Не впаяющая фазовая жидкость

Неводные фазовые жидкости , или NAPL , представляют собой органические жидкости загрязнители , характеризующиеся их относительной беспрепятственной водой. Обычными примерами NAPL являются нефтяные продукты , угольные тарелы , хлорированные растворители и пестициды . Стратегии, используемые для их удаления из подземной среды, расширились с конца 20-го века. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

NAPL могут быть выпущены в окружающую среду из различных точечных источников, таких как неправильная химическая утилизация, протекание подземных резервуаров, стоки септического танка и перколяция от разливов или свалок. Движение NAPL в подповерхностной среде является сложным и трудным для характеристики. Тем не менее, различные параметры, которые определяют их движение, важны для понимания, чтобы определить соответствующие стратегии восстановления. Эти стратегии используют физические, химические и биологические свойства NAPLS, чтобы свести к минимуму их присутствие в подземном месте.

История

Отношения к загрязнению подземных вод до 1978 года

Подземные воды были исторически важным источником воды для общественных систем воды, частных скважин и сельскохозяйственных систем для поколений. Обычно считалось, что по мере того, как вода проходила через почву, она была лишена примесей, прежде чем она могла войти в фантастики подземных вод; В результате не было особого беспокойства по поводу загрязнения подповерхностной среды. ^{[ 3 ]}

В 1960 году органические загрязнители, в том числе нефтяные углеводороды, производные угольной смолы, синтетические моющие средства и пестициды, были отмечены в обширном литературном обзоре загрязнения подземных вод, которое дало первое указание на NAPL в подпорсии. ^{[ 4 ]} К началу 1970 -х годов технологическое развитие газовой хроматографии обеспечило новый метод для обнаружения загрязняющих веществ подземных вод, незамеченных к чувствам человека. Это развитие привело к открытию и последующему анализу хлорированных растворителей, одной из самых вредных форм NAPL. ^{[ 2 ]} Стало понято, что NAPLS бросают вызов как для обнаружения, так и удаления с подповерхности. ^{[ 1 ]} Поскольку NAPLs участвуют в биологической цепочке деградации, они производят промежуточные химические вещества, которые создают особенно острой опасности для здоровья человека. ^{[ 2 ]}

Расширение исследования загрязнения подземных вод после 1978 года

Эти проблемы со здоровьем стали более распространенными в глазах общественности после того, как Ниагарский газетт Ниагарского водопада 1976 года о загрязнении почвы возле Любого канала . Обнаружение таких высоких объемов этих загрязняющих веществ, их широко распространенной географической степени и их опасных последствий для здоровья в конечном итоге привело к принятию комплексного ответа на окружающую среду, компенсации и ответственности (CERCLA) и Суперфунда . Это увеличило внимание к загрязнению подземных вод, расширило исследовательские фонды, и последовавшие исследования выявили широко распространенное загрязнение подземных вод в Соединенных Штатах. Впоследствии было расширено понимание транспортных механизмов и разработка стратегий восстановления для органических загрязнений, включая NAPL. ^{[ 2 ]}

Стратегии раннего восстановления были сосредоточены на восстановлении качества водоносного горизонта посредством строительства скважин для извлечения и обработки подземных вод (стратегия насоса и лечения), но вскоре стало ясно, что объем извлечения и обработки воды был необоснованно большим и невозможным Полем ^{[ 2 ]} Кроме того, строительство скважин может быть инвазивным в подповерхностную среду и может вызвать более глубокое проникновение NAPL, что является контрпродуктивным. ^{[ 3 ]} В то время как некоторые эксперты предположили, что полное удаление NAPL из подповерхностной среды невозможно, другие рассматривают эту проблему как возможность расширить и инновационные технологии восстановления. ^{[ 2 ]} В результате, с 1980-х до середины 2000-х годов были разработаны различные инновации для обнаружения, так и смягчения NAPL. ^{[ 5 ]}

Транспортные механизмы

Поведение NAPL в подповерхностном основании руководствуется как составом подземного материала, так и различными свойствами NAPL. Подземное место может быть классифицировано на две первичные зоны: ненасыщенную (вадосную) зону , которая включает в себя небольшие зерна или частицы, окруженные тонкой пленкой воды; и насыщенная (фруатическая) зона , которая содержит важные фантастики подземных вод, называемых водоносными горизонами .

