozpowszechniły się dwie metody
biorozkładu zanieczyszczeń w glebie:
• uprawowa („landfarming”),
• z zastosowaniem bioreaktorów.

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Metoda uprawowa polega na rozłożeniu zanieczyszczonej gleby w postaci warstwy o grubości 0,5-1,0 m na
specjalnie przygotowanym, nieprzepuszczalnym podłożu, wyposażonym w drenaż. Tlenowy rozkład
biologiczny zapewniony jest przez systematyczne mieszanie (uprawę) gleby, dodawanie wody, składników
pokarmowych (odpowiednio do potrzeb). Zanieczyszczona woda z drenów jest zbierana i może być
zawracana na powierzchnię oczyszczanej warstwy gleby. Większą efektywność tej metody można osiągnąć
prowadząc rozkład w wyższej temperaturze – w szklarni.

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

gleba

substancje

zanieczysz.

powietrze

woda

1. Ważenie

2. Dodatek biofrakcji
3. Dodatek odpadów rośl.

4. Przesianie

5. Sortownia zanieczyszczeń

6. Rozdrobnienie biofrakcji
7. Rozdrobnienie odpadów rośl.

8. Rozdzielacz magnetyczny

9. Wstępne kompostowanie aerobowe

10. Kompostowanie z przerabianiem masy
11. Biologiczny filtr gazów wylotowych

12. Przesianie kompostu

13. Doradztwo

14. Sprzedaż

15. Szklarnia

16. Oczyszczanie beztlenowe

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

Zanieczyszczona gleba

Sortowanie

Złom,

odpadki

Kamienie

Zanieczyszczenia

Młyn

Homogenizacja

Substrat Nawozy

Tlen

Intensywne

procesy

mikrobiologiczne

Oczyszczony produkt

Laboratorium kontrolne

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

tygodnie

zawartość ropy (ppm)

gleba + ropa naftow a

Gleba + ropa naftow a + 25% kompostu

Gleba + ropa naftow a + mikroelementy

Gleba + ropa naftowa + drożdże browarnicze

Techniki oparte o biodegradację zanieczyszczeń zależne są w dużej mierze od zastosowanego szczepu

mikroorganizmów i dodatków potęgujących rozkład.

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH

ko

n

tr

o

la

m

ie

sz

a

n

in

a

sz

cz

e

p

1

3

sz

cz

e

p

1

5

sz

cz

e

p

1

7

sz

cz

e

p

1

8

sz

cz

e

p

1

9

12

9

6

3

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

P

ro

ce

n

t

re

d

u

kc

ji

o

le

jó

w

dni

( 1000mg olejów/l )

TECHNIKI EX SITU – BIODEGRADACJA

© Andrzej GREINERT

INŻYNIERIA ŚRODOWISKA – ZOiRG, IIŚ, UZ

REKULTYWACJA TERENÓW MIEJSKICH I PRZEMYSŁOWYCH