Aplicarea reducerii chimice în metodele de remediere in situ, similară cu oxidarea chimică in situ, este strâns legată de reacțiile în curs de oxidare-reducere din mediul rocilor. Esența reducerii substanțelor chimice in situ este crearea condițiilor de reducere prin aplicarea agenților reducători pe mediul contaminat (Fig. 4.2.16), reducând în același timp formele de contaminant cu mai puțin dăunătoare, resp. proprietăți mai puțin periculoase. Procesul de reducere este în mare parte completat de alte procese de remediere ulterioare, de ex. prin imobilizarea contaminantului prin precipitarea formelor reduse rezultate ale contaminantului.
Aplicabilitate
Procesul de reducere chimică poate fi utilizat pentru remedierea contaminanților sensibili la modificările condițiilor redox, în special a celor ale căror forme reduse nu prezintă un impact periculos asupra mediului, respectiv. sunt mai puțin dăunători pentru el. Astfel de contaminanți includ, de exemplu (Bhandari și colab., 2007; Suthersan și Payne, 2005; Chambers, 1991; Rocca și colab., 2007): Cr 6+ (reducere la Cr 3+), NO3 - (posibilă reducere la NH4 +, eventual până la N2 elementar), UO2 2+ (reducere la uraniu tetravalent), Se 6+ (reducere la Se 4+ sau până la Se elementar). Procesul de reducere chimică a fost aplicat și în remedierea poluării de anumite substanțe organice (de exemplu, hidrocarburi alifatice clorurate, PCB-uri etc.).
caracteristică de bază
Utilizarea cu succes a reducerii substanțelor chimice in situ este posibilă numai după o analiză detaliată a condițiilor locale, concentrându-se în special pe natura și cantitatea de contaminant țintă, precum și pe condițiile generale geochimice și hidrogeologice din mediu. Utilizarea proceselor de reducere chimică pentru remedierea contaminanților in situ este recomandată în special sub forma creării unor zone reactive sau a remedierii unor surse mai mici, mai puțin pentru remedierea completă a suprafețelor mari (Suthersan și Payne, 2005).
În general, reducerea chimică in situ implică aplicarea de agenți reducători direct în zona de saturație. Agenții de reducere pot fi aplicați în special prin intermediul puțurilor de infiltrare hidrogeologică, fie în condiții normale, fie sub presiune. De asemenea, este posibil să se utilizeze drenuri de infiltrare, resp. folosiți principiul barierelor reactive (Fig. 4.2.17). Odată cu aplicarea agentului reducător, este necesar să se asigure în același timp condițiile chimico-fizice necesare în zona saturată, care, împreună cu un bun contact al agentului reducător cu contaminantul, vor asigura cursul și amploarea necesară a reacțiilor redox și reduceți astfel contaminantul la forma dorită.
Agenții reducători utilizați în reducerea in situ asigură reducerea contaminantului prin transferul de electroni la molecula/atomul contaminant (agentul reducător este un donator de electroni, contaminantul este un acceptor de electroni). Printre agenții reducători disponibili, este posibil să se utilizeze de exemplu. (US EPA, 2000; Suthersan și Payne, 2005):
• hidrogen (de exemplu, în efectul catalitic al paladiului) - pentru dehalogenarea reductivă a hidrocarburilor alifatice și aromatice (Newell și colab., 1997b), sau prin aplicarea hidrogenului pentru a susține procesele naturale de biosanare a hidrocarburilor clorurate;
• ditionit de sodiu Na2S2O4 (Chilakapati, 1999) - aplicarea unui agent reducător modifică condițiile redox și reduce metalele prezente (în special Fe 3+ la Fe 2+, care au un efect pe termen lung asupra deshalogenării contaminanților organici clorurați ( Szecody și colab., 2004) sau alte forme de contaminanți capabili de reducere, de ex. Cr 6+ (Fruchter și colab., 2000) Teste pentru îndepărtarea anumitor explozivi (de ex. TNT) în sedimente naturale care conțin fier (Boparai și colab. ., 2000) au fost efectuate și în condiții de laborator. 2008);
• Sulfura de hidrogen (Thorton și colab., 2007) - a fost testată cu succes pentru remedierea mediilor de roci poluate, cum ar fi reducerea cromului hexavalent;
• fier coloidal zero-valent - utilizat pentru remedierea hidrocarburilor clorurate, precum și pentru reducerea metalelor și a altor componente, de ex. CrO4 2–, TcO4 - sau UO2 2+ (Yin și Allen, 1999). De asemenea, este utilizat ca material pentru bariere reactive. Pentru aplicarea forajului fin, se folosește fier coloidal foarte fin cu nanoscală (Canterll și colab., 1995);
• EHC - este o combinație brevetată a așa-numitelor carbon complex și fier zero-valent, care se caracterizează printr-o eliberare treptată controlată în mediu. Utilizează atât procese de degradare chimică, cât și microbiologică și poate fi utilizat atât sub formă solidă, cât și lichidă. Poate fi adaptat la condiții și nevoi specifice in situ.
