Mariusz Sygnowski
inżynier ekolog
Kontynuując cykl artykułów 4,5 z zakresu metod rekultywacji terenów zdegradowanych, należy przybliżyć aspekty tego tematu, opisując kolejne rodzaje metod fizycznych6.
Przykrycie z góry
Izolacja powierzchniowa jest metodą fizyczną uniemożliwiającą przedostawanie się zanieczyszczeń do środowiska poprzez przykrycie zanieczyszczonej gleby. Migrację tych substancji wywołują wody deszczowe bądź powierzchniowe, przenikające w głąb profilu glebowego oraz wiatry rozwiewające zanieczyszczone cząsteczki gleby. Izolacja może się składać z włókien syntetycznych, ciężkich glin, a czasem betonu. W skład pokrywy powierzchniowej wchodzą cztery warstwy: ochronna (zapobiegająca erozji zanieczyszczonej gleby przez obecność roślin), drenażowa, nieprzepuszczalna i podłoże. Zastosowanie przykrycia z góry jest wskazane, gdy zanieczyszczona gleba nie jest przemieszczana, niemożliwe staje się wydobycie i usunięcie zanieczyszczonego gruntu, ze względu na obszar objęty zanieczyszczeniem, nie występuje zagrożenie uwalniania i migracji zanieczyszczeń, pozostawienie gleby na miejscu jest mniej niebezpieczne niż jej usunięcie1.
Zadaniem warstwy ochronnej jest powstrzymanie erozji oraz uwalnianie substancji szkodliwych do atmosfery. Ważnym procesem w warstwie ochronnej jest zadarnianie trawą, trawa nie wymaga intensywnej pielęgnacji i nie posiada rozwiniętego systemu korzeniowego (płytki). Grubość tej warstwy powinna być dostosowana do głębokości jakiej sięga system korzeniowy. Warstwa nieprzepuszczalna pełni rolę bariery dla infiltrujących przez powierzchnię wód, tym samym uniemożliwia migrację zanieczyszczeń w głębsze warstwy gleby. Warstwa ta może być wykonana w sposób naturalny – z gliny, bądź sztuczny – z włókien syntetycznych.
Warstwa stanowiąca podłoże to równomiernie rozłożony materiał mineralny o określonej granulacji i właściwościach. Aby izolacja powierzchniowa była skuteczna, powinna: wykluczać pionową migrację wód przez zanieczyszczoną glebę, zapewniać sprawny drenaż wód deszczowych, zabezpieczając wody powierzchniowe i gruntowe, być łatwa w utrzymaniu i konserwacji i być odporna na uszkodzenia.
System ścianek szczelnych
Różnorodne substancje znajdujące się pod powierzchnią gruntu tworzą bariery, które zapobiegają rozprzestrzenianiu się szkodliwych związków. Substancje te niekiedy przekształcają zanieczyszczenia w formy nieszkodliwe, występujące w naturalnym środowisku. Szczelne izolacje umieszczone pod powierzchnią uniemożliwiają zanieczyszczenie wód podziemnych.
W metodzie ścianek szczelnych możemy wyróżnić następujące rodzaje barier: reaktywna półprzepuszczalna, pionowa nieprzepuszczalna i pozioma nieprzepuszczalna oraz bariery bazujące na procesie redoks, bariery powodujące wytrącanie szkodliwych pierwiastków, bariery sorpcyjne (zawierają ziarnisty węgiel aktywny, kostny, torf, syntetyczne żywice, fosforan, zeolity), bariery biologiczne (umożliwiające rozkład zanieczyszczeń przez mikroorganizmy (służących im za pokarm). Niewątpliwymi zaletami tej metody są: zastosowanie systemu zarówno do zanieczyszczeń organicznych, jak i nieorganicznych oraz szybkość realizacji metody. Wady to: konieczność stałego monitoringu przy zastosowaniu barier nieprzepuszczalnych, zmniejszenie efektywności bariery przy jej ewentualnym uszkodzeniu oraz konieczność zapoznania się z kierunkiem przepływu wód podziemnych1.
Elektrooczyszczanie
Metoda ta polega na wykorzystaniu zjawiska elektrolizy w zakwaszonej strefie oczyszczanej gleby. Metale znajdujące się w roztworze glebowym przybierają postać wolnych kationów i wydzielają się na powierzchni elektrod. Usuwanie z gleby niektórych metali przysparza wielu problemów. Niezwykle trudno jest usunąć metale mocno związane z fazą stałą oraz tworzące (nawet w środowisku kwaśnym) formy skompleksowane np. miedź i ołów. Poza możliwością usuwania metali ciężkich i związków o charakterze polarnym istnieje również sposób usuwania takich związków jak: ropopochodne, cyjanki, chlorowane węglowodory, wielocykliczne węglowodory aromatyczne (WWA) oraz organiczne materiały wybuchowe (trinitrotoluen). Usuwanie tych zanieczyszczeń jest skuteczne głównie w glebach ciężkich o dużej liczbie cząstek koloidalnych (frakcji ilastych), gdzie następuje powolne przemieszczanie się roztworu glebowego z rozpuszczonymi w nim zanieczyszczeniami w odniesieniu do głównej masy fazy stałej gleby – to wszystko ma miejsce dzięki zjawiskom elektrokinetycznym zachodzącym w polu elektrycznym.
W metodzie stosowanej in situ6 elektrody wprowadza się tak, aby zanieczyszczona powierzchnia znajdowała się między nimi (zazwyczaj w odległościach 1 do 6 m od siebie). W celu rozpoczęcia migracji zanieczyszczeń w strefie katody lub anody podłącza się prąd elektryczny. Następnie zanieczyszczenia są usuwane przez takie mechanizmy jak: strącanie czy adhezja z elektrodami. Zwiększenie wydajności oczyszczania można uzyskać przez płukanie obszaru zanieczyszczonego roztworem, który zmniejsza adsorpcję zanieczyszczeń1,2.
Zalety metody elektrooczyszczania to: usuwanie metali ciężkich w warunkach in situ oraz usuwanie różnych rodzajów metali, a także niepolarnych związków organicznych. Główne wady tej metody to wysokie koszty, silne obciążenie środowiska (zakwaszenie i oddziaływanie pola elektrycznego) wpływające na życie biologiczne w glebie, niedopracowanie metody, zakłócenie przez heterogeniczność oczyszczanej strefy, potrzeba przeprowadzania testów pilotażowych oraz powstawanie niepożądanych związków przy procesach redoks1,2.
Usuwanie próżniowe zanieczyszczeń (in situ)
Ten proces fizykochemiczny polega na usunięciu odparowanych niebezpiecznych związków w strumieniu powietrza. Metoda ta wykazuje skuteczność w likwidacji różnych związków organicznych, które muszą zostać poddane oddzielnym procesom, w celu ich unieszkodliwienia. Istotą tej metody jest wysysanie zanieczyszczeń w strefie aeracji (napowietrzania – strefa pomiędzy powierzchnią a zwierciadłem wód podziemnych), poprzez wygenerowanie podciśnienia oraz odprowadzenie ich do węzła technologicznego, mającego na celu oczyszczenie par zanieczyszczeń. Aby usunąć ciecz bądź drobne cząstki stosuje się bębny lub separatory, natomiast aby uporać się z zanieczyszczeniami lotnymi należy zastosować spalanie, sorbowanie na węglu aktywnym, czy też utlenianie na złożach katalitycznych. Technikę tę stosuje się do usuwania zanieczyszczeń wielkopowierzchniowych i znajdujących się na dużej głębokości. Zaletami tej metody są: brak konieczności nadzoru nad sprzętem podczas procesu oczyszczania, małe prawdopodobieństwo uwolnienia się zanieczyszczeń do środowiska oraz dobre znajomość metody i stosowanie na szeroką skalę tej technologii. Wadą jest nieefektywność w stosunku do zanieczyszczeń półlotnych i nielotnych1,2,3.
Odparowanie do próżni wspomagane termicznie
Jest to metoda rekultywacji przypominająca usuwanie próżniowe zanieczyszczeń, jednak wzbogacona o proces podgrzewania, który dodatkowo zwiększa jej efektywność. Oczyszczaną glebę można podgrzewać przez dostarczenie do gleby gorącej pary wodnej, powietrza również za pomocą mikrofal. Metoda ta nadaje się do usuwania różnych związków organicznych, takich jak: lotne związki organiczne, składniki paliw, czy pestycydy, które muszą zostać poddane unieszkodliwieniu w innym procesie. Zaletą metody jest znikoma szansa na przedostanie się zanieczyszczeń do środowiska podczas ich usuwania. Natomiast do wad należy zaliczyć: zawodność metody przy dużej wilgotności i heterogeniczności gruntu oraz konieczność obniżenia poziomu wód gruntowych aby zastosować tą metodę w strefie nasyconej1,2,3.
Usuwanie zanieczyszczeń metodą BAG2 (in situ oraz ex situ)
Jest to metoda fizykochemiczna opierająca się na minerałach-zeolitach – glinokrzemianach o specyficznych właściwościach jonowymiennych i sorpcyjnych (wymiana jonowa/sorpcja jonowymienna – wymiana jonów o tych samych znakach na jonicie, sorpcja – pochłanianie jednej substancji (gazów, par cieczy, par substancji stałych i ciał rozpuszczonych w cieczach), zwanej sorbatem, przez inną substancję (ciało porowate), zwaną sorbentem). Metoda ta nadaje się do usuwania z gleb metali ciężkich (również radioaktywnych), a także niektórych związków organicznych. Polega na umieszczeniu w glebie brykietów BAG (średnica 5-6 cm) utworzonych z zeolitów naturalnych lub syntetycznych. Minerały te charakteryzują się brakiem szkodliwości dla środowiska, gdyż w niewielkich ilościach występują w glebach w naturalnych warunkach oraz pojemnością sorpcyjną przekraczającą zdolności sorpcyjne humusu glebowego. Glinokrzemiany sorbują metale ciężkie znajdujące się w roztworze glebowym. Niekiedy metale ciężkie ulegają także wymianie jonowej, dzięki której następuje wzbogacenie roztworu glebowego w takie pierwiastki jak potas i wapń. Zeolity działają selektywnie w odniesieniu do metali ciężkich, w związku z czym możliwe było opracowanie różnych typów brykietów BAG. Istnieje możliwość regeneracji brykietów, gdy zostaną one wysycone metalami ciężkimi. Należy wówczas poddać je przemywaniu specjalnym roztworem i strącić metale w postaci soli. Do zalet tej metody należą: bezpieczeństwo związków wprowadzanych do gleby, które jednocześnie poprawiają jej właściwości fizyczne i chemiczne oraz selektywne działanie zeolitów i możliwość regeneracji brykietów BAG. Z kolei wadami metody są: ograniczenia pojemności sorpcyjnej brykietów i utrzymanie wilgotności gleby na odpowiednim poziomie2.
- Karczewska a. 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
- Bogda A., Szopka K., Karczewska A. 2003. Zawartość i rozpuszczalność wybranych metali ciężkich w osadach poflotacyjnych górnictwa miedzi. W: Gworek B., Misiak J. (red.). Obieg pierwiastków w przyrodzie: bioakumulacja, toksyczność, przeciwdziałanie. Monografia. Wyd. Instytutu Ochrony Środowiska , Warszawa.
- Zadroga B., Olańczuk-Neyman K. 2001. Ochrona i rekultywacja podłoża gruntowego. Aspekty geotechniczno-budowlane. Wyd. Politechniki Gdańskiej.
- https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/degradacja-gleby-problem-lokalny-i-globalny
- https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/rekultywacja-terenow-zdegradowanych-jako-sposob-na-kompensacje-srodowiskowa
- https://www.bosbank.pl/EKO/tresci-ekologiczne/metody-fizyczne-rekultywacji-terenow-zdegradowanych-cz.-1