ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» Μαρία Κλίνη Αθήνα, Μάρτιος 2009 Επιβλέπουσα: Α. Κατσίρη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΜΠ

2 Αφιερώνεται Στους γονείς μου, στην αδερφή μου και σε όλους τους ανθρώπους που βρίσκονται πάντα δίπλα μου και με στηρίζουν με αγάπη 1

3 Ευχαριστίες Θερμές ευχαριστίες στην καθηγήτριά μου και επιβλέπουσα της εργασίας Αλεξάνδρα Κατσίρη για την καθοδήγηση και τη βοήθεια που μου προσέφερε όλο αυτό το διάστημα. Ήταν πάντοτε διαθέσιμη για οποιαδήποτε απορία είχα και οποιοδήποτε πρόβλημα παρουσιαζόταν. Με την απλότητα και τη φιλικότητά της κέρδισε την παραγματική μου εκτίμηση. Θερμό ευχαριστώ οφείλω και στην Ιωάννα Δαμικούκα από τον Τομέα Υγειονομικής Μηχανικής και Υγιεινής Περιβάλλοντος της Εθνικής Σχολής Δημόσιας Υγείας για την πολύτιμη καθοδήγησή της και τη βοήθειά της στη μέτρηση των μετάλλων. Επίσης, θέλω να ευχαριστήσω όλο το προσωπικό του Τομέα Υγειονομικής Μηχανικής και Υγιεινής Περιβάλλοντος της Εθνικής Σχολής Δημόσιας Υγείας καθώς και του εργαστηρίου Υγειονομικής Τεχνολογίας του Τομέα Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου για τη στήριξη και τις συμβουλές τους. Τέλος, ευχαριστώ όλους τους καθηγητές του Μεταπτυχιακού Προγράμματος «Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών πόρων» του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου για τις πολύτιμες γνώσεις που μου προσέφεραν. 2

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ...5 ABSTRACT...8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΟΡΙΣΜΟΣ - ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΠΗΓΕΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΡΥΠΑΝΤΕΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΥΔΑΤΙΝΗ ΣΤΗΛΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΗ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΡΥΠΑΝΤΕΣ Επίδραση βασικών διεργασιών ιζημάτων Συγκέντρωση οξυγόνου Θρεπτικά Μέταλλα Οργανικοί μικρορυπαντές ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Εισαγωγή Παρακολούθηση φυσικής αποκατάστασης (Monitored Natural Recovery) Φυσικές Διεργασίες Βιολογικές και Χημικές Διεργασίες Βυθοκόρηση (Dredging) Κάλυψη ρυπασμένου ιζήματος με στρώση από καθαρό ίζημα (Capping) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Διαδικασίες και καταστάσεις συνεκτικών ιζημάτων Στερεοποίηση Διάβρωση Μεταφορά Εναπόθεση ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΚΡΙΣΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΤΑΣΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ (ΤC) ΡΥΘΜΟΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΗ ΠΑΡΘΕΝΙΑΔΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΠΑΡΘΕΝΙΑΔΗ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ Συνοπτική περιγραφή των συσκευών Συσκευή Microcosm (Gust) ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΣΑΦΕΙΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ

5 5.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Παράγοντες που ευνοούν ή εμποδίζουν την κροκίδωση Εναπόθεση σε ήρεμα ύδατα Εναπόθεση υπό την παρουσία ρεύματος Τύπος του Krone ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΔΙΑΒΡΩΣΗΣ ΚΑΙ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Προσδιορισμός ολικών και οργανικών στερεών ποσοστού υγρασίας Προσδιορισμός πορώδους πυκνότητας ιζήματος Προσδιορισμός ολικών αιωρούμενων στερεών ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΚΑΙ ΣΚΕΥΗ Μέτρηση ταχύτητας καθίζησης και προσδιορισμός κοκκομετρίας μέσω της στήλης καθίζησης Πειραματική διαδικασία Ταχύτητες καθίζησης Κοκκομετρία ιζημάτων ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Μελέτη της διάβρωσης και της εναπόθεσης των ιζημάτων με τη συσκευή του Gust Πειράματα διάβρωσης ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ ΙΖΗΜΑΤΩΝ Υπολογισμός κρίσιμης διατμητικής τάσης εναπόθεσης (τs) Υπολογισμός λόγου ΔC/Co Προβλήματα πειραμάτων εναπόθεσης Πειράματα εναπόθεσης ΜΕΤΑΛΛΑ Μέτρηση μετάλλων με φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης Παρασκευή spiked sediment (ιζήματος εμπλουτισμένου με ρυπαντή) Μέτρηση μετάλλων ιζήματος θέσης 13 Πειραιάς Μέτρηση διαλυτών μετάλλων ιζήματος 17 και 17 spiked ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Από την εποχή που άρχισαν να δημιουργούνται κοινότητες γύρω από λίμνες και ποτάμια, ο άνθρωπος έχει χρησιμοποιήσει τα ύδατα ως αποδέκτες αποβλήτων. Κυρίως μετά τη βιομηχανική επανάσταση τα απόβλητα συμπεριλάμβαναν επικίνδυνα χημικά με δυσκολία φυσικής αποκατάστασης. Τα ιζήματα παίζουν σημαντικό ρόλο στη συμπεριφορά των χημικών ρύπων (όπως είναι μέταλλα, μεταλλοειδή και οργανικοί μικρορυπαντές). Τα ιζήματα απορροφούν και συγκεντρώνουν πολλούς από αυτούς τους ρυπαντές από την υδάτινη στήλη και σαν αποτέλεσμα δρουν ως μία μεγάλη αποθήκη για τους εισερχόμενους ρύπους. Μία ενδεχόμενη αναταραχή τους, επομένως, είτε φυσική, είτε μηχανική, εγκυμονεί κίνδυνο απελευθέρωσης ρύπων και διαταραχής του γύρω οικοσυστήματος. Για το λόγο αυτό είναι σημαντική η μελέτη των θαλάσσιων ιζημάτων ως προς τη συμπεριφορά διάβρωσης κι εναπόθεσης τους. Τα ιζήματα διακρίνονται σε συνεκτικά (μέγεθος κόκκων έως 63 μm) και σε μη συνεκτικά (μέγεθος κόκκων > 63 μm). Η μελέτη της διάβρωσης και της εναπόθεσης των μη συνεκτικών ιζημάτων είναι εύκολη διαδικασία και εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα των μεμονωμένων κόκκων και την πυκνότητα. Οι κρίσιμες διατμητικές τάσεις διάβρωσης και εναπόθεσης στα μη συνεκτικά ιζήματα συμπίπτουν. Στα συνεκτικά ιζήματα, οι διαδικασίες είναι πιο πολύπλοκες. Η διάβρωσή τους καθορίζεται από πλήθος παραγόντων, όπως ηλεκτροχημικές δυνάμεις, οργανικό περιεχόμενο, βιολογικές διαδικασίες, μέγεθος και σχήμα κόκκων, καθώς και από τη συμπίεση του στρώματος. Επιπλέον, η κρίσιμη διατμητική τάση διάβρωσης διαφέρει από αυτήν της εναπόθεσης και παίρνει συνήθως υψηλότερες τιμές. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετάει τη συμπεριφορά διάβρωσης κι εναπόθεσης των συνεκτικών ιζημάτων, για τα οποία η έρευνα που έχει γίνει μέχρι σήμερα είναι εξαιρετικά περιορισμένη. Η διάβρωση των συνεκτικών ιζημάτων επηρεάζεται από πλήθος παραγόντων, όπως είναι η δομή του στρώματος, η αλατότητα του ιζήματος, η θερμοκρασία του νερού, η βροχόπτωση, η βιολογική δραστηριότητα, το PH του ιζήματος, το παρελθόν εναπόθεσης, η έκθεση στον ήλιο και τη βροχή, τα κύματα και τα ρεύματα, τα χαρακτηριστικά του στρώματος και τα αιωρούμενα σωματίδια. Η διάβρωση μελετάται κυρίως μέσω πειραμάτων. Διάφορες συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί κατά 5

