PL220194B1

PL220194B1 - Sposób bioremediacji ziemi i/lub mas ziemistych zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi

Info

Publication number: PL220194B1
Application number: PL400455A
Authority: PL
Inventors: Edward Wiegand; Włodzimierz Urbaniak
Original assignee: Ekos Poznań Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością; Fundacja Univ U Im Adama Mickiewicza W Poznaniu; Fundacja Uniwersytetu Im Adama Mickiewicza W Poznaniu
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2015-09-30
Also published as: EP2888063A1; PL400455A1; WO2014031016A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób bioremediacji ziemi i/lub mas ziemistych zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi.

Dotychczas znanych jest wiele metod fizycznych, chemicznych i biologicznych do usuwania ropopochodnych z gruntów (ziemi), w których stosuje się różne instalacje. Grunty skażone produktami ropopochodnymi najczęściej oczyszczane są w miejscu ich skażenia metodami biologicznymi, w których stosuje się mikroorganizmy zdolne do wykorzystania węglowodorów w charakterze źródła węgla i energii.

Z polskiego opisu patentowego nr 175 432 znany jest sposób rekultywacji nieużytków poprzemysłowych lub komunalnych, który polega na tym, że osady z przemysłowej oczyszczalni ścieków mieszane są w stosunku od 1 : 2 do 1 : 10 z substancjami organicznymi lub uwodnionymi osadami z oczyszczalni komunalnej. Ponadto dodaje się nawozy sztuczne, szczepionkę biologiczną korę, słomę lub trociny. Otrzymaną w ten sposób pulpę transportuje się na składowisko odpadów, gdzie formowana jest w pryzmy. W pryzmach poprzez napowietrzanie i kontrolę wilgotności przeprowadza się proces transformacji biologicznej, w wyniku czego otrzymywana jest sztuczna gleba, która po rozplantowaniu jest obsiewana roślinami.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL 180 141 sposób mikrobiologicznego oczyszczania gruntów zanieczyszczonych związkami naftowymi metodą in situ. Do remediacji wybiera się korzystnie od 5 do 10 różnych gatunków bakterii wykazujących się najwyższą aktywnością biodegradacji węglowodorów. Namnożone bakterie wprowadza się do gruntu poprzez jego zraszanie zawiesiną bakterii lub warstwowo, na stałym nośniku mineralnym, zwłaszcza w postaci keramzytu.

W sposobie znanym z polskiego opisu patentowego nr PL 184 203 tworzy się pryzmę zanieczyszczonego gruntu z zainstalowanym do niej systemem biowentylacyjnym odpowietrzająco-napowietrzającym według wielkości dostosowanej do zapotrzebowania tlenowego z możliwością regulacji natężenia przepływu powietrza w zależności od zapotrzebowania. Do tak przygotowanej partii ziemi dodaje się pożywkę nawozów mineralnych i mikroflorę bakteryjną wcześniej wyizolowaną z partii zanieczyszczonego gruntu oraz odpowiednio namnożoną.

Poszukiwanie nowych rozwiązań, szczególnie dla usuwanych dużych ilości ziemi i/lub mas ziemistych zanieczyszczonych ropopochodnymi wynikają z konieczności zwiększenia szybkości redukcji zanieczyszczeń z uwzględnieniem przesłanek ekonomicznych oraz wyeliminowaniem sezonowości procesu. Jak wiadomo, redukcja węglowodorów zawartych w ziemi odbywa się dzięki naturalnej obecności w glebie określonych gatunków drobnoustrojów tlenowych dla których podstawowym źródłem pożywki są węglowodory. Zatem, biodegradacja węglowodorów jest zjawiskiem naturalnym, której szybkość zależy m.in. od stężenia węglowodorów i charakterystyki ich węglowodorowego łańcucha, a także od innych składników odżywczych zwłaszcza C : N : P oraz od wilgotności, temperatury i natlenienia.

