PL178842B1 - Sposób uzdatniania gleby zanieczyszczonej węglowodorami i/lub innymi substancjami biodegradowalnymi - Google Patents

Abstract

1. Sposób uzdatniania gleby zanieczyszczonej weglowodorami i/lub innymi substan- cjami biodegradowalnymi, w której aktywnosc endogenicznej mikrobiologicznej flory zdol- nej do degradacji weglowodorów wzmacnia sie przez dodawanie pozywek deficytowych wzgledem stosunku C/N/P idealnego dla rozwoju bakterii wynoszacego 100/20/1, znamien- ny tym, ze do gleby poddawanej obróbce dodaje sie: - pozywke typu N/P w postaci oleofilowej, stanowiacej mikroemulsje typu: roztwór soli N/P w rozpuszczalniku organicznym mieszajacym sie z tluszczem, - pozywke typu N/P/K w postaci hydrofilowej, skladajaca sie z granulek soli N/P/K oto- czonych warstwa przeciwdyfuzyjna, - srodek teksturujacy dla napowietrzania. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest uzdatnianie zanieczyszczonej gleby. Dotyczy on zwłaszcza sposobu uzdatniania przemysłowych gruntów zanieczyszczonych węglowodorami i innymi związkami ulegającymi biodegradacji.

Eliminacja węglowodorów zawartych w glebie w zasadzie odbywa się dzięki naturalnej obecności w gruncie bakterii tlenowych, dla których jedynym źródłem pożywki węglowodorowej są węglowodory. Zatem, biodegradacja węglowodorów jest zjawiskiem naturalnym, której szybkość zależy od kilku czyników, głównie od stężenia węglowodorów i charakterystyki ich węglowodorowego łańcucha, ale również od innych składników odżywczych (pożywek), których mikroorganizmy potrzebują dla swoich funkcji życiowych.

Na obszarach, gdzie z powodu zanieczyszczeń, węgiel występuje w nadmiarze, bakterie zużywają podczas faz fermentacji tlenowej 15-30 razy więcej węgla niż azotu, w zależności od biodegradowalności węglowodoru (czy jest on mniej lub bardziej biodegradowalny). Czynnikami ograniczającymi biodegradację są więc składniki odżywcze, które są w niedostatecznej ilości, zasadniczo azot, następnie fosfor, wśród pierwiastków środka, a w mniejszym stopniu siarka i

178 842 potas. Można ograniczyć wpływ niedoboru pierwiastków, jeżeli ustali się stosunki wagowe tak, aby przywrócić optymalne warunki funkcjonowania bakterii:

-C/N = 20-70

-N/P = 2-10

-C/P = 75-150

-C/S = 100.-300

Wymagane dodatkowe składniki odżywcze, potrzebne według wynalazku, to te, które stosuje się w rolnictwie z tradycyjnymi nawozami chemicznymi. Talk więc, zaleca się dla biodekontaminacji, stosowanie pełnych nawozów, takichjakie są dostępne handlowo lub o podobnym składzie i nawożenie w sposób podobny do tradycyjnie stosowanego. Ponieważ procesy degradacji węglowodorów są znacznie dłuższe niż te, które zachodzą podczas roślinnej asymilacji w zakresie dłuższej wegetacji, preferowane są składy podobne do wolno działających nawozów. Opis tego rodzaju zastosowań można znaleźć w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO91/19039 (Grace-Sierra Hort. Prod. Co.). Jednakże, skuteczność tego sposobu jest ograniczona, ponieważ zanieczyszczenie o którym mowa, składa się z węglowodorów; które na ogół nie sąjednolicie rozmieszczone w zanieczyszczonej glebie i z powodu, że dystrybucja dodatkowej pożywki, którajest dodawana w hydrofilowej postaci do wolno działającego nawozu, nie odtwarza całkowicie warunków pożądanych do całkowitej biodegradacji.

Niniejszy wynalazek eliminuje tę niedogodność, przez wprowadzenie do sposobu uzdatniania gleby, zanieczyszczonej węglowodorami i innymi biodegradującymi się substancjami, kombinowanej obróbki, polegającej na dostarczeniu źródła składników dla mikroorganizmów w podwójnej postaci, oleofilowej i hydrofilowej wraz ze środkiem napowietrzającym glebę.

