Укупорка подводных отходов на месте

Укупоривание подводных отходов на месте (ISC) без удаления — это метод восстановления загрязненных отложений , который предполагает оставление отходов на месте и их изоляцию от окружающей среды путем размещения слоя почвы и/или материала поверх загрязненных отходов, чтобы предотвратить дальнейшее распространение загрязнителя . Закрытие на месте является эффективным способом восстановления загрязненной территории. Это вариант, когда откачка и очистка становятся слишком дорогими, а территория вокруг объекта представляет собой систему с низким энергопотреблением. Дизайн колпака и характеристика прилегающих территорий имеют одинаковое значение и определяют осуществимость всего проекта. Существует множество успешных случаев, и в будущем их будет еще больше, поскольку технология расширяется и становится все более популярной. Для перекрытия на месте используются методы, разработанные в области химии , биологии , геотехнической инженерии , экологической инженерии и экологической геотехнической инженерии .

Введение

Загрязнения, находящиеся в отложениях, по-прежнему представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека. Некоторые из прямых последствий для водной жизни, которые могут быть связаны с загрязненными отложениями, включают «развитие раковых опухолей у рыб, подвергшихся воздействию полициклических ароматических углеводородов в отложениях». Эти отложения высокого риска необходимо устранить. Обычно существует только четыре варианта исправления:

1. Неудаляющие технологии
   1. Сдерживание на месте (закрытие на месте)
   2. Лечение на месте
2. Технологии удаления
   1. Удаление и сдерживание
   2. Удаление и лечение

Крышка может состоять из множества разных материалов, включая, помимо прочего, песок, гравий, геотекстиль и несколько слоев этих материалов.

Существует множество способов попадания загрязняющих веществ из отложений в окружающую среду. Эти пути включают, помимо прочего, адвекцию, диффузию, смешивание бентосных организмов и переработку верхнего слоя загрязненных отложений, а также повторное взвешивание осадков под действием различных подводных сил. Защитное покрытие на месте (ISC) может устранить все эти неблагоприятные последствия, выполняя три основные функции:

1. Изоляция загрязненного осадка от донной среды; это предотвращает распространение загрязнителя по пищевой цепи. Такая изоляция загрязнителя является наиболее важным фактором снижения риска воздействия.
2. Предотвращение ресуспендирования и переноса загрязняющих веществ, называемое стабилизацией осадков.
3. Уменьшение поступления растворенных загрязнений в толщу воды, также известное как химическая изоляция.

Четвертой, хотя и не обязательной, функцией ограничения in-situ должно быть «поощрение ценностей среды обитания». Это не следует делать основной целью, за исключением чрезвычайных обстоятельств. Этого можно достичь, изменив поверхностные характеристики колпачка, чтобы «поощрять желательные виды или препятствовать нежелательным видам».

Очевидным преимуществом использования укупорки на месте является то, что отходы не будут потревожены, и это предотвращает дальнейшее загрязнение окружающей территории в результате перемещения загрязняющих веществ путем их удаления. К сожалению, долгосрочные последствия ISC не изучены, поскольку это новая технология.

Укупорка на месте оказалась эффективной во многих местах. Например, в нескольких местах во внутренних районах Японии «покрытие песком насыщенных питательными веществами отложений на месте» очень хорошо сработало для сохранения качества воды за счет уменьшения «выброса питательных веществ (азота и фосфора)» и истощения кислорода дном. отложения.

Оценка сайта

Корректирующие цели

Очень важно оценить место и цели конкретного проекта, чтобы определить, является ли ISC подходящим методом для использования. Во-первых, важно выяснить, будет ли ISC удовлетворять всем желаемым целям исправления ситуации. Чтобы определить, будет ли ISC удовлетворять целям исправления ситуации, важно рассмотреть три основные функции, ранее перечисленные для ISC. Для первой функции важно понимать, что «способность ISC изолировать водные организмы от загрязнителей донных отложений зависит от» осаждения новых загрязнителей донных отложений, осаждающихся на покрышке. Если загрязненный осадок откладывается обратно на верхнюю часть колпака, значит, для отделения загрязненных слоев создается колпачок. Таким образом, «ISC следует рассматривать только в том случае, если был реализован контроль источников». Стабилизация загрязненных отложений может быть проектной функцией, если цель восстановления состоит в предотвращении негативного воздействия на окружающую среду из-за «ресуспендирования, переноса и повторного осаждения» загрязненных отложений. Более того, если желательна цель восстановления, то целью ISC может быть изоляция загрязненной почвы от окружающей среды, таким образом контролируя окружающую среду загрязненной почвы и вызывая возможное ухудшение загрязнения.

Критерии

Оценка на месте, чтобы определить, является ли ISC хорошим методом восстановления, основана на нескольких критериях: окружающей