Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích kinh tế-kỹ thuật về điều trị đất ô nhiễm hydrocarbon bằng cách sử dụng phương pháp nung nóng vi sóng ex situ: ảnh hưởng của kết cấu đất và độ ẩm đất đối với sự thâm nhập của trường điện, điều kiện hoạt động và chi phí năng lượng
Tóm tắt
Nung nóng bằng vi sóng (MW) đã được xác định là một kỹ thuật tiềm năng hiệu quả về chi phí để xử lý đất ô nhiễm hydrocarbon; tuy nhiên, kết cấu và các đặc tính của đất có thể có tác động lớn đến quá trình điều trị quy mô lớn. Bên cạnh đó, rất ít dữ liệu về năng lượng và kinh tế liên quan đến điều trị bằng vi sóng hiện có, và sự thiếu hụt này làm cho ứng dụng thực tế của nó trở nên rất hạn chế. Trong nghiên cứu này, một giai đoạn thí nghiệm đầu tiên được thực hiện để mô phỏng việc nung nóng bằng vi sóng đối với một số loại đất ô nhiễm hydrocarbon. Dữ liệu thu được đã được xử lý cho một phân tích kinh tế-kỹ thuật. Bốn loại kết cấu đất, tương ứng với cát silica trung bình, cát silica mịn (ở các độ ẩm đất khác nhau), bùn dạng bột silica và đất sét dạng kaolin, đã được nhiễm bẩn nhân tạo bằng dầu diesel và được chiếu xạ bằng vi sóng sử dụng thiết bị quy mô bàn. Mẫu đất đã được xử lý bằng cách áp dụng bốn giá trị công suất cụ thể ở các thời gian khác nhau. Cuối cùng, nhiệt độ đất được đo lường, trong khi nồng độ chất ô nhiễm còn lại được đo và điều chỉnh theo mô hình động học phân rã hàm mũ. Dữ liệu nhiệt độ, cũng như các tham số động học thu được, đã được sử dụng cho phân tích kinh tế-kỹ thuật. Sự thay đổi của trường điện từ bên trong đã được tính toán cho tất cả các loại đất và điều kiện hoạt động, sau đó xem xét các giá trị ô nhiễm ban đầu dao động từ 750 đến 5000 mg kg−1, thời gian phục hồi tối thiểu, năng lượng cụ thể và chi phí cho việc phục hồi đã được đánh giá. Tại công suất thấp, hiệu quả của MW bị giới hạn bởi độ ẩm đất thấp hoặc kết cấu đất mịn do hạn chế trong việc thâm nhập của trường điện; trong khi khi sử dụng công suất cao, các đặc tính của đất có ảnh hưởng hạn chế. Thời gian phục hồi, theo mức độ ô nhiễm ban đầu, theo xu hướng tuyến tính, ngoại trừ đối với đất khô, trong trường hợp đó đã quan sát được một xu hướng hàm mũ. Đối với các công suất cao hơn 30 kW Kg−1, thời gian phục hồi ngắn hơn khoảng 100 phút là cần thiết cho tất cả các loại đất ẩm, nhằm điều trị mức ô nhiễm 5000 mg kg−1. Sự thay đổi của độ ẩm đất hoặc kết cấu đất dẫn đến khoảng 20–160 € mỗi tấn, và chi phí cần thiết cho việc điều trị đất sét gấp đôi so với cát. Phân tích được thực hiện cho thấy rằng các lớp đất dưới 70 cm nên được xem xét cho việc phục hồi ex situ. Phương pháp MW đã được chứng minh là một kỹ thuật nhanh chóng ngay cả đối với nồng độ hydrocarbon cao; tuy nhiên, để tiết kiệm năng lượng, việc áp dụng một số công suất cần phải tránh. Việc điều trị đất không ẩm hoặc có kết cấu mịn dẫn đến chi phí cao hơn; tuy nhiên, chi phí tối đa khoảng 160 € mỗi tấn thường khiến việc nung nóng bằng vi sóng trở thành một kỹ thuật ex situ nhanh chóng và hiệu quả về chi phí.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Benedetto A, Calvi A (2013) A pilot study on microwave heating for production and recycling of road pavement materials. Constr Build Mater 44:351–359
Calvert CA, Suib SL (2007) An initial study into the use of microwave remediation of hexachlorobenzene-treated soil using selected oxidants and coated graphite rods. J Soils Sediments 7:147–152
Careghini A, Dastoli S, Ferrari G, Saponaro S, Bonomo L, De Propris L, Gabellini M (2010) Sequential solidification/stabilization and thermal process under vacuum for the treatment of mercury in sediments. J Soils Sediments 10:1646–1656
da Rosa CFC, Freire DMG, Ferraz HC (2015) Biosurfactant microfoam: application in the removal of pollutants from soil. J Environ Chem Eng 3:89–94
