Восстановление грунтовых вод
Очистка грунтовых вод — это процесс, который используется для очистки загрязненных грунтовых вод путем удаления загрязняющих веществ или преобразования их в безвредные продукты. Грунтовые воды – это вода, присутствующая под поверхностью земли, которая насыщает поровое пространство в недрах. Во всем мире от 25 до 40 процентов мировой питьевой воды добывается из скважин и вырытых колодцев . [1] Подземные воды также используются фермерами для орошения посевов и промышленностью для производства товаров повседневного спроса. Большинство подземных вод чисты, но подземные воды могут быть загрязнены или загрязнены в результате деятельности человека или в результате природных условий.
Многообразная и разнообразная деятельность человека приводит к образованию бесчисленных отходов и побочных продуктов. Исторически сложилось так, что утилизация таких отходов не подпадала под строгий нормативный контроль. Следовательно, отходы часто выбрасываются или хранятся на поверхности земли, где они просачиваются в нижележащие грунтовые воды. В результате загрязненные грунтовые воды становятся непригодными для использования.
Существующие методы все еще могут влиять на грунтовые воды, например, чрезмерное внесение удобрений или пестицидов , разливы в результате промышленных операций, проникновение городских стоков и утечки со свалок . Использование загрязненных подземных вод создает опасность для здоровья населения в результате отравления или распространения болезней, и для решения этих проблем была разработана практика восстановления подземных вод. Загрязнения, обнаруженные в подземных водах, охватывают широкий спектр физических, неорганических химических, органических химических, бактериологических и радиоактивных параметров. Загрязнения и примеси можно удалить из грунтовых вод, применяя различные методы, тем самым доводя воду до стандарта, соизмеримого с различными предполагаемыми видами использования.
Техники [ править ]
Методы восстановления грунтовых вод включают технологии биологической, химической и физической очистки . Большинство методов очистки подземных вод используют комбинацию технологий. Некоторые из методов биологической очистки включают биоаугментацию , биовентиляцию , биопромывку , биовысасывание и фиторемедиацию . Некоторые методы химической обработки включают впрыскивание озона и кислорода , химическое осаждение , мембранное разделение , ионный обмен , абсорбцию углерода , водное химическое окисление и усиленное извлечение поверхностно-активных веществ . Некоторые химические методы могут быть реализованы с использованием наноматериалов . Методы физической очистки включают, помимо прочего, откачку и обработку , барботаж воздухом и двухфазную экстракцию . [ нужна цитата ]
Технологии биологической очистки [ править ]
Биоаугментация [ править ]
Если исследование возможности очистки показывает отсутствие деградации (или длительный лабораторный период, прежде чем будет достигнута значительная деградация) загрязнений, содержащихся в грунтовых водах, тогда может оказаться полезной инокуляция штаммами, которые, как известно, способны разлагать загрязняющие вещества. Этот процесс увеличивает концентрацию реактивного фермента в системе биоремедиации и впоследствии может увеличить скорость разложения загрязняющих веществ по сравнению со скоростью без увеличения, по крайней мере, на начальном этапе после инокуляции. [2]
Биовентификация [ править ]
Биовентинг — это технология восстановления на месте, в которой используются микроорганизмы для биоразложения органических компонентов в системе подземных вод. Биовентификация усиливает активность местных бактерий и архей и стимулирует естественное биоразложение углеводородов in situ , вызывая приток воздуха или кислорода в ненасыщенную зону и, при необходимости, добавляя питательные вещества. [3] Во время биовентиляции кислород может подаваться путем прямой подачи воздуха в остаточное загрязнение почвы. Биовентиляция в первую очередь способствует разложению адсорбированных остатков топлива, но также способствует разложению летучих органических соединений (ЛОС), поскольку пары медленно движутся через биологически активную почву. [4]
Биопромывка [ править ]
Биопромывка — это технология восстановления на месте , в которой используются местные микроорганизмы для биоразложения органических компонентов в зоне насыщения. При биобарботировании воздух (или кислород) и питательные вещества (при необходимости) впрыскиваются в зону насыщения для повышения биологической активности местных микроорганизмов. Биологическую промывку можно использовать для снижения концентрации компонентов нефти , растворенных в грунтовых водах, адсорбированных почвой ниже уровня грунтовых вод и в пределах капиллярной границы . [ нужна цитата ]
Биоглотание [ править ]
Биослюрпинг сочетает в себе элементы биовентиляции и вакуумной откачки свободного продукта, который легче воды ( легкая жидкость неводной фазы или LNAPL), для извлечения свободного продукта из грунтовых вод и почвы, а также для биоремедиации почвы. В системе bioslurper используется трубка, которая доходит до слоя свободного продукта. Подобно тому, как соломинка в стакане втягивает жидкость, насос втягивает жидкость (включая свободный продукт) и почвенный газ вверх по трубке в одном технологическом потоке. Откачка поднимает LNAPL, например, нефть, с поверхности грунтовых вод и с капиллярной границы (т. е. области чуть выше зоны насыщения, где вода удерживается на месте капиллярными силами). ЛНАПЛ выносится на поверхность, где он отделяется от воды и воздуха. Биологические процессы, входящие в термин «биослизывание», относятся к аэробному биологическому разложению углеводородов при попадании воздуха в загрязненную почву ненасыщенной зоны. [5]
