Metody redukcji emisji CO2 Metody ograniczania emisji CO2

Gazy cieplarniane
•
•
•
•
•
•
dwutlenek węgla (CO2)
para wodna (H2O)
ozon (O3)
tlen (O2)
metan (CH4)
podtlenek azotu (N2O)
Metody ograniczania emisji CO2
Metody redukcji emisji CO2
o Zmniejszenie zużycia paliw
o Zwiększenie efektywności procesu
o Zastosowanie paliw o niższej zawartości węgla np. gaz ziemny,
zamiast węgla.
o Zwiększenie ilości naturalnych "pochłaniaczy" CO 2, np. lasów,
gleby i oceanu, które pochłaniają/ wchłaniają CO2 z atmosfery.
o Wykorzystanie źródeł energii o bardzo niskim lub neutralnym
poziomie emisji CO2, takich jak np. energii odnawialnej
biomasy, energii wiatrowej czy nuklearnej
Redukcja objętości CO2 z głębokością
o Wychwytywanie CO2 ze spalin
o Konwersja paliwa do H2 i CO2 przed spalaniem –
wychwytywanie z gazu syntezowego (IGCC)
o Spalanie w tlenie zamiast w powietrzu – oxy spalanie
o Spalanie w atmosferze gazowej wzbogaconej tlenem
(kotły pyłowe i fluidalne)
Energia geotermalna
Metody sekwestracji CO2
Biopaliwo III generacji
z alg
Remediacja gleb
Chemia stosowana
Wykład 6
Rys. 1. Półproduktem glonowej hodowli w wodach wzbogaconych w CO2
są tłuszcze i cukry, które następnie przetwarza się w biodiesel.
Rodzaje zanieczyszczeń podłoża
gruntowego
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
pestycydy
substancje ropopochodne
metale ciężkie,
rozpuszczalniki organiczne
nawozy (azotowe, fosforowe, organiczne)
nuklidy promieniotwórcze
PCB
dioksyny
WWA
włókna i cząstki mineralne
Klasyfikacja chemiczna pestycydów
(biocydow)
Zanieczyszczeniami podłoża
gruntowego stają się dowolne
substancje chemiczne, jeżeli
występują w
nadmiernej ilości,
w niewłaściwym miejscu
i w niewłaściwym czasie
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Algicydy – śmiercionośne dla glonów
Fungicydy – dla grzybów
Herbicydy – dla roślin
Insektycydy - dla owadów
Fumiganty - dla szerokiego spektrum organizmów
chloroorganiczne
fosforoorganiczne
karbaminiany
pochodne kwasu fenoksylooctowego
dinitrofenole
ditiokarbaminiany
pochodne mocznika
triazyny
piretroidy
związki rtęci
pestycydy nieorganiczne
10
Klasyfikacja odpadów pestycydowych
Zbiornik mogilnika w Górze Pomorskiej. Na powierzchni zniszczone
opakowania szklane oraz sypkie preparaty
• preparaty pestycydowe, które przekroczyły
dopuszczalny okres magazynowania
• odpadowe środki ochrony roślin (szarże nieudane)
• substancje prawnie wycofane
• opakowania po środkach ochrony roślin
• ścieki z przemysłu produkującego pestycydy
• ścieki powstające w wyniku mycia aparatury
agrochemicznej
• skażona gleba
11
12
Substancje ropopochodne
Poligony wojskowe jako źródło skażenia
substancjami ropopochodnymi
Pośród katastrof i awarii powodujących skażenie gruntu – około 40% stanowią
zanieczyszczenia substancjami ropopochodnymi
Potencjalne źródła zanieczyszczeń o
znanej lokalizacji:
• urządzenia poszukiwawcze ropy i gazu
ziemnego na lądzie i na morzu
• lądowe i podmorskie rurociągi
przesyłowe ropy i gazu
• terminale przeładunkowe i różnorodne
bazy magazynowe ropy i gazu
zlokalizowane na lądzie i na morzu
• rafinerie i przetwórnie ropy i produktów
naftowych
• porty morskie i lotnicze oraz stacje
paliw
• bazy, lotniska i poligony wojskowe
• zakłady przemysłu np. chemicznego,
energetycznego lub papierniczego
Potencjalne źródła zanieczyszczeń
przeważanie o nieznanej lokalizacji:
•
•
•
•
•
klęski żywiołowe (np. powódź,
huragan, trzęsienie ziemi, pożar)
awarie tankowców i chemikaliowców
awarie cystern kolejowych lub
samochodowych
