Remediation of organochlorine pesticides contaminated soil using thermal plasma

Abstract

Dichloro-difenil-trichloroetanas (DDT), aldrinas, endosulfanas priskiriami chloro organiniams pesticidams (COP), kurie buvo plačiai naudojami žemės ūkyje kenkėjams naikinti. COP aplinkoje gali išlikti nepakitę ilgą laiką (pvz., DDT skilimo pusperiodis trunka apie 36 metus). Tokiu būdu grunte ar požeminiame vandenyje susikaupę didesni pesticidų kiekiai tampa tos terpės teršalais, trikdančiais ekosistemų veiklas ir galinčiais sukelti kancerogeninį poveikį ar reprodukcinius sutrikimus paukščiams, žmonėms ir kitiems žinduoliams. Nors šių patvarių organinių junginių gamyba ir naudojimas buvo nutraukti arba bent jau apriboti 2001 m. pasirašius Jungtinių Tautų Stokholmo konvenciją, tačiau jų sukeltos taršos židiniai (pvz., COP liekanos grunte) egzistuoja iki šiol. Siekiant panaikinti COP liekanas grunte, ieškoma tinkamiausių šių pavojingų teršalų išvalymo metodų. Eksperimentinio tyrimo tikslas – ištirti terminės oro plazmos ir terminės vandens garo plazmos tinkamumą chloro organiniais pesticidais (daugiausia DDT 1569 μg/kg) užterštam gruntui valyti. Gruntas buvo tiriamas prieš ir po valymo su termine plazma naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą (SEM), optinį mikroskopą, fotokamerą, rentgeno spindulių energijos spektroskopą (EDS) ir dujų chromatografą- masių spektrometrą (GC-MS). Su SEM gauti rezultatai parodė, kad sąveikos metu tarp užteršto grunto ir terminės oro plazmos, taip pat terminės vandens garo plazmos vyko grunto struktūriniai pokyčiai. EDS matavimai atskleidė, kad termine plazma išvalytame grunte nebuvo aptikta chloro. Matavimai, atlikti su GC-MS, patvirtino, kad chloro organinių pesticidų koncentracijos grunte po grunto valymo su termine plazma sumažėjo iki minimalių verčių (<3,0–5,0 μg/kg). [...]. Organochlorine pesticides have been used widely in agriculture for effective pest control. However, organochlorine pesticides such as dichloro-diphenyl-trichloroethane (DDT) contaminate soil, groundwater and cause carcinogenic effects, reproductive disorders for birds, humans and other mammals. Consequently, the use of DDT in agriculture has been gradually forbidden since 1972. Nevertheless, due to the long half-life of DDT (~36 years), its residues are still present in the soil. Therefore, there is a need to find a method for the treatment of this dangerous contaminant in the soil. This experimental research is aimed to analyse thermal air and water vapour plasmas eligibility to remediate soil contaminated by organochlorine pesticides (mainly DDT). Hence, parameters of the polluted soil were investigated before and after the treatment with thermal plasma using scanning electron microscopy (SEM), an optical microscope, a photo camera, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). SEM analysis revealed that interaction of polluted soil with thermal air plasma or water vapour plasma caused structural changes of the soil. EDX data demonstrated complete removal of chlorine after the soil cleaning with plasmas. Moreover, the measurements performed with GC-MS confirmed that organochlorine pesticides concentrations in the soil were reduced noticeably after the soil cleaning with thermal plasmas. Thus, experimental results indicate that contaminated soil treatment using thermal air or water vapour plasma has satisfactory pesticides degradation capacity.