7 καιρούς για αυτόν το σκοπό. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η συσκευή του Gust, ενώ η κρίσιμη διατμητική τάση βρέθηκε βάσει του τύπου του Παρθενιάδη, ο οποίος θεωρείται και ο πιο αξιόπιστος από τους υπάρχοντες τύπους. Η μελέτη της εναπόθεσης των συνεκτικών ιζημάτων είναι επίσης μία πολύπλοκη διαδικασία. Επηρεάζεται μεταξύ άλλων από τη μικροβιακή δραστηριότητα, την αλατότητα του νερού, τη διαφορική καθίζηση των αιωρούμενων σωματιδίων,την αναταραχή, τη βιοεναπόθεση, το μέγεθος των κόκκων και τη συγκέντρωση. Η εναπόθεση μελετήθηκε κι αυτή πειραματικά με χρησιμοποίηση της συσκευής του Gust κι εύρεση της κρίσιμης διατμητικής τάσης μέσω του τύπου του Krone. Τα ιζήματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τέσσερα. Δύο από τον Πειραιά (θέσεις 17 και 24) και δύο από τον Θερμαϊκό Κόλπο (θέσεις Α1 και Β2). Μέσω στήλης καθίζησης μετρήθηκε έμμεσα η κοκκομετρία τους και βρέθηκε πιο χονδρόκοκκο το 24 και πιο λεπτόκοκκο το Α1. Τα 17 και Β2 είχαν περίπου την ίδια κατανομή σε διαμέτρους κόκκων. Όσον αφορά στα γενικά τους χαρακτηριστικά, υψηλότερη πυκνότητα και ποσοστό οργανικών στερεών εμφάνισαν τα 17, 24, ενώ τα Α1 και Β2 είχαν πολύ κοντινές τιμές σε όλα τους τα χαρακτηριστικά. Το υψηλότερο ποσοστό υγρασίας και πορώδες είχε το 24, ενώ το χαμηλότερο το ίζημα 17. Η διάβρωση μελετήθηκε για διάφορα χρονικά βήματα δεδομένου του ότι δεν υπάρχουν συγκεκριμένα πειραματικά πρωτόκολλα. Επιπλέον, τα πειράματα έγιναν για απιονισμένο και για θαλασσινό νερό. Παρατηρήθηκε ότι το θαλασσινό νερό οδηγούσε σε μεγαλύτερη σταθερότητα τιμών κρίσιμης διατμητικής τάσης (τc) και σταθεράς Παρθενιάδη (Μp) για τα διαφορετικά χρονικά βήματα. Η κρίσιμη διατμητική τάση εξαρτάται κυρίως από τη συμπίεση που έχει υποστεί κατά το παρελθόν το ίζημα και η σταθερά από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του ιζήματος. Τα ιζήματα Α1 και Β2 βρέθηκε ότι έχουν μεγαλύτερη τιμή τc καθώς και μεγαλύτερη τιμή Μp από τα ιζήματα 17 και 24. Αυτό σημαίνει ότι ενώ σηκώνονται πιο δύσκολα, διαβρώνονται με μεγαλύτερο ρυθμό. Τα επιπλέον πειράματα που έγιναν για τα ιζήματα 17 και 24 έδειξαν ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ενός ιζήματος (μεγαλύτερη συμπίεση), τόσο υψηλότερη είναι η τιμή του τc. Επιπλέον, όσο πιο λεπτόκοκκο είναι το ίζημα, τόσο μεγαλύτερο ρυθμό διάβρωσης έχει ( Mp). 6

8 Όσον αφορά στα πειράματα για την εναπόθεση των τεσσάρων ιζημάτων, πάλι χρησιμοποιήθηκε απιονισμένο και θαλασσινό νερό και διαφορετικά χρονικά βήματα. Και στα τέσσερα ιζήματα παρατηρήθηκε ότι η τιμή της κρίσιμης διατμητικής τάσης εναπόθεσης είναι λίγο μικρότερη από την κρίσιμη διατμητική τάση διάβρωσης. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι το απιονισμένο νερό ευνοεί περισσότερο τη διαδικασία της καθίζησης από ότι το θαλασσινό, καθώς και ότι μεγαλύτερα χρονικά βήματα οδηγούν σε μεγαλύτερο ποσοστό ιζήματος που καθιζάνει. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι τόσο η ταχύτητα καθίζησης των ιζημάτων (w), όσο και η κρίσιμη διατμητική τάση εναπόθεσης (τs), είναι καθοριστικές για τη συμπεριφορά καθίζησής τους. Ένα ίζημα με υψηλή w και πολύ χαμηλή τs, χρειάζεται συνθήκες σχεδόν ηρεμίας για να εναποτεθεί, με υψηλό βέβαια ρυθμό όταν επιτευχθούν αυτές οι συνθήκες. Από την άλλη, ένα ίζημα με υψηλή τιμή τs και χαμηλή w, εναποτίθεται ακόμη και σε συνθήκες αναταραχής, με αργό, όμως, ρυθμό εναπόθεσης. Επειδή τα παραπάνω ιζήματα δεν ήταν ρυπασμένα με μέταλλα, χρησιμοποιήθηκε ένα άλλο ίζημα από τον Πειραιά για το κομμάτι αυτό της εργασίας, αλλά και το ίζημα 17 εμπλουτισμένο με μέταλλα (spiked). Τα μέταλλα που μας ενδιαφέρουν είναι κυρίως τα διαλυτά, καθώς αυτά είναι βιοδιαθέσιμα στους οργανισμούς. Μελετήθηκε η απελευθέρωση μετάλλων για αυξανόμενες ταχύτητες ανάδευσης. Βρέθηκε ότι η απελευθέρωση μετάλλων είναι ανεξάρτητη από την τιμή που παίρνει η ταχύτητα ανάδευσης και ότι το κυρίαρχο φαινόμενο είναι αυτό της διάχυσης. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική εργασία δεν αντιπροσωπεύουν όλα τα ιζήματα, αλλά τα συγκεκριμένα που μελετήθηκαν. Η συμπεριφορά κάθε ιζήματος εξαρτάται από πλήθος παραγόντων και απαιτείται ακόμη πολλή έρευνα και μελέτη για να γίνει πλήρως κατανοητή η συμπεριφορά των συνεκτικών ιζημάτων. 7

9 ABSTRACT Since the age of the first coastal communities, man has used rivers and lakes to dispose of his waste. Mainly after the Industrial Revolution the waste included dangerous chemicals with difficulty of natural recovery. Sediments have a major influence on the behavior of chemical constituents in estuaries (such as metals, metalloids and organic micro pollutants). Sediments absorb and concentrate many of these pollutants from the water column and as a result sediments act as a major sink for the introduced pollutants. Therefore, a potential disturbance of the sediments, either physical, or chemical, carries the danger of discharging pollutants and disordering the ecosystem. That is why it is so important to study the processes of erosion and deposition of the sediments. Sediments can be labelled into two categories: cohesive (<63 μm particle size) and non cohesive (>63 μm particle size). The study of erosion and deposition of noncohesive sediments is an easy procedure and depends on the size and shape of individual particles and on density. The critical shear stresses of erosion and deposition of non-cohesive sediments coincide. In cohesive sediments, procedures are much more complicated. Their erosion is determined by various factors, such as electro-chemical forces, organic content, biological processes, particle size and shape and bed consolidation. Additionally, the critical shear stress of erosion differs from that of deposition and usually has higher values. The present project deals with the erosion and deposition of cohesive sediments, for which the existent studies are extremely limited. The erosion of cohesive sediments is affected by many factors, such as the bed structure, the sediment salinity, the water temperature, the rainfall, the biological activity, the sediment PH, the depositional history, the sun and rain exposure, the waves and currents, the bed characteristics and the suspended particles. Erosion is mainly studied through experiments in the field or the laboratory. Various devices have been used for this purpose. In the present study, the device used was the Gust device and the critical shear stress was calculated by the Partheniades Equation, which is considered to be the most reliable one. 8

10 The study of cohesive sediment deposition is also a complicated procedure. It is affected, among others, by microbial activity, water salinity, differential settling of the suspended particles, turbulence, bio-deposition, particle size and shape and concentration. The sediment deposition was also studied in the laboratory through the Gust device and the critical shear stress was found through the Krone Equation. There were four sediments used in the experiments. Two of them were taken from Piraeus Port (locations 17 and 24) and two of them from Thermaikos Gulf (locations A1 and B2). A settling column was used to calculate the particle size of the four sediments. Sediment 24 was found to have the biggest particles and A1 the smallest ones. Sediments 17 and B2 were very close to each other. As for their general characteristics, higher density and organic matter were found in sediments 17 and 24, while sediments A1 and B2 were of almost the same characteristics. The highest rate of humidity and porosity was that of sediment 24 and the lowest was that of sediment 17. Erosion was studied for various time steps, due to the lack of experimental protocols. Additionally, the experiments were performed for both clean and sea water. It was observed that the sea water leaded to a greater stability of critical shear stress (τc) values and Partheniades Coefficient (Mp) values for different time steps. The critical shear stress mainly depends on the bed compression and the Partheniades Coefficient on the physic-chemical characteristics of the sediment. Sediments A1 and B2 were found to have greater values of τc and Mp, compared to sediments 17 and 24. That means that although they start to erode more difficult than the others, their erosion rate is higher. The additional experiments of sediments 17 and 24 revealed that high density ( compression) leads to greater values of τc. Moreover, small particle size leads to high erosion rate ( Mp). As for the deposition experiments, they were also carried out using clean and sea water and different time steps. It was observed that all four sediments had a bit higher values of erosion critical shear stress than deposition critical shear stress. It was also detected that clean water helps the erosion procedure more than the sea water and that larger time steps lead to a greater amount of depositing sediment. At last, it was observed that both the settling velocity of the sediments(w) and the critical shear 9