Istota wynalazku polega na tym, że w pierwszej fazie pierwszego etapu procesu odpady biologiczne ulegające biodegradacji układa się w co najmniej jedną pryzmę wzdłuż osi kanałów napowietrzających, po czym, gdy temperatura nagrzania tej pryzmy osiągnie temperaturę co najmniej 45°C, nakłada się na nią warstwę ziemi i/lub masy ziemistej zawierającej zanieczyszczenia ropopochodne w proporcji wagowej od 6 : 4 do 8 : 2, korzystnie 7 : 3 i przy temperaturze w tak otrzymanej pryzmie wynoszącej 37 - 45°C pozostawia przez okres co najmniej 2 dni. Następnie co kilka dni, korzystnie cztery, pryzmę w znany sposób miesza się, spulchnia i nawilża do 39 - 41% oraz napowietrza się ciśnieniowo w ilości 10 - 20 m³, korzystnie 15 m³ powietrza w przeliczeniu na 1 000 kg s. m. pryzmy, korzystnie z częstotliwością 0,5 godzina napowietrzania i 0,5 godziny przerwy, przy czym proces ten, w zależności od wielkości pryzmy, prowadzi się od kilkunastu dni do trzech tygodni, do momentu przeprowadzenia transformacji mikrobiologicznej. W drugiej fazie pierwszego etapu procesu zgodnie z wynalazkiem, tak uzyskany aktywny kompost inicjujący miesza się z ziemią i/lub masami ziemnymi zawierającymi zanieczyszczenia ropopochodne, w proporcji wagowej od 6 : 4 do 8 : 2, korzystnie 7 : 3, i podobnie jak w pierwszej fazie pierwszej etapu procesu, układa się w co najmniej jedną pryzmę oraz wykonuje się jej napowietrzanie ciśnieniowe oraz spulchnianie, przy czym proces ten prowadzi się w temperaturze nagrzania pryzmy nie mniejszej niż 32°C, do momentu uzyskania ziemi kompostowej zawierającej śladowe ilości zanieczyszczeń ropopochodnych, po czym ewentualnie tak otrzymaną ziemię kompostową w ostatnim etapie poddaje się humifikacji.

PL 220 194 B1

Zgodnie z wynalazkiem korzystnie jest umieszczać pryzmę z kompostem inicjującym oraz pryzmę z wytwarzaną świeżą ziemią kompostową pod osłonami.

