IN SITU MENETELMIEN MAHDOLLISUUDET Martin Romantschuk, Suvi Simpanen Helsingin yliopisto Ympäristötieteiden laitos Lahti
Vakioratkaisu: massan vaihto - vastaanottoasemat täyttyvät - uusia lupia ei saa - puhdasta maata tuodaan tilalle Vaihtoehto massanvaihdolle: PIMA in situ puhdistus - Bioremediaatio (biostimulaatio ym.) - Kemiallinen hapetus
Biologisen puhdistukset tehostamiskeinot: pullonkaulojen poisto Lämpötilan nosto Hapen lisäys Hapellinen vesi, happea vapauttavat yhdisteet Muiden elektroniakseptorien lisäys liukenevuus veteen suuri (NO 3, Fe 3+ SO 4 ) tarvittavan veden määrä pienempi Ravinteiden lisäys (N, P, ) Urea, metyleeniurea, salpietari, fosfaatti, Surfaktanttien lisäys biosaatavuus paranee Syklodekstriini, Tween,
Biologisen in situ kunnostuksen riskit ja niiden hallinta Epätietoisuus biohajoavuudesta/hajoamistuotteista Mallinnus & testaus Biohajotus vaikea ulottaa kaikkialle Maalajit ja saasteen jakautuma selvitettävä Käsittely valittava testitulosten perusteella Pilaavat yhdisteet mobilisoituvat käsittelyn tuloksena? Riittävää seurantaa
I: VANHA POLTTOAINEASEMA Bensa-asema 80-luvulle maaperässä öljytuotteita > 10000 mg/kg n.1000 m 3 pilaantunutta In situ käsittely jotta rakennukset säilytettäisiin Soili ohjelma mahdollisuus testata kokeellisia menetelmiä
Supplying Nutrients Electron acceptors Recycling Gas station Anode Infiltration Infiltration Oil contaminated soil hot spot source of groundwater contamination Cathode Soil surface Moist soil Bacteria Groundwater surface Soil particles coated with oil Flow of groundwater Dissolved oil Schematic illustration of bioremediation of oil contaminated soil with the help of electro-kinetics. Electrodes and perforated tubes are installed into the soil vertically and solution containing nutrients and microbes is added. In dense soil the transport of liquid from anode to cathode moves bacteria and nutrients through the soil and bacteria can degrade oil. Electrone acceptors, oxidative chemicals, enzymes or surfactants can also be introduced. When possible, a vertical installation of electrodes and liquid circulation tubes should be preferred.
Polttoaine-asema (jatk.) Käsittelyjärjestys (labrasta kentälle) 1.Huokosilman imu ei vaikutusta; liian märkä 2. Biostimulaatio: ravinteita, elektroniakseptoreita ja lämpöä elektrokinetiikalla Diesel poistui, bensa ei 3. Elektro-osmoottinen maan kuivaus uudestaan huokosilman imu onnistui
C5-C10 mg/kg ka Bensa haihtuu nopeasti electro-osmoosilla kuivatusta maasta: -Testattu eri kosteustasoilla laboratoriossa -Käytetty kentällä 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Bensaa jäljellä maassa kolmen viikon haihduttamisen jälkeen Ei veden lisäystä, Ei veden lisäystä, korkki kiinni korkki auki Vesi 40% Vesi 70% Vesi 100%
Bensa-asema käsittelyn jälkeen
Esimerkki 2. Tuore öljyvuoto Kaatunut tankkiauto jossa bensaa ja dieseliä Suurin osa saatiin kerättyä talteen mutta osa imeytyi maahan Bensa enimmäkseen pois huokosilmaimulla Diesel jäi maahan ja vajosi vähitellen Mallinnus Jokimaan lysimetrikentällä, jossa Iisalmen tankkiauto-onnettomuuden simulointi
Photo: Jorma Lappalainen Photo: Jani Häkkinen V: ACTUAL OIL TRUCK ACCIDENT and PILOT SCALE SIMULATION Air NAPL -Mobile -Residual Estimation of NAPL migration Surface spreading Chemical effects on organisms (ecotoxicity) Water body Risk Assessment Soil Response - Soil organisms operations in the case of accident -> tools for Risk Biodegradation Management Vapor plume - Water organisms Dissolved plume Groundwater