11 stress of deposition (τc) are determinant for their settling behavior. A sediment with high value of w and very low value of τs, needs no turbulence in order to settle, but it settles with high rate when the appropriate conditions are met. On the other hand, a sediment with high value of τs and low value of w, settles under disturbance, but with low deposition rate. The above four sediments were not polluted with metals, therefore, for the last part of the study, there was used another sediment from Piraeus port, as well as sediment 17 enriched with metals (spiked). The metals preferred are mainly the soluble ones, as they are bio-available to the organisms. The purpose was to study the release of metals for various shear stresses. It was found that metal release is independent of the shear stress and that the dominant phenomenon is the one of diffusion. The conclusions derived from this study don t reflect every sediment, but only those which were used. The behaviour of each sediment depends on many factors and a lot of study and research is still demanded in order to fully understand the behaviour of cohesive sediments. 10

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς τεσσάρων συνεκτικών θαλάσσιων ιζημάτων, δύο από την περιοχή του Πειραιά και δύο από την περιοχή του Θερμαϊκού Κόλπου. Συγκεκριμένα, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μελέτη της συμπεριφοράς διάβρωσης και εναπόθεσής τους. Αναζητείται η κρίσιμη διατμητική τάση διάβρωσης κι εναπόθεσης. Έμμεσα προσδιορίζεται η κοκκομετρική τους κατανομή και μετράται η ενδεχόμενη απελευθέρωση μετάλλων σε πιθανή αναταραχή τους. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση που αφορά στα γενικά χαρακτηριστικά των θαλάσσιων ιζημάτων, συνεκτικών και μη συνεκτικών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται διάφοροι ρυπαντές θαλάσσιων ιζημάτων και οι υπάρχοντες τρόποι αποκατάστασης των ιζημάτων σε περίπτωση ρύπανσης. Ακολουθεί το τρίτο κεφάλαιο στο οποίο αναφέρονται τα χαρακτηριστικά των συνεκτικών ιζημάτων και οι διεργασίες τους, οι οποίες είναι στερεοποίηση, διάβρωση, μεταφορά και εναπόθεση. Στο τέταρτο κεφάλαιο μελετάται αναλυτικά η διεργασία της διάβρωσης των συνεκτικών ιζημάτων και προσδιορίζονται οι τύποι που έχουν χρησιμοποιηθεί κατά καιρούς για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της, καθώς και παραδείγματα εφαρμογής τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετάται η διεργασία της εναπόθεσης των συνεκτικών ιζημάτων και οι τρόποι υπολογισμού των παραμέτρων της. Ακολουθούν, στο έκτο κεφάλαιο οι πειραματικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν και γίνεται η παρουσίαση και ο σχολιασμός των αποτελεσμάτων που προέκυψαν μέσα από τα πειράματα (διάβρωσης, εναπόθεσης, μετάλλων). Στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία. 11

13 εργασία. Τέλος, παρατίθεται η βιβλιογραφία στην οποία στηρίχθηκε η διπλωματική 12

14 1. ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΩΝ 13

15 1.1. Ορισμός - Γενικά στοιχεία Ίζημα ή υποστάθμη ονομάζεται το στερεό κατάλοιπο από αιώρημα σε υγρό. Είναι η αδιάλυτη ουσία που σχηματίζεται σε ένα μίγμα και που μπορεί να απομακρυνθεί από αυτό με τη μέθοδο της διήθησης. Διακρίνονται διάφορα είδη ιζημάτων όπως τα κρυσταλλικά, τα κοκκώδη, τα άμορφα, τα ζελατινοειδή, ή πυκτωματώδη που ο σχηματισμός τους εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. ( Το υπόστρωμα είναι ένα από τα στοιχεία που παίζουν καθοριστικό ρόλο για το είδος της θαλάσσιας ζωής που απαντάται σε μία περιοχή. Γενικά, έχουμε δύο είδη υποστρώματος: Σκληρά υποστρώματα Σκληρό υπόστρωμα (βράχια, σκληρές επιφάνειες) που αποτελείται από σκληρά υποστρώματα της ακτής. Σε μερικές περιπτώσεις το σκληρό υπόστρωμα δημιουργείται από ζώα ή φυτά που έχουν την ικανότητα να συσσωρεύουν ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3). Το υπόστρωμα αυτό καλείται βιογενές και αποτελεί ένα καλό παράδειγμα αλλαγής του περιβάλλοντος από τους οργανισμούς. Μαλακά υποστρώματα Μαλακό (ή κινητό) υπόστρωμα που αποτελείται από κόκκους και κυρίως είναι γνωστό, ανάλογα με την υφή του, με τους όρους άμμος άργιλος ιλύς. 14

16 Εικόνα 1.1. Ταξινόμηση Wentworth ( Τα ιζήματα διακρίνονται ανάλογα με τα μεγέθη των κόκκων που τα απαρτίζουν στα είδη που αναφέρονται σύμφωνα με την κατάταξη του Wentworth: Εικόνα 1.2. Κατάταξη Wentworth ( Βέβαια, τα περισσότερα ιζήματα δεν αποτελούνται από μία μόνο κατηγορία, αλλά από ένα φάσμα μεγεθών κόκκων οπότε χαρακτηρίζονται είτε περιγραφικά, με βάση το επικρατές κλάσμα, είτε με βάση μαθηματικούς δείκτες όπως η μέση διάμετρος κόκκου. Η σύσταση του ιζήματος εξαρτάται από την κίνηση του νερού. Γενικά όσο μεγαλύτερες είναι οι ταχύτητες του νερού τόσο ευκολότερα παρασύρονται τα 15

17 μικρής διαμέτρου υλικά. Αυτός είναι ο λόγος που σε εκτεθειμένες παραλίες συναντάται άμμος, χαλίκια, ή βότσαλα, ενώ σε πιο προστατευμένες υπάρχουν και διάφορα ποσοστά ιλύος. Κάτω από την ζώνη επίδρασης του κυματισμού συνήθως τα ποσοστά ιλύος και αργίλου είναι σημαντικά εκτός από περιπτώσεις όπου υπάρχουν ισχυρά θαλάσσια ρεύματα. ( Βασικά χαρακτηριστικά ιζημάτων Βυθίζονται ή επικάθονται και είναι αδρανή. Υπάρχουν πηγές ιζημάτων (ποτάμια, ακτογραμμές, ατμόσφαιρα, βυθός) και καταπακτές (βυθός). Η συμπεριφορά των κόκκων εξαρτάται από το μέγεθος, το βάρος, τη σκληρότητα και το σχήμα τους. Βιολογικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τη φυσιολογία τους. Άλλα σωματίδια (όπως το πλαγκτόν) μπορούν να θεωρηθούν ιζήματα με διαφορετική πυκνότητα και συμπεριφορά Διάκριση θαλάσσιων ιζημάτων Τα θαλάσσια ιζήματα διακρίνονται σε: Μη συνεκτικά Περιλαμβάνουν άμμους, ιλύες, χαλίκια. Οι συνεκτικές δυνάμεις είναι ανύπαρκτες, ενώ είναι ιδιαιτέρως διαπερατά. Κυριαρχούν μακριά από τις ακτές. Συνεκτικά Μίγμα άμμου, αργίλου και οργανικών (ιλύος). Κυριαρχούν οι δυνάμεις συνεκτικότητας, ενώ δεν έχουν διαπερατότητα. Κυριαρχούν κοντά στις ακτές. Ανάμικτα Άμμος με περισσότερο από 10 % ιλύ, ιλύς με περισσότερο από 5 10% άμμο, κυρίως αδιαπέρατα. Κυριαρχούν σε όλα τα περιβάλλοντα. Έχουν μεγαλύτερη 16

