Salat viser dig, hvordan du genopretter olievædet jord

Rice Universitys ingeniører har fundet ud af, hvordan jord, der er forurenet med tung olie, ikke kun kan renses, men gøres frugtbar igen.

Hvordan ved de, at det virker? De dyrkede salat.

Risingeniørerne Kyriacos Zygourakis og Pedro Alvarez og deres kolleger har finjusteret deres metode til at fjerne petroleumsforurenende stoffer fra jorden gennem den ældgamle pyrolyseproces. Teknikken varmer jorden forsigtigt op, mens den holder ilt ude, som undgår den skade, der normalt sker på frugtbar jord, når afbrænding af kulbrinter forårsager temperaturstigninger.

Mens store mængder havudslip får det meste af opmærksomheden, 98 procent af olieudslippet sker på land, Alvarez påpeger, med mere end 25, 000 udslip om året indberettet til Miljøstyrelsen. Det gør behovet for omkostningseffektiv udbedring klart, han sagde.

"Vi så en mulighed for at konvertere et ansvar, forurenet jord, til en vare, frugtbar jord, "Sagde Alvarez.

Nøglen til at bevare frugtbarheden er at bevare jordens essentielle ler, sagde Zygourakis. "Ler bevarer vand, og hvis du hæver temperaturen for højt, du ødelægger dem dybest set, " sagde han. "Hvis du overstiger 500 grader Celsius (900 grader Fahrenheit), dehydrering er irreversibel."

Forskerne tog jordprøver fra Hearne, Texas, forurenet i laboratoriet med tung råolie, ind i en ovn for at se, hvilken temperatur der bedst eliminerede mest olie, og hvor lang tid det tog.

Deres resultater viste, at varmeprøver i den roterende tromle ved 420 C (788 F) i 15 minutter eliminerede 99,9 procent af de samlede petroleumkulbrinter (TPH) og 94,5 procent af polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH), efterlader den behandlede jord med nogenlunde de samme forureningsniveauer, som findes i naturlige, uforurenet jord.

Artiklen vises i tidsskriftet American Chemical Society Miljøvidenskab og -teknologi . Den følger adskillige artikler fra den samme gruppe, der beskriver den mekanisme, hvorved pyrolyse fjerner forurenende stoffer og forvandler nogle af de uønskede kulbrinter til kulbrinter, mens den efterlader jord næsten lige så frugtbar som originalen. "Mens opvarmning af jord for at rense, er det ikke en ny proces, " sagde Zygourakis, "Vi har bevist, at vi kan gøre det hurtigt i en kontinuerlig reaktor for at fjerne TPH, og vi har lært, hvordan man optimerer pyrolysebetingelserne for at maksimere forureningsfjernelse og samtidig minimere jordskade og tab af frugtbarhed.

"Vi lærte også, at vi kan gøre det med mindre energi end andre metoder, og vi har afgiftet jorden, så vi trygt kan sætte den tilbage, " han sagde.

Opvarmning af jorden til omkring 420 C repræsenterer det søde sted til behandling, sagde Zygourakis. Opvarmning af det til 470 C (878 F) gjorde et marginalt bedre stykke arbejde med at fjerne forurenende stoffer, men brugte mere energi og vigtigere, nedsatte jordens frugtbarhed i den grad, at den ikke kunne genbruges.

"Mellem 200 og 300 C (392-572 F), de lette flygtige forbindelser fordamper, " sagde han. "Når du kommer til 350 til 400 C (662-752 F), du begynder først at bryde heteroatombindingerne, og derefter carbon-carbon og carbon-hydrogen-bindinger, der udløser en sekvens af radikale reaktioner, der omdanner tungere carbonhydrider til stabile, lavreaktivitet forkul."

Den sande test af pilotprogrammet kom, da forskerne dyrkede Simpson sortfrøet salat, en sort, for hvilken råolie er meget giftig, på den originale rene jord, noget forurenet jord og flere pyrolyserede jordarter. Mens planterne i den behandlede jord var en smule langsommere til at starte, de fandt ud af, at efter 21 dage, planter dyrket i pyrolyseret jord med gødning eller blot vand viste samme spireevne og havde samme vægt som dem, der dyrkes i ren jord.

"Vi vidste, at vi havde en proces, der effektivt renser olieforurenet jord og genopretter dens frugtbarhed, " sagde Zygourakis. "Men, havde vi virkelig afgiftet jorden? "

For at besvare dette sidste spørgsmål, Rice-holdet henvendte sig til Bhagavatula Moorthy, en professor i neonatologi ved Baylor College of Medicine, der undersøger virkningerne af luftbårne kontaminanter på neonatal udvikling. Moorthy og hans laboratorium fandt ud af, at ekstrakter taget fra olieforurenet jord var giftige for menneskelige lungeceller. mens udsættelse af de samme cellelinjer for ekstrakter fra behandlet jord ikke havde nogen negative virkninger. Undersøgelsen lettede bekymringerne for, at pyrolyseret jord kunne frigive luftbårne støvpartikler fyldt med meget giftige forurenende stoffer som PAH'er.

''En vigtig lektie, vi har lært, er, at forskellige behandlingsmål for overholdelse af lovgivning, 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, Kina, er hovedforfatter af papiret. 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.