W wynalazku tak w pierwszym jak i drugim etapie pryzmy umieszcza się na wydzielonej płycie urządzonej zgodnie z wymaganiami ochrony środowiska do znanych odpadów biomasy roślinnej lub zwierzęcej (biologicznych) ulegających biodegradacji i ułożonych w pryzmy wzdłuż osi kanałów napowietrzających oraz okrytych przesuwnymi osłonami komorowymi. Każda osłona komorowa okrywa dwie pryzmy i jest przystosowana do odbioru powietrza poprocesowego w systemie podciśnieniowym, które kierowane jest do biofiltra. Biofiltracja polega na przechodzeniu zużytego powietrza z etapu pierwszego zawierającego odoranty oraz lotne węglowodory przez warstwy materiału biologicznego zasiedlonego przez mikroorganizmy oraz przez warstwę węgla aktywnego. Odcieki powstające z biofiltra kierowane są do wspólnego zbiornika odcieków do którego spływają także odcieki z pryzm z etapu pierwszego. Odcieki kierowane są do ponownego nawilżenia pryzm. W sytuacji braku odcieków ze zbiornika, zawierających korzystnie bogatą mikroflorę przyspieszającą biodegradację ropopochodnych, a także transformację biologiczną materii organicznej zawartej w pryzmach do nawilżania dodatkowo pobiera się ścieki deszczowe pochodzące z odwadniania powierzchniowego płyty, które gromadzone są w osobnym zbiorniku. Obieg odcieków i ścieków deszczowych jest zamknięty. W pierwszym etapie rozkład biomasy połączony z biodegradacją ropopochodnych przebiega w czasie do 14 tygodni. W efekcie uzyskuje się świeżą ziemię kompostową pozbawioną związków odorowych przy jednoczesnej redukcji węglowodorów o co najmniej 65%. W drugim etapie prowadzony jest proces bioremediacji i transformacji biologicznej świeżej ziemi kompostowej na wydzielonym miejscu płyty. Transport oraz układanie pryzm jest prowadzone w znany sposób przy użyciu ładowarek i przyczep wywrotek. Spulchnianie pryzm połączone z napowietrzaniem prowadzi się co 4 - 7 dni. Temperatura ziemi kompostowej może dochodzić do 27°C z tendencją spadkową. W drugim etapie aktywność mikrobiologiczna drobnoustrojów degradująca produkty ropopochodne powoduje ich rozkład w formy nieszkodliwe. W tej fazie powstaje ziemia kompostowa pozbawiona lub zawierająca śladowe ilości produktów ropopochodnych. Dojrzewanie ziemi kompostowej zachodzi od 3 - 4 miesięcy w zależności od pory roku i warunków atmosferycznych. W ostatnim etapie w przemianach mikrobiologicznych ziemi kompostowej dominują procesy humifikacyjne podobne do zachodzących w glebie. Stąd ważne jest układanie pryzm na płycie o nawierzchni ażurowej, która umożliwia wnikanie mikro i makroorganizmów glebowych wprost do pryzm, co przyspiesza proces humifikacji. Do napowietrzania pryzm i ich spulchniania zastosowanie znajduje samojezdna przerzucarka z napędem gąsienicowym. Częstotliwość użycia przerzucarki co 5 - 8 dni. Temperatura pryzm nie powinna być niższa od 18°C. Czas trwania ostatniego etapu wynosi 3 - 5 miesięcy. Produktem końcowym jest ziemia humusowa pozbawiona obecności związków ropopochodnych, przy zawartości próchnicy nie mniejszym od 15,5% w s. m., w której dominują kwasy huminowe nad kwasami fulwowymi. Końcowa wilgotność ziemi humusowej nie przekracza 23%.

Współcześn ie nowym wyzwaniem jest, obok usuwania zanieczyszczeń antropogenicznych, powstrzymanie dalszego spadku związków próchnicznych w szeroko rozumianej ziemi. Wynalazek pozwala w prostym sposobie postępowania na połączenie całkowitej biodegradacji związków ropopochodnych zawartych w usuwanej i dowożonej ziemi i/lub mas ziemistych z procesami humifikacyjnymi prowadzącymi do powstania nowego ciała biologicznego - ziemi humusowej, przeznaczonej na cele uprawowe.

Wynalazek objaśniony jest w przykładzie zastosowania.

P r z y k ł a d

Na płytę przeznaczoną do wytwarzania kompostu o rocznej przepustowości w świeżej ziemi kompostowej wynoszącej ponad 16 000 Mg/r wydzielono partię ziemi zanieczyszczonej produktami naftowymi o masie ok. 1010 Mg. Początkowa zawartość zanieczyszczeń w ziemi kształtowała się w granicach od 1184 mg/kg s. m. do 1915 mg/kg s. m. Wilgotność ziemi wahała się od 18,42% do 20,63%, natomiast odczyn pH był zawarty w przedziale 6,8 - 7,1. W celu dokonania skutecznej bioremediacji połączonej z transformacją biologiczną biomasy i humifikacją przygotowano nieco ponad 1050 Mg odpadów ulegających biodegradacji o składzie i jednostkowej masie przedstawionych w tabeli.