Sposób uzdatniania gleby zanieczyszczonej węglowodorami i/lub innymi substancjami biodegradowalnymi, w której aktywność endogenicznej mikrobiologicznej flory zdolnej do degradacji węglowodorów wzmacnia się przez dodawanie pożywek deficytowych względem stosunku C/N/P idealnego dla rozwoju bakterii wynoszącego 100/20/1, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że do gleby poddawanej obróbce dodaje się:

- pożywkę typu N/P w postaci oleofilowej, stanowiącej mikroemulsję typu: roztwór soli N/P w rozpuszczalniku organicznym mieszającym się z tłuszczem,

- pożywkę typu N/P/K w postaci hydrofilowej, składającą się z granulek soli N/P/K otoczonych warstwą przeciwdyfuzyjną,

- środek teksturujący dla napowietrzania.

Źródłem dodatkowych pożywek dla mikroorganizmów w postaci oleofilowej są mikroemulsje substancji odżywczych typu N/P w roztworze wodnym w zewnętrznej fazie składające się z organicznego tłuszczu, mieszającego się z rozpuszczalnikiem. Mikroemulsje te są przedmiotem francuskiego opisu patentowego, Nr 80 20178, opublikowanego pod numerem 2 490 672 (S.N.E.A.P) i wjego Zgłoszeniu Dodatkowym Nr 81 16626, opublikowanym podNr 2512057.

Źródłem dodatkowych pożywek w hydrofilowej postaci jest nawóz programowo rozprowadzany jako typ N/P/K lub prostszy typu N/P/O, ponieważ wprowadzanie potasu nie jest na ogół konieczne dla poszukiwanych warunków biodegradacji. W celu łatwiejszego stosowania sposobu według wyanalzku, zgodnie z zasadami, które zostaną wyjaśnione dalej, korzystnie jest mieć co najmniej dwa składy, na przykład jeden 18/1/0 i jeden 15/7/0. Nawozy stosowane w wynalazku są spreparowane w postaci wolno uwalniających się, aby uniknąć zbyt szybkiego wypłukiwania przez opady. Zachodzi tylko naturalna dyfuzja składników odżywczych dla zapewnienia ustalenia idealnych warunków lokalnej dystrybucji wtórnych składników odżywczych do miejsc, gdzie występuje zanieczyszczenie węglowodorami. Dlatego też zaleca się dystrybucję w glebie granulek hydrofilowej pożywki jak najbardziej równomierną, co narzuca wymaganie, aby jej granulki były mniejsze niż zwykłych nawozów. I tak, podczas gdy standartowe nawozy zawierają 30 granulek na gram, hydrofitowa pożywka według niniejszego wynalazku ma 100-200 granulek na gram. Ponadto, będą one jaskrawo barwione, aby ich dystrybucja była widoczna w trakcie rozrzucania i mieszania z poddawaną obróbce glebą.

178 842

Środek teksturujący (napowietrzający) ułatwia proces dekontaminacji przez bakterie tlenowe. W tym celu stosuje się wióry drewniane lub trociny, kolby kukurydzy lub słomę. Słoma, zwłaszcza słoma trawiastych zbóż, jest szczególnie interesująca, ponieważ jest materiałem hydrofobowym, z których to właściwości korzystano w budowie strzech. Zauważono, że kiedy słomę zmiesza się z glebązanieczyszczonąwęglowodorami, stabilizuje to część węglowodorów, które same znajdą sobie miejsce w warunkach sprzyjających ich tlenowej biodegradacji, a mianowicie w rurkach słomy. Mechanizm ten prawdopodobnie jest usprawniany w obecności środków powierzchniowo czynnych, dostarczonych z mikroemulsją stosowaną jako pożywka w hydrofobowej postaci. Zarówno szybkość jak i końcowy wynik procesu dekontaminacji są w znacznym stopniu poprawione. Pierwsząrzeczą, którą należy zrobić dla przeprowadzenia procesu, jest potwierdzenie obecności odpowiedniej flory bakteryjnej (Pseudomonas Cichorii, Rhodococcus Fascians, różne Athrobactus, itd.). Potwierdzenia tego dokonuje się przeprowadzając test bakteryjny, wykonany na hodowli o stałym tlenowym podłożu na płytce Petriego. Następnie oznacza się w glebie zawartość węgla, azotu i fosforu i analitycznie określa, zawartość węglowodorów alifatycznych, których czas degradacji rzędu 6 miesięcy, jest stosunkowo szybki i węglowodorów aromatycznych, których czas degradacji jest wyraźnie dłuższy (8 do 12 miesięcy dla aromatów, 16 miesięcy dla policykli). Mając te dane, określa się dawki oleofilowej i hydrofilowej pożywki bakteryjnej tak, aby doprowadzić całkowitą zawartość C/N/P w glebie poddawanej obróbce do optymalnych wartości w przybliżeniu 100/20/1. Na początku, stosuje się rozkład pożywki oleofilowej/hydrofilowęj jak 10/90. Im więcej węglowodory zawierają aromatów i/lub policykli, tym bardziej stosunek ten wzrasta.