dela Cruz ALN, Cook RL, Dellinger B, Lomnicki SM, Donnelly KC, Kelley MA, Cosgriff D (2014) Assessment of environmentally persistent free radicals in soils and sediments from three Superfund sites. Environ Sci Process Impacts 16:44–55
Do SH, Jo JH, Jo YH, Lee HK, Kong SH (2009) Application of peroxymonosulfate/cobalt (PMS(Co(II)) system to treat diesel contaminated soil. Chemosphere 77:1127–1131
Falciglia PP, Giustra MG, Vagliasindi FGA (2011a) Influence of soil texture on contaminant adsorption capacity and removal efficiency in ex-situ remediation of diesel polluted soil by thermal desorption. Chem Ecol 27(1):119–130
Falciglia PP, Giustra MG, Vagliasindi FGA (2011b) Low-temperature thermal desorption of diesel polluted soil: influence of temperature and soil texture on contaminant removal kinetics. J Hazard Mater 185:392–400
Falciglia PP, Urso G, Vagliasindi FGA (2013) Microwave heating remediation of soils contaminated with diesel fuel. J Soils Sediments 13(8):1396–1407
Fernández MD, Pro J, Alonso C, Aragonese P, Tarazona JV (2011) Terrestrial microcosms in a feasibility study on the remediation of diesel-contaminated soils. Ecotoxicol Environ Saf 74:2133–2140
Gomes HI, Dias-Ferreira C, Ribeiro AB (2013) Overview of in situ and ex situ remediation technologies for PCB-contaminated soils and sediments and obstacles for full-scale application. Sci Total Environ 445–446:237–260
Hallikainen MT, Ulaby FT, Dobson MC, El-Rayes MA, Wu LK (1985) Microwave dielectric behavior of wet soil—part 1: empirical models and experimental observations. IEEE Trans Geosci Remote Sens GE-23(1):25–34
Huang G, Zhao L, Dong Y, Zhang Q (2011) Remediation of soils contaminated with polychlorinated biphenyls by microwave-irradiated manganese dioxide. J Hazard Mater 186:128–132
Islam MN, Jo YT, Park JH (2012) Remediation of PAHs contaminated soil by extraction using subcritical water. J Ind Eng Chem 18:1689–1693
Islam MN, Jo YT, Park JH (2014) Subcritical water remediation of petroleum and aromatic hydrocarbon-contaminated soil: a semi-pilot scale study. Water Air Soil Pollut 225:2037
Jagtap SS, Woo SM, Kim TS, Dhiman SS, Kim D, Lee JK (2014) Phytoremediation of diesel-contaminated soil and saccharification of the resulting biomass. Fuel 116:292–298
Kawala Z, Atamaczuk T (1998) Microwave-enhanced thermal decontamination of soil. Environ Sci Technol 32:2602–2607
Khalladi R, Benhabiles O, Bentahar F, Moulai-Mostefa N (2009) Surfactant remediation of diesel polluted soil. J Hazard Mater 164:1179–1184
Lapham WW (1989) Use of temperature profiles beneath streams to determine rates of vertical groundwater flow and vertical hydraulic conductivity. USGS Water Supply Paper 2337
Łebkowska M, Zborowska E, Karwowska E, Miaskiewicz-Peska E, Muszynski A, Tabernacka A, Naumczyk J, Jeczalik M (2011) Bioremediation of soil polluted with fuels by sequential multiple injection of native microorganisms: field-scale processes in Poland. Ecol Eng 37:1895–1900
Lee GT, Ro HM, Lee SM (2007) Effects of triethyl phosphate and nitrate on electrokinetically enhanced biodegradation of diesel in low permeability soils. Environ Tech 28(8):853–860
Li H, Zhang Y, Kravchenko I, Xu H, Zhang CG (2007) Dynamic changes in microbial activity and community structure during biodegradation of petroleum compounds: a laboratory experiment. J Environ Sci 19:1003–1013
Li D, Zhang Y, Quan X, Zhao Y (2009) Microwave thermal remediation of crude oil contaminated soil enhanced by carbon fiber. J Environ Sci 21:1290–1295
Lin L, Yuan S, Chen J, Wang L, Wan J, Lu X (2010) Treatment of chloramphenicol-contaminated soil by microwave radiation. Chemosphere 78:66–71
