|
Opis PL
Realizowaną pracę rozpoczęto od dokonania przeglądu literaturowego osiągnięć w zakresie oczyszczania gruntów skażonych substancjami ropopochodnymi oraz produktami ubocznymi pirolizy, jako źródłami zanieczyszczenia gleby węglowodorami TPH i WWA. Na podstawie danych literaturowych dotyczących technologii oczyszczania terenów skażonych substancjami ropopochodnymi wytypowano etapy postępowania zmierzające do redukcji zawartości TPH i WWA w skażonych glebach.
W ramach realizacji pracy wykonano analizy fizykochemiczne gleb pobranych z terenów zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi, a mianowicie z:
− gazowni klasycznej, wyłączonej z eksploatacji, położonej na północy Polski. Próbki do badań pobrano w pobliżu starych (częściowo zlikwidowanych) dołów ze smołą pogazową, z głębokości 0–0,5 m p.p.t. (gleba GK-1);
− dołu urobkowego, w którym składowano odpady wiertnicze zanieczyszczone substancjami ropopochodnymi – gleba zaklasyfikowana do odpadów o kodzie ex 17 05 03* (gleba i ziemia zawierająca substancje ropopochodne). Próbki do badań pobrano z głębokości 0–0,5 m p.p.t. (gleba DU-1).
Analiza fizykochemiczna wykazała, że gleba z terenu gazowni klasycznej charakteryzowała się dużą zawartością WWA i stosunkowo niewielką TPH. Natomiast gleba z terenu dołu urobkowego zawierała duże ilości TPH i stosunkowo niewielkie WWA. Jako że fundamentalnym celem realizowanej pracy było badanie procesów biodegradacji TPH i WWA w glebie, dlatego wskazane było uzyskanie gleby o istotnych zawartościach TPH oraz WWA. Nadmiernie wysokie zawartości w glebie jednocześnie WWA i TPH mogą hamować przebieg jej oczyszczania, dlatego do badań procesu biodegradacji węglowodorów, prowadzonych w warunkach ex situ, jako materiał badawczy stosowano mieszaninę gleb: GK-1:DU-1 w stosunku 2:1.
Z uwagi na ukierunkowanie badań na oznaczenie zawartości węglowodorów TPH oraz WWA w glebie – w ramach realizacji pracy dostosowano metodykę chromatograficznego oznaczania zanieczyszczeń ropopochodnych ze szczególnym uwzględnieniem wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA).
W kolejnym etapie utworzono stanowisko do badań biodegradacji zanieczyszczeń prowadzonych w skali półtechnicznej, w warunkach ex situ, metodą pryzmowania. Omówiono wyniki prac dotyczących badań optymalizacyjnych prowadzenia procesu biodegradacji, obejmujących: modyfikację struktury gleby w celu zwiększenia biodostępności mikroorganizmów i substancji odżywczych do węglowodorów ropopochodnych, bioremediację podstawową stymulowaną poprzez biowentylację i wzbogacanie środowiska odpadu w składniki biogenne wspomagające rozwój mikroflory autochtonicznej oraz bioaugmentację, polegającą na inokulacji wstępnie oczyszczonej gleby biopreparatami, których skład został opracowany w Zakładzie Mikrobiologii Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego.
Doboru substancji biogennych do oczyszczanej gleby dokonano na podstawie wyników badań respirometrycznych (przeprowadzonych za pomocą zestawu OxiTop® Control) mierzących postęp samoistnej i wspomaganej biodegradacji tlenowej substancji ropopochodnych zawartych w badanym gruncie o różnej zawartości substancji biogennych.
Etapowy proces oczyszczania gleby w drodze bioremediacji podstawowej stymulowanej substancjami biogennymi oraz bioaugmentacji w warunkach ex situ prowadzono przez 300 dni. Przebieg procesu kontrolowano za pomocą rozbudowanego monitoringu obejmującego fizykochemiczne oraz toksykologiczne badania gleby, które wykonano, opierając się na mikrobiotestach typu ToxKit (Phytotoxkit, Ostracodtoxkit, Spirodela Duckweed ToxKit), Microtox, test oceny ryzyka środowiskowego MARA oraz test oceny genotoksyczności Amesa.
Równie istotnym elementem pozwalającym na szersze spojrzenie na przebieg procesu biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych i określenie efektywności kolejnych etapów oczyszczania była analiza chromatograficzna, pozwalająca na ilościowe i jakościowe oznaczenie poszczególnych węglowodorów wchodzących w skład zanieczyszczeń ropopochodnych. Umożliwiała ona zaobserwowanie w glebie zmian zawartości poszczególnych n-alkanów i WWA w trakcie realizowanych etapów oczyszczania. Ponadto wprowadzane wskaźniki stopnia biodegradacji n-alkanów w postaci stosunków zawartości n-C17/Pr i n-C18/F w sposób bardzo widoczny obrazowały efektywność realizowanych kolejnych etapów opracowanej technologii oczyszczania odpadów z zanieczyszczeń ropopochodnych.
W celu opracowania modelu matematycznego biodegradacji zanieczyszczeń ropopochodnych w odpadach wiertniczych zastosowano normalizację stężenia analitów za pomocą wprowadzonego biomarkera – C30-17β(H),21β(H)-hopanu, który umożliwił pełną ocenę stopnia biodegradacji węglowodorów ropopochodnych.
