Zmniejszenie niedoboru wody poprzez odbudowę skażonych warstw wodonośnych wód gruntowych
Na całym świecie rośnie zapotrzebowanie na wodę na potrzeby komunalne, rolnictwa i przemysłu. Jednocześnie zasoby wodne ulegają coraz głębiej postępującej degradacji wynikającej z erozji infrastruktury i zanieczyszczeń. Najczęstszym zagrożeniem są toksyczne metale zanieczyszczające wody gruntowe, studnie z wodą pitną oraz systemy filtracji wody rzecznej, istnieje także wiele sposobów ich usuwania lub neutralizacji. Często jednak tego rodzaju rozwiązania wymagają zbyt wysokich nakładów finansowych i technicznych, w wyniku czego pozostają niedostępne dla wielu regionów. W celu poprawy tej sytuacji w ramach finansowanego przez UE projektu REGROUND opracowano tanie rozwiązanie nanogeotechnologiczne służące do unieruchamiania toksycznych zanieczyszczeń. W ramach projektu zastosowano technologię rekultywacji wód gruntowych w rzeczywistej skali, montując na terenach charakteryzującym się wysokim poziomem zanieczyszczeń przemysłowych trzy bariery pilotażowe oraz dwie wielkoskalowe bariery, redukujące ilość rozpuszczonych toksycznych metali ciężkich w wodach gruntowych.
Bariera adsorpcyjna in situ
Przed rozpoczęciem projektu REGROUND zespół zdobył kilkuletnie doświadczenie w opracowywaniu technologii wtłaczania nanocząsteczek tlenku żelaza w zanieczyszczenia wód gruntowych. Praktyczność tego podejścia została pomyślnie przetestowana zarówno w doświadczeniach laboratoryjnych, jak i w terenie. Omawiając projekt REGROUND, koordynator projektu dr Sadjad Mohammadian mówi: „Nasze konsorcjum pracowało nad kilkoma projektami wykorzystującymi nanotechnologię do zastosowań środowiskowych. Różne aspekty proponowanej technologii, w tym rozkład cząstek w ziemi, synteza nowych cząstek, reaktywność i toksyczność środowiskowa, zostały opracowane przez członków naszego konsorcjum. W ramach projektu REGROUND skonsolidowaliśmy tę wiedzę w celu zwiększenia jej wartości i skutecznego wprowadzenia rozwiązania na rynek”. Metoda barierowa opracowana w ramach projektu REGROUND polega na wstrzykiwaniu do osadów nowoczesnych nanocząsteczek tlenku żelaza za pomocą prostych studni w warstwach wodonośnych. Nanocząsteczki przemieszczają się na wcześniej ustalone odległości, a następnie wytrącają się na materiał warstwy wodonośnej, nie blokując przy tym porów. Dla dr Mohammadiana to właśnie ten etap projektu stanowił największe wyzwanie. „Musieliśmy wyprodukować metastabilne nanocząsteczki – cząsteczki, które pozostają zawieszone, nie wytrącają się ani nie osadzają w czasie syntezy, produkcji, transportu i wstrzykiwania, lecz zaczynają wytrącać się dopiero po wstrzyknięciu”. Jak wyjaśnia dr Mohammadian: „Wymagało to od nas opracowania innowacyjnego procesu syntezy, który można z łatwością przystosować do właściwości każdej warstwy wodonośnej”. Zanieczyszczone wody gruntowe przepływają następnie przez strefę nanocząsteczek, gdzie rozpuszczone toksyczne metale ciężkie są adsorbowane przez nanocząsteczki, a woda pozbawiona metali ciężkich może płynąć dalej. Z racji tego, że rozwiązanie jest łatwe do zastosowania i nie wymaga budowania infrastruktury ani usuwania ziemi, koszty czyszczenia są znacząco obniżone. Podejście to jest ukierunkowane w szczególności na wychwytywanie arsenu, baru, kadmu, chromu, miedzi, ołowiu, rtęci i cynku, które stanowią główne zanieczyszczenia wód gruntowych. Po realizacji dwóch projektów pilotażowych, uczestnicy projektu REGROUND postanowili zastosować innowacyjne rozwiązanie na dwóch zanieczyszczonych warstwach wodonośnych na terenach przemysłowych w Hiszpanii i Portugalii. Wyniki badań wody po zastosowaniu rozwiązania wskazują, że metale ciężkie zostały skutecznie usunięte na poziomach przewidzianych w planie rekultywacji. Wyniki te udowadniają, że technologia jest gotowa do wprowadzenia na rynek. W ramach projektu potwierdzono również użyteczność technologii dzięki dwóm dodatkowym testom pilotażowym. W ramach działań przeprowadzinych w niemieckim parku przemysłowym zespół zlikwidował zanieczyszczenie cynkiem bez konieczności przerywania codziennej działalności obiektu. Technologia REGROUND posłużyła także do oczyszczenia studni wody pitnej w Iranie zanieczyszczonej geogenicznym arsenem. Te przypadki dowiodły, że technologia ta może znaleźć zastosowanie w wielu miejscach, niezależnie od źródła i wielkości zanieczyszczenia. Jak podsumowuje dr Mohammadian: „Powtórzenie projektu w warunkach zbliżonych do rynkowych i działania mające na celu komercjalizację rozwiązania stanowią integralną część projektu REGROUND. Nasze rozwiązanie umożliwi neutralizację zanieczyszczeń metalami ciężkimi w miejscach, w których nie było to dotąd możliwe z przyczyn technicznych lub ekonomicznych”.
Stymulowanie innowacji w sektorze wodnym
Ambicje projektu REGROUND są zbieżne z zakresem polityki wodnej UE, w szczególności z dyrektywą 2013/39/UE, która ma na celu wprowadzenie na rynek nowych technologii oczyszczania wody. W celu przyspieszenia prac nad rozwiązaniem, zespół wchodzi obecnie na rynek rekultywacji wód podziemnych tworząc spółkę spin-off. Firma ColFerrox GmbH będzie wykorzystywać swoje produkty i techologię w celu zwalczania zanieczyszczeń metalami ciężkimi oraz innymi substancjami, takimi jak cyjanki i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH). Rozwijając tę kwestię, dr Mohammadian stwierdza: „Wprowadzając na rynek naszą tanią technologię, pomożemy stymulować innowacje w sektorze wodnym poprzez umożliwienie publicznych i prywatnych wysiłków na rzecz poprawy uzdatniania wód podziemnych w Europie i na świecie”.
Słowa kluczowe
REGROUND, niedobór wody, warstwa wodonośna, toksyczny, zanieczyszczenie, studnia, nanocząsteczki, adsorpcja, wody gruntowe, tlenek żelaza, arsen, bar, kadm, chrom, miedź, ołów, rtęć, cynk