18 αντοχή στη διάβρωση από ότι η άμμος ή η ιλύς ξεχωριστά. Είναι ιδιαιτέρως πολύπλοκα και έχουν σήμερα ελάχιστα κατανοηθεί. ( Πηγές θαλάσσιων ιζημάτων Οι πηγές των θαλάσσιων ιζημάτων είναι: 1. η χέρσος (κλαστικά ιζήματα) 2. η θαλάσσια βιολογική παραγωγή (βιογενή ιζήματα) 3. η αυτόχθονη παραγωγή υδρογενών αποθέσεων (υδρογενή ιζήματα) 4. το διάστημα (κοσμογενή ιζήματα) Πολλές αποθέσεις θαλάσσιων ιζημάτων προέρχονται από την κατευθείαν κατακρήμνιση των ιζημάτων (χερσογενών, βιογενών και κοσμογενών) από τη θαλάσσια στήλη. Η αλληλεπίδραση του κατακρημνιζόμενου με το περιβάλλον νερό δημιουργεί ιδιαίτερες συνθήκες ροής, οι οποίες επιδρούν στην ταχύτητα κατακρήμνισης, η οποία γενικά αυξάνεται με το μέγεθος. Η ταχύτητα κατακρήμνισης των ιζημάτων ελέγχεται από (α) τις ιζηματολογικές παραμέτρους του κατακρημνιζόμενου ιζήματος (όπως το μέγεθος, η πυκνότητα, το σχήμα και η σύσταση), (β) την υπάρχουσα υδροδυναμική (δυνατές οριζόντιες ροές επηρεάζουν αρνητικά την κατακρήμνιση των ιζημάτων), (γ) το βάθος του θαλάσσιου περιβάλλοντος (λόγω π.χ. της παρουσίας του CCD που δεν επιτρέπει την κατακρήμνιση ανθρακικών στα μεγάλα βάθη), (δ) την χημεία και βιολογία του θαλάσσιου περιβάλλοντος, η οποία μπορεί να αλλάξει την φύση και το μέγεθος του κατακρημνιζόμενου υλικού ή να μετατρέψει ολοκληρωτικά τη φύση του (ανταλλαγές μεταξύ της διαλελυμένης και της σωματιδιακής φάσης), (ε) τη συγκέντρωση του υλικού σε αιώρηση, η οποία μπορεί να αλλάξει ριζικά την ταχύτητα κατακρήμνισης των ιζημάτων (μεγάλες συγκεντρώσεις μπορούν να αυξήσουν θεαματικά την ταχύτητα κατακρήμνισης). Ένας από τους κυριότερους παράγοντες, επίσης, που ελέγχει τη θαλάσσια ιζηματογένεση είναι η θαλάσσια στάθμη και η μεταβλητότητα της. Πρέπει εδώ να 17

19 σημειωθεί ότι η θαλάσσια στάθμη χαρακτηρίζεται από μεγάλη μεταβλητότητα η οποία ακολουθεί διάφορες χρονικές κλίμακες όπως ημερήσιες (λόγω παλίρροιας και τοπικών μετεωρολογικών συνθηκών), μηνιαίες (λόγω π.χ. μεταβολών της θερμοκρασίας και εποχικότητας των θαλάσσιων ρεμάτων και κλιματικών συνθηκών), ετήσιες και δεκαετήσιες (λόγω σχετικά μακροχρόνιων κλιματικών διαμορφώσεων) και μακροχρόνιες (λόγω συστατικών, ισοστατικών και τεκτονικών κινήσεων αλλαγών ή και ανθρωπογενών μεταβολών). Τέλος, οι μεγάλες τεκτονικές αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν πολύ σημαντικά τις ιζηματογενείς διαδικασίες. Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις μπορούν να έχουν δραματικές επιπτώσεις λόγω απομόνωσης (ή και διεύρυνσης) θαλασσίων λεκανών, η θαλάσσια κυκλοφορία των οποίων μπορεί έτσι να αλλάζει ριζικά με σοβαρά αποτελέσματα στην ιζηματογένεση. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις, η απομόνωση των λεκανών μπορεί να προκαλέσει την ολοκληρωτική εξάτμιση του θαλάσσιου νερού και την κατακρήμνιση του προηγούμενου διαλελυμένου υλικού. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η Μειοκαινική κρίση της αλατότητας στη Μεσόγειο, η οποία κατέληξε στην κατακρήμνιση τεράστιων ποσοτήτων αλάτων (Μεσσήνιοι ορίζοντες αλάτων και ανυδριτών) Ιδιότητες θαλάσσιων ιζημάτων Πολλές ιδιότητες των θαλάσσιων ιζημάτων είναι σημαντικές για την ακτομηχανική. Οι περισσότερες από αυτές τις ιδιότητες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις ομάδες: στο μέγεθος των κόκκων που απαρτίζουν το ίζημα, στη σύνθεση του ιζήματος και στα χαρακτηριστικά της μάζας του ιζήματος. Σε κάποιες περιπτώσεις, όπως στην άργιλο, υπάρχει έντονη συσχέτιση ανάμεσα στις τρεις ομάδες. Διαφορετικές είναι οι ιδιότητες που χρειάζεται να μελετηθούν στην περίπτωση μη συνεκτικών και συνεκτικών ιζημάτων. Στα μη συνεκτικά ιζήματα αυτό που καθορίζει τη συμπεριφορά τους στο νερό είναι οι μηχανικές δυνάμεις. Οι τρεις πιο σημαντικές ιδιότητες που καθορίζουν τη συμπεριφορά των μη συνεκτικών ιζημάτων είναι το μέγεθος των κόκκων, το σχήμα τους και η ειδική βαρύτητα. Στα συνεκτικά ιζήματα τη συμπεριφορά ορίζουν ηλεκτροχημικές δυνάμεις. Η συμπεριφορά τους 18

20 κυρίως εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων, τη χημεία του νερού και την ορυκτολογία του ιζήματος. Μέγεθος κόκκων (grain size) Το μέγεθος των κόκκων είναι η πιο σημαντική ιδιότητα των φυσικών ιζημάτων. Συχνά, τα ιζήματα χαρακτηρίζονται αποκλειστικά βάση του μεγέθους των κόκκων τους. Αυτό είναι αποδεκτό όταν το μέγεθος κόκκων και η πυκνότητα είναι τυπικά φυσικών ιζημάτων. Με βάση το μέγεθος κόκκων τα ιζήματα διακρίνονται σε έξι γενικές κατηγορίες: άργιλος (clay), ιλύς (silt), άμμος (sand), χαλίκι (gravel), λίθος (cobble) και πέτρα (boulder). Επειδή τέτοιου είδους ταξινομήσεις είναι ασαφείς υπάρχουν διάφορα αναγνωρισμένα συστήματα προσδιορισμού κλίμακας μεγέθους κόκκων στη μηχανική και γεωλογική βιβλιογραφία. 19

21 Εικόνα 1.3. Αμερικάνικο σύστημα ταξινόμησης ιζημάτων ( Σχήμα κόκκων( grain shape) Το σχήμα των κόκκων είναι η δεύτερη πιο σημαντική ιδιότητα των φυσικών ιζημάτων και μπορεί να προσδιοριστεί από το συντελεστή σχήματος (shape factor) SF = c / (ba)^0,5 όπου a,b,c είναι τα μεγέθη του μεγαλύτερου άξονα, του μεσαίου άξονα και του μικρότερου άξονα αντίστοιχα. Ο συντελεστής σχήματος για τη σφαίρα είναι 1. Τα 20