celowe uszkodzenia rurociągów i
cystern
lokalne konflikty i działania zbrojne
•
niezabezpieczone oraz nie kontrolowane pod względem technicznym magazyny i
rurociągi przesyłowe paliwa dla rakiet, samolotów i pojazdów wojskowych
•
na jednym z lotnisk w zachodniej Polsce, zajmowanym przez wojska byłej armii
radzieckiej, zdeponowano w podłożu gruntowym około 12 tys. m3 produktów
ropopochodnych, a skażony obszar objął ok. 1,3 miliona m3 gruntu
Województwo pomorskie - potencjalne źródła
skażenia substancjami ropopochodnymi
Rafineria Gdańska
Rurociąg Pomorski
rurociągi przesyłowe ropy naftowej i produktów naftowych na odcinku Port
Północny - Rafineria Gdańska
rurociągi przesyłowe produktów naftowych na odcinku Gdynia Oksywie Dębogórze
13
Źródła metali ciężkich
•
•
Antropogeniczne:
rolnictwo
•
•
•
•
•
zanieczyszczenia w nawozach mineralnych; Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn (np.. Cd i U w
nawozach fosforowych)
pestycydy: Cu, As, Hg, Pb, Mn, Zn (np. fungicydy, rtęciowe zaprawy do nasion, roztwory
zawierające Pb i As, dawniej stosowane do oprysków ogrodowych)
środki suszące: As w przypadku bawełny
środki konserwujące żywność: As, Cu, Cr
odpady z intensywnej hodowli trzody chlewnej i drobiu: Cu, As, Zn
konserwacja drewna (np. zieleń paryska Cu(CH3COO)2 ⋅ Cu3(AsO 2)2
•
spalanie paliw kopalnych (Pb, Cd, Zn, As, Sb, Se, Ba, Mn i V, spalanie beznzyny
•
przemysł metalurgiczny (skażenie metali produkowanymi oraz ich domieszkami),
•
•
New Orlean - houses partially underwater
np.. skażenie arsenem podczas wytopu miedzi, typowa emisja As wynosi 1,5 kg na
tonę Cu
elektronika (Cu, Zn, Au, Ag, Pb, Sn, Y, W, Cr, Se, Sm, Ir, In, Ga, Ge, Re, Sn, Tb, Co, Mo,
Hr, Sb, As, Gd) – podczas produkcji półprzewodników i elementów elektronicznych
oraz składowania ich jako odpadów
15
16
Właściwości gleby / właściwości
zanieczyszczeń
Źródła metali ciężkich
•
•
•
•
•
•
•
•
zawierającej dodatki ołowiowe powoduje powstawania PbBrCl
Gleba: powierzchniowa część skorupy
Właściwości gleby:
ziemskiej odznaczająca się zdolnością
wielkość ziarna,
porowatość → pow. właściwa,
do zaspokajania potrzeb roślin, czyli
właściwości adsorpryjne
żyznością
Cząstka gleby Właściwości
ogniwa (baterie, akumulatory) - Pb, Sb, Zn, Cd, Ni, Hg, Pm
farby, pigmenty - Pb, Cr, As, Sb, Se, Mo, Cd, Ba, Zn, Co, I, Ti
katalizatory – Pt, Sm, Sb, Ru, Co, Rh, Re, Pd, Os, Ni, Mo, I
poligrafia – Se (kserokopiarki) Pb, Cd, Zn, Cr, Ba
stopy dentystyczne – Ag, Sn, Hr, Cu, Zn
leki i preparaty medyczne – As, Bi, Sb, Se, Ba, Ta, Li, Pt
dodatki do paliw i smarów – Se, Te, Pb, Mo, Li
składowanie odpadów – (odcieki ze składowisk odpadów,
szlamy ściekowe) Cd Cu, Pb, Sn, Zn
zanieczyszczenia
zanieczyszczeń:
lotność,
rozpuszczalność,
podatność na biodegradację i
degradacje chemiczną,
Formy występowania zanieczyszczeń organicznych:
w postaci par
W postaci rozpuszczonej w wodzie
w postaci cieczy nie mieszającej się z wodą
Udział fazy gazowej i płynnej w glebie zależy od jej porowatości tj. sumy wolnych
przestrzeni nie zajętych przez fazę stałą
17
Przeciętny udział poszczególnych faz w glebach: A) mineralnej, B) organicznej
Strzałki wskazują możliwości zmiany udziału faz
Gleba mineralna - najważniejszym czynnikiem decydującym o właściwościach gleb
mineralnych procentowy udział frakcji o określonej średnicy
Gleba organiczna - W suchej masie gleb przeważa substancja organiczna, powstała z
obumarłych szczątków roślin
B
A
Podstawowe strategie stosowane w technologiach
remediacji (łącznie lub rozłącznie)
1.
