CLASIFICAREA TEHNOLOGIILOR DE REMEDIERE A SITURILOR CONTAMINATE

CLASIFICAREA TEHNOLOGIILOR DE REMEDIERE A SITURILOR CONTAMINATE

Caracterizarea solurilor

Cunoasterea caracteristicilor solului si ale subsolului presupune , stabilirea corecta a unor elemente geologice, hidrigeologice si fizico-chimice.

Aspectele geologice permit, prin intermediul notiunilor de permeabilitate , porozitate, rezistenta mecanica etc., sa se cunoasca natura solurilor si a subsolurilor, ca si comportamentul lor dinamic. Aspectele hidrogeologice permit, relativ la apele subterane, sa se cuantifice nivelurile si debitele acestora, respectiv sa se stabileasca directiile lor de curgere, originea si distantele parcurse.

Aspectul hidrogeologic este primordial, din moment ce, datele pe care le furnizeaza permit localizarea poluantilor si stabilesc modul lor de deplasare, plasarea de piezometre, diverse dispozitive de tratare etc.

Pornindu-se de la suprafata solului vertical descendent, se disting:

- zona nesaturata, caracterizata prin pori umpluti partial cu apa, in care un lichid oarecare se poate infiltra usor pe directia verticala;

- zona saturata, unde totalitatea porilor este plina cu apa , iar curgerile au loc preponderent pe directia orizontala. In interiorul acestei zone presiunea apei creste odata cu adancimea, iar la limita la care aceasta presiune este egala cu cea atmosferica se formeaza suprafata libera a acviferului , numita si suprafata piezometrica sau nivelul piezometric. Deasupra acestui nivel se afla franja capilara, a carei grosime este de ordinul a 12 cm pentru un nisip grosier, respectiv 2,50 m in cazul unei argile.

Coeficientul de permeabilitate (permeabilitatea) permite sa se caracterizeze facilitatea cu care un lichid poate traversa un teren.

Coeficientul de inmagazinare, adica raportul dintre volumul apei gravitationale si volumul global al formatiunii , variaza de la 0,5% pentru un nisip fin, la 10-20 % pentru pietrisuri grosiere. Cunoasterea coeficientului de permeabilitate, respectiv a celui de inmagazinare, este foarte importanta atunci cand se doreste evaluarea comportamentului produsilor poluanti in mediul subteran.

Tipul rocii este de asemenea un parametru important. In cazul rocilor granulare (nisipuri, pietrisuri, aluviuni etc.) apa circula mult mai usor prin fisuri; un agent poluant poate astfel sa se deplaseze foarte rapid si intr-o maniera putin previzibila pentru diversele situatii practice .

Definitie - poluarea solului

Poluarea solului desemneaza orice actiune care produce dereglarea functionarii normale a solului ca suport si mediu de viata in cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau create de om, dereglare manifestata prin degradarea fizica, chimica sau biologica a solului ori aparitia unor caracteristici care reflecta deprecierea fertilitatii sale, respectiv reducerea capacitatii bioproductive din punct de vedere calitativ si / sau cantitativ.

Aceasta notiune include in sfera sa intreaga gama de fenomene si procese se degradare a solului: eroziunea si scurgerile de sol, alunecarile de teren , salinizarea, alcalinizarea si acidifierea solurilor, compactarea stratului accesibil radacinilor plantelor, dezechilibre de nutritie in sol, poluarea biologica, excavari de terenuri, acoperirea solului cu diverse materiale, distrugerea solului prin lucrari miniere, poluarea chimica cu diferite substante si deseuri (deseuri si reziduuri anorganice, substante aeropurtate , metale grele, fluor, materiale radioactive, deseuri organice, pesticide si ingrasaminte chimice).

Poluarea solului este altfel decat poluarea apelor sau aerului cazuri in care dupa in laturarea poluantului sau oprirea sursei compozitia acestora revine mai repede la starea initiala. Nu aceeasi situatie se intalneste in cadrul solului, care este o componenta complexa , unde factorii constituenti se afla in echilibru realizat intr-o perioada indelungata.

Clasificarea tehnologiilor de remediere a terenurilor poluate

Clasificarea tehnologiilor de remediere a terenurilor poluate poate fi facuta pe diferite criterii.

Un prim criteriu de clasificare este cel temporal, dupa care tehnologiile se clasifica in

- actiuni initiate - de izolare .

- actiuni finale - de depoluare propriu - zisa,

Exista insa si posibilitatea clasificarii lor dupa:

locul unde se realizeaza depoluarea ;

natura proceselor prin care se realizeaza depoluarea.

In functie de locul in care se realizeaza remedierea se vorbeste despre :

tehnologii aplicabile 'in situ' - adica pe amplasamentui poluat;

- tehnologii aplicabile 'ex situ' - adica in afara amplasamentului poluat; acestea implica extragerea materialului poluat (sol, roca, apa subterana) si tratarea lui in instalatii sau pe suprafete special amenajate in.limita perimetrului poluat sau in afara lui.