22 φυσικά ιζήματα, συνήθως έχουν συντελεστή γύρω στο 0,7. Το σχήμα του κόκκου επηρεάζει καθοριστικά την ταχύτητα καθίζησης του ιζήματος. Ειδική βαρύτητα κόκκου (specific gravity) Στα φυσικά εδάφη η ειδική βαρύτητα ποικίλλει από 2,60 έως 2,80. Μέσα σε αυτήν τη διακύμανση, οι χαμηλότερες τιμές είναι τυπικές για τραχεία εδάφη, ενώ οι υψηλότερες για λεπτόκοκκα εδάφη. Τιμές της ειδικής βαρύτητας εκτός αυτής της περιοχής τιμών μπορεί περιστασιακά να βρεθούν σε εδάφη τα οποία προέρχονται από υλικά που περιέχουν είτε ασυνήθιστα ελαφριά είτε ασυνήθιστα βαριά ορυκτά. Λόγω της αντίστασής του στην απόξεση ο χαλαζίας έχει ειδική πυκνότητα 2,65 και είναι το πιο κοινό μη συνεκτικό φυσικό ορυκτό. Συνήθως, η μέση ειδική βαρύτητα ενός μεικτού ιζήματος είναι κοντά σε αυτήν του χαλαζία. Γι αυτόν το λόγο, σε μελέτες σχετικές με ιζήματα η ειδική βαρύτητα συχνά θεωρείται ίση με 2,65, παρόλο που όποτε είναι δυνατόν καλό είναι να υπολογίζεται. Αντοχή (strength) Αντοχή ενός υλικού είναι η μέγιστη δύναμη στην οποία μπορεί να αντισταθεί χωρίς να αστοχήσει για ένα συγκεκριμένο τύπο φορτίου. Το πιο συνηθισμένο υλικό στην ακτομηχανική είναι ο χαλαζίας ο οποίος έχει εξαιρετικά μεγάλη αντοχή. Ένας κρύσταλλος χαλαζία έχει αντοχή της τάξης των 2500 MPa. Αντιθέτως, μία αμμόπετρα έχει αντοχή μόλις 100 MPa. Ταχύτητα καθίζησης κόκκου (fall velocity) Η ταχύτητα καθίζησης περιγράφει γενικότερα το ρυθμό πτώσης ή καθίζησης ενός σωματιδίου στο υγρό. Η ταχύτητα καθίζησης είναι η πιο βασική ιδιότητα που καθορίζει την κίνηση ενός σωματιδίου του ιζήματος στο υγρό. Είναι συνάρτηση της έντασης, του σχήματος και της πυκνότητας του σωματιδίου με το ιξώδες και την πυκνότητα του υγρού. Επηρεάζεται από την πυκνότητα, τη θερμοκρασία αλλά και το σχήμα των κόκκων. Μπορεί να υπολογιστεί για οποιοδήποτε σωματίδιο εάν είναι γνωστά τα χαρακτηριστικά του σωματιδίου και του υγρού. Στο διάγραμμα 21

23 παρουσιάζεται ενδεικτικά η ταχύτητα καθίζησης του χαλαζία για νερό, αέρα και διάφορες θερμοκρασίες. Εικόνα 1.4. Ταχύτητα καθίζησης χαλαζία ( 22

24 Συνεκτικότητα (cohesiveness) Η συνεκτικότητα ενός σωματιδίου έχει σχέση με τον τύπο εδάφους και το μέγεθος του κόκκου. Τα τρία πιο συνηθισμένα ορυκτά στα οποία ηλεκτροχημικές δυνάμεις επιδρούν και προκαλούν συνένωση των κόκκων είναι ο ιλλίτης, ο καολινίτης και ο μοντμοριλονίτης. Το όριο μεταξύ συνεκτικών και μη συνεκτικών ιζημάτων δεν είναι σαφές προσδιορισμένο. Μπορεί, πάντως, να ειπωθεί ότι η συνεκτικότητα αυξάνεται όσο μειώνεται το μέγεθος των κόκκων για το ίδιου τύπου ορυκτό. Οι άργιλοι είναι γενικά πολύ πιο συνεκτικοί από την ιλύ. Πορώδες Το πορώδες ενός ιζήματος ορίζεται ως ο λόγος του όγκου κενών προς το συνολικό όγκο του δείγματος. P = Vv / Vt P = πορώδες Vv = όγκος κενών Vt = συνολικός όγκος δείγματος Το πορώδες δεν είναι σταθερό για ένα ίζημα, καθώς εξαρτάται από το πόσο στενά συνδεδεμένοι είναι οι κόκκοι μεταξύ τους, αλλά και τι δυνάμεις αναπτύσσονται πάνω από το στρώμα του ιζήματος. Πυκνότητα (density) Η πυκνότητα είναι ο λόγος της μάζας προς τον όγκο ενός υλικού και εκφράζεται στο διεθνές σύστημα σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (kg / m³). Στον πίνακα παρουσιάζονται οι πυκνότητες κάποιων συχνά χρησιμοποιούμενων ορυκτών. 23

25 Εικόνα 1.5. Συνήθεις πυκνότητες ( Φαινόμενη πυκνότητα (bulk density) Η φαινόμενη πυκνότητα αναφέρεται σε σύνολο κόκκων σε αντίθεση με την πυκνότητα που αφορά σε έναν μόνο κόκκο. Η ξηρή φαινόμενη πυκνότητα δεν είναι ποτέ μεγαλύτερη από την πυκνότητα κόκκου. Διαπερατότητα (permeability) Διαπερατότητα είναι η ικανότητα του νερού να διαπερνάει το ίζημα και εξαρτάται πολύ από το μέγεθος και το σχήμα των πόρων. Ειδικό βάρος (specific weight) Το ειδικό βάρος είναι το βάρος ανά μονάδα όγκου. Το ειδικό βάρος εκφράζεται ως ξηρό βάρος. γd = (1 - P) SG γ ή γd = (1 - P) γs 24

26 όπου, γd = ειδικό βάρος ιζήματος SG = ειδική βαρύτητα κόκκων γ = ειδικό βάρος νερού (περίπου 62.4 lb/ft³) γs = ειδικό βάρος κόκκων ιζήματος Περαιτέρω έρευνα απαιτείται όταν σημαντικές αποφάσεις βασίζονται στο ειδικό βάρος του ιζήματος. ( 25

27 2. ΡΥΠΑΝΤΕΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΥΔΑΤΙΝΗ ΣΤΗΛΗ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ 26

28 2.1. Εισαγωγή Κυρίως μετά τη βιομηχανική επανάσταση, ο άνθρωπος έχει χρησιμοποιήσει τα ύδατα ως αποδέκτες αποβλήτων. Αυτό ξεκίνησε από την εποχή που άρχισαν να δημιουργούνται κοινότητες γύρω από τις λίμνες και τα ποτάμια. Αρχικά οι ρυπαντές ήταν κυρίως οργανικοί, σε μικρές ποσότητες και εύκολα βιοδιασπώμενοι. Καθώς ο πληθυσμός αυξανόταν, μαζί αυξανόταν και η ρύπανση όπως και η δυσκολία αποκατάστασης. Το ρυπαντικό φορτίο ακόμη και 200 χρόνια πριν ήταν κυρίως οργανικό, σήμερα όμως η βαριά ρύπανση οδηγεί τις λίμνες και τα ποτάμια σε αναερόβιες και δυσάρεστες συνθήκες. Μετά τη βιομηχανική επανάσταση τα απόβλητα μετατράπηκαν σε επικίνδυνα χημικά με δυσκολία φυσικής αποκατάστασης. Τα ιζήματα παίζουν σημαντικό ρόλο στη συμπεριφορά των χημικών ρύπων. Η προσφορά τους έγκειται στην εξισορρόπηση των συνθηκών οξυγόνου και θρεπτικών σε λίμνες και ποτάμια. Επιπροσθέτως, είναι ιδιαιτέρως σημαντικά λόγω της αλληλεπίδρασής τους με τους εισερχόμενους ρυπαντές. Αυτοί οι ρυπαντές μπορεί να περιλαμβάνουν ίχνη μετάλλων και μεταλλοειδών, όπως μόλυβδο, ψευδάργυρο, χαλκό, υδράργυρο, αρσενικό ή σελήνιο και οργανικούς μικρορυπαντές, όπως πετρελαϊκούς υδρογονάνθρακες και πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Τα ιζήματα απορροφούν και συγκεντρώνουν πολλούς από αυτούς τους ρυπαντές από την υδάτινη στήλη και σαν αποτέλεσμα τα ιζήματα δρουν ως μία μεγάλη αποθήκη για τους εισερχόμενους ρύπους. Επομένως, μία ανάλυση στα ιζήματα συχνά δίνει πληροφορίες για τους ρυπαντές που έχουν εισέλθει κατά καιρούς στην υδάτινη στήλη Βασικά στοιχεία για τη βιοχημεία των ιζημάτων Ρυπαντές Επίδραση βασικών διεργασιών ιζημάτων Αρχικά είναι ιδιαιτέρως σημαντικό να αναφερθούν οι επιδράσεις από τις παρακάτω διαδικασίες των ιζημάτων: Βιοστρόβιλος (bioturbation): τα επιφανειακά στρώματα των ιζημάτων υπόκεινται σε ανάμιξη από οργανισμούς η οποία αυξάνει το βάθος διείσδυσης 27