NAPLS являются загрязняющими веществами в точке, и они могут быть освобождены из различных источников, включая, помимо прочего, неправильную химическую утилизацию, протекание подземных резервуаров, стоки септического резервуара и перколяцию от разливов или свалок. При высоких условиях осадков жидкость проникнет в ненасыщенную зону; Если достаточно объема жидкости, он затем протянет в насыщенную зону. Пористость . подземной среды будет определять количество, которое удается войти в насыщенную зону ^{[ 3 ]}

Физические свойства NAPLS

Микроскопические свойства NAPL определяют их поведение в полевых условиях. ^{[ 1 ]} Если они войдут в насыщенную зону, их плотность относительно плотности воды определит, как они ведут себя. В результате NAPL разбиваются на основе их относительной плотности на два основных типа: легкие неводные фазовые жидкости (LNAPL) и плотные не впадимые фазовые жидкости (DNAPL) . LNAPL, как правило, плавают на столе воды , в то время как DNAPL, как правило, утонут вниз и в некоторых условиях бассейн внизу. По сравнению с LNAPL, DNAPL являются более токсичными и менее биоразлагаемыми. ^{[ 3 ]}

Существует множество параметров, специфичных для подземной среды, которые важно учитывать в количественных моделях поведения NAPL. Некоторые из этих параметров включают проницаемость почвы , влажность, распределение частиц по размерам, капиллярную силу , смачиваемость и скорость потока грунтовых вод. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} Сбор этих данных является гетерогенным и сложным по своей природе. ^{[ 3 ]}

Многофазная модель

LNAPL и DNAPL могут существовать в нескольких разных фазах одновременно при входе в подземную среду. Состав NAPL обычно описывается с использованием многофазной модели, которая зависит от различных сложных и взаимосвязанных параметров, включая, но не ограничиваясь, вязкость , растворимость и волатильность ; Возможные фазы NAPL включают газообразные, твердые, водные и несмешимые углеводороды. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}

Жидкая фаза NAPL характеризуется физической разделительной поверхностью, которая отделяет ее от жидкой фазы воды, что указывает на необычайность из -за органической структуры NAPLS. Тем не менее, некоторые химические соединения в NAPL способны к солюбилизированию в воду, что означает, что две жидкие фазы NAPL (несмешиваемый углеводородный и водный растворен) могут существовать одновременно. Газовая фаза NAPL также отвечает за загрязнение подземных вод и почвы; Следовательно, распределение NAPL между его различными этапами важно для количественной оценки, чтобы оценить степень загрязнения и определить соответствующие стратегии восстановления. ^{[ 1 ]}

Движение NAPL в ненасыщенной зоне

Ненасыщенная зона включает в себя пористую среду , которая состоит из мелких частиц, вокруг которых существует тонкая пленка воды, которая действует как мембрана . Остальная часть пространства между этими частицами состоит из воздуха. Таким образом, NAPL могут либо оставаться в качестве несмешиваемого углеводорода, растворяются в воде, адсорбируются на твердый пористый материал, либо испаряются в газообразную форму. ^{[ 3 ]}

Эта четырехфазная модель сильно варьируется и может даже измениться в пределах определенного сайта на разных этапах восстановления сайта. Таким образом, важно постоянно контролировать фазовое распределение в каждом конкретном случае. Каждый из этих фаз отличается с точки зрения их подвижности и их доступных методов восстановления. Наиболее подвижными фазами NAPL являются летучая/газообразная фаза и солюбилизированная/водная фаза, в то время как наименее подвижными фазами NAPL являются адсорбированная/твердая фаза и непревзойденная жидкая фаза. ^{[ 1 ]} Из -за этих сложностей поток труднее измерить в ненасыщенной зоне, чем в насыщенной зоне. ^{[ 3 ]}

Загрязнение ненасыщенной зоны опасно как из -за потенциала просачиваться в насыщенную зону, где содержатся водоносные горизонты, и потенциал нанести вред экологической жизни. ^{[ 3 ]} Достигает ли NAPL насыщенную зону, определяется параметром, называемым остаточным насыщением. Остаточная насыщение вызвано капиллярным действием, которое иммобилизует NAPL и ограничивает их проникновение в насыщенную зону. ^{[ 1 ]}