PL 220 194 B1

		Masa bioodpadów w Mg
Lp.	Rodzaj odpadów biodegradowalnych	W sezonie agrotechnicznym	Poza sezonem agrotechnicznym
1.	Ustabilizowane komunalne osady ściekowe	820	690
2.	Słoma żytnia	90	-
3.	Trociny	-	145
4.	Obornik brojlerów kurzych	60	64
5.	Zielonki odpadowe	35	-
6.	Odpady kuchenne ulegające biodegradacji	51	72
7.	Surowce i produkty nie nadające się do spożycia i przetwórstwa	-	83
	RAZEM	1056	1054

W pierwszej części pierwszego etapu wymieszano bioodpady i ułożono je mechanicznie w 12 pryzmach, każda o wymiarach 35 m (długość) x 5,0 m (szerokość) x 1,2 m (wysokość). Pryzmy ułożono wzdłuż osi kanałów napowietrzających. Nad pryzmami nasunięto 6 osłon komorowych, po czym ₃ automatycznie włączono napowietrzanie ciśnieniowe 15 m³ z częstotliwością 1 godzina napowietrzania i 0,5 godziny przerwy. Po upływie 4 - 7 dni (w zależności od pory roku) gdy temperatura nagrzania pryzm dochodziła do 49 ° C do pryzm z biomasą grzejną dodano ziemię zanieczyszczoną ropopochodnymi poprzez jej mechaniczne dosypanie do docelowej wysokości pryzm ok. 1,6 m. Warstwa zanieczyszczonej ziemi o miąższości 0,4 m pozostawała na pryzmie grzejnej przez 2 dni. Następnie po odsunięciu osłon komorowych, każdą pryzmę poddano wymieszaniu, spulchnianiu i nawilżaniu przy udziale przerzucarki z napędem gąsienicowym. Średnia wilgotność biomasy po tej operacji do₃ chodziła do 39,1%. Dalsze intensywne napowietrzanie ciśnieniowe wymagało dostarczenia 15 m³powietrza w przeliczeniu na 1 000 kg s. m. pryzmy z częstotliwością 1 godzina napowietrzania i 0,5 godziny przerwy. Po przeprowadzonej transformacji mikrobiologicznej, która trwała 15 dni otrzymano ok. 1410 Mg kompostu inicjującego.

W drugiej części pierwszego etapu do kompostu inicjującego dodano ok. 618 Mg ziemi zanieczyszczonej produktami ropopochodnymi, wymieszano mechanicznie i ułożono w 12 pryzmach. Pryzmy przykryto 6 osłonami komorowymi a następnie uruchomiono napowietrzanie ciśnieniowe. Co 4 dni zgromadzoną biomasą w pryzmach poddawano spulchnianiu i nawadnianiu odciekami do wilgotności ok. 34% przy udziale przerzucarki z napędem gąsienicowym. Zużyte powietrze poprocesowe zawierające substancje złowonne oraz lotne węglowodory do biofiltracji transportowano systemem podciśnieniowym. Rozkład biomasy połączony z biodegradacją ropopochodnych prowadzono w czasie 48 dni (sezon agrotechniczny).

Po zakończeniu pierwszego etapu uzyskano ok. 1990 Mg świeżej ziemi kompostowej, w której średnia zawartość produktów naftowych uległa zmniejszeniu o 79,4% do poziomu 319 mg/kg s. m.

W drugim etapie świeżą ziemię kompostową przewieziono na wydzielone miejsce płyty, a następnie układano mechanicznie w pryzmy o wymiarach 80 m (długość) x 5,0 m (szerokość) x 1,6 m (wysokość). Spulchnianie pryzm połączone z napowietrzaniem wykonywano co 5 - 7 dni przy udziale przerzucarki z napędem gąsienicowym. Temperatura nagrzania ziemi kompostowej wynosiła 25,3°C z tendencją spadkową. Treinsformacja biologiczna połączona z bioremediacją trwała 3 miesiące. W efekcie uzyskano dojrzałą ziemię kompostową ze śladową zawartością ropopochodnych wynoszących 0,11 mg/kg s. m.

