Ingenieurs van Rice University hebben ontdekt hoe grond die is verontreinigd met zware olie niet alleen kan worden schoongemaakt, maar ook weer vruchtbaar kan worden gemaakt.

Hoe weten ze dat het werkt? Ze verbouwden sla.

Rijstingenieurs Kyriacos Zygourakis en Pedro Alvarez en hun collega's hebben hun methode verfijnd om petroleumverontreinigingen uit de bodem te verwijderen door middel van het eeuwenoude proces van pyrolyse. De techniek verwarmt de grond zachtjes en houdt zuurstof buiten, die de schade vermijdt die gewoonlijk aan vruchtbare grond wordt toegebracht wanneer het verbranden van koolwaterstoffen temperatuurpieken veroorzaakt.

Terwijl grootschalige lekkages op zee de meeste aandacht krijgen, 98 procent van de olielozingen vindt plaats op het land, Alvarez wijst erop, met meer dan 25, 000 lekkages per jaar gemeld aan de Environmental Protection Agency. Dat maakt de noodzaak van kosteneffectieve sanering duidelijk, hij zei.

"We zagen een kans om een ​​verplichting om te zetten, verontreinigde grond, tot een handelswaar, vruchtbare grond, ' zei Allvarez.

De sleutel tot het behoud van de vruchtbaarheid is het behoud van de essentiële klei van de bodem, zei Zygourakis. "Klei houdt water vast, en als je de temperatuur te hoog opvoert, je vernietigt ze eigenlijk, " zei hij. "Als je de 500 graden Celsius (900 graden Fahrenheit) overschrijdt, uitdroging is onomkeerbaar."

De onderzoekers zetten bodemmonsters uit Hearne, Texas, in het laboratorium besmet met zware ruwe olie, in een oven om te zien bij welke temperatuur de meeste olie het beste wordt verwijderd, en hoe lang het duurde.

Hun resultaten toonden aan dat het verwarmen van monsters in de roterende trommel gedurende 15 minuten bij 420 C (788 F) 99,9 procent van de totale aardoliekoolwaterstoffen (TPH) en 94,5 procent van de polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK) verwijderde, de behandelde bodems achterlaten met ongeveer dezelfde niveaus van verontreinigende stoffen als in natuurlijke, onvervuilde grond.

Het artikel verschijnt in het tijdschrift American Chemical Society Milieuwetenschap en -technologie . Het volgt verschillende artikelen van dezelfde groep die het mechanisme beschrijven waarmee pyrolyse verontreinigingen verwijdert en een deel van de ongewenste koolwaterstoffen in verkoling verandert, terwijl de grond bijna net zo vruchtbaar als het origineel achterblijft. "Terwijl het verwarmen van grond om schoon te maken, is het geen nieuw proces, "Zygourakis zei, "we hebben bewezen dat we het snel kunnen doen in een continue reactor om TPH te verwijderen, en we hebben geleerd hoe we de pyrolyse-omstandigheden kunnen optimaliseren om de verwijdering van verontreinigingen te maximaliseren en tegelijkertijd bodemschade en verlies van vruchtbaarheid te minimaliseren.

"We hebben ook geleerd dat we het met minder energie kunnen doen dan andere methoden, en we hebben de grond ontgift zodat we hem veilig terug kunnen zetten, " hij zei.

Het verwarmen van de grond tot ongeveer 420 C is de goede plek voor behandeling, zei Zygourakis. Verwarmen tot 470 C (878 F) deed het iets beter bij het verwijderen van verontreinigingen, maar verbruikte meer energie en belangrijker, verminderde de vruchtbaarheid van de bodem zodanig dat deze niet opnieuw kon worden gebruikt.

"Tussen 200 en 300 C (392-572 F), de lichte vluchtige verbindingen verdampen, " zei hij. "Als je 350 tot 400 C (662-752 F) bereikt, je begint eerst de heteroatoombindingen te verbreken, en vervolgens koolstof-koolstof- en koolstof-waterstofbindingen die een reeks radicale reacties veroorzaken die zwaardere koolwaterstoffen omzetten in stabiel, lage reactiviteit char."

De echte test van het pilotprogramma kwam toen de onderzoekers Simpson zwartzaadsla kweekten, een variëteit waarvoor aardolie zeer giftig is, op de oorspronkelijke schone grond, sommige verontreinigde grond en verschillende gepyrolyseerde gronden. Terwijl planten in de behandelde gronden wat langzamer op gang kwamen, ze ontdekten dat na 21 dagen, planten gekweekt in gepyrolyseerde grond met kunstmest of gewoon water vertoonden dezelfde kiemkracht en hadden hetzelfde gewicht als die gekweekt in schone grond.

"We wisten dat we een proces hadden dat met olie verontreinigde grond effectief opruimt en de vruchtbaarheid herstelt, "Zei Zygourakis. "Maar, hadden we de grond echt ontgift?"

Om deze laatste vraag te beantwoorden, het Rice-team wendde zich tot Bhagavatula Moorthy, een professor neonatologie aan het Baylor College of Medicine, die de effecten van verontreinigende stoffen in de lucht op de ontwikkeling van pasgeborenen bestudeert. Moorthy en zijn lab ontdekten dat extracten uit met olie verontreinigde bodems giftig waren voor menselijke longcellen. terwijl het blootstellen van dezelfde cellijnen aan extracten van behandelde grond geen nadelige effecten had. The study eased concerns that pyrolyzed soil could release airborne dust particles laced with highly toxic pollutants like PAHs.

''One important lesson we learned is that different treatment objectives for regulatory compliance, detoxification and soil-fertility restoration need not be mutually exclusive and can be simultaneously achieved, " Alvarez said.

Wen Song, a visiting scholar at Rice and a student at the University of Jinan and Shandong University, China, is hoofdauteur van het artikel. Co-authors are Rice alumna Julia Vidonish of Arcadis U.S., Seattle; Rice postdoctoral researcher Pingfeng Yu; Roopa Kamath, an environmental adviser at Chevron; Chun Chu, a research associate at Baylor College of Medicine; and Baoyu Gao, a professor of environmental engineering at Shandong University. Alvarez is the George R. Brown Professor of Materials Science and NanoEngineering and a professor of civil and environmental engineering at Rice. Zygourakis is the A.J. Hartsook Professor of Chemical and Biomolecular Engineering and a professor of bioengineering.