29 του οξυγόνου και ευνοεί την ανταλλαγή νερού των πόρων με το υπερκείμενο νερό πράγμα που οδηγεί επίσης σε απελευθέρωση τω αποθηκευμένων ρύπων. Η παρουσία μικροζωνών στα ιζήματα που δημιουργούνται από τοπικές συγκεντρώσεις οργανικού υλικού κι έχουν γεωχημικά χαρακτηριστικά διαφορετικά από αυτά των ιζημάτων οδηγεί επίσης στη δημιουργία ζωνών και ροής χημικών. Η φυσική ανάμιξη και επαναιώρηση των ιζημάτων λόγω των κυμάτων έχει ως αποτέλεσμα την αυξανόμενη ροή χημικών από τα ιζήματα. Εποχιακές βιολογικές μεταβολές λόγω αλλαγών στη θερμοκρασία μπορούν να οδηγήσουν σε ποικιλίες στις ζώνες ων ιζημάτων και στις διαγενετικές διαδικασίες Συγκέντρωση οξυγόνου Το SOD (Sediment Oxygen Demand) είναι το άθροισμα όλων των βιολογικών και χημικών διαδικασιών που καταναλώνουν οξυγόνο. Είναι γενικά γνωστό ότι το SOD που προέρχεται από την αερόβια διάσπαση οργανικού φορτίου έχει τεράστια επιρροή στην ισορροπία του οξυγόνου σε ποτάμια και λίμνες. Το SOD δεν αυξάνει αναλογικά με την αύξηση του οργανικού φορτίου κι αυτό αποδίδεται στις φυσαλίδες μεθανίου που φεύγουν από τη ζώνη του μεθανίου και μειώνουν το οξυγόνο στα ανώτερα στρώματα. Είναι, επομένως, ιδιαίτερα σημαντικό να μελετάται η αντίδραση μεταξύ μεθανίου και οξυγόνου κατά τις μετρήσεις του SOD. Πολλές φορές παρατηρείται μία επιπλέον απαίτηση οξυγόνου η οποία μπορεί να οφείλεται είτε σε επαναιώρηση των ιζημάτων από την αναερόβια ζώνη, είτε στην απελευθέρωση χημικών στοιχείων όπως σίδηρος, μαγνήσιο και αμμωνία από τους πόρους του ιζήματος. Αυτό το φαινόμενο ενδέχεται να είναι εξαιρετικής σημασίας Θρεπτικά 28

30 Ο ρόλος των ιζημάτων ως αποθήκες θρεπτικών σε ποτάμια είναι εξαιρετικού ενδιαφέροντος κυρίως λόγω των απαιτήσεων σε θρεπτικά των αλγών. Μεγάλης σημασίας είναι οι διάφορες μορφές των μικροθρεπτικών, αζώτου και φωσφόρου, που σχετίζονται με τα ιζήματα και σε μικρότερο βαθμό του πυριτίου που είναι στοιχειώδες θρεπτικό για τα διάτομα. Αυτά τα θρεπτικά μπορεί να προέρχονται από μία ποικιλία φυσικών πηγών, συμπεριλαμβανομένων φυτών και ζώων καθώς και από απόβλητα και άλλους ρύπους. Το άζωτο στα ποτάμια υπάρχει κυρίως σε οργανική μορφή και λιγότερο σε ανόργανη, ενώ ο φώσφορος συναντάται κυρίως στην ανόργανη μορφή του. Η μεταφορά των θρεπτικών από τους πόρους του νερού στα υπερκείμενα ύδατα μπορεί να προέλθει από μοριακή διάσπαση ή, πιο συχνά, λόγω βιοστροβίλου Μέταλλα Πολλά μέταλλα (χαλκός, ψευδάργυρος, κοβάλτιο) είναι απαραίτητα στοιχεία για τα οικοσυστήματα αλλά πάνω από ορισμένες ποσότητες γίνονται τοξικά. Άλλα, όπως ο μόλυβδος, το κάδμιο και ο υδράργυρος δεν αποτελούν ιχνοστοιχεία αλλά αντιθέτως είναι συνήθως ιδιαιτέρως τοξικά. Τα ποτάμια μεταφέρουν μέταλλα στον ωκεανό σε διάφορες μορφές. Η ανάμιξη του γλυκού με το θαλασσινό νερό στα δέλτα των ποταμών δημιουργεί διάφορες χημικές και φυσικοχημικές ιδιότητες και η δράση των μετάλλων ενδέχεται να γίνει επικίνδυνη. Προσοχή θα πρέπει να δίνεται σε αυτές τις διαδικασίες, καθώς επηρεάζουν τη γενικότερη συμπεριφορά του κάθε στοιχείου, το ρυθμό μεταφοράς του στο ποτάμι και τη διαθεσιμότητά του στους οργανισμούς. (Hamm L. and C. Migniot, 1994) Οργανικοί μικρορυπαντές Οι οργανικοί μικρορυπαντές, όπως οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAH) και τα πολυχλωριούχα διφαινύλια (PCBs) υπάρχουν πάντοτε σε δέλτα ποταμών. Μία σειρά από διαδικασίες μπορούν να απομακρύνουν αυτούς τους οργανικούς μικρορυπαντές από την υδάτινη στήλη. Τέτοιες διαδικασίες είναι η εξάτμιση, η απορρόφηση από αιωρούμενα ιζήματα, η αφαλάτωση και άλλες. PCBs (Πολυχλωριούχα Διφαινύλια) 29

31 Τα PCBs είναι ουσίες φτιαγμένες από τον άνθρωπο, σχηματισμένες από την αντίδραση ανάμεσα στο διφαινύλιο και στο χλώριο. Δεν υπάρχουν γνωστές φυσικές πηγές PCBs. Τα PCBs έχουν χρησιμοποιηθεί από το 1929 ως ψυχτικά υγρά και λιπαντικά σε μετασχηματιστές και πυκνωτές, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και σε αντιστάσεις ρύθμισης ρεύματος για λαμπτήρες φθορισμού. Αυτό συμβαίνει επειδή έχουν πολύ χαμηλή ευφλεκτότητα, καλές μονωτικές ιδιότητες, είναι σταθερά και αντιστέκονται στη φθορά. Τα PCBs είναι τοξικά για τα ψάρια και για άλλους υδρόβιους οργανισμούς. Παραμένουν για πολύ καιρό στο περιβάλλον και συσσωρεύονται στην τροφική αλυσίδα (βιοσυσσώρευση). Έχουν τοξικές επιπτώσεις στην άγρια ζωή και στους ανθρώπους, κάτι που τα καθιστά ένα ζήτημα παγκόσμιας ανησυχίας. Ως αποτέλεσμα, η χρήση και διάθεση των PCBs ελέγχεται μέσω διαφόρων οδηγιών της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Οι οργανισμοί πρέπει να αναγνωρίζουν τα υλικά που χρησιμοποιούν και που περιέχουν PCB και να διασφαλίζουν ότι εναρμονίζονται με τις σχετικές νομικές απαιτήσεις. Απόβλητα που περιέχουν 50 ppm ή περισσότερα PCBs ταξινομούνται ως επικίνδυνα απόβλητα και πρέπει να γίνεται κατάλληλη διάθεσή τους. Μεγάλες ποσότητες αποβλήτων που περιέχουν χαμηλότερες ποσότητες PCBs πρέπει επίσης να θεωρούνται ως επικίνδυνα απόβλητα. ( PAHs (Πολυκυκλικοί Αρωματικοί Υδρογονάνθρακες - ΠΑΥ) Είναι οργανικές χημικές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο. Αποτελούνται από τρεις ή περισσότερους συμπυκνωμένους βενζολικούς δακτυλίους και βρίσκονται κυρίως υπό μορφή ατμών και σωματιδίων. Η χαρακτηριστικότερη ένωση της κατηγορίας αυτής είναι το βενζο(α)πυρένιο. Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες είναι περιβαλλοντικός ρύπος υψηλής τοξικότητας, που το τελευταίο διάστημα απασχολεί ιδιαίτερα τις ελεγκτικές αρχές στην Ευρώπη και παγκοσμίως. 30

32 Οι PAHs σχηματίζονται κυρίως κατά την καύση ή την πυρόλυση οργανικής ύλης. Στις φυσικές πηγές περιλαμβάνονται πυρκαγιές και η ηφαιστειακή δραστηριότητα. Στις ανθρωπογενείς πηγές περιλαμβάνονται η βιομηχανία (παραγωγής κωκ, αλουμινίου, επεξεργασίας ξύλου και χυτήρια σιδήρου), η θέρμανση στις οικίες όταν χρησιμοποιούνται ξύλα και κάρβουνο και τα οχήματα, κυρίως αυτά που χρησιμοποιούν πετρέλαιο ως καύσιμο. Επίσης, έκθεση σε PAHs είναι δυνατή στους χώρους επεξεργασίας, καταλυτικής διάσπασης και πυρόλυσης πετρελαίου. Σημαντικότερη πηγή έκθεσης είναι το προϊόν απόσταξης του πετρελαίου, η ανθρακόπισσα στους κλιβάνους παραγωγής κωκ, όπου λόγω των υψηλών θερμοκρασιών εκπέμπεται μεγάλος αριθμός πολυκυκλικών υδρογονανθράκων. Οι ουσίες αυτές και κυρίως το βενζο(α)πυρένιο ενοχοποιούνται για την ανάπτυξη καρκίνου στον πνεύμονα, καρκίνου στο δέρμα, στο όσχεο και στην ουροδόχο κύστη. ( Εικόνα 2.1. Ρύπανση ιζημάτων ( 31

