PL B1. Sposób degradacji węglowodorów w gruntach zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B09C 1/10 ( ) A62D 3/02 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób degradacji węglowodorów w gruntach zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/12 (73) Uprawniony z patentu: POLTEGOR INSTYTUT INSTYTUT GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO, Wrocław, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/13 (72) Twórca(y) wynalazku: ADAM GRZELAK, Wrocław, PL DAGMARA PUŁACZEWSKA, Wrocław, PL FABIOLA BUBEL, Wrocław, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób degradacji węglowodorów w gruntach zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi, znajdujący zastosowanie w ochronie środowiska oraz w utylizacji ubocznych produktów zwierzęcych III kategorii. Węglowodory, będące odpadami przemysłu paliwowego, stanowią poważny problem środowiskowy. Substancje ropopochodne zaliczane są do kategorii tak zwanych odpadów niebezpiecznych, to znaczy że stanowią zagrożenie dla środowiska, ponieważ rozprzestrzeniające się w wyniku migracji związki węglowodorowe powodują zmiany fizycznych i chemicznych parametrów gruntu. Obecnie głównymi kierunkami walki z zanieczyszczeniami węglowodorowymi w środowisku gruntowo-wodnym jest unieruchamianie zanieczyszczeń poprzez stosowanie barier fizycznych i hydraulicznych lub likwidacja zanieczyszczeń, czyli dekontaminacja metodą in situ, bez wybierania gruntu lub metodą ex situ, czyli z wybraniem gruntu z miejsca skażenia. Metody walki z zanieczyszczeniami węglowodorowymi opierają się przede wszystkim na wykorzystaniu procesów fizykochemicznych obejmujących remediację termiczną, przemywanie gruntu, przedmuchiwanie gruntu, bądź wentylację gruntu oraz wykorzystaniu metod mikrobiologicznych np. przez bioremediację, które to metody wykorzystują procesy biologiczne do usuwania zanieczyszczeń węglowodorowych ze środowiska z wykorzystaniem mikroorganizmów w postaci bakterii, drożdży lub grzybów. Istnieją trzy sposoby, pierwszy to stymulowanie bakterii autochtonicznych w gruncie, których aktywność jest regulowana metodami technicznymi, drugi to ich wyizolowanie, namnożenie i wprowadzenie, a trzeci polega na wytworzeniu biopreparatów, co jest znane z publikacji: Klimiuk E., Łebkowska M.: Biotechnologia w ochronie środowiska, PWN, Warszawa Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P , pt.: Sposób bioremediacji gruntu i prewencji rozprzestrzeniania się skażeń substancjami organicznymi, znany jest sposób bioremediacji polegający na tym, że do gruntu wprowadza się na tereny skażone lub wokół nich, metodą in situ, drożdże z gatunku Yarrowia lipolytica w postaci unieruchomionej na nośniku organicznym zawierającym alginian sodu lub agar lub żelatynę lub kolagen lub pióra ptaków. Taka szczepionka, w postaci płynnej albo suchej, może być wprowadzana w formie granulek albo biofilmu albo biożelu, a drożdże stanowią od 5 do 50% masy szczepionki, przy czym może ona stanowić od 10 do 100% materiału wprowadzanego do gruntu. Szczepionkę wprowadza się na głębokość od 0,1 do 2 m w otwory o średnicy od 0,1 do 1,0 m albo w rowki o szerokości od 0,1 do 1,0 m. Wynalazek może znaleźć zastosowanie na terenach skażonych, w szczególności związkami ropopochodnymi, odpadami z przemysłu tłuszczowego, olejami roślinnymi i mineralnymi. Znany jest także inny sposób przedstawiony w polskim zgłoszeniu patentowym nr P pt.: Układ do remediacji gruntów zanieczyszczonych węglowodorami. Układ przeznaczony jest do działania, w sposób ciągły lub okresowy, w zamkniętym obiegu wodnym z użyciem autochtonicznych mikroorganizmów, wcześniej wyizolowanych z oczyszczanego gruntu i charakteryzujących się szczególnie wysoką aktywnością w degradacji związków węglowodorowych. Układ wyposażony jest w co najmniej jeden bioreaktor, włączony w zamknięty system obiegu odcieków, zaopatrzony w urządzenie grzejne i urządzenie do napowietrzania oraz otwory do wprowadzenia szczepionki bakteryjnej oraz aktywatorów i komponentów, wspomagających proces biodegradacji, połączony z oczyszczanym gruntem uformowanym w pryzmę, umieszczoną na izolowanym pochyłym podłożu poprzez zespół nawilżania i zasilania gruntu zawiesiną bakteryjną z jednej strony i w przewód doprowadzający odcieki do biodegradacji z drugiej strony. Pryzma wyposażona jest w system napowietrzająco-odpowietrzający zawierający co najmniej jedno urządzenie do napowietrzania. Korzystnie układ zawiera co najmniej jedną kolumnę strippingową, włączoną w system obiegu odcieków pomiędzy zbiornik odcieków i bioreaktor w ten sposób, że doprowadzenie odcieków ze zbiornika jest usytuowane u szczytu kolumny, a