Jeśli chodzi o pracę w terenie, to rozpoczyna się j ąod rozrzucania nawozu lub sproszkowanej pożywki oleofilowej, korzystnie stosowanej w formie stężonej. Jeśli zanieczyszczenie węglowodorami jest duże, teren pozostawia się do czasu, aż początkowy czarny kolor gleby stanie się brązowy lub żółto-brązowy. Zazwyczaj, zmiana ta wymaga dwóch do siedmiu dni. Następnie, powraca się w teren i rozrzuca się na glebę słomę w ilości 0,1%-5%, w zależności od fizycznej charakterystyki gleby i granulat hydrofilowej pożywki w określonej dawce. Następnie, prowadzi się intensywne mieszanie za pomocą odpowiedniej maszyny, bądź rolniczej, bądź przemysłowej. W przypadku umiarkowanie zanieczyszczonej gleby, rozrzucanie pożywki oleofilowej i słomy z pożywką hydrofilową odbywa się jednocześnie. Ziemię można zostawić odłogiem lub przekopać ją i zestawić w pryzmy, w zależności od tego jak poddany obróbce obszar musi być używany. Proces biologiczny przebiega w ciągu różnych okresów czasu, na ogół od 6 do 18 miesięcy w zależności od stopnia zanieczyszczenia i rodzaju zanieczyszczających węglowodorów. Śledzi się postęp biodekontaminacji, pobierając regularnie próbki i oznaczając zawartość węglowodorów. Grunt, uznaje się za zdekontaminowany, kiedy zawartość węglowodorów spadnie do poziomu poniżej 500 mg/kg, mierzonych zgodnie z normą AFNOR 90114 (poziom odpowiadający dacie zgłoszenia patentowego, do modyfikacji, aby spełnić obowiązujące przepisy).

Przykład I

Strefa wyznaczona w obszarze zamkniętym opuszczonego terenu przemysłowego, została zanieczyszczona smarami silnikowymi i olejami spustowymi. Średnia zawartość węglowodorów wynosiła 62 gramy na kilogram gleby. Test na obecność bakterrii tlenowych był pozytywny, z całkowitą florą tlenową zawieraj ącą 4 x 10⁷ bakterii na gram gleby. Poniższe warunki obróbki zostały określone i zastosowane:

- pożywka oleofilowa, produkt dostępny z CECA S.A. pod nazwą INIPOL® EAP22, który jest mikroemulsją N/P 10/1, o gęstości około 0,996, w ilości 100 g/m²;

- słoma, do rozrzucenia w ilości 1%o objętościowego,

- pożywka hydrofilową, kompozycj a N/P/K 15/7/0, dostępna z CECA S.A. pod nazwąhandlową INlPOL® SP2, ciemno-zielone kulki (200 granulek/gram), zabezpieczone warstwą przeciwdyfuzyjną, do zmieszania w ilości 1000 g/m2.

Oleofilową pożywkę rozrzucono na powierzchni gleby za pomocą pulweryzatora i teren pozostawiono na osiem dni. Następnie ręcznie rozrzucono słomę (1% objętościowy) i ziarna

178 842 hydrofilowej pożywki. Mieszanie ziemi przeprowadzono mechaniczną koparką w trzech kolejnych seriach, aż otrzymano homogeniczną mieszaninę. Materiał był następnie wykopany i złożony w pryzmy około 5 metrowej szerokości i 25 metrowej długości, na wysokość 1,5 metra, usytuowane na powierzchni zabezpieczonej przez geo-membranę. Oznaczano zmiany w zawartości węglowodorów (tabela 1).