Фиторемедиация [ править ]
В фиторемедиации процессе определенные растения и деревья высаживаются , корни которых со временем поглощают загрязняющие вещества из грунтовых вод. Этот процесс можно проводить на участках, где корни могут использовать грунтовые воды. Немногими примерами растений, которые используются в этом процессе, являются китайский лестничный папоротник Pteris vittata, также известный как тормозной папоротник, который является высокоэффективным аккумулятором мышьяка . Генетически измененные тополя являются хорошими поглотителями ртути , а трансгенные растения индийской горчицы хорошо впитывают селен . [6]
реактивные барьеры Проницаемые
Некоторые типы проницаемых реактивных барьеров используют биологические организмы для очистки грунтовых вод. [ нужна цитата ]
Технологии химической очистки [ править ]
Химическое осаждение [ править ]
Химическое осаждение обычно используется при очистке сточных вод для удаления жесткости и тяжелых металлов . В общем, процесс включает добавление агента к водному потоку отходов в реакционном сосуде с перемешиванием либо периодически, либо с постоянным потоком. Большинство металлов можно превратить в нерастворимые соединения в результате химических реакций между агентом и растворенными ионами металлов. Нерастворимые соединения (осадки) удаляют отстаиванием и/или фильтрованием. [ нужна цитата ]
Ионный обмен [ править ]
Ионный обмен для восстановления грунтовых вод практически всегда осуществляется путем пропускания воды вниз под давлением через неподвижный слой гранулированной среды (катионообменной среды или анионообменной среды) или сферических шариков. Катионы вытесняются определенными катионами из растворов, а ионы вытесняются определенными анионами из раствора. Ионообменными средами, наиболее часто используемыми для санации, являются цеолиты (как природные, так и синтетические) и синтетические смолы. [2]
Адсорбция углерода [ править ]
Наиболее распространенный активированный уголь, используемый для восстановления, получают из битуминозного угля . Активированный уголь адсорбирует летучие органические соединения из грунтовых вод; соединения прикрепляются к графитоподобной поверхности активированного угля. [ нужна цитата ]
Химическое окисление [ править ]
В этом процессе, называемом химическим окислением на месте или ISCO, химические окислители доставляются в недра для разрушения (преобразования в воду и углекислый газ или в нетоксичные вещества) молекулы органических веществ. Окислители вводятся в виде жидкостей или газов. Окислители включают воздух или кислород, озон и некоторые жидкие химические вещества, такие как перекись водорода , перманганат и персульфат . Газообразный озон и кислород могут генерироваться на месте из воздуха и электричества и напрямую впрыскиваться в загрязненную почву и грунтовые воды. Этот процесс может привести к окислению и/или усилению естественного аэробного разложения. Химическое окисление оказалось эффективным методом для плотной неводной фазы жидкости или ДНКПЛ, когда он присутствует. [ нужна цитата ]
Улучшенное извлечение поверхностно-активных веществ [ править ]
Повышенное извлечение поверхностно-активных веществ увеличивает подвижность и растворимость загрязняющих веществ, абсорбированных насыщенной матрицей почвы или присутствующих в виде плотной неводной жидкой фазы . При восстановлении с использованием поверхностно-активных веществ поверхностно- активные вещества (поверхностно-активные вещества, которые являются основным ингредиентом мыла и моющих средств) вводятся в загрязненные грунтовые воды. Типичная система использует экстракционный насос для удаления грунтовых вод ниже точки нагнетания. Добытые подземные воды обрабатываются над землей для отделения закачиваемых поверхностно-активных веществ от загрязняющих веществ и подземных вод. После отделения поверхностно-активных веществ от грунтовых вод их используют повторно. Используемые поверхностно-активные вещества нетоксичны, пригодны для пищевых продуктов и биоразлагаемы. Повышение нефтеотдачи с помощью ПАВ чаще всего применяется при загрязнении грунтовых вод плотными жидкостями неводной фазы (ДНАПЛ). Эти плотные соединения, такие как трихлорэтилен (ТХЭ), тонут в грунтовых водах, поскольку имеют более высокую плотность, чем вода. Затем они действуют как непрерывный источник шлейфов загрязняющих веществ. который может простираться на многие мили в пределах водоносного горизонта. Эти соединения могут биоразлагаться очень медленно. Они обычно обнаруживаются вблизи места первоначального разлива или утечки, где их захватили капиллярные силы. [7]
реактивные барьеры Проницаемые
Некоторые проницаемые реактивные барьеры используют химические процессы для восстановления грунтовых вод. [ нужна цитата ]
Технологии физического лечения [ править ]
Накачай и лечи [ править ]