Движение NAPL в насыщенной зоне

В насыщенной зоне пространства между частицами заполнены водой. Таким образом, в этой зоне используется трехфазная модель распределения фазы NAPL, которая исключает газообразную фазу. ^{[ 3 ]} Как только NAPL достигнут стола воды в насыщенной зоне, LNAPL будут плавать, пока DNAPL будут тонуть. Как LNAPL, так и DNAPL могут оставаться на столе воды в течение длительных периодов времени, медленно растворяя и образуя вредные химические шлейфу; По этой причине исправление в насыщенной зоне имеет особое значение для ученых. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

Поведение DNAPL в насыщенной зоне

Жидкие фазы DNAPL будут продолжать перемещаться вертикально вниз через насыщенную зону, пока их объем не будет истощен в результате остаточного насыщения, либо их путь перехвачен слоем низкой проницаемости , после чего DNAPL начнут мигрировать горизонтально. Если граница нижней проницаемости имеет форму чаши, DNAPL может образовывать пруд, похожий на пруд . ^{[ 1 ]} Наоборот, как насыщенные, так и адсорбированные фазы DNAPL относительно неподвижны и труднее удалить. На движение DNAPL в насыщенной зоне также может влиять антропогенная активность, включая распечатанные скважины и неправильно герметичные отверстия отбора проб и скважины. ^{[ 3 ]}

Стратегии исправления

Относительно небольшой объем NAPL может создавать токсичные условия подземных вод, и NAPL могут оставаться в подповерхностных, постоянно загрязняющих подземные воды, в течение десятилетий или даже веков. ^{[ 3 ]}^{[ 6 ]} Более того, NAPLS трудно обнаружить, особенно из-за их многофазного поведения. В результате стратегии обнаружения, в дополнение к стратегиям восстановления, важны для удаления NAPL из окружающей среды. В этом смысле важно количественно оценить географические и фазовые распределения NAPL в дополнение к тому, где они были и куда они могут идти. ^{[ 3 ]}

Чтобы определить специфические для участка характеристики, например, материал почвы и параметры воды, можно использовать черенки и ядра. Обследования почвенного газа могут использоваться в качестве предварительной процедуры скрининга для определения степени загрязнения из -за летучих компонентов. Некоторые из нынешних стратегий для обнаружения и анализа присутствия NAPL включают газовую хроматографию, жидкую хроматографию высокого давления и рефлектометрию во времени. Тем не менее, дополнительные исследования в этой области оправданы. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

Исправление DNAPL

Смягчение LNAPL, как правило, менее сложное и требует более простых инженерных стратегий. И наоборот, DNAPL могут просачиваться в трещины в родительском материале подземного поверхности, усложняя как их движение, так и технологию, необходимую для их смягчения. ^{[ 3 ]} В наилучшем сценарии DNAPL непрерывный и собран в качестве резервуара над непроницаемым слоем. В этом сценарии можно просверлить и установлена скважина восстановления. Когда дело доходит до исправления DNAPL, тем раньше он удален, тем лучше. ^{[ 6 ]}

Физические стратегии

Хорошо бурение

Некоторые из целей бурения скважины включают в себя: личное использование, измерения гидравлической головки , тестирование водоносного горизонта и исправление различных загрязняющих веществ. ^{[ нужно разъяснения ]} «Насос и лечение» особенно эффективен для удаления LNAPL, плавающих над столом воды. ^{[ 3 ]} Во время бурения скважины необходимо предпринять усилия, чтобы минимизировать нарушения, которые могут привести к дальнейшему проникновению DNAPL в подповерхность. Легко неосознанно просверлить через бассейн DNAPL, заставляя бассейн сливаться дальше в водоносный горизонт. ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

Хотя можно изучить направление и движение потока подземных вод посредством бурения скважины, этот метод не всегда эффективен для определения движения NAPL, поскольку они могут течь в разных направлениях. ^{[ 1 ]} В некоторых связанных стратегиях для определения горизонтальной и вертикальной степени присутствия NAPL используются химические свойства NAPLS , такие как рефлектометрия временной области NAPLS , которая использует относительную электрическую диэлектрическую диэлектрическую проницаемость . ^{[ 5 ]}

Поскольку стратегия насоса и лечения включает в себя поглощение нереально большого объема подземных вод, общая философия перешла от «общего захвата» к стратегиям сдерживания, которые включают использование физических структур для контроля движения водных фазных пертеков. ^{[ 6 ]} Высокопрокативная природа NAPL может увеличить проблемы поддержания, связанные с этими физическими структурами. ^{[ 1 ]} Некоторые примеры этих конструкций включают суспензированные барьеры, вибрирующие лучевые барьеры, стены из струйной затирки и геомембранные вкладыши. ^{[ 6 ]}