33 Εικόνα 2.2. Βασικές πηγές και επιπτώσεις ρυπαντών ιζημάτων ( Μέθοδοι αποκατάστασης Εισαγωγή Εναλλακτικές αποκατάστασης ιζημάτων Καμία δράση Παρακολούθηση φυσικής αποκατάστασης (monitored natural recovery) Επιτόπου κάλυψη του ρυπασμένου ιζήματος με μη ρυπασμένο ίζημα (capping) Βυθοκόρηση (dredging) Βασικές αρχές για αποτελεσματική αποκατάσταση Όλες οι αποφάσεις πρέπει να βασίζονται σε μελέτες διακινδύνευσης 32

34 Ο κύριος στόχος είναι η μείωση του ποσοστού διακινδύνευσης. Πρέπει να μελετάται τόσο η παρούσα όσο και η μελλοντική διακινδύνευση και να συγκρίνονται τα ποσοστά διακινδύνευσης των διαφόρων μεθόδων. Έλεγχος των πηγών ρύπανσης Οι πηγές θα πρέπει να χαρακτηρίζονται πλήρως. Ο έλεγχος των πηγών ρύπανσης θα πρέπει να είναι η πρώτη προτεραιότητα σε κάθε μέθοδο. Σύγκριση της αποτελεσματικότητας των επιλογών σε ισότιμη βάση Αυτή αποτελεί μία σημαντική πρόκληση. Θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη όλες οι παράμετροι και να εκτιμώνται η αποτελεσματικότητα και η μονιμότητα των μεθόδων για συγκεκριμένες χρονικές περιόδους. Τέλος, σημαντικό είναι να συγκρίνεται ο βαθμός διακινδύνευσης των μεθόδων. Εκτίμηση των χωρικών και χρονικών πλευρών της έκθεσης Πρέπει να ληφθεί υπόψη η περιοχή ρύπανσης, οι ρύποι που υπάρχουν σε αυτήν και το γεγονός ότι μεταβάλλονται με το χρόνο. Βαθύτερα θαμμένα ιζήματα πιθανόν να αποτελέσουν σημαντικό κίνδυνο στο μέλλον. Τέλος, δεν είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη όλο το εύρος της ρύπανσης. Κατάλληλες επεμβάσεις για την επίτευξη μακροπρόθεσμης αποτελεσματικότητας και μονιμότητας της αποκατάστασης Capping: Επαναιώρηση Ανάμιξη Συμπύκνωση Dredging: Επαναιώρηση Κατάλοιπα Απελευθέρωση / Εκπομπές ρύπων Ανάπτυξη μεθόδων για συγκεκριμένη τοποθεσία, εργασία και ίζημα 33

35 Με βάση το μέγεθος της τοποθεσίας, το κλίμα, το βάθος νερού, τις υδροδυναμικές συνθήκες, τις φυσικές ιδιότητες του ιζήματος, την ένταση της ρύπανσης, την περιοχή εργασίας και άλλες συνιστώσες. Βελτιστοποίηση αποτελεσματικότητας με συνδυασμό δυνατοτήτων αποκατάστασης Το φαινόμενο αυτό είναι ευρέως αποδεκτό και χρησιμοποιούμενο, καθώς προσφέρει τη δυνατότητα εξισορροπημένης αποτελεσματικότητας και κόστους. Επιπλέον, βοηθάει στη μείωση των αρνητικών επιπτώσεων των μεμονωμένων μεθόδων. Για παράδειγμα, παρακολούθηση φυσικής αποκατάστασης των παρακείμενων περιοχών, βυθοκόρηση ρυπασμένων περιοχών με ταυτόχρονη κάλυψη των παρακείμενων περιοχών, βυθοκόρηση ακολουθούμενη από μικρή κάλυψη των καταλοίπων. Παρακολούθηση για τεκμηρίωση της αποτελεσματικότητας της αποκατάστασης Κατά το παρελθόν, πολύ λίγες μέθοδοι έχουν παρακολουθηθεί επαρκώς. Όλες οι μέθοδοι χρειάζονται μακρές χρονικές παρακολουθήσεις για να μπορέσουν να αξιολογηθούν και εκτός αυτού τα στοιχεία που μπορούν να συλλεχθούν θα αποτελέσουν σημαντική καθοδήγηση για το μέλλον Παρακολούθηση φυσικής αποκατάστασης (Monitored Natural Recovery) Στην περίπτωση αυτή, δεν υπάρχει τεχνική παρέμβαση στην αποκατάσταση των ρυπασμένων ιζημάτων. Οι ειδικοί περιορίζονται στην παρακολούθηση της εξέλιξης των φυσικών διαδικασιών αποκατάστασης. Οι φυσικές διαδικασίες αποκατάστασης μπορεί να περιλαμβάνουν μία ποικιλία διεργασιών οι οποίες κάτω από επιθυμητές συνθήκες δρουν χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση ώστε να μειώσουν τη μάζα, την τοξικότητα, τη μεταφορά ή τη συγκέντρωση ρύπων από τη στρώση του ιζήματος. Αυτές οι φυσικές διαδικασίες αποκατάστασης περιλαμβάνουν τις ακόλουθες: 34

36 Φυσικές διαδικασίες: Ιζηματογένεση (sedimentation), διάχυση (diffusion), διάλυση (dilution), διασπορά (dispersion), βιοστροβιλισμός (bioturbation), εξάτμιση (volatilization). Βιολογικές διαδικασίες: Βιοδιάσπαση (biodegradation), βιομετασχηματισμός (biotransformation), φυτοθεραπεία (phytoremedation), βιολογική σταθεροποίηση (biological stabilization). Χημικές διαδικασίες: Οξείδωση / Μείωση (oxidation / reduction) ή άλλες διαδικασίες που καταλήγουν σε σταθεροποίηση ή μειωμένη βιοδιαθεσιμότητα. Εικόνα 2.3. Φυσικές διαδικασίες αποκατάστασης ( Φυσικές Διεργασίες Γενικά, οι φυσικές διαδικασίες δεν αλλάζουν άμεσα τη χημική σύσταση των ρυπαντών. Αντιθέτως, οι διαδικασίες αυτές δύναται να θάψουν, να ανακατέψουν ή να μεταφέρουν τους ρυπαντές σε άλλο μέσο. Όλες αυτές οι διεργασίες μπορούν να 35

37 μειώσουν τις συγκεντρώσεις των ρυπαντών στην επιφάνεια της στρώσης των ιζημάτων κι επιπλέον να μειώσουν τον κίνδυνο που σχετίζεται με το ίζημα. Η ιζηματογένεση προφανώς μειώνει τον κίνδυνο φυσικά εγκλωβίζοντας τους ρυπαντές. Άλλες φυσικές διεργασίες, όπως η διάβρωση, η διασπορά, η διάλυση, ο βιοστροβιλισμός και η εξάτμιση μπορούν να μειώσουν τις συγκεντρώσεις των ρυπαντών στο ίζημα σαν αποτέλεσμα της μεταφοράς των ρυπαντών σε άλλο μέσο ή διασκορπίζοντάς τους σε μία ευρύτερη περιοχή (για παράδειγμα μέσω των επιφανειακών και των υπογείων υδάτων). Αυτές οι διαδικασίες επομένως, μπορούν να μειώσουν, να αυξήσουν ή να μεταφέρουν τον κίνδυνο των ρυπαντών. Οι φυσικές διαδικασίες των ιζημάτων μπορούν να λειτουργήσουν με εντελώς διαφορετικούς ρυθμούς. Μερικές μπορεί να συμβούν γρηγορότερα από άλλες, αλλά χωρίς αυτό να σημαίνει ότι αυξάνουν και τον κίνδυνο. Γενικά, διαδικασίες στις οποίες οι ρυπαντές μεταφέρονται με μαζική κίνηση των σωματιδίων ή των μορίων νερού (π.χ. διάβρωση, διάχυση, μεταφορά) συμβαίνουν με γρηγορότερους ρυθμούς από ότι διαδικασίες στις οποίες οι ρυπαντές μεταφέρονται με διάχυση ή εξάτμιση και γι αυτό συχνά, αλλά όχι πάντα, είναι οι πιο σημαντικές. Διαδικασίες οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα την ατομική κίνηση είναι ιδιαιτέρως σημαντικές για υδροφοβικούς ρυπαντές. Κάποιες διαδικασίες είναι συνεχείς, ενώ άλλες εποχιακές ή επεισοδιακές. Ανάλογα με το περιβάλλον, οποιεσδήποτε από αυτές τις διαδικασίες μπορούν να έχουν έντονη επίδραση στον περιβάλλοντα χώρο. Για παράδειγμα μία πλημμύρα μπορεί να προκαλέσει διάβρωση σε κάποιες περιοχές και εναπόθεση σε άλλες. Μεταφορά και εναπόθεση καθαρών ιζημάτων σε μία ρυπασμένη περιοχή μπορεί να οδηγήσει σε φυσική ταφή των ρυπαντών. Η φυσική ταφή μπορεί να μειώσει την επίδραση των ρυπαντών σε φυτά και ζώα και επακόλουθα να μειώσει την τοξικότητα και τη βιοσυσσώρευσή τους. Το υπερκείμενο καθαρό ίζημα οδηγεί επίσης στη μείωση της ροής των ρύπων στο επιφανειακό νερό δημιουργώντας ένα μεγαλύτερο μονοπάτι που πρέπει να διασχίσουν οι ρύποι για να φτάσουν στην υδάτινη στήλη. Παρ όλα αυτά, ενώ ο βιοστροβιλισμός από τους οργανισμούς μπορεί να προωθήσει την ανάμιξη και τη διάλυση των ρυπασμένων ιζημάτων με το προσφάτως εναποτιθέμενο καθαρό ίζημα, για βιοσυσσωρευτικούς ρύπους μπορεί επίσης να οδηγήσει σε συνεχή βιοσυσσώρευση στην τροφική αλυσίδα μέχρι την απομόνωση του ρύπου. 36