Lipińska A, Kucharski J, Wyszkowska J (2014) Activity of arylsulphatase in soil contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons. Water Air Soil Pollut 225:2097
Liu PWG, Chang TC, Chih-Hung C, Wang MZ, Hsu HW (2013) Effects of soil organic matter and bacterial community shift on bioremediation of diesel-contaminated soil. Int Biodeterior Biodegrad 85:661–670
Liu PWG, Chang TC, Chen CH, Wang MZ, Hsu HW (2014) Bioaugmentation efficiency investigation on soil organic matters and microbial community shift of diesel-contaminated soils. Int Biodeterior Biodegr 95 part A:276–284
Mavrogianopoulos GN, Frangoudakis A, Pandelakis J (2000) Energy efficient soil disinfestation by microwaves. J Agric Eng Res 75:149–153
Mena E, Villaseñor J, Cañizares P, Rodrigo MA (2014) Effect of a direct electric current on the activity of a hydrocarbon-degrading microorganism culture used as the flushing liquid in soil remediation processes. Sep Purif Technol 124–18:217–223
Mena E, Ruiz C, Villaseñor J, Rodrigo MA, Cañizares P (2015) Biological permeable reactive barriers coupled with electrokinetic soil flushing for the treatment of diesel-polluted clay soil. J Hazard Mater 283:131–139
Pazos M, Plaza A, Martín M, Lobo MC (2012) The impact of electrokinetic treatment on a loamy-sand soil properties. Chem Eng J 183:231–237
Pereira MS, de Ávila PCM, Martins AL, de Sá CHM, de Souza Barrozo MA, Ataíde CH (2014) Microwave treatment of drilled cuttings contaminated by synthetic drilling fluid. Sep Purif Technol 124:68–73
Qi A, Chen T, Bai S, Yan M, Lu S, Buekens A, Yan J, Bulm C, Li X (2014) Effect of temperature and particle size on the thermal desorption of PCBs from contaminated soil. Environ Sci Pollut Res 21:4697–4704
Remya N, Lin JG (2011) Current status of microwave application in wastewater treatment—a review. Chem Eng J 166:797–813
Robinson JP, Kingman SW, Snape CE, Shang H, Barranco R, Saeid A (2009) Separation of polyaromatic hydrocarbons from contaminated soils using microwaves heating. Sep Purif Technol 69:249–254
Robinson JP, Kingman SW, Lester EH, Yi C (2012) Microwave remediation of hydrocarbon contaminated soils—scale up using batch reactors. Sep Purif Technol 96:12–19
Robinson J, Binner E, Saeid A, Al-Harahsheh M, Kingman S (2014) Microwave processing of oil sands and contribution of clay minerals. Fuel 135:153–161
Silva-Castro GA, Rodelas B, Perucha C, Laguna J, González-López J, Calvo C (2013) Bioremediation of diesel-polluted soil using biostimulation as post-treatment after oxidation with Fenton-like reagents: assays in a pilot plant. Sci Total Environ 445–446:347–355
Sprocati AR, Alisi C, Tasso F, Marconi P, Sciullo A, Pinto V, Chiavarini S, Ubaldi C, Cremisin C (2012) Effectiveness of a microbial formula, as a bioaugmentation agent, tailored for bioremediation of diesel oil and heavy metal co-contaminated soil. Process Biochem 47(11):1649–1655
Szulc A, Ambrozewicz D, Sydow M, Ławniczak Ł, Piotrowska-Cyplik A, Marecik R, Chrzanowski Ł (2014) The influence of bioaugmentation and biosurfactant addition on bioremediation efficiency of diesel-oil contaminated soil: feasibility during field studies. J Environ Manag 132:121–128
Tatàno F, Felici F, Mangani F (2013) Lab-scale treatability tests for the thermal desorption of hydrocarbon-contaminated soils. Soil Sediment Contam 22:433–456
Tsai TT, Sah J, Kao CM (2010) Application of iron electrode corrosion enhanced electrokinetic-Fenton oxidation to remediate diesel contaminated soils: a laboratory feasibility study. J Hydrol 380:4–13
US-EPA (2004) Remediation technology cost compendium—year 2000, Solid Waste and Emergency Response, EPA-542-R-01-009
Yuan S, Tian M, Lu X (2006) Microwave remediation of soil contaminated with hexachlorobenzene. J Hazard Mater B137:878–885