Destrukcja lub zmiana właściwości zanieczyszczenia
2.
Ekstrakcja lub separacja z zanieczyszczonej matrycy
3.
Immobilizacja zanieczyszczeń
Usuwanie zanieczyszczeń może odbywać się w miejscu, gdzie ono powstało –
dekontaminacja in-situ (IS)
lub innym miejscu poprzez wybieranie gruntu lub odpompowywanie skażonej
wody - dekontaminacja ex-situ (ES).
TECHNOLOGIE EX – SITU
TECHNOLOGIE IN – SITU
Metody fizyczne:
spalanie
desorpcja chemiczna
ekstrakcja parowa z gleby
zautomatyzowana segregacja gleby
Metody fizyczne:
ekstrakcja parowa z gleby/
napowietrzanie
Metody chemiczne:
- odmywanie gleby
- zestalanie/ stabilizacja/ sorpcja/
Immobilizacja chemiczna
- dehalogenacja
- ekstrakcja rozpuszczalnikowa
wspomagana termicznie
ekstrakcja parowa z gleby
stosowanie barier
elektroremediacja
Metody chemiczne:
przemywanie gleby
zestalanie/ stabilizacja/ sorpcja/
immobilizacja chemiczna
- chemiczne i fotochemiczne utlenianie/
redukcja
Metody biologiczne:
kompostowanie
bioreaktory/ filtry mikrobiologiczne
Metody biologiczne:
bioremediacja
fitoremediacja
Biologiczne metody remediacji:
landfarming,
kompostowanie
zastosowanie bioreaktorów.
•Landfarming polega na umieszczeniu skażonego gruntu PN w warstwach o
grubości 0,5-1,5 m na nieprzepuszczalnym podłożu wyposażonym w system
drenażowy. Następuje biodegradacja aerobowa PN wspomagana dodatkiem
tlenu, nutrientów i wody. Czas trwania landfarmingu wynosi od 1-3 lat.
•Kompostowanie - to proces, w którym różnego rodzaju i pochodzenia
materia organiczna poddawana jest mikrobiologicznej degradacji tlenowej, w
wyniku której uzyskuje się kompost
•Bioreaktory, w reaktorach specjalnej konstrukcji, zachodzą procesy
biodegradacji wspomagane mikroorganizmami i podwyższoną temperaturą.
Czas reakcji jest dużo krótszy, 3 doby do miesiąca w zależności od
temperatury.
Metody remediacji
fizykochemiczne:
utlenianie i redukcja
termiczna,
Ekstrakcyjna,
elektroreklamacja
•Utlenianie i redukcja - stosowanymi tu odczynnikami są: ozon, nadtlenek wodoru,
chlorany, tlenki chloru i inne czynniki utleniające lub redukujące. W wypadku procesu
fotochemicznego czynnikiem dodatkowym jest także promieniowanie ultrafioletowe.
•Remediacja termiczna - cieplna obróbka wybranego gruntu (spalenie np. PN w temp.
powyżej 1300 K, podgrzewanie, piroliza do temperatury 900 K, a następnie spalanie
gazu pirolitycznego).