Поверхностно -активные вещества

Цель поверхностно -активных веществ - мобилизовать различные компоненты NAPL путем снижения их вязкости и межфазного напряжения. Солюбилизирующие агенты увеличивают растворимость NAPL и переносят его в водную фазу, позволяя затем извлекать и обработать. Мобилизующие агенты нацелены на остаточный насыщенный компонент NAPL, что позволяет его вытеснять при непрерывном наводнении. ^{[ 6 ]} Хотя поверхностно-активные вещества очень эффективны, что приводит к восстановлению 94% первоначального DNAPL в тематических исследованиях, они также являются дорогими и цены, также потенциально отрицательно влияя на рН субповерхностной среды. ^{[ 1 ]}

Извлечение из почвенного вакуума

Эта форма восстановления, возможно, является наиболее широко принятой технологией на месте для удаления NAPL в ненасыщенной зоне. Экстракция вакуума в почве (SVE) увеличивает волатильность NAPL, используя вакуум, который вызывает воздушный поток. Этот процесс преобразует NAPL в газообразную фазу, а затем лишает эти газообразные компоненты из подземного цвета, позволяя их извлекать и обработать. Меньше летучих соединений может повысить их волатильность, используя применение тепла, которое затем сопровождается SVE. Многофазная экстракция включает в себя 18–26 -дюймовый вакуум ртуть, который может одновременно извлекать газообразные, водные и несмешимые фазы NAPL. ^{[ 6 ]} Кроме того, считается, что SVE улучшает аэробную деградацию NAPL, повышая экономическую эффективность за счет снижения количества необходимой надземной обработки. ^{[ 1 ]}

Химические стратегии

Стратегии химического восстановления обычно включают окислительно-восстановительные реакции , наиболее распространенные из которых включают прямое химическое окисление, прямое химическое восстановление, вторичное окисление восстановления и дехлорирование с металлом . Соответствующее лечение в значительной степени зависит от конкретного загрязнения. Химические стратегии являются наиболее прямым и быстрым методом для исправления хлорированных растворителей, которые являются одним из наиболее распространенных типов NAPL. ^{[ 6 ]}

Одной из проблем, когда дело доходит до химических стратегий, является существование конкурентных реакций, которые ограничивают эффективность лечения. Другая проблема - это наличие побочных продуктов, которые могут привести к распространению целевого загрязнения. ^{[ 6 ]}

Методы применения включают инъекцию через скважины или размещение твердой матрицы лечения . В конечном счете, наиболее важным фактором, который определяет жизнеспособность подхода химической обработки, является то, позволят ли подземные условия обеспечить эффективное применение. ^{[ 6 ]}

Биологические стратегии

Стало возможным ускорить природные аэробные , анаэробные и последовательные аэробные и/или анаэробные биологические процессы, чтобы минимизировать наличие NAPL в подземной среде. Большинство стратегий биоремедиации основаны на наличии специфических популяций бактерий/микроорганизмов и добавлении органического углерода для стимуляции биодеградации. Этот органический углерод можно поставлять через инъекцию растворимых органических источников углерода, таких как лактат , спирты , сырная сыворотке и т. Д., И размещение доноров электронов с медленным высвобождением, таких как растительное масло и эмульсии масла сои . ^{[ 6 ]}

Для аэробной биодеградации должно присутствовать достаточный растворенный кислород, который может быть предоставлен с помощью стратегий, таких как обзор воздуха и SVE. Тем не менее, способность обеспечивать достаточный кислород является ограничивающим фактором, влияющим на успех стратегии восстановления этого типа. Кроме того, многие случаи требуют наличия индукторов, таких как метатан , пропан , аммиак или толуол , которые сами по себе являются загрязняющими веществами, которые по своей природе вредны для подземной среды. ^{[ 6 ]}

