[論文レビュー] Bioremediation of oil and heavy metal contaminated soil in construction sites: a case study of using bioventing-biosparging and phytoextraction techniques

Ebrahim Eslami, Seyedeh Hanie Seyed Joodat|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2018

Microbial bioremediation and biosurfactants被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、イランの建設現場の土壌に生じた石油（BTEX、PAHs）および重金属（Pb）の汚染を、併用したバイオベンティング・バイオスパージングと植物動態抽出法を用いて修復する手法を評価している。セメント汚染は、透水性の低下により深層部のエチルベンゼンおよびピレンの分解速度を低下させたが、土壌の安定化と汚染物質の可用性の向上により、浅層部のPbの植物動態抽出を促進した。

ABSTRACT

This paper studies the bioremediation techniques utilized for degrading soil pollutants in a construction site located in Iran. The activities in a construction site, located in Garmdareh, Karaj, polluted the soil environment with a large amount of contaminants among which BTEX, PAHs and heavy metals are considered to be the most important components. Employing conventional physicochemical techniques for remediation of such a polluted soil is both technically and economically challenging. Bioremediation, which involves taking advantage of the microorganisms for the removal of pollutants, is the most promising technology which is both relatively efficient and cost-effective. In this study, the coupled bioventing-biosparging technique and the phytoextraction process were utilized to remediate the deep and shallow layers of the polluted environment, respectively. However, the widespread presence of the cement components in the site influenced the performance of bioremediation techniques. The results of this study indicated that the cement- polluted soil lowered the degradation rate of both BTEX (Ethylbenzene) and PAH (Pyrene) pollutants within deep layers. Conversely, the degradation rate of Pb was increased in phytoextraction process due to proper stabilization of the surficial soil in presence of cement components. This study provides a critical view on the limitations and influential parameters of function-directed soil remediation techniques dealing with the presence of cementitious materials in construction sites.

研究の動機と目的

• 石油炭化水素および重金属で汚染された深層および浅層土壌に、イン・サイトでのバイオレメディエーション技術（バイオベンティング・バイオスパージングおよび植物動態抽出）の有効性を評価すること。
• セメント質材料が建設現場の土壌におけるバイオレメディエーション性能に与える影響を調査すること。
• セメント汚染が、深層および浅層の両方の土壌において透水性、酸素移動、および汚染物質の分解キネティクスにどのように影響を与えるかを評価すること。
• セメント成分が、土壌構造および金属移動性に影響を与えることによって、深層部では有害で、浅層部では有益な二重の役割を果たす可能性があるかどうかを特定すること。
• 現実の建設現場の条件（複雑な汚染およびセメントの存在を伴う）下でのバイオレメディエーション戦略の最適化に、現地での知見を提供すること。

提案手法

• 深層土壌におけるBTEXおよびPAHs（特にエチルベンゼンおよびピレン）の好気性生物学的分解を促進するために、イン・サイトでのバイオベンティング・バイオスパージングを実施し、空気を注入して土壌に存在する微生物を活性化した。
• 浅層土壌からの鉛（Pb）の除去を目的として、植物支援修復法を用いた植物動態抽出を実施し、植物の根系を活用して汚染物質を安定化および抽出した。
• 50日間にわたり汚染物質濃度をモニタリングし、理想的な条件下での予想される分解曲線と観察された分解速度を比較した。
• 特に、セメントの浸透が酸素拡散および栄養素輸送を妨げた深層部において、セメント成分が土壌透水性および多孔率に与える影響を評価した。
• 表面土壌のセメントによる安定化効果が、浸出を低減し、Pbの根圏での生物可用性を向上させたことから、植物支援修復の効率を高めた。
• 現場測定および観察された分解傾向と予想される傾向の比較分析を通じて、セメントがバイオレメディエーション効率に与える影響を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セメント質材料の存在が、バイオベンティング・バイオスパージングの過程において、深層土壌におけるBTEX（特にエチルベンゼン）およびPAHs（特にピレン）の分解速度にどのように影響を与えるか。
• RQ2 セメント汚染が土壌透水性および酸素移動をどれほど低下させ、結果として深層部におけるイン・サイトでのバイオレメディエーションをどの程度損なうか。
• RQ3 浅層部におけるセメント由来の土壌安定化が、鉛（Pb）の植物動態抽出の効率にどのように影響を与えるか。
• RQ4 セメント成分が、深層部ではバイオレメディエーションを阻害し、浅層部では促進する二重の効果を同時に果たす可能性があり、その背後にあるメカニズムは何か。
• RQ5 建設現場におけるセメント汚染が、バイオレメディエーション戦略の設計および監視に実務的にどのような意味を持つのか。

主な発見

• セメントの浸透により透水性が低下し、密度が上昇したため、50日後の深層土壌におけるエチルベンゼンの分解速度は5%低下した。
• 深層部におけるピレンの分解速度も、セメントによる土壌圧密に起因する酸素および栄養素輸送の障害により、予想よりも低かった。
• 浅層部では、Pbの植物動態抽出による分解が、予想値を上回り、観察された分解速度が理論的曲線を上回った。これは、セメント由来の安定化により生物可用性が向上したことを示している。
• 浅層土壌におけるセメント成分は、浸出を低減し、根圏における金属濃度を上昇させた。その結果、Pbの植物支援修復の効率が向上した。
• 深層部におけるセメントの存在は、酸素拡散および微生物活動を低下させたため、バイオベンティング・バイオスパージングの効果に悪影響を及えたが、技術自体は完全な汚染物質分解が可能であるという可能性を有していた。
• 本研究では、セメント汚染が二重の役割を果たすことが確認された。深層部では透水性の低下により有害であるが、浅層部では土壌の安定化と金属抽出効率の向上により有益である。