•Remediacja ekstrakcyjna - płukanie gruntu, czyli na przeniesieniu zanieczyszczeń PN
do medium płuczącego (woda lub woda z dodatkiem substancji chemicznych).
•Elektroreklamacja - wyróżniamy: elektroosmozę (ruch zanieczyszczonej wody
porowej między elektrodami), elektroforezę (ruch cząstek pod działaniem pola
elektrycznego) oraz elektrolizę (ruch jonów lub kompleksów między elektrodami).
Elektrooczyszczanie
(Metoda separacji elektrokinetycznej in-situ)
• Metoda polega na wykorzystaniu zjawiska migracji zanieczyszczeń
w polu elektrycznym wytworzonym w oczyszczanej glebie
• Migrujące cząstki muszą mieć trwały ładunek elektryczny lub być
polarne (np. metale ciężkie)
• Elektrody wprowadza się do gruntu w taki sposób, aby obszar
zanieczyszczony znajdował się pomiędzy nimi; w celu uruchomienia
procesu podłącza się prąd elektryczny
• Zanieczyszczenia migrują przez glebę w strefie katody lub anody
• Do usuwania wykorzystuje się następujące mechanizmy: strącanie,
adhezja do powierzchni elektrod, usuwanie lub przetwarzanie
zanieczyszczeń na stanowisku poza terenem oczyszczania
Elektrooczyszczanie
(Metoda separacji elektrokinetycznej in-situ)
Zn,
Cu, Pb, Cry Cd, and As
Elektrooczyszczanie
Wady / Zalety
Zalety:
• Praktycznie jedyna metoda, za pomocą której można usuwać metale
ciężkie w warunkach in-situ
• Metodą tą można usuwać jednocześnie różne rodzaje metali
Wady:
• Efektywność metody zależy od tak wielu parametrów, że nie sposób
jej przewidzieć (na etapie opracowywania)
• Zastosowanie wiąże się z poważnym zakwaszaniem oczyszczanej
strefy
• Procesy redox powodują powstawanie niepożądanych związków
(wtórne zanieczyszczenie)
Metoda ekstrakcji chemicznej ex-situ:
ekstrakcja kwaśna
• Remediacja ekstrakcyjna
polega na płukaniu gruntu czyli na przeniesieniu
zanieczyszczeń (PN - produktów naftowych) do medium
płuczącego (woda lub woda z dodatkiem substancji
chemicznych).
Zanieczyszczony grunt produktami naftowymi (PN)
poddajemy remediacji ekstrakcyjnej poprzez:
1. Płukanie gruntu np. gorącą wodą
2. Płukanie gruntu gorącą wodą z dodatkiem detergentu
3. Płukanie gruntu gorącą wodą z dodatkiem KOH
Remediacja ekstrakcyjna należy do metod oczyszczania exsitu. Oczyszczanie w warunkach ex-situ prowadzi się poza
miejscem naturalnego występowania gruntów
zanieczyszczonych.
• Roztwór HCl do ekstrakcji metali ciężkich
• I etap obejmuje przesiewanie (usuwanie frakcji
grubej)
• Roztwór HCl jest wprowadzany do gleby w zbiorniku
ekstrakcyjnym
• Czas zatrzymania gleby w zbiorniku ekstrakcyjnym
zależy od typu gleby, typu i stężenia zanieczyszczeń,
najczęściej od 10 do 40 min.
• Mieszanina gleby z odczynnikiem ekstrakcyjnym jest
pompowana w sposób ciągły z mieszalnika do separatora
(np. hydrocyklon)
28
Metoda ekstrakcji chemicznej ex-situ:
ekstrakcja rozpuszczalnikowa
Metoda ekstrakcji chemicznej ex-situ:
ekstrakcja rozpuszczalnikowa
• Rozpuszczalniki organiczne (najpopularniejsza metoda
ekstrakcji)
• Często stosowana w połączeniu z innymi technologiami
remediacji
(stabilizacja/zestalanie,
spalanie,
przemywanie gleby)
• Metale w połączeniach organicznych mogą być
ekstrahowane razem z substancjami organicznymi,
które są usuwane
• Istotna toksyczność stosowanego rozpuszczalnika! ponieważ śladowe ilość rozpuszczalnika mogą pozostać