«Откачай и очисти» — одна из наиболее широко используемых технологий восстановления грунтовых вод. В этом процессе грунтовые воды выкачиваются на поверхность и подвергаются биологической или химической обработке для удаления примесей. [ нужна цитата ]
Барботирование воздуха [ править ]
Барботирование воздуха – это процесс подачи воздуха непосредственно в грунтовые воды. По мере того, как пузырьки поднимаются, загрязняющие вещества удаляются из грунтовых вод путем физического контакта с воздухом (т.е. зачисткой) и переносятся в ненасыщенную зону (т.е. почву). Когда загрязняющие вещества попадают в почву, паров почвы . для удаления паров обычно используется система удаления [8]
Двухфазная экстракция вакуумная
Двухфазная вакуумная экстракция (DPVE), также известная как многофазная экстракция, представляет собой технологию, в которой используется система высокого вакуума для удаления как загрязненных грунтовых вод, так и паров почвы. В системах ДПВЭ высоковакуумная добывающая скважина устанавливается экранированным участком в зоне загрязненных грунтов и грунтовых вод. Системы экстракции жидкости/паров понижают уровень грунтовых вод, и вода быстрее течет к добывающей скважине. DPVE удаляет загрязнения сверху и снизу уровня грунтовых вод. Поскольку уровень грунтовых вод вокруг колодца опускается из-за откачки, обнажается ненасыщенная почва. Эта область, называемая капиллярной каймой , часто сильно загрязнена, так как содержит нерастворенные химикаты, химикаты, которые легче воды, и пары, вышедшие из растворенных грунтовых вод внизу. Загрязнения в недавно подвергшейся воздействию зоне можно удалить путем отвода паров. На поверхности земли извлеченные пары, жидкая органика и грунтовые воды отделяются и очищаются. Использование двухфазной вакуумной экстракции с этими технологиями может сократить время очистки на объекте, поскольку капиллярная кайма часто является наиболее загрязненной областью. [9]
Сбор нефти на наблюдательных скважинах [ править ]
Мониторинговые скважины часто бурят с целью отбора проб грунтовых вод для анализа. Эти скважины, диаметр которых обычно составляет шесть дюймов или меньше, также можно использовать для удаления углеводородов из шлейфа загрязнений в водоносном горизонте подземных вод с помощью ленточного нефтесборщика. Ленточные нефтесборщики, простые по конструкции, обычно используются для удаления нефти и других плавающих углеводородных загрязнений из промышленных водных систем. [ нужна цитата ]
Нефтеотделитель наблюдательной скважины очищает различные виды нефти, начиная от легкого топлива, такого как бензин, легкое дизельное топливо или керосин, и заканчивая тяжелыми продуктами, такими как нефть № 6, креозот и каменноугольная смола. Он состоит из непрерывно движущегося ремня, который движется по системе шкивов, приводимых в движение электродвигателем. Материал ремня имеет сильное сродство к углеводородным жидкостям и выделению воды. Лента, перепад высоты которой может достигать более 100 футов, опускается в скважину мониторинга за границей раздела LNAPL/вода. Когда ремень проходит через этот интерфейс, он собирает жидкие углеводородные загрязнения, которые удаляются и собираются на уровне земли, когда ремень проходит через механизм стеклоочистителя. В той степени, в которой углеводороды DNAPL оседают на дне мониторинговой скважины и до них доходит нижний шкив ленточного скиммера, эти загрязнения также могут быть удалены нефтесборщиком мониторинговой скважины. [ нужна цитата ]
Обычно ленточные скиммеры удаляют очень мало воды с загрязняющими веществами, поэтому для сбора любой оставшейся углеводородной жидкости можно использовать простые сепараторы переливного типа, что часто делает воду пригодной для ее возврата в водоносный горизонт. Поскольку небольшой электродвигатель потребляет мало электроэнергии, его можно питать от солнечных батарей или ветряной турбины , что делает систему самодостаточной и устраняет затраты на подачу электроэнергии в удаленное место. [10]
См. также [ править ]
- Токсичные правонарушения
- Браунфилд
- CERCLA
- Загрязнение подземных вод
- Шлейф (гидродинамика)
- Применение нанотехнологий для восстановления подземных вод
Ссылки [ править ]
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 декабря 2013 г. Проверено 9 августа 2014 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Хейман М. и Дюпон Р.Р. (2001). Восстановление подземных вод и почвы: разработка процесса и оценка стоимости проверенных технологий. Рестон, Вирджиния: ASCE Press.
- ^ «Часто задаваемые вопросы по Акая» . Акая . Архивировано из оригинала 7 октября 2015 г. Проверено 14 сентября 2015 г.
- ^ «Биовентинг» , Центр общественного экологического надзора (ЦПОО) . Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ "Bioslurping" , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ Стюарт, Роберт. «Восстановление подземных вод». Архивировано 7 мая 2016 г. в Wayback Machine , 23 декабря 2008 г. Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ «Улучшенное восстановление поверхностно-активных веществ» , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ «Барбарирование воздуха» , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ «Двухфазная добыча» , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009 г.
- ^ «Альтернатива перекачиванию и лечению» Боб Тибодо, Интернет-журнал Water, 27 декабря 2006 г.
Внешние ссылки [ править ]