38 Η μακροπρόθεσμη προστασία που εξασφαλίζει η ιζηματογένεση εξαρτάται από τη φυσική σταθερότητα του νέου στρώματος του ιζήματος και του ρυθμού κίνησης των ρυπαντών διαμέσω του νέου ιζήματος. Μεγάλα γεγονότα, όπως δριμείς πλημμύρες ή κίνηση πάγων ενδέχεται να διασκορπίσουν το θαμμένο ίζημα, εκτίθοντας το ρυπασμένο ίζημα και απελευθερώνοντας τους ρυπαντές στην υδάτινη στήλη. Αναλόγως της έκτασής τους, τέτοιες διαδικασίες μπορεί να επεκτείνουν την περίοδο αποκατάστασης ή, σε μερικές περιπτώσεις, να την αναχαιτίσουν πλήρως Βιολογικές και Χημικές Διεργασίες Όπως οι περισσότερες φυσικές διαδικασίες, έτσι και οι βιολογικές εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες της περιοχής και είναι ιδιαιτέρως ευμετάβλητες. Κατά τη βιοδιάσπαση, μία χημική αλλαγή συμβαίνει από μικροοργανισμούς που ζουν στο ίζημα. Ένας σημαντικός περιορισμός στη χρησιμότητα της βιοδιάσπασης ως μηχανισμό μείωσης κινδύνου είναι ότι όσο μεγαλύτερο είναι το μοριακό βάρος των οργανικών ρύπων, τόσο λιγότερο διαθέσιμοι είναι αυτοί για τους μικροοργανισμούς. Οι ρυθμοί διάσπασης ποικίλουν με το βάθος του ιζήματος, εν μέρει λόγω αλλαγής από αερόβιες σε αναερόβιες συνθήκες. Αυτές οι αλλαγές συχνά συμβαίνουν σε βάθη από λίγα χιλιοστά έως λίγα εκατοστά όπου τα ιζήματα έχουν ουσιώδες οργανικό περιεχόμενο, ενώ σε ορισμένες συνθήκες μπορεί να συμβούν και βαθύτερα. Μεγαλύτεροι χρόνοι παραμονής των ρυπαντών στο ίζημα συνήθως οδηγούν σε αυξημένη απομόνωσή τους. Αυτό μπορεί να μειώσει τη διαθεσιμότητα των οργανικών συστατικών τους στους μικροοργανισμούς και γι αυτό μειώνονται η έκταση και οι ρυθμοί της βιοδιάσπασης. Παρ όλα αυτά, αυτό μπορεί να μειώσει και τη διαθεσιμότητα του ρυπαντή στους αποδέκτες που ζουν στο ίζημα και κατά συνέπεια στα υψηλότερα τροφικά επίπεδα. Οι χημικές διαδικασίες στα ιζήματα είναι ιδιαιτέρως σημαντικές για τα μέταλλα. Πολλές περιβαλλοντικές μεταβλητές καθορίζουν την κατάσταση των μετάλλων στο ίζημα, οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν την κινητικότητα, την τοξικότητα και τη βιοδιαθεσιμότητά τους και κάνουν τη φυσική αποκατάστασή τους λόγω χημικών διαδικασιών δύσκολο να προβλεφθεί. Η σημερινή κατανόηση του ρόλου των χημικών διαδικασιών στον έλεγχο του κινδύνου από τους ρύπους είναι 37

39 εστιασμένη στις σημαντικές γεωχημικές αλλαγές που μπορούν να επηρεάσουν τη βιοδιαθεσιμότητα των μετάλλων. Οι περιβαλλοντικές μεταβλητές που είναι περισσότερο σημαντικές περιλαμβάνουν το PH και την αλκαλικότητα του νερού των πόρων, το μέγεθος κόκκου του ιζήματος, τις συνθήκες οξείδωσης και την ποσότητα σουλφιδίων και οργανικού άνθρακα που περιέχονται στα ιζήματα. Επιπρόσθετα, πολλές χημικές διαδικασίες σε ιζηματογενή περιβάλλοντα επηρεάζονται και από τη βιοκοινότητα. Βιοχημικές διαδικασίες για Πολυκυκλικούς Αρωματικούς Υδρογονάνθρακες (PAHs) Πολλοί οργανισμοί έχουν την ικανότητα να συσσωρεύουν τους PAHs στον ιστό τους. Τα περισσότερα ψάρια δε συγκεντρώνουν στον ανώτερο ιστό τους τις συγκεντρώσεις των PAHs από τη λεία τους λόγω της ικανότητάς τους να μεταβολίζουν και να αποβάλουν τους PAHs. Παρ όλα αυτά η ίδια η μεταβολή τους μπορεί να προκαλέσει χρόνια τοξικότητα, με μείωση της ανάπτυξης και της αναπαραγωγής τους, όπως και αυξημένη πιθανότητα νεοπλάσματος στα ψάρια. Η πιθανότητα για βιοσυσσώρευση εξακολουθεί, πάντως, να υπάρχει σε κάποια είδη λόγω της μειωμένης ικανότητάς τους να μεταβολίζουν και να αποβάλουν τους PAHs. Οι PAHs γενικά υπόκεινται σε διάφορες φυσικές, χημικές και βιολογικές βλάβες στο περιβάλλον και όπου αυτές οι διαδικασίες είναι αποτελεσματικές μπορεί να υπάρξει σημαντική φυσική αποκατάσταση. Το είδος της διαδικασίας που επικρατεί εξαρτάται από το χρόνο. Για παράδειγμα, μετά την απελευθέρωση των PAHs στο περιβάλλον, φυσικοχημικές διαδικασίες όπως η διάσπαση, η εξάτμιση και η φωτοδιάσπαση μπορεί να κυριαρχήσουν. Κι ενώ αυτές οι διεργασίες είναι αποτελεσματικές στη μείωση της τοξικότητας των ρύπων, ανθεκτικά μικροβιακά είδη μπορούν να προκαλέσουν περεταίρω βιοδιάσπαση. Υπάρχει ευρεία ποικιλία στους ρυθμούς βιοδιάσπασης και τοξικής μείωσης, η οποία εξαρτάται από τα επίπεδα της μικροβιακής δραστηριότητας και από τις φυσικές και χημικές συνθήκες της περιοχής. Οι PAHs βιοδιασπώνται ταχύτερα σε αερόβιες από ότι σε αναερόβιες συνθήκες, παρόλο που ο ρυθμός βιοδιάσπασης συνήθως μειώνεται όσο ο αριθμός των αρωματικών δακτυλίων αυξάνεται. Ενώ η βιοδιάσπαση των PAHs μπορεί να συμβεί κάτω από αναερόβιες συνθήκες, οι PAHs συνήθως αντέχουν περισσότερο σε αναερόβια ιζήματα σε σύγκριση με αερόβια περιβάλλοντα. 38