OIL TRUCK ACCIDENT SIMULATION AT JOKIMAA SOIL RESEARCH STATION IN LAHTI
FILLING THE LYSIMETERS
FOREST SOIL LAYER PUT ON TOP OF THE SAND 15
Control Natural attenuation Biostimulation Chemical oxidatiion SOIL LAYERS IN LYSIMETERS (EXPERIMENTAL POTS) Lysimeters height 195 cm volume 1,7 m 3 inner diameter 104 cm 10 cm organic forest soil SCHEMATIC PICTURE OF THE EXPERIMENT Fuel accident 10 l Neste Green diesel 10 l 95 E10 gasoline 155 cm sand particle size 0-4 mm 20 cm crushed stones particle size 3-6 mm 10 cm stones size 30-100 mm 2 X 2 X 2 X 2 X Building the soil column Modeling the fuel accident Research center inside
SAMPLING OF TOP LAYER OF LYSIMETERS RESULTS LATER
day 0-4 day 5-13 day 14-54 day 55-115 day 116-176 day 177-297 day 298-358 day 359-468 day 0-4 day 5-13 day 14-54 day 55-115 day 116-176 day 177-297 day 298-358 day 359-468 C 10 -C 40 mg C 5 -C 10 mg day 0-4 day 5-13 day 14-54 day 55-115 day 116-176 day 177-297 day 298-358 day 359-468 day 0-4 day 5-13 day 14-54 day 55-115 day 116-176 day 177-297 day 298-358 day 359-468 NAPL ml BTEX mg Control A B Natural attenuation A B Biostimulation A B Chemical oxidation A B a) 350 c) 4000 300 3500 250 3000 200 150 2500 2000 1500 100 1000 50 500 0 0 b ) 25 000 20 000 d ) 4000 3500 3000 15 000 2500 2000 10 000 1500 5 000 1000 500 0 0
Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun Aug End 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 50-100 cm sand layer log bacteria DNA copies/g dw Jun Aug Oct Dec Feb Apr Jun Aug End 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 0-50 cm sand layer log bacteria DNA copies/g dw BAKTEERIPITOISUUDET MAASSA (JA MAAN LÄPI TULLEESSA VEDESSÄ) (qpcr) Control A B Natural attenuation A B Biostimulation A B Chemical oxidation A B a) 10 9 8 Bacterial concentration in the upper soil layer (a) 7 6 5 4 days 3 Bacterial conc in lower (b) in copies (log) of 16S rrna per kg dw b) 10 9 8 7 6 5 4 days 3
Lysimetritestin päätelmät (koskien tuoretta öljyvuotoa) Biostimulatio ei mobilisoi kontaminantteja Liuenneet kontaminantit olivat biosaatavia ja hajotettiin tehokkasti Luontainen puhdistuminen (natural attenuation) aiheuttaa riskejä pohjavedelle ym Biostimulatio toimi viiveellä myös maaperään sidotuille öljy-yhdisteille Käynnissä lysimetreissä: Fenton reaktio öljyn poistoon Harri Talvenmäki
Käynnissä olevat alan hankkeet INSURE: Innovative Soil Remediation; Interreg; Ruotsi, Suomi, Latvia, yrityksiä REMSOIL: PIMA biostimulaatiota; Tekes, yrityksiä. OILMICROB: Merellisten öljypäästöjen. biologinen torjunta; Eranet Rusplus; Viro, Suomi, Venäjä. Suomi-Kiina hankkeita käynnissä ja haussa. Hakemuksia
IDEA/EHDOTUS Kerätään ryhmä joka edustaa erityyppisiä (in situ ja muita) menetelmiä sekä urakoitsijoita ja konsultteja, että tutkimustahoja, ja seurantaryhmään viranomaisia. Valitaan useita kohteita demonstraatio ja validointikohteiksi Erityyppisiä kontaminantteja Erityyppisiä kohteita: Maa, pohjavesi, pintavesi Pohditaan yhdessä mitä (kenen) menetelmiä käytetään ja yhdistetään kuhunkin kohteeseen Kehitetään käytännöt päätellä milloin maan vaihto ainoa menetelmä, ja suositellaan in situ (tai on site) kaikissa muissa tapauksissa.