Biowęgiel w remediacji zanieczyszczeń w środowisku gruntowo-wodnym

Transkrypt

1 Biowęgiel w remediacji zanieczyszczeń w środowisku gruntowo-wodnym Prof. dr hab. inż. Małgorzata Kacprzak Instytut Inżynierii Środowiska Politechnika Częstochowska

2 Strategie oczyszczania (remediacji) środowiska gruntowo-wodnego opierają się przede wszystkim na zmniejszeniu ryzyka wprowadzenia zanieczyszczeń do organizmów żywych (mikroorganizmów, roślin, zwierząt, ludzi)

3 Sorpcja zanieczyszczeń - biowegiel

4 Właściwości biowęgla ważne w remediacji Porowatość Duża powierzchnia właściwa (1 g materiału ma powierzchnię rozwinięcia od 400 do 800 m 2 ) Ujemny ładunek Alkaliczny odczyn Odporność na biodegradację

5 Gomez-Eyles i inni 2012

6 Powierzchnia biowęgli wytwarzanych w niższych temperaturach C jest bogata w "grupy funkcyjne zawierające tlen", umożliwiające tworzenie kompleksów z kationami, m.in. Cu 2 +, Ni 2 +, Cd 2 +, Pb 2 + czy Zn 2 +. Sorpcja metali jest efektem wymiany jonowej z grupami funkcyjnymi, takimi jak hydroksy-, karboksyle i fenole. W wysokiej temperaturze pirolizy stosunek C/O zwiększa się, a powierzchnia staje się bardziej elektroujemna. W rezultacie sorpcja metalu jest efektem elektrostatycznego oddziaływania między dodatnio naładowanymi jonami metali i ładunkiem ujemnym związanym z delokalizacją π-elektronów na strukturach aromatycznych

7 Schemat ideowy przedstawiający mechanizmy sorpcji zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych na biowęglach wytwarzanych w wysokiej i niskiej temperaturze. (Sizimur i inni 2015, zmodyfikowane)

8 Yang i inni 2016

9 Rozkład biowęgla w czasie biowęgiel rozkłada się bardzo powoli z przewidywanym okresem półtrwania C w zakresie od 102 do 107 lat. biorąc pod uwagę fakt, że większość projektów remediacji gleb wynosi od 10 do nawet 100 lat, biowęgiel można uznać za materiał obojętny i dający możliwość immobilizacji zanieczyszczeń przez długi okres.

10 Dobroczynne działanie mogą mieć także związki zawarte w samym biowęglu, takie jak 2- fenoksyetanol, kwas benzoesowy, kwasy hydroksypropionowe i butyrylowe, glikol etylenowy oraz chinony tłumiące rozwój niektórych patogenów glebowych Koncepcyjny model remediacji zanieczyszczeń organiczych i nieorganicznych w glebie z wykorzystaniem biowęgla (Sizimur i inni 2015, zmodyfikowane)

11 Pozytywne wpływ łącznego stosowania fitoremediacji i biowęgla w remediacji Biowęgiel + fitoremediacja Wzrost pojemności sorpcyjnej Ppoprawa mikoryzacji Wzrost ph gleby Zmiany własciwości biologicznych Poprawa właściwości fizycznych Zmniejszenie fitotoksyczności gleb

12 Soil Science Volume 181, Number 3/4, March/April 2016

13 (a) świeży biowęgiel z widoczna grzybnią (Lehmann and Joseph, 2009); (b) świeży biowegiel z kukurydzy z widocznymi mikroorganizmami w porach (Jin, 2010). (c) 100-letni biowegiel z pozarzyska Haplorthod (Hockaday et al., 2007); (d) 350-letni biowegiel z gleby leśnej borealnej (Zackrisson et al., 1996;)

14

15 Okolice huty cynku w Miasteczku Śl.

16 Zbocze kopalni węgla brunatnego Bełchatów

17 600 Przyrost biomasy, g 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Zawartosc azotu Kjeldhala, mg/kg s.m MS MS + G MS + B MS + G + B MS- Miasteczko Slaskie, G - granulat, B - biowegiel 0,5 0,0 MS MS + G MS + B MS + G + B MS - Miasteczko Slaskie, G - granulat, B - biowegiel Nazwa próbki ph KCl ph H 2 O MŚ kontrola 5,76 ± 0,17 5,86 ± 0,26 MŚ + granulat (G) 5,82 ± 0,2 5,76 ± 0,11 MŚ + biowęgiel (B) 6,13 ± 0,11 5,92 ± 0,27 MŚ + granulat + biowęgiel (G + B) 6,21 ± 0,04 5,94 ± 0,09

18

19 Biowęgiel na pewno nie jest uniwersalnym materiałem sorbującym wszelkie zanieczyszczenia, przeznaczonym do wszystkich typów gleb. Jednak wiele badań wskazuje, że ten powracający po wielu latach materiał będzie mógł być z powodzeniem stosowany także w procesach remediacji środowiska gruntowo-wodnego.

20 Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych w Polsce w latach zgodnie z GUS

21 Bilans zagospodarowania osadów ściekowych w 2014 (wg GUS) Osady przemysłowe 411,4 tys. ton s.m. wykorzystanie rolnicze -5,1% rekultywacja 23,1% rośliny kompostowe - 0,4% ,6% przekształcone termiczne 19,5% składowane 25,2% magazynowane na terenie oczyszczalni ,9 tys ton s.m. Osady komunalne 556 tys. ton s.m wykorzystanie rolnicze 19,3% rekultywacja 4,0% rośliny kompostowe 8,3% ,6% przekształcone termicznie 15,1% składowane 5,7% magazynowane na terenie oczyszczalni - 40,6% %

22 Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych zgodnie ze sprawozdaniem KPOŚK za 2013 rok