Еще одна проблема заключается в поддержании достаточной популяции бактерий/микроорганизмов перед лицом конкуренции со стороны местных бактерий и других внешних давлений. Существует также регулирующий откат на использование генетически модифицированных бактерий. Кроме того, NAPLs не могут быть легко биодоступны , ограничивая эффективность стратегий биодеградации. В этом смысле биодеградация может быть неуместной в качестве единого решения, но ее, безусловно, можно использовать в сочетании с другими стратегиями. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м Huling, Scott G.; , Джеймс Уивер У. nepis.epa.gov . Получено 28 октября 2023 года .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон McCarty, Perry L. (2010), Stroo, HF; Ward, Ch (Eds.), «Загрязнение подземных вод хлорированными растворителями: история, технологии и стратегии восстановления» , восстановление in situ хлорированных сливах растворителя , Serdp/ESTCP Технология восстановления окружающей среды, Нью -Йорк, Нью -Йорк: Springer, pp. 1–28. , doi : 10.1007/978-1-4419-1401-9_1 , ISBN 978-1-4419-1401-9 , Получено 13 ноября 2023 года
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с Хемонд, Гарольд Ф.; Фехнер, Элизабет Дж. (1 января 2023 г.), Хемонд, Гарольд Ф.; Фехнер, Элизабет Дж. (Ред.), «Глава 3 - подземная среда» , Химическая судьба и транспорт в окружающей среде (четвертое издание) , Бостон: Академическая пресса, с. 223–316, ISBN 978-0-12-822252-2 , Получено 28 октября 2023 г.
^ Стэнли, Уильям Э.; Элиассен, Рольф (1960). Статус знаний о загрязнениях грунтовых вод . Департамент гражданского и санитарного инженера, Массачусетский технологический институт.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Примежна, Алессандро; Северино, Джерардо; Коппола, Антонио (1 октября 2022 г.). «Обзор новых применений TDR для измерения неводных фазовых жидкостей (NAPL) в почвах» . Экологические достижения . 9 : 100296. DOI : 10.1016/j.envadv.2022.100296 . HDL : 11563/160106 . ISSN 2666-7657 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л Генри, Сьюзен М.; Hardcastle, Calvin H.; Уорнер, Скотт Д. (10 ноября 2002 г.), «Хлорированный растворитель и исправление DNAPL: обзор физических, химических и биологических процессов» , Серия симпозиумов ACS , Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 1–20, doi : 10.1021/BK-2002-0837.CH001 , ISBN 978-0-8412-3793-3 , Получено 9 ноября 2023 года

[Huling-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м Huling, Scott G.; , Джеймс Уивер У. nepis.epa.gov . Получено 28 октября 2023 года .

[McCarty-2010-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон McCarty, Perry L. (2010), Stroo, HF; Ward, Ch (Eds.), «Загрязнение подземных вод хлорированными растворителями: история, технологии и стратегии восстановления» , восстановление in situ хлорированных сливах растворителя , Serdp/ESTCP Технология восстановления окружающей среды, Нью -Йорк, Нью -Йорк: Springer, pp. 1–28. , doi : 10.1007/978-1-4419-1401-9_1 , ISBN 978-1-4419-1401-9 , Получено 13 ноября 2023 года

[Hemond-2023-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с Хемонд, Гарольд Ф.; Фехнер, Элизабет Дж. (1 января 2023 г.), Хемонд, Гарольд Ф.; Фехнер, Элизабет Дж. (Ред.), «Глава 3 - подземная среда» , Химическая судьба и транспорт в окружающей среде (четвертое издание) , Бостон: Академическая пресса, с. 223–316, ISBN 978-0-12-822252-2 , Получено 28 октября 2023 г.

[4] Стэнли, Уильям Э.; Элиассен, Рольф (1960). Статус знаний о загрязнениях грунтовых вод . Департамент гражданского и санитарного инженера, Массачусетский технологический институт.

[Comegna-2022-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Примежна, Алессандро; Северино, Джерардо; Коппола, Антонио (1 октября 2022 г.). «Обзор новых применений TDR для измерения неводных фазовых жидкостей (NAPL) в почвах» . Экологические достижения . 9 : 100296. DOI : 10.1016/j.envadv.2022.100296 . HDL : 11563/160106 . ISSN 2666-7657 .

[Henry-2002-6] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л Генри, Сьюзен М.; Hardcastle, Calvin H.; Уорнер, Скотт Д. (10 ноября 2002 г.), «Хлорированный растворитель и исправление DNAPL: обзор физических, химических и биологических процессов» , Серия симпозиумов ACS , Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 1–20, doi : 10.1021/BK-2002-0837.CH001 , ISBN 978-0-8412-3793-3 , Получено 9 ноября 2023 года

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]