Μελέτη της κινητικότητας υπολειμμάτων πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων σε εδαφικά συστήματα

Abstract

The aim of this research was to investigate (1) the sorption and desorption of PAHs in different soil types having different content of SOC, (2) the effect of DOC on the sorption of PAHs in soils, (3) the leaching potential of PAHs and their residues in soil columns and (4) the mobility of PAHs in sewage sludge amended soils. For this purpose, six soils prevailing in northern Greece were classified as sandy-loam (SL), loamy sand (LS), sandy clay loam (SCL), silty clay loam (SiCL) and clay loam (CL). The two-step sorption experiments (adsorption/desorption) were performed according to the OECD guideline 106. The batch experiments were conducted containing the liquid solution and the sorbent in a liquid/solid (L/S) ratio of 2, 5 and 20 ml/g of dry matter. The impacts of inherent and exogenous DOC on PAHs sorption were investigated using the batch procedure. The exogenous DOC was obtained from the effluent and the influent of a waste water treatment plant with DOC concentrations 10 and 36 mg/L, respectively. The leaching study was performed under controlled laboratory conditions according the OECD guideline 312. Columns were run over a range of L/S ratios varying from 1 to 30 mL/g (dm). Artificial rain (3000 mL in total) was continuously applied to soil columns and several fractions of soil leachates were sequentially collected. At the end of leaching experiments, each soil column was horizontally sectioned into two equal segments. Finally, soil column leaching experiments have been carried out also using 4 of the examined soils amended with sewage sludge produced by a domestic water treatment plant. The sewage sludge was applied at a rate of 10% by weight (or 0,67 ton/ha⁻¹). Columns were run at L/S ratios of 10 and 20 ml/g (d.m.). The main conclusions of this research could be summarized to the following: Between 74% and 99% of the added PAHs were adsorbed. As the L/S ratios increased, the Kd values also increased, whereas the adsorbed amounts of PAHs decreased. In the desorption step, only small amounts of the mass of PAHs previously adsorbed (0.4% to 9.88%) were released from the six soils indicating very strong and irreversible sorption. The presence of exogenous DOC retards the sorption of PAHs in soils and enhances their transport in aquatic media. Np mobility was greater in soils than the rest PAHs. The greatest mobility was observed in soils 1-SL and 2-LS with the lowest OC content and the lowest, in soil 6-SiCL with the highest OC content. After application of 1974 mm of rain (3000ml), PAHs, especially the low molecular weight PAHs, were moved to the bottom of the soil columns. For the safe disposal of sludge in soils must take into account the physicochemical properties of soils.

Ο σκοπός της διατριβής ήταν να εξετάσει (1) την προσρόφηση/εκρόφηση των PAHs σε διαφορετικούς τύπους εδαφών, (2) την επίδραση του DOC στη ρόφηση των PAHs στα διάφορα εδάφη, (3) την κινητικότητα των PAHs στις εδαφικές στήλες και (4) την κινητικότητα των PAHs κατά την εδαφική εφαρμογή ιλύος. Για αυτό τον σκοπό, έξι εδάφη της βόρειας Ελλάδας συλλέχθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ως αμμοπηλώδη (SL), πηλοαμμώδη (LS), αμμοαργιλοπηλώδη (SCL), ιλυοαργιλοπηλώδη (SiCL), αργιλοπηλώδη (CL). Σύμφωνα με την οδηγία 106 του Ο.Ο.Σ.Α., πραγματοποιήθηκαν πειράματα κατά παρτίδα με τη μέθοδο της εξισορρόπησης, όπου γνωστή ποσότητα εδάφους ήλθε σε επαφή με υγρή φάση έτσι ώστε να επιτευχθούν συνθήκες ψευδο-ισορροπίας. Τα πειράματα κατά παρτίδα πραγματοποιήθηκαν με διάφορες αναλογίες υδατικής προς στερεή φάση (L/S) 2/1, 5/1 και 20/1 ml/g αεροξηραμένου εδάφους. Η ρόφηση των PAHs στα έξι εδάφη παρουσία εξωγενούς DOC μελετήθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πειραμάτων κατά παρτίδα σε μια αναλογία L/S=2/1 ml/g αεροξηραμένου εδάφους και χρησιμοποιώντας απόβλητο αστικής προέλευσης ανεπεξέργαστο και μετά από δευτεροβάθμια επεξεργασία. Προκειμένου να μελετηθεί η κινητικότητα των PAHs στο έδαφος πραγματοποιήθηκαν πειράματα με εργαστηριακά λυσίμετρα και εφαρμογή τεχνητής βροχής με ροή προς τα κάτω (συνολικά 3000ml). Πραγματοποιήθηκαν σε δυναμικές συνθήκες σύμφωνα με την οδηγία 312 του Ο.Ο.Σ.Α. Συλλέχθηκαν διάφορα κλάσματα έκπλυσης, τα οποία αντιστοιχούν σε λόγους L/S= 1, 2, 5, 10, 20 και 30 ml/gr. Στο τέλος των πειραμάτων έκπλυσης, το έδαφος χωρίστηκε στη μέση και τα δύο εδαφικά κλάσματα επεξεργάστηκαν ξεχωριστά. Τέλος, πραγματοποιήθηκε και μια εφαρμογή στα λυσίμετρα προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση της αφυδατωμένης ιλύος που περιέχει PAHs όταν εναποτίθεται σε διαφορετικούς τύπους εδαφών, καθώς η ιλύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εδαφοβελτιωτικό. Το ποσοστό της υγρής αφυδατωμένης ιλύος που εναποτέθηκε σε κάθε στήλη ήταν 10% κ.β., που αντιστοιχεί σε εφαρμογή στο έδαφος 6,7 τόνων υγρής αφυδατωμένης ιλύος ανά στρέμμα. Μελετήθηκαν τα 4 από τα 6 εδάφη. Τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν συνοψίζονται στα παρακάτω: Η προσρόφηση κυμαίνεται σε υψηλές τιμές, από 74% έως 99%. Η εκρόφηση κυμάνθηκε σε χαμηλά επίπεδα, από 0,4% έως 9,88%, γεγονός που σημαίνει ότι η προσρόφηση είναι πολύ ισχυρή και μη αντιστρεπτή. Η παρουσία εξωγενούς DOC εμποδίζει τη ρόφηση των PAHs στο έδαφος και διευκολύνει τη μεταφορά τους στο υδάτινο περιβάλλον. Το Np παρουσιάζει μεγαλύτερη κινητικότητα στο έδαφος από τους υπόλοιπους PAHs. Η μεγαλύτερη κινητικότητα παρατηρήθηκε στα εδάφη 1-SL και 2-LS με τη μικρότερη περιεκτικότητα σε οργανικό άνθρακα και η μικρότερη, στο έδαφος 6-SiCL με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε οργανικό άνθρακα. Μετά την έκπλυση των εδαφών με 1974 mm βροχής (3000ml), οι PAHs, κυρίως οι χαμηλού μοριακού βάρους ενώσεις, μετακινήθηκαν προς τα βαθύτερα στρώματα των εδαφικών στηλών. Για την ασφαλή εφαρμογή της ιλύος στο έδαφος πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του εδάφους.