wyprowadzenie u dołu kolumny, poprzez zbiornik odcieków wstępnie oczyszczonych, który jest połączony z bioreaktorem i z pryzmą. Korzystnie również system napowietrzająco-odpowietrzający jest zaopatrzony w filtr zużytego powietrza. Inną kwestię do rozwiązania stanowi zagospodarowanie powstających w przemyśle ubojowym odpadów organicznych. Obecnie przeważającym kierunkiem utylizacji tego rodzaju odpadów jest ich przerób na mączkę w wyspecjalizowanych zakładach. Szczegóły dotyczące przechowywania, transportu, przetwarzania i wykorzystania tego rodzaju odpadów regulowane są przepisami krajowymi i unijnymi. W rozporządzeniu WE 1774/2002 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 3 października 2002 r. omówiono obecne kierunki zagospodarowania odpadów III kategorii, to znaczy takich, które

3 PL B1 3 zostały odrzucone jako niezdatne do spożycia przez ludzi, ale nie noszą znamion chorób przenoszących się na człowieka lub zwierzęta i są pozyskiwane z tusz uznanych za zdatne do spożycia przez ludzi. Na chwilę obecną wyróżnia się następujące metody utylizacji ubocznych produktów zwierzęcych III kategorii, a mianowicie spalanie w zatwierdzonych spalarniach, wykorzystanie ich jako surowca w zakładach produkujących karmę dla zwierząt towarzyszących takich jak koty czy psy, przetwarzanie w zakładach produkujących biogaz lub przetwarzanie w zakładach produkujących kompost. Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P , pt.: Sposób i urządzenie do utylizacji odpadów, a zwłaszcza odpadów komunalnych, przemysłowych, zwierzęcych, mączek zwierzęcych przeznaczonych do spalenia, osadów ściekowych i odpadów ropopochodnych, znany jest sposób utylizacji między innymi odpadów zwierzęcych i ropopochodnych oraz ich spalania. Polega on na dodaniu do odpadu odpowiedniego reagentu, o zdolności wiązania wody na zasadzie hydratacji, np. wapna palonego mielonego o wysokiej reaktywności i/lub gipsu o zdolności wiązania wody i/lub innego środka mogącego skutecznie wiązać wodę zawartą w odpadzie. Ilość reagentu musi być tak dobrana, aby w wyniku procesu hydratacji nastąpiło utworzenie granulatu produktu przejściowego z jednoczesnym jego skutecznym osuszeniem i rozdrobnieniem, korzystnie z ograniczeniem do minimum ilości ulatniających się oparów i gazów. Powstały granulat podaje się do urządzenia rekalcynacyjno - spalającego, w którym najpierw w temperaturach wyższych od temperatur kalcynacji hydratów, powstałych z użytych w procesie reagentów, następuje odtworzenie reagentów z ponownym uzyskaniem przez nie zdolności wiązania wody, a następnie w temperaturach wyższych skuteczne spala się składniki palne utylizowanych odpadów, w temperaturach określonych przepisami o warunkach spalania utylizowanych odpadów, korzystnie powyżej 950 C. Głównymi wadami obecnie stosowanych metod są względy ekonomiczne związane z wysokimi kosztami ich utylizacji. W przypadku zanieczyszczeń węglowodorowych najskuteczniejszą z metod jest bioremediacja, czyli wykorzystanie zdolności fizjologicznych mikroorganizmów do metabolizowania zanieczyszczeń ropopochodnych do końcowych produktów, którymi jest CO 2 i H 2 O. Mikroorganizmy wprowadzane są do zanieczyszczonego gruntu najczęściej w formie biopreparatów, które są kosztowne. Koszty utylizacji odpadów zaliczanych do III kategorii, powstających w ubojniach, również są wysokie. Z danych szacunkowych wynika, że już sam przemysł drobiarski w Polsce wytwarza dziennie około 200 Mg piór odsączonych z wody technologicznej, 100 Mg krwi poubojowej oraz 20 Mg skorup i uszkodzonych jaj pochodzących z wylęgarni. Głównym kierunkiem utylizacji tego rodzaju odpadów jest ich przerób na mączkę w wyspecjalizowanych zakładach. Cena utylizacji tony piór tą metodą jest kosztowna. Wynalazek dotyczy sposobu degradacji węglowodorów w gruntach zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi, bazującego na technologii bioremediacji ex situ. Istota wynalazku polega na tym, że zanieczyszczone substancjami węglowodorowymi grunty, po usunięciu z miejsca skażenia, transportuje się do wytypowanego punktu remediacji i poddaje przesiewaniu. Odpady organiczne III kategorii, takie jak: pióra, szczecina, kości, krew, pochodzące z ubojni, miele się i razem z przesianymi zanieczyszczonymi gruntami, dostarcza się do reaktora, w którym poddaje się je homogenizacji i kieruje na pole bioremediacyjne, pozostawiając przez minimum 12 miesięcy. Proces bioremediacji przez cały czas kontroluje się pobierając próbki kontrolne i utrzymując wilgotność i dopływ powietrza, na poziomie właściwym dla zachodzącego procesu utylizacji. Korzystne jest stosowanie zmielonych odpadów takich jak pióra, szczecina i kości, których