w glebie po zakończeniu procesu oczyszczania
29
30
Metody usuwania zanieczyszczeń naftowych
ze środowiska gruntowo-wodnego
Technologia bioremediacji związków
organicznych z gleb obejmuje
1. Bioremediację podstawową - monitoring naturalnego procesu
biodegradacji
2. Biostymulację - prowadzenie modyfikacji środowiskowej np.
dostarczenie
pożywek dla mikroorganizmów lub napowietrzanie terenu
poddawanego bioremediacji
3. Bioaugmentację - wprowadzanie dodatkowych mikroorganizmów.
Bioremediacja podstawowa
- monitoring naturalnego procesu biodegradacji substancji organicznych.
- Podczas tego procesu jedynie naturalna mikroflora skażonego gruntu jest
wykorzystywana do obniżania stężenia substancji toksycznej w gruncie do
bezpiecznych ilości (w określonych i akceptowalnych ramach czasowych).
- Metoda ta nie wymaga dodatkowej interwencji, poza monitoringiem procesu
bioremediacji.
31
Biostymulacja - wprowadzenie modyfikacji środowiskowej np. dostarczenie
pożywek dla mikroorganizmów lub napowietrzanie terenu poddawanego
bioremediacji.
Kiedy tempo naturalnego procesu bioremediacji jest niewystarczające, wtedy stosuje
się stymulację rodzimej mikroflory w celu przyspieszenia tego procesu.
1.Natlenianie
Najczęściej stosuje się następujące sposoby natleniania rekultywowanego
terenu: wentylacja, którą prowadzi się poprzez iniekcję czyli wtłaczanie
powietrza do gruntu pod zwiększonym ciśnieniem przez układ przewodów
(drenów), stosowanie rozcieńczonych roztworów nadtlenku wodoru (H2O2), który
umożliwia tlenowy (aerobowy) metabolizm mikroorganizmów, spulchnianie gruntu
poprzez mechaniczną uprawę.
2. Wprowadzanie pożywek.
Szybkość procesu biodegradacji może być limitowane stężeniem substancji
odżywczych i ich dostępnością. Głównie są to związki azotu i fosforu.
Skażenie gleby substancjami ropopochodnymi powoduje niekorzystny
wzrost stosunku C:N. Z tego powodu pierwszym koniecznym zabiegiem jest
zasilenie skażonego gruntu nawozami azotowymi
Coraz większą popularność bioremediacja zawdzięcza wymienionym
poniżej cechom:
- jest ekonomiczna (tańsza niż dotychczas stosowane metody oczyszczania
gruntów i wód gruntowych),
- proces likwidacji skażenia może być prowadzony in situ (w miejscu
skażenia, bez konieczności przemieszczania gruntu),
- grunt nadaje się do użytku bezpośrednio po przeprowadzeniu procesu
oczyszczania,
- technologia ta nie wymaga z reguły stosowania kosztownej i
skomplikowanej aparatury.
Do ograniczeń w stosowaniu bioremediacji zaliczyć należy:
- rodzaj skażeń w stosunku do których można tę metodę zastosować,
- warunki panujące w miejscu, które należy poddać oczyszczeniu,
- czas, w którym zanieczyszczenie powinno zostać usunięte.
• Bioaugmentacja - zwiększanie populacji
mikroorganizmów
Obejmuje bezpośrednią iniekcję zawiesiny
mikroorganizmów o pożądanej aktywności wraz z
substancjami odżywczymi (jeśli to konieczne) do
skażonego gruntu.
Stosuje się ją w przypadku gdy rodzima populacja
bakterii, na skażonym terenie, nie wykazuje pożądanej
aktywności.
Celem tego zabiegu jest zwiększenie tempa lub/i
rozmiaru biodegradacji zanieczyszczenia. Proces ten
stosuje się jednak dopiero wtedy, gdy zawodzą
bioremediacja podstawowa oraz biostymulacja. Ma to
miejsce zazwyczaj w przypadku skażenia związkami
chemicznymi o bardzo dużej odporności na proces
biodegradacji.