Exemplu aplicarea unui agent reducător - ditionit - utilizarea puțurilor de remediere a cromului hexavalent, constă din pașii următori (US Department of Energy, 2000):
• În timpul fazei de infiltrare, cantitatea necesară de agent reducător se aplică acviferului contaminat. Capacitatea totală de reducere depinde în special de cantitatea de reactiv aplicată și de conținutul de fier al mediului.
• În timpul fazei de reacție (din primele zeci de ore), reactivul reacționează cu mediul înconjurător. Reactivul reacționează cu fierul prezent în conformitate cu următoarea reacție:
.
• După faza de reacție, excesul de reactiv nereacționat și produsele de reacție mobile sunt pompate.
• Aplicarea etapelor anterioare va crea o zonă de reacție care este capabilă să imobilizeze sau să distrugă contaminantul în condițiile naturale ale fluxului de apă contaminată. Bariera de reducere formată care conține fier feros imobilizează cromul în timpul trecerii apei contaminate conform reacției:
.
• Dacă capacitatea de reducere a barierei nu este suficientă, este posibil să se aplice din nou agentul reducător asupra mediului.
• Ca urmare a barierei, apa subterană nu conține crom hexavalent dizolvat. Conținutul de oxigen dizolvat din apele subterane este redus din cauza proceselor redox.
Avantaje și limitări
Principalul beneficii reducerea chimică poate fi rezumată după cum urmează:
• metoda nu necesită contaminarea materialului contaminat la suprafață, ceea ce reduce costurile de remediere; prin intermediul forajelor (sau altor metode, de ex. slăbire; masă de rocă), părți mai adânci ale mediului contaminat sunt de asemenea accesibile pentru remediere (Yin și Allen, 1999);
• este adecvată aplicarea prin forare într-un mediu bine permeabil, de ex. nisipuri și pietrișuri (US Department of Energy, 2000);
• Dacă este necesar, este posibil să se aplice din nou agentul reducător într-o manieră simplă și să crească sau să scadă prelungi efectul reacțiilor de reducere;
• zona de reducere funcționează mult timp și în același timp relativ rapid; rămâne activ în mediu, ceea ce asigură imobilizarea contaminanților eliberați treptat din zonele mai puțin permeabile;
• contactul uman cu materialul contaminat este redus la minimum (datorită faptului că nu există o extracție directă a contaminantului din mediu).
Principalul dezavantaje și limitări reducerea chimică poate fi rezumată în următoarele puncte:
• aplicarea agenților de reducere prin foraje este limitată într-un mediu cu permeabilitate redusă, care nu permite o migrare suficientă a agentului de reducere și, prin urmare, nu este posibilă reabilitarea unor zone mai largi fără lucrări de forare extinse (Departamentul Energiei din SUA, 2000);
• necesitatea monitorizării și controlului remedierii eficacității metodei (similar cu alte metode in situ);
• aplicarea unor substanțe reductive (de exemplu, ditionit de sodiu) necesită prezența fierului natural reductibil în mediul igienizat;
• o eterogenitate mai ridicată a mediului (de exemplu căi preferențiale permeabile mai mari) poate provoca o problemă în penetrarea contaminantului peste bariera de reducere; acest lucru poate determina o eficiență mai mică a metodei (Szecody și colab., 2004);
• în unele cazuri, remobilizarea contaminanților poate apărea la restabilirea condițiilor de oxidare, resp. formarea produselor toxice/periculoase (inter) de degradare (Yin și Allen, 1999);
• o schimbare semnificativă a condițiilor redox poate provoca o modificare a formei de apariție a elementelor și, astfel, o schimbare a mobilității acestora - aplicarea metodei necesită o bună cunoaștere a condițiilor geochimice locale pentru a evita potențialele reacții adverse cu mediul.
Durata și eficacitatea curățării
Metoda este relativ rapidă în condițiile de aplicare recomandate, în special contactul suficient al agentului reducător cu contaminantul. Literatura de specialitate (US Department of Energy, 2000) afirmă, de exemplu, că aplicarea dithionitei poate reduce semnificativ concentrația de crom hexavalent în apele subterane într-o lună, comparativ cu pomparea de remediere, care durează câțiva ani.
Costul total depinde de condițiile specifice de mediu și de eliminarea contaminantului. Comparativ cu unele metode tradiționale de bază, cum ar fi de ex. pomparea de remediere, această metodă poate aduce economii semnificative, până la 60% (Departamentul Energiei din SUA, 2000). Acest lucru se datorează în principal costurilor de operare mai mici, care au un efect pe termen lung de reducere a conținutului de contaminanți fără costuri suplimentare semnificative. În practică, cel mai scump este instalarea sistemului și mai ales costul monitorizării remedierii.
Explicații: 1 - diagramă conceptuală, 2 - proiectarea zonei tratate, 3 - direcția debitului apei subterane, 4 - lățimea zonei tratate, 5 - lungimea zonei tratate, 6 - zona poluată, 7 - sursa de poluare, 8 - zona tratată, 9 - sondă de injectare, 10 - sondă de monitorizare (sondă), 11 - sondă de bază, 12 - zonă reactivă.
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová și Vlasta Jánová
Institutul Geologic de Stat Dionýz Štúr, Bratislava 2010, 360 p,