Rice Universitys ingenjörer har kommit på hur jord som är förorenad av tung olja inte bara kan rengöras utan göras bördig igen.

Hur vet de att det fungerar? De odlade sallad.

Risingenjörerna Kyriacos Zygourakis och Pedro Alvarez och deras kollegor har finjusterat sin metod för att ta bort petroleumföroreningar från marken genom den urgamla processen med pyrolys. Tekniken värmer försiktigt jorden samtidigt som den håller syre ute, vilket undviker den skada som vanligtvis görs på bördig jord vid förbränning av kolväten orsakar temperaturstigningar.

Medan stora volymer marina spill får mest uppmärksamhet, 98 procent av oljeutsläppen sker på land, Alvarez påpekar, med mer än 25, 000 utsläpp per år rapporteras till Naturvårdsverket. Det klargör behovet av kostnadseffektiv sanering, han sa.

"Vi såg en möjlighet att konvertera en skuld, förorenad jord, till en vara, bördig mark, sa Alvarez.

Nyckeln till att behålla fertiliteten är att bevara jordens väsentliga leror, sa Zygourakis. "Leror håller kvar vatten, och om du höjer temperaturen för högt, du förstör dem i princip, " sa han. "Om du överstiger 500 grader Celsius (900 grader Fahrenheit), uttorkning är irreversibel."

Forskarna tog jordprover från Hearne, Texas, förorenad i labbet med tung råolja, in i en ugn för att se vilken temperatur som bäst eliminerade mest olja, och hur lång tid det tog.

Deras resultat visade att uppvärmning av prover i den roterande trumman vid 420 C (788 F) i 15 minuter eliminerade 99,9 procent av totala petroleumkolväten (TPH) och 94,5 procent av polycykliska aromatiska kolväten (PAH), lämnar de behandlade jordarna med ungefär samma föroreningsnivåer som finns i naturliga, oförorenad jord.

Uppsatsen visas i tidskriften American Chemical Society Miljövetenskap och teknik . Den följer flera artiklar av samma grupp som beskriver mekanismen genom vilken pyrolys tar bort föroreningar och förvandlar några av de oönskade kolvätena till kol, samtidigt som den lämnar efter sig jord nästan lika bördig som originalet. "Medan uppvärmning av jord för att rengöra är det inte en ny process, "Zygourakis sa, "Vi har bevisat att vi kan göra det snabbt i en kontinuerlig reaktor för att ta bort TPH, och vi har lärt oss hur man optimerar pyrolysförhållandena för att maximera borttagning av föroreningar samtidigt som jordskador och förlust av fertilitet minimeras.

"Vi lärde oss också att vi kan göra det med mindre energi än andra metoder, och vi har avgiftat jorden så att vi säkert kan lägga tillbaka den, " han sa.

Att värma upp jorden till cirka 420 C representerar den söta punkten för behandling, sa Zygourakis. Att värma den till 470 C (878 F) gjorde ett marginellt bättre jobb med att ta bort föroreningar, men använde mer energi och, mer viktigt, minskade jordens bördighet till den grad att den inte kunde återanvändas.

"Mellan 200 och 300 C (392-572 F), de lätta flyktiga föreningarna avdunstar, " sa han. "När du kommer till 350 till 400 C (662-752 F), du börjar först bryta heteroatombindningarna, och sedan kol-kol och kol-vätebindningar som utlöser en sekvens av radikalreaktioner som omvandlar tyngre kolväten till stabila, kol med låg reaktivitet."

Det sanna testet av pilotprogrammet kom när forskarna odlade Simpson svartfrösallad, en sort för vilken petroleum är mycket giftigt, på den ursprungliga rena jorden, en del förorenad jord och flera pyrolyserade jordar. Medan plantorna i de behandlade jordarna var lite långsammare att starta, de upptäckte att efter 21 dagar, växter som odlats i pyrolyserad jord med gödningsmedel eller helt enkelt vatten visade samma grobarhet och hade samma vikt som de som odlades i ren jord.

"Vi visste att vi hade en process som effektivt rengör oljeförorenad jord och återställer dess bördighet, " sa Zygourakis. "Men, hade vi verkligen avgiftat jorden?"

För att svara på denna sista fråga, Rice-teamet vände sig till Bhagavatula Moorthy, professor i neonatologi vid Baylor College of Medicine, som studerar effekterna av luftburna föroreningar på neonatal utveckling. Moorthy och hans laboratorium fann att extrakt från oljekontaminerade jordar var giftiga för mänskliga lungceller, medan samma cellinjer utsattes för extrakt från behandlade jordar hade inga negativa effekter. Studien lindrade farhågor om att pyrolyserad jord skulle kunna släppa ut luftburna dammpartiklar med mycket giftiga föroreningar som PAH.

'' En viktig läxa vi fick är att olika behandlingsmål för regelefterlevnad, avgiftning och återställande av markens bördighet behöver inte utesluta varandra och kan uppnås samtidigt, sa Alvarez.

Wen Song, a visiting scholar at Rice and a student at the University of Jinan and Shandong University, Kina, is lead author of the paper. 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.