W ostatnim etapie ziemię kompostową przewieziono i układano mechanicznie na wydzielonej płycie o nawierzchni ażurowej. Wymiary pryzm nie odbiegały od podanych wymiarów jak w etapie drugim. Spulchniania pryzm połączonego z napowietrzaniem grawitacyjnym dokonywano przy udziale przerzucarki z napędem gąsienicowym z częstotliwością co 5 - 7 dni. Temperatura pryzm wynosiła

PL 220 194 B1 średnio 22,5°C. Przemiany humifikacyjne prowadzono przez 3,5 miesiąca. Uzyskano ziemię humusową w której nie stwierdzono obecności związków ropopochodnych. Przeliczeniowa średnia zawartość próchnicy w ziemi humusowej kształtowała się na poziomie 17,63% przy stosunku C : N wynoszącym

9,83. Analiza związków próchnicznych wykazała zawartość kwasów huminowych (C_KH) wynoszącą 12,33 g/kg s. m. natomiast kwasów fulwowych (C_KF) 7,91 g/kg s. m.

Podobne rezultaty uzyskano poza sezonem agrotechnicznym w procesach bioremediacji i przebudowie mikrobiologicznej ziemi zanieczyszczonej związkami ropopochodnymi o początkowej masie ok. 980 Mg, którą zmieszano odpowiednio z odpadami biologicznymi ulegającymi biodegradacji o masie ok. 1050 Mg (tabela). Z uwagi na gorsze warunki otoczenia m. in. niższą temperaturę czas trwania każdego etapu został wydłużony o 24 - 31%.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób bioremediacji ziemi i/lub mas ziemistych zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi, znamienny tym, że w pierwszej fazie pierwszego etapu procesu odpady biologiczne ulegające biodegradacji układa się w co najmniej jedną pryzmę wzdłuż osi kanałów napowietrzających, po czym, gdy temperatura nagrzania tej pryzmy osiągnie temperaturę co najmniej 45°C, nakłada się na nią ziemię i/lub masę ziemistą zawierającą zanieczyszczenia ropopochodne w proporcji wagowej od 6 - 4 do 8 : 2, korzystnie w proporcji wagowej 7 : 3 i przy temperaturze w tak otrzymanej pryzmie wynoszącej 37 - 45°C pozostawia przez okres co najmniej 2 dni, następnie co kilka dni, korzystnie cztery, pryzmę w znany sposób miesza się, spulchnia i nawilża do 39 - 41% oraz napowietrza się ciśnieniowo w ilo33 ści 10 - 20 m³, korzystnie 15 m³ powietrza w przeliczeniu na 1 000 kg s. m. pryzmy, korzystnie z częstotliwością 0,5 godziny napowietrzania i 0,5 godziny przerwy, przy czym proces ten, w zależności od wielkości pryzmy, prowadzi się od kilkunastu dni do trzech tygodni, do momentu przeprowadzenia transformacji mikrobiologicznej, następnie w drugiej fazie pierwszego etapu procesu, tak uzyskany aktywny kompost inicjujący miesza się z ziemią i/lub masami ziemnymi zawierającymi zan ieczyszczenia ropopochodne, w proporcji wagowej od 6 - 4 do 8 : 2, korzystnie 7 : 3, i podobnie jak w pierwszym etapie układa się w co najmniej jedną pryzmę oraz wykonuje się napowietrzanie ciśnieniowe oraz spulchnianie, przy czym proces ten prowadzi się w temperaturze pryzmy nie mniejszej niż 32°C do momentu uzyskania ziemi kompostowej zawierającej śladowe ilości zanieczyszczeń ropopochodnych, po czym ewentualnie tak otrzymaną ziemię kompostową w ostatnim etapie poddaje się humifikacji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pryzmę z kompostem inicjującym oraz pryzmę z wytwarzaną świeżą ziemią kompostową umieszcza się pod osłonami.