udział w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi od 40% do 60% wag. Korzystne jest także stosowanie krwi, której udział w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi najkorzystniej 30% wag. Korzystne jest, gdy łączna ilość odpadów takich jak pióra, szczecina, kości i krew w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi od 70% do 90% wag. Sposób według wynalazku, bazujący na procesach bioremediacji gruntów, pozwala na zagospodarowanie zarazem dwóch rodzajów. Jego innowacyjność polega na tym, że zamiast wprowadzania mikroorganizmów wyizolowanych z gruntu, namnożonych i ponownie wprowadzonych na nośnikach stałych lub przygotowania ich w postaci biopreparatów, co jest znane ze stanu techniki, stosuje się odpady zwierzęce zaliczane do III kategorii, wykorzystując mikroorganizmy zasiedlające te właśnie odpady. Skojarzenie dwóch rodzajów odpadów, pozwala znacznie obniżyć koszty ich utylizacji, a mianowicie o około 50% w stosunku do znanych metod. Zagospodarowanie dwóch rodzajów odpadów we wzajemnej utylizacji pociąga za sobą również inne korzystne rezultaty. Środowisko glebowe skażone substancjami węglowodorowymi jest silnie toksyczne, dzięki czemu w trakcie utylizacji odpadów organicznych

4 4 PL B1 nie będzie występowało zagrożenie epidemiologiczne. Powstałe produkty będą mogły zostać lokalnie zagospodarowane na wysypiskach śmieci, wyrobiskach i hałdach po wyeksploatowanych złożach. Dodatkowo wzbogacone produkty końcowe mogą stworzyć możliwości produkowania kompostów do nawożenia roślin przemysłowych takich jak wierzba energetyczna, czy rośliny oleiste przeznaczone do produkcji biopaliw. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania zilustrowanym rysunkiem, na którym jest pokazany schemat procesu. Przykład dotyczy zanieczyszczonego benzyną i olejem napędowym gruntu (1), stanowiącego 60% wag. masy kompostowej i odpadu III kategorii w postaci poubojowego pierza (2) stanowiącego 40% wag. masy. Zanieczyszczony grunt (1) przesiewa się w przesiewaczu (3). Pierze (2) poddaje się zmieleniu w rozdrabniaczu (4). Przesiany grunt (1) i zmielone pierze (2) umieszcza się w reaktorze (5) i poddaje homogenizacji przez co najmniej 0,5 godziny. Po dokonaniu dokładnej homogenizacji obu odpadów przenosi się je na pryzmę (6) umieszczoną w zbiorniku i pozostawia na czas 1 miesiąca. W trakcie zachodzącego procesu bioremediacji kontroluje się przebieg tego procesu poprzez pobór próbki (7) i dokonuje pomiaru temperatury, ph i wilgotności. Do pryzmy dodaje się wodę (8) w takiej ilości, aby zapewnić optymalną wilgotność na poziomie 50-55%, doprowadza powietrze (9) poprzez cotygodniowe mieszanie pryzmy kompostowej. Do oznaczenia zawartości węglowodorów w badanym gruncie wykorzystuje się metody chromatograficzne. Pierwszego poboru próbki dokonuje się na początku eksperymentu, a drugiego po miesiącu. Uzyskane wyniki wykazują, że w próbce (7) stężenie oleju mineralnego w masie kompostowej wyniosło mg/kg s.m., a benzyny mg/kg s.m, co oznacza, że po miesiącu kompostowania w warunkach pryzmowych redukcja zanieczyszczeń wynosiła dla oleju mineralnego 45,41%, a dla benzyny 99,16%. Ostateczny efekt sposobu według wynalazku ocenia się po 12 miesiącach. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób degradacji węglowodorów w gruntach zanieczyszczonych substancjami ropopochodnymi, bazujący na technologii bioremediacji ex situ, znamienny tym, że zanieczyszczone substancjami węglowodorowymi grunty, po usunięciu z miejsca skażenia, transportuje się do wytypowanego punktu remediacji i poddaje przesiewaniu, zaś odpady organiczne III kategorii, takie jak: pióra, szczecina, kości, krew, pochodzące z ubojni, miele się i razem z przesianymi zanieczyszczonymi gruntami dostarcza do reaktora (5), w którym poddaje się je homogenizacji i kieruje na pole bioremediacyjne, pozostawiając przez minimum 12 miesięcy, przy czym proces bioremediacji przez cały czas kontroluje się pobierając kontrolne próbki (7), utrzymując wilgotność i dopływ powietrza, na poziomie właściwym dla zachodzącego procesu utylizacji. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się mielone odpady takie jak pióra, szczecina i kości, których udział w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi od 40% do 60% wag. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się krew, której udział w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi najkorzystniej 30% wag. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że łączna ilość odpadów takich jak pióra, szczecina, kości, krew w stosunku do zanieczyszczonego gruntu wynosi od 70% do 90% wag.

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)