Tabela 1

Całkowita zawartość węglowodorów (ppm) w funkcji czasu
Czas trwania	Początkowa	2 miesiące	4 miesiące	6 miesięcy	8 miesięcy
Strefa 1	62028	27765	5031	939	114

Osiem miesięcy później tak zdekontaminowaną ziemię pozostawiono w terenie na otwartej przestrzeni.

Przykład II

Obrabiana gleba została poważnie zanieczyszczona rozpuszczalnikami farb. Po pierwszej interwencji w terenie z cylindrem oleofilowym (patrz francuski opis patentowy nr 2 528 412), w celu wyeliminowania węglowodorów znajdujących się na powierzchni, średnia zawartość wszystkich węglowodorów w glebie poddawanej obróbce wyniosła 965 mg/kg, z czego 57 mg stanowił toluen. Na podstawie testu bakteryjnego stwierdzono obecność bakterii tlenowych przystosowanych do biodegradacji lekkich aromatów (3 x 10⁸ bakterii na gram gleby).

Warunki obróbki ustalono jak poniżej:

- rozpylanie pożywki oleofilowej Inipol® EAP22 w ilości 100 g/m²,

- dodawanie pożywki hydrofilowej kompozycji N/P/K 18/1/10, dostępnej z CECA S.A. pod nazwą handlową Inipol® SP1 w ilości 500 g/m³;

- trzy serie mieszania z glebą.

Obrabiany materiał został wykopany i złożony w 10 pryzmach o 5 metrowej szerokości, 50 metrowej długości i 1,5 metrowej wysokości, usytuowanych w strefie nie przepuszczającej wody. Zainstalowano kilka perforowanych drenów wewnątrz pryzmy, aby zakończyć wietrzenie materiału. Stwierdzono następujące zmiany:

Czas trwania	Początkowa	1 miesiąc	3 miesiące	6 miesięcy
Całkowita ilość HC (ppm)	965	895	382	48
Toluen (ppm)	57	< od początkowej	< od początkowej	< od początkowej

Po 6 miesiącach glebę uznawanąza zanieczyszczonąużyto ponownie i rozrzucono w terenie.

Sposób może być stosowany do ziemi, w której obecne bakterie są przydatne do biodegradacji omawianych węglowodorów. Sposób według niniejszego wynalazku można stosować również do sterylnej i zanieczyszczonej gleby, która uprzednio została poddana bakteryjnemu szczepieniu/inseminacji.

Sposób uzdatniania gleby jest również odpowiedni w przypadku zanieczyszczeń związkami chemicznymi, na przykład farbami lub innymi biodegradującymi się związkami organicznymi.

178 842

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uzdatniania gleby zanieczyszczonej węglowodorami i/lub innymi substancjami biodegradowalnymi, w której aktywność endogenicznej mikrobiologicznej flory zdolnej do degradacji węglowodorów wzmacnia się przez dodawanie pożywek deficytowych względem stosunku C/N/P idealnego dla rozwoju bakterii wynoszącego 100/20/1, znamienny tym, że do gleby poddawanej obróbce dodaje się:

   - pożywkę typu N/P w postaci oleofilowej, stanowiącej mikroemulsję typu: roztwór soli N/P w rozpuszczalniku organicznym mieszającym się z tłuszczem,

   - pożywkę typu N/P/K w postaci hydrofitowej, składającąsię z granulek soli N/P/K otoczonych warstwą przeciwdyfuzyjną,

   - środek teksturujący dla napowietrzania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się granulki pożywki hydrofitowej o takiej wielkości, aby zapewnić 100-200 granulek na gram.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się granulki jaskrawo barwione.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czynnik teksturujący do napowietrzania stosuje się słomę.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się:

   - (a) rozpylanie proszku pożywki oleofilowej na powierzchni poddawanego obróbce gruntu, a następnie

   - (b) rozprowadzanie czynnika teksturującego i pożywki hydrofitowej, a następnie

   - (c) mieszanie poddawanego obróbce gruntu do wytworzenia jednorodnej mieszaniny wszystkich jego składników.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że fazę (b) operacji prowadzi się w czasie do 7 dni po fazie (a), korzystnie 2 do 7 dni po fazie (a).
7. 7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że poddawaną obróbce glebę pozostawia się w terenie.
8. 8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że poddawaną obróbce glebę wykopuje się i pozostawia w pryzmach.