Obliczone stałe biodegradacji pierwszego rzędu (k) pozwoliły na prześledzenie i porównanie kinetyki przebiegu biodegradacji poszczególnych grup zanieczyszczeń ropopochodnych (TPH, Σ n-C8–n-C22, Σ n-C23–n-C36) oraz WWA (3-, 4-, 5- i 6-pierścieniowych WWA) w kolejnych etapach oczyszczania odpadów. Ponadto na podstawie przedstawionych stałych biodegradacji przeprowadzono porównanie efektywności działania wykorzystywanych biopreparatów.
Opracowana technologia oczyszczania gleb należy do pewnych i bezpiecznych dla środowiska naturalnego oraz uzasadnionych ekonomicznie do zastosowania w warunkach przemysłowych metod likwidacji substancji ropopochodnych na zanieczyszczonych terenach.
|
Opis EN
The executed work was started by performing a review of literature regarding the achievements in the field of remediation of lands contaminated with petroleum derivative substances and by-products of pyrolysis as sources of contamination of the soil with TPH and PAH hydrocarbons. On the basis of literature data regarding technologies for remediation of lands contaminated with petroleum derivative substances, one selected process stages aimed at reducing the content of TPH and PAH in the contaminated soils.
As a part of the execution of the work, one performed physico-chemical analyses of soil collected from areas contaminated with petroleum derivative substances, namely from the area of:
− a decommissioned conventional gas plant, located in the north of Poland. Test samples were collected near old (partially eliminated) gas pitch pits, from a depth of 0–0.5 m below terrain level (GK-1 soil),
− a mining spoil pit, wherein drill waste contaminated with petroleum derivative substances were kept – soil classified for waste, with an ex code of 17 05 03*. The test samples were collected from a depth of 0 - 0.5 m below terrain level (DU-1 soil).
A physico-chemical analysis indicated that the soil from the area of the conventional gas plant was characterized by a high content of PAH and a relatively small content of TPH. Whereas the soil from the area of the mining spoil pit contained large amounts of TPH and relatively small amounts of PAH. Since the fundamental goal for the executed work was to study the processes of TPH and PAH degradation in soil, it was recommended to obtain soil with significant amounts of both TPH and PAH. Excessively high amounts of both PAH and TPH in the soil may hamper its remediation process. That is why the following distribution of soils was used as test material for examining the process of biodegradation of hydrocarbons, performed in ex-situ conditions: GK-1:DU-1 in a ratio of 2:1.
Due to the orientation of the studies towards determining the content of TPH and PAH hydrocarbons in the soil, as a part of the execution of the work, one adapted the method of chromatographic determination of petroleum derivative contaminations with a particular focus on polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH).
In the subsequent stage, one created a station for testing the biodegradation of contaminations, conducted on a semi-technical scale in ex-situ conditions using the compost heap method. One discussed the results of works pertaining to optimization tests for the conduct of the process, including: modification of the structure of the soil in order to increase the bioavailability of petroleum derivative hydrocarbons to microorganisms and nutrients, basic bioremediation stimulated by bioventilation and saturating the waste surroundings with biogenic ingredients supporting the development of indigenous microflora, and bioaugmentation, involving the inoculation of the initially remediated soil with biopreparations developed in Zakład Mikrobiologii INiG – PIB (Microbiology Department of the Oil and Gas Institute - National Research Institute).
The selection of biogenic substances for the remediated soil was made on the basis of the results of respirometric tests, measuring the progress of spontaneous and assisted aerobic biodegradation of the petroleum substances contained in the tested soil with varying content of biogenic substances. These tests were performed using the OxiTop®Control kit.
The staged process of soil remediation through basic bioremediation, stimulated by biogenic substances and bioaugmentation in ex situ conditions, was carried out for a period of 300 days. The course of the process was controlled using a comprehensive monitoring system, covering soil tests, both physico-chemical and toxicological, performed using ToxKit (Phytotoxkit, Ostracodtoxkit, Spirodela Duckweed ToxKit) and Microtox type tests, the MARA environmental risk assessment test and the Ames genotoxicity test.
An equally relevant element, allowing for a broader approach to the course of the process of biodegradation of petroleum derivative contaminations, and determination of the effectiveness of subsequent stages of remediation, was the chromatographic analysis, allowing for a quantitative and qualitative determination of individual hydrocarbons contained in petroleum derivative contaminations. It allowed to observe changes in the content of individual n-alkanes and PAHs during the remediation stages. Furthermore, the introduced n-alkane biodegradation degree indexes in the form of n-C17/Pr and n-C18/F content ratios very visibly illustrate the effectiveness of subsequently executed stages of the developed technology for removal of petroleum derivatives from waste.
In order to develop a mathematical model for the biodegradation of petroleum derivative contaminations in drill waste, one utilized normalization of the concentration of analytes using the introduced biomarker – C30-17β(H), 21β(H)-hopan, which allowed for a complete assessment of the degree of biodegradation of petroleum derivative hydrocarbons.
The calculated constants for first-order biodegradation (k) allowed to monitor and compare the kinetics of the course of the biodegradation of individual groups of petroleum derivative contaminations (TPH, Σ n-C8–n-C22, Σ n-C23–n-C36) and PAH (3-, 4-, 5- and 6-cyclic PAHs) in subsequent stages of waste treatment. Furthermore, on the basis of the presented biodegradation constants, one can compare the effectiveness of operation of the biopreparations used.
The presented technology is one of the methods of treatment of petroleum derivative contaminants in areas contaminated with petroleum derivative substances, that are tried and environmentally safe, and economically justifiable for use under industrial conditions.
|