Avantajele tehnologiilor aplicabile 'in situ' rezulta din faptul ca amplasamentul ramane relativ nederanjat, stratul poluat nefiind extras prin excavare. Solul tratat 'in situ' isi pastreaza sau chiar isi imbunatateste structura fizica si fertilitatea. In plus, tratamentele 'in situ' genereaza cantitati mai mici de emisii (gazoase sau lichide) si deseuri solide.

Tratamentele aplicabile 'ex situ' au avantajul ca:

permit in mai mare masura supravegherea conditiilor in care se desfasoara procesul;

- fac poluantii mai usor accesibili pentru distrugere sau eliminare;

permit un control mai lesnicios al emisiilor si deseurilor rezultate din remediere.

Dezavantajul principal al tratamentelor 'ex situ' este nevoia de excavare a terenului si eventual de transport si manipulare repetata a materialului excavat. In plus, unele tratamente pot modifica structura si compozitia stratului de sol sau a rocilor si limiteaza astfel refolosirea lor.

De exemplu. un tratament agresiv precum incinerarea modifica compozitia, structura si fertilitatea solului si chiar proprietatile geotehnice ale rocilor.

Optiunea pentru o solutie de remediere 'in situ' sau 'ex situ' depinde de natura poluarii si conditiile fiecarui amplasament, De cxemplu. tratamentele 'ex situ' sunt preferabile in cazul cand este necesara o remediee rapida si prevenirea procesului de migrare a poluantilor spre un receptor sensibil precum un acvifer utilizat in scop potabil. Exista tehnologii care se preteaza atat la aplicarea 'in situ', cat si 'ex situ', optiunea depinzand de conditiile amplasamentului disponibilitatea materialelor necesare si costuri.

O alta clasificare a tehnologiilor de remediere se face functie de natura proceselor ce stau la baza lor si anume in:

tehnologii biologice;

tehnologii fizice;

tehnologii chimice.

Dintre aceste tehnologii unele sunt aplicabile 'in situ', iar altele 'ex situ'.

Este de mentionat ca granitele intre diferite tipuri de metode nu sunt clare, multe reprezentand de fapt o combinatie a doua sau chiar trei tipuri de procedee asociate: fizice si chimice, fizice si biologice sau fizice si chimice.

Tehnologiile sau tratamentele biologice se bazeaza pe urmatoarele procese:

- biodegradare; descompunerea prin intermediul microorganismelor a compusilor complecsi in compusi simpli (CO2, H2O, NH4) in condiitii aerobe sau anaerobe; practic in aceste procese intervin principalele grupe dc microorganisme existente in sol; bacterii, fungi si, actinomicete.etc.;

- transformare biologica: conversia mediata biologic a unor poluanti in forme mai putin toxice sau mai putin mobile; de exemplu, microorganisniele pot produce ioni de fosfat (PO4³) care, reactionand cu metalele grele, dau nastere unor compusi insolubili;

- bioacumulare: anumite organisme - alge sau plante - pot acumula impurificatorii organici sau anorganici preluati din sol; prin recoltarea culturilor respective ca biomasa impurificatorii pot fi climittati din amplasamentul poluat;

- mobilizarea poluantilor: pe cale biochimica este posibila mobilizarea unor impurificatori si trecerea lor in solutie de unde pot fi recuperati si distrusi.

In general, tratamentele biologice cele mai uzuale se bazeaza pe biodegradare. denumita si biostimulare atunci cand un adaos de nutrienti, apa si oxigen serveste la cresterea ratei de descompunere. Rata de biodegradare poate fi crescuta si prin adaosul de microorganisme sub forma unor culturi pregatite special in condilii de laborator sau ca namol de epurare biologica.

Printre biotehnologiile aplicabile 'ex situ' se numara compostarea, metodele agrotehnice si tratarea (aeroba si anaeroba) sub forma de namol, utilizabila pentru inlaturarea impurificatorilor din roci argiloase si maluri.

Printre biotehnologiile aplicabile 'in situ' se inscriu ecle ce presupun biostimularea microorganismelor existente in sol prin adaos de apa, oxigen sau nutrienti.

Tehnnlogiile sau tratamentele chimice se bazeaza pe urmatoarele procese:

oxidare: majoritatea compusilor organici pot fi oxidati pana la CO2si H2O pe baza reactiei cu anumiti oxidantii chimici;

reducere: unii impurificatori pot fi transformati in substante mai putin toxice sau mai putin mobile prin trecerea lor la valente inferioare, cum ar fi de exemplu trecerea cromului hexavalent la crom divalent, folosind tratamente chimice;

imobilizare: mobilitatea impurificatorilor poate fi redusa prin precipitare si obtinerea unor compusi insolubili sau prin adsorbtie pe un suport solid; in aceasta categorie de procese se pot include tehnologiile de solidificare si stabilizare. care insa pot fi considerate si ca metode fizice;

extractie: procesele de extractie chimica pot servi la transferul impurificatorilor din sol in solutia solului sau in levigat care poate fi colectat, concentrat si tratat; in acest scop se folosesc solventi, acizi, baze. agenti de suprafata.

Printre tratamentele chimice aplicabile'in situ' se numara extractia chimica prin spalarea solului.

In categoria tratamentelor chimice aplicabile 'ex situ' se numara tratarea emisiilor lichide si gazoase rezultate din diferite tipuri de tratamente. Tratamentele chimice 'ex situ' sunt de obicei asociate altor tipuri dc tratamente. Ele reprezinta de fapt adaptari ale tehnologiilor utilizate la epurarea apei si tratarea deseurilor.

O categorie speciala de tratamente care pot fi considerate atat chimice cat si fizice, sunt cele de solidificare si stabilizare. Acestea au lost initial folosite pentru tratarea deseurilor periculoase si doar in ultimii ani aplicabilitatea lor a fost extinsa la tratarea solurilor poluate. Intre solidificare si stabilizare exista diferente foarte mici ca procedee si efecte. Ceea ce le deosebeste cel mai bine sunt tipurile de agenti chimici folositi ca liati si care pot fi: ciment. var, argila. materiale organice diverse.

Tehnologiile de solidificare folosesc agenti chimici care, adaugati masei de sol, ii cresc integritatea si blocheaza pierderea impurificatorilor.

Tehnologiile de solubilizare folosesc agenti chimici care reactioneaza cu impurificatorii din sol, trecandu-i in forme mai putin toxice sau mai putin mobile; ca exemplu, este de mentionat precipitarea ionilor de metale grele ca hidroxizi insolubili. Stabilizarea chimica prin adsorbtie la suprafata agentilor de stabilizare (prin legaturi ionice, covalente sau legaturi Van der Waals) este de obicei dificil de realizat si controlat in practica.

Tratamentele fizice se realizeaza prin procese fizice de separare a impurificatorilor din sol care se bazeaza pe diferentele de proprietati fizice intre particulele de sol si impurificaiori (ex. volatilizarea) sau intre particulele de sol poluat si cele de sol nepoluat (ex. densitatea).

Tratamentele fizice se bazeaza pe procese precum cele electrocinetice(categorie in care pot fi incluse electroliza, electroosmoza, electroforeza) sau pe procese termice, care folosesc temperaturi ridicate pentru distrugerea impurificatorilor (tratarea termica, incinerarea, vitrificarea). Cel mai cunoscut tratament fizic aplicabil 'ex situ' este spalarea solului, care se aplica atat ca atare, cat si in combinatie cu alte procedee. Cele mai aplicabile tratamente fizice 'in situ' sunt extractia vaporilor de substante volatile din sol si electroremedierea.

Metodele termice constituie o categorie aparte de tratamente fizice care se bazeaza pe utilizarea temperaturilor inalte pentru indepartarea, distrugerea sau imobilizarea impurificatorilor. Se pot deosebi trei tipuri de procedee termice:

desorbtia termica: intr-o prima faza, prin cresterea temperaturii pana la 600 C are loc o volatilizare a poluantilor din sol; in a doua faza, poluantii in stare gazoasa sunt colectati, concentrati si retinuti (in filtre sau vase spalatoare) ori arsi la temperaturi mai inalte;

incinerarea: este un proces de ardere a solului impurificat la temperaturi intre 800 C si 2.500C, proces in care are loc distrugerea completa a impurificatorilor organici;

vitrificarea: consta in topirea materialului poluat la temperaturi cuprinse intre 1.000 C si 1.700C; in aceste conditii impurificatorii anorganici sunt imobilizati intr-o masa sticloasa sau intr-un clincher, iar impurificatorii organici sunt total distrusi.

Tehnologiile de desorbtie termica se aplica in special 'in situ', pe cand incinerarea se realizeaza numai 'ex situ'. Vitrificarea a fost aplicata pana nu de mult numai 'ex situ', dar s-au realizat si experimente la scara industriala 'in situ' in SUA.

Procedeele termice pot trata aproape toate tipurile de soluri poluate, desi trebuie mentionat ca cele bogate in fractii argiloase necesita un consum mare de energie. Tratamentele termice sunt adecvate mai ales pentru eliminarea impurificatorilor organici, desi si unii compusi anorganici pot fi de asemenea tratati prin desorbtie termica (ex. mercurul).

METODE DE IZOLARE INITIALA A TERENURILOR CONTAMINATE

Masurile de izolare initiala reprezinta actiuni simple de blocare sau reducere a riscurilor pentru sanatate si mediu, constand in retinerea contaminarii in zona afectata si intreruperea transmiterii impurificatorilor catre receptorii sensibili.Ca urmare a izolarii initale, pentru o anumita perioada se asigura eliminarea sau reducerea riscurilor, ceea ce permite amanarea pentru mai tarziu a actiunii de depoluare finala, care necesita actiuni complexe si fonduri diflcil de disponibilizat.

Majoritatea metodelor de izolare initiala se incadreaza in categoria celor realizabile 'in situ' si de aceea prezinta urmatoarele avantaje:

reducerea semnificativa a costurilor prin eliminarea cheltuielilor necesare pentru excavarea si transportul materialului poluat;

reducerea riscurilor pentru sanatate, atat pentru persoanele implicate in proces cat si pentru public, tocmai datorita eliminarii expunerii acestora in cursul actiunilor de excavare si transport al materialului poluat;

aplicabilitate in cazuri speciale precum cele ale unor ;

rezervoare de substance periculoase

deseuri ingropate ca atare

deseuri containerizate si ingropate

soluri si ape subterane poluate.

Pe plan mondial, desi cercetarile urmaresc in general decontaminarea definitiva a terenurilor poluate, se pune accentul si pe tehnici cit eficienta imediata, respectiv de izolare initiala, nizandu-se pe termen lung, atat pe progresul tehnic viitor, cat si pe puterea purificatoare a naturii atenuare naturala).

Clasificarea barierelor de izolare initiala Barierele de izolare initiala sunt constructii sau instalatii complexe amplasate in subteran si care cuprind sau nu, dupa caz, strateie de apa freatica.

Clasificarea lor se poate face pe diferite criterii:

A - dupa gradul de permeabilitate pentru apa sau solutii apoase B - dupa principiul pe baza caruia functioneaza.

Clasificarea dupa gradul de permeabilitate deosebeste doua categorii de bariere:

impermeabile pentru apa si substante lichide poluante. care blocheaza levigarea impurificatorilor din stratele superficiale spre panza de adancime;

semipermeabile., lasand sa treaca apa dar retinand impurificatorii; astfel pot fi retinute metale grele, precum cupru, plumb, zinc, molibden, uraniu, radon, dar si hidrocarburi clorurate, solventi, anioni.

Cercetarile in curs pe plan mondial urmaresc identificarea unei game diverse de procedee de creare a acestor bariere si stabilirea de solutii tehnice pentru o amplasare cat mai corecta a lor.

Dupa principiul pe baza caruia functioneaza barierele subterane se pot deosebi:

Bariere hidraulice care sunt cele clasice (cele mai cunoscute) si care au ca scop
realizarea unui obstacol pentru circulatia apei subterane.

Bariere fizice, a caror formare se bazeaza pe schimbarea     caracteristicilor de vascozitate ale unui material introdus in sol.

Bariere criogene a caror realizare implica controlul regimului termic al zonei poluate

Bariere electrocinetice care folosesc efectele campului electric si magnetic pentru controlul deplasarii poluantilor

Bariere chimice a caror functionare se bazeaza pe reactia chimica ce are loc intre materialul barierei si poluantii care migreaza prin teren odata cu apa.

Bariere biologice care realizeaza blocarea procesului de dispersie a poluantilor, insotita de distrugerea sau imobilizarea lor prin intermediul organismelor vii - bacterii/plante.

BARIERE DE IZOLARE INITIALA

BARIERE IMPERMEABILE

Bariere hidraulice

Retinerea unor poluanti pe particulele de sol face uneori deosebit de dificila eliminarea lor fizica. Izolarea arealului poluat si controlul circulatiei apei subterane in zona afectata poate limita riscurile pentru zonele invecinate pentru o perioada indelungata,

Controlul unei zone poluate in sensul blocarii intrarii sau iesirii apei din terenul contaminat se poate realiza prin incapsularea ei, respectiv: acoperirea la suprafata, etansarea laterala si realizarea unui strat impermeabil de fund, eventual cu pomparea apei din zona. Pentru realizarea barierelor de blocare a circulatiei poluantilor s-au adaptat initial tehnologii din domeniul constructiilor, anume cele de formare a 'ecranelor' impermeabile. Printre primele substante utilizate pentru formarea unor 'ecrane' etanse sau bariere pentru circulatia apei subterane se numara cimentul, argila, bentonita si amestecuri ale acestora.

Obtinerea 'ecranelor' etanse se poate realiza prin excavare si turnare in spatiul astfel creat a unor amestecuri tip beton, caz in care intra in discutie:

calitatea agregatelor existente in zona: amestecul de nisip, pietris, uneori sticla sparta (reciclata);

tipul de liant folosit, care poate fi suspensia de ciment, bentonita, argila.

Bariera care izoleaza sursa de contaminare

Sursa de contaminare

In unele situatii structura geologica nu permite excavarea sau excavarea este foarte costisitoare. In aceste cazuri formarea unor bariere prin injectie de la suprafata este o solutie altemativa acceptabila.

Evaluarea posibilitatilor de realizare a Tehnicile de injectare de la suprafata a suspensiilor de ciment, argila sau bentonita au fost intens studiate si aplicate in Germania si Franta. Investigatiile au examinat compatibilitatea acestui tip de bariera cu tipul solului si cu tipul de poluant. Practica arata ca trebuie cunoscute permeabilitatea solului, precum si stabilitatea fizica si hidraulica in timp a barierei.

In cazul unor injectii de la suprafata este necesar un sistem de control al eficientei barierei, realizabil prin excavarea unor transee sau construirea unor foraje de urmarire a nivelului si calitatii apei subterane. Eflcienta barierei este conditionata de calitatea materialului injectat, care trebuie sa fie rezistent la influenta apei si la reactivitatea poluantilor.

Pentru controlul poluarii datorate deseurilor ingropate s-au conceput si testat noi materiale pentru bariere. Ca lianti se pot utiliza: vinil - ester - stirenul; poliester - stirenul; poliacrilati; polimeri pe baza de furfurol; titei asfaltic. Ca agregate inerte se folosesc: amestec de nisip si roca; nisip si sticla reciclata.

Testele au determinat durabilitatea pe termen lung a materialului ce formeaza bariera, difuzivitatea ionica, raspunsul la altemanta de cicluri uscate / umede, rezistenta la atacul aciziior, bazelor si solventilor organici in conditiile existente in depozitele de deseuri. Studiile efectuate au examinat de asemenea efectele tipului si cantitatii de pietris asupra performantelor barierei.   

Substantele agregate inerte, cum ar fi: nisip pur si sticla reciclata utilizate in testari pot fi optimizate pentru a fi compatibile cu conditiile geologice, ale mediului inconjurator si ale poluantilor din deseuri.

Barierele bazate pe argile nu pot fi la fel de eficace ca cele din polimeri sintetici si rasini naturale, Acesti reactivi pot cimenta si etansa sedimentele formand un ecran impermeabil mai sigur, respectiv bariere rezistente la deplasarea apei subterane.

Bariere orizontale amplasate sub depozite de deseuri

Este o metoda de amplasare in situ a barierelor orizontale sub amplasamentul unui depozit de deseuri sau al unui sit poluat. Procesul incepe cu saparea unor foraje orizontale care se curbeaza de la suprafata spre adancime, pana la limita perimetrului poluat, trecand pe sub sit si intorcandu-se la suprafata in partea opusa. Prin forajele orizontale sunt introduse niste cabluri de otel care sunt fixate la un troliu sau autotractor. La capatul opus al cabluri lor este atasat un echipament de injectie conectat la o pompa de injectie. Jetul pompat in foraje lasa un sediment care formeaza un ecran orizontal ca o placa de cca. 0,3m latime si 0,3m grosime.

Realizarea barierelor verticale este relativ bine cunoscuta, dar metodele pentru construirea barierelor orizontale in situ au fost dezvoltate recent. Pentru amplasamentele unor vechi depozite de deseuri problema care se pune este aceea de a plasa bariera fara a deranja deseurile, deoarece orice excavare a deseurilor poate reprezenta o problema suplimentara pentru sanatatea mediului si a omului.

Crearea unui sistem de bariere prin injectarea de la suprafata a unor compusi care polimerizeaza sau isi schimba vascozitatea in conditiile de presiune si temperatura din acvifer elimina necesitatea excavarii sau pomparii materialului contaminat (apa + sol, roca). Cercetarile in curs urmaresc depistarea unor substance lichide care, odata injectate in teren, produc o bariera impermeabila, inerta, prin cresterea masiva a vascozitatii lor. Asemenea bariere pot bloca si imobiliza atat contaminantii, cat si pana de apa contaminata. Printre substantele recent testate fac parte cele din familia polibutenelor, silicatii si polisiloxanii.

Substantele din familia polibutenelor sunt chimic si biologic inerte, hidrofobe, impermeabile pentru apa si gaze, nepericuloase pentru sanatatea umana si de aceea acceptate prin normele internationale de calitate. Eficacitatea barierelor nu este influentata de tipul de sol sau de poluant, ci doar de vascozitatea materialului, care depinde in principal de temperatura.

Silicatii sunt alta categorie de substante care nu ridica riscuri pentru sanatate, fund inerte chirnic si biologic. Eficacitatea lor de realizare a unei bariere impermeabile este functie de 'timpul de gelificare' care depinde de pH, temperatura si chimismul rocilor in care sunt injectati.

Polisiloxanii sunt fluide pe baza de polimeri siliconici. Sunt substante inerte chimic si biologic, fiind utilizate si pentru implanturi in organisniul uman. Ei rezulta din amestecul a 2 fluide, iar eficienta lor ca bariera impermeabila depinde de procentul in care se amesteca cele 2 componente si de temperatura la care are loc amestecarea. In prezent se urmareste testarea calitatii acestor substante de a umple porii din roci si de realizare a unor ecrane etanse. Este necesara in principal cunoasterea procesului de gelificare 'in situ' si a texturii gelurilor formate.

Atunci cand se impune un control complet, este recomandabila realizarea unei bariere fizice impermeabile; daca este necesara mentinerea circulatiei apei subterane cele mai eficiente sunt barierele fizice selective sau semipermeabile, care retin poluantii; in cazul unei poluari complexe, este utila o combinare de diferite tipuri de bariere, specifice pentru retinerea anionilor, cationilor, substantelor organice.

Gercetarile viitoare trebuie sa elucideze elemente precum:

durabilitatea pe termen lung a barierei fizice;

raspunsul la altemanta de cicluri umede si uscate;

rezistenta la atacul acizilor, bazelor si solventilor, avand in vedere

ca barierele trebuie realizate deseori in jural unor depozite de

deseuri periculoase.

Bariere criogene

Tehnologia de inghetare a solului a fost utilizata la scara larga in constractiile civile pentru controlul circulatiei apei intr-o anumita zona, fapt care face ca in prezent sa se urmareasca doar extinderea aplicarii acestei tehnologii. Procedeul necesita foraje special echipate cu conducte pentru introducerea agentului de refrigerare care, prin pompare, se poate si recircula.

O bariera de sol inghetat poate satisface cerintele de izolare initiala a unui amplasament prin minimizarea impacturilor adverse asupra mediului inconjurator pentru ca:

agentii de racire nu vin in contact cu rocile deoarece circula de-a lungul unui foraj dublu tubat;

- nu determina reactii chimice nedorite in subteran sau la suprafata;

- asigura o izolare totala a terenului poluat, inclusiv a fundamentului, fara a produce dislocarea solului prin excavatie;

- daca este necesar, sistemul de inghetare se poate demonta cu usurinta;

- bariera poate fi suplimentata, prin adaugarea de apa si cu un numar minim de operatii;

- este aplicabila unui mare numar de tipuri de contaminant!.

Metoda a fost de asemenea studiata in cazul unor zone aride, deoarece multe arii poluate (depozite de deseuri, puturi uscate, iazuri de decantare) sunt amplasate in locuri cu climat arid si mult mai sus decat nivelul natural al apei subterane. In zonele subterane nesaturate succesul acestei operatiuni este conditionat de controlul adaugarii apei necesare pentru a crea bariera.

Realizarea barierelor in afara zonelor saturate in apa este complicata si de miscarea apei sub influenta presiunii din pori si a gradientului termic din jurul conductelor de inghetare. De aceea, in cazul zonelor aride performantele tehnologiei de inghetare pot fi afectate de necesitatea creerii mai intai a unei saturatii totale (concomitent cu o prezenta a aerului in pori apropiata de zero); in plus, sistemul trebuie sa permita ulterior eliminarea apei introduse in subteran, in cazul unor folosinte a zonei care ar impune acest lucru.

In faza de laborator s-au studiat aspectele stocarii apei inghetate in soi, inciuzand comportarea substantelor dizolvate asociate, mecanismele de transport prin pelicula de apa neinghetata si prin golurile de aer, efectele mecanice, cum ar fi dilatarea si alte procese legate de inghetare.

BARIERE SEMIPERMEABLE

Bariere electrice

In ultimul timp, problema controlului calitatii apelor subterane si a prevenirii poluarii acviferelor a devenit o necesitate. In acest context, au fost studiate mai multe metode, printre care si metoda barierelor electrice. Metoda barierelor electrice consta in incarcarea electrica a terenului cu un curent altemativ de intensitate si frecventa potrivite pentru a bloca circulatia substantelor poluante prezente in apa subterana.

Cazul de poluare naturala a apei subterane eel mai frecvent intalnit in practica este eel al acviferelor costiere in care are loc o intruziune a apelor de mare (sarate). Apare astfel o interfata apa dulce - apa sarata. Pentru ca densitatea apei sarate este mai mare decat densitatea apei dulci, apa sarata patrunde in acvifer si creeaza o pana de apa sarata. In Romania astfel de situatii se intalnesc la Costinesti si la 2 Mai, unde captarile de apa dulce ating o pana de apa sarata.

S-au facut atat teste de laborator cat si experimente in teren (pilot).

In experimentele pilot s-a urmarit crearea in teren a unui camp electric altemativ prin introducerea de electrozi liniari in forajele in care se constatase o intruziune a apei de mare. Salinitatea a fost masurata atat deasupra, cat si sub 'bariera electrica' astfel realizata. Utilizandu-se intensitati si frecvente diferite pentru curentul electric introdus in sol si inregistrandu-se raspunsul dat de sistemul sol - apa, s-a concluzionat ca valoarea frecventei curentului aplicat depinde de natura substantei poluante si a solului, viteza de curgere, temperatura si compozitia chimica a apei subterane.

Rezultatele fazei experimentale au incurajat intensificarea studiilor teoretice si practice ale proceselor fizico - chimice care stau la baza fenomenului, punandu-se accent pe caracteristicile curentului aplicat, ca unul dintre parametrii cheie in optimizarea efectului de bariera.

Un alt pas inainte in procesul experimental s-a facut prin evaluarea posibilitarii de aplicare a banerelor electrice nu numai in cazul intruziunii apei marine sarate, ci si in cazul intruziunii altor substante poluante. In laborator s-a simulat curgerea apei printr-un acvifer cu nivel liber si eficacitatea barierelor electrice in cazul poluarii acviferului cu sulfati, nitrati sau alte substante poluante tipice ariilor antropice. De asemenea s-a studiat si efectul barierelor electrice asupra poluarii apelor subterane cu componenti biologici din deseurile municipale (levigate).

Deoarece rezultatele au dus la concluzia ca sub bariera electrica cantitatea de poluanti este intotdeauna mai mica, un consortiu de companii din SUA a dezvoltat un procedeu de izolare -tratare a zonelor contaminate bazat pe procedee electrice. Procedeul se bazeaza pe principiul electroosmozei realizate cu serii de electrozi dispusi in plan orizontal si vertical si care determina deplasarea poluantilor dizolvati sau a particulelor fine de sol contaminat in cadrul unui volum predeterminat de teren subteran. Prin inversarea polaritatii electrozilor, poluantii pot strabate drumul dus - intors intre acestia de mai multe ori, ceea ce creste durata timpului de tratare. Modul de tratare asociat barierei electrice poate fi chimic sau biologic.

Bariere magnetice

Tehnologia utilizeaza particule special create pentru a adsorbi selectiv contaminantii din apa uzata (reziduala) sau din apa subterana. Tehnologia se aplica in cazul unor concentratii scazute de poluanti radioactivi sau anorganici (in unitati ppb).

Pentru tratarea apei poluate particulele sunt injectate in apa, de unde adsorb contaminantii. Pentru ca aceste particule sunt mici si adsorbtia este un fenomen de suprafata, adsorbtia cinetica este foarte rapida (de obicei mai putin de 1 minut). Particulele sunt separate de apa utilizand un filtru magnetic, pentru ca - datorita miezului magnetic - particula are o susceptibilitate magnetica foarte mare. Odata ce particulele au fost recuperate in filtrul magnetic, filtrul este spalat, particulele sunt regenerate (in aceeasi maniera ca o rasina schimbatoare de ioni) si pot fi reutilizate.

Tehnologia poate fi aplicata 'in situ' pentru recuperarea radionuclizilor, metalelor grele si nitratilor din apa subterana. Particulele colectate sunt pompate spre suprafata de regenerare si reutilizate.

Filtrele magnetice si toate celelalte echipamente necesare sunt disponibile in comert. Filtrarea magnetica este de fapt o tehnologie cunoscuta, utilizata in tratamentul apei pentru termoficare (pentru evitarea depunerilor pe conducte), in tratamentul apei de alimentare a cazanelor, unde fierul prezent in apa este inlaturat prin filtrare magnetica. La fel pot fi indepartati si alti contaminanti paramagnetici, cum ar fi cuprul. Pentru ca nu exista legatura chimica intre Fe si Cu, Fe este de obicei inlaturat cu un factor de depoluare intre 20 si 100, in timp ce factorul de depoluare pentru Cu este de obicei intre 2 si 3.

Bariere chimice

Experimental s-a constatat ca anumite substante pot imobiliza contaminantii chimici si radionuclizii din apa subterana cantonata in formatiunile geologice de sub depozitele de deseuri. Procesele studiate includ adsorbtia poluantilor din apa subterana, utilizand materiale organice (care reduc pana la distrugere hidrocarburilc clorurate) si zeoliti (pentru a elimina metalele mobile). Imobilizarea poate fi obtinuta prin adsorbtie de suprafata, in cazul substantelor precum oxidul de fier sau prin schimbul de ioni in cazul argilelor.-

Modificari semnificative de mobilitate a poluantilor pot fi obtinute prin schimbarea starii de oxidare.

Procentul de remediere in situ a amplasamentelor de depozitare a deseurilor creste semnificativ daca tehnicile utilizate vizeaza doar substantele poluante mobile, fara a limita miscarea apei subterane.

Controlul apelor subterane se limiteaza in prezent doar la apele ce se infiltreaza de la suprafata si la apele din zona vadoasa. In aceste conditii pot exista lacune in control, iar erorile de control pot conduce la poluare. Un control complet presupune verificarea rezervoarelor, conductelor, barierelor laterale si posibilitatea instalarii unui sistem de pompare a apei, in caz de poluare.

Barierele chimice permit o imobilizare selectiva a diferitilor poluanti: solventi, anioni si cationi.Pentru contaminari mixte (surse multiple de poluare) pot fi utilizate bariere adsorbante diferite.In asemenea cazuri, inainte de excavatie trebuie examinate toate datele referitoare la selectia materialelor adsorbante si la metodele de plasare a barierelor.

Metoda poate fi utilizata pentru contaminanti (poluanti) precum: strontiu, hidrocarburi clorurate,saruri de crom, cobalt, folosind ca agenti de chelatizare si adsorbtie zeoliti, cauciuc sintetic macerat, chelatizori organici imobilizatori, talc hidratat.

Un aspect important care a fost studiat este acela al capacitatii de adsorbtie pentru diferiti contaminanti si relativa imobilitate a fazei de adsorbtie in conditiile de curgere a acviferului. Au fost studiate in laborator si schimbarile de permeabilitate ale acviferului, rata cu care acviferul va

accepta fluidul care va fi injectat.

Hidroxidul feric a fost identificat ca adsorbant pentru elemente cum ar fi: uraniu, molibden, cupru, zinc, radiu, plumb. Tehnologia de lucru consta in injectarea hidroxidului feric ca solutie apoasa pana in stratul in care este cantonata panza subterana. Precipitarea in porii acviferului formeaza o bariera ca un invelis izolant in jurul zonei poluate. Acest inVelis retine poluantii care sunt in miscare impreuna cu apa subterana, pastrandu-i in interiorul zonei 1 imitate de bariera.

Tratamentul chimic in situ Tratamentul chimic in situ utilizeaza injectarea de solutii sau gaze reactive in solurile nesaturate. Amestecul diluat de hidrogen sulfurat in aer sau azot (gaz inert) este utilizat pentru tratarea solurilor poluate cu metale grele, in timp ce solurile poluate cu crom si uraniu pot fi tratate cu un amestec de hidrogen sulfurat si dioxid de sulf diluat cu gaze inerte sau solutii de sulfat de fier si sulfat de sodiu.

Aceasta tehnologie este eficienta pentru metale si radionuclizi dar performantele sale depind de caracteristicile poluantilor si ale mediului contaminat EPURATOR DE GAZE

Foraj de supraveghere

Teren contaminat

SISTEM DE INJECTIE

Gaz sau lichid

Figura 6. Modelul conceptual al tratamentului chimic in situ

Bariere biologice

Barierele biologice reprezinta sisteme biologice, respectiv culturi de microorganisme, care degradeaza sau transforma, mobilizeaza sau imobilizeaza compusii poluanti. Prezinta avantajul utilizarii unor elemente naturale, fapt pentru care costul lor este scazut, sunt usor acceptate de public si nu dau nastere la deseuri secundare.

Filtre microbiene in situ

Filtrele microbiene in situ sunt utilizate pentru remedierea zonelor afectate de penele de poluare cu compusi organici, pentru impiedicarea extinderii acestora.

Filtrul microbian fixat are o forma cvasicilindrica, o inaltime de cca. 2m si o raza de cca. lm. El se realizeaza prin injectarea intr-un foraj amplasat in zona contaminata a unei culturi de microorganisme specializate in degradarea unui anumit poluant. Dupa formarea filtrului, care dureaza o perioada bine determinata, procesul de inoculare a bacteriilor se opreste si incepe exploatarea lui, care consta in extragerea prin acelasi foraj a apei subterane. Apa subterana poluata curge spre si prin filtrul microbial si astfel este depoluata, ajungand la capatul forajului (la suprafata) ca apa curata. In prima demonstratie de teren, urmarind a stabili dimensiunea 'in situ' a biofiltrului realizabil in jurul forajului localizat in interiorul penei de poluare, a fost injectata o bacterie anaeroba specializata in degradarea tricloretilenei (TCE). TCE este un contaminant frecvent al apei subterane si este suficient de solubila in apa pentru a fi usor transportata si diseminata. Datorita dispersiei mari la concentratii relativ scazute, dar inacceptabile, tratamentul in situ este foarte necesar. Pentru filtrul microbian a fost adaptata o tulpina de Methylosinus trichosporium (OB3b). Cresterea microorganismelor in lipsa cuprului si a unui control strict al nutrientilor a determinat producerea unei cantitati mari de monoxigenaza metan-solubila (sMMO), enzima responsabila pentru degradarea co-metabolica a TCE.

Tulpina OB3b a fost adaptata astfel incat sMMO sa degradeze TCE in timp de 30 de zile, fara a mai fi nevoie de un initiator de proces (metan). Aceasta inseamna ca odata ce in filtrul 'in situ' sunt injectate microorganismele respective, activitatea de degradare a TCE va dura eel mult 30 de zile.

b) Biosorbtia uraniului

Termologia bazata pe biosorbtie poate indeparta selectiv uraniul sau alte metale afiate in concentratii scazute in scoarta terestra sau in apa subterana. S-a demonstrat ca remedierea prin biosorbtie este aplicabila in cazul apelor de suprafata si subterane poluate cu uraniu. Procedeele propuse utilizeaza biosorbenti imobilizati intr-un pat (bariera) permeabil, care sunt stocati pe rand in interiorul sistemului bioreactor. Acest sistem functioneaza in teren ca procedeu de izolare / tratare prin injectie. Concentratia in uraniu se reduce de la ppm la ppb

Tehnologiile actual utilizate pentru indepartatea uraniului includ precipitarea cu baze, adsorbtia pe carbune activ sau rasini anorganice si extractie cu tributilfosfat sau alte materiale. Aceste tehnologii dau nastere la deseuri secundare inacceptabile, cantitati mari de reziduuri lichide (namol) si / sau deseuri amestecate, iar procesele tehnologice sunt scumpe.

Adaptabilitatea mare a bacteriilor, drojdiei, fungi lor si algelor la diferite conditii de mediu explica abilitatea lor de a extrage uraniul din apa poluata care contine concentratii mici din acest metal greu. Au fost identiflcate unele specii de Pseudomonas care reprezinta un material biologic optim pentru extragerea uraniului din solutii acide (pH < 3). Microorganismele dispersate (izolate) in solutie pot lega uraniul si reduce concentratia acestuia de la 10 ppm la 0.35 ppm. Ca material pentru fixare in scopul de a imobiliza biomasa si a forma patul permeabil a fost testata poliacrilamida.

c) Bartere cu biomasa vegetal a Pentru remedierea solurilor, a sedimentelor si a apelor de suprafata poluate cu metale grele si radionuclizi se pot utiliza cu succes plantele terestre si acvatice.

Tehnologia a fost aplicata initial utilizand ca material plantele crescute pe un sol poluat cu metale grele (SUA, statul Montana), dintr-o zona unde in sol si apa subterana s-a evidential o poluare considerabila cu metale grele. Pentru determinarea aplicabilitatii metodei s-au studiat specii de plante care sunt nativ tolerante la metale, cum ar fi unele legume (spanac, salata) si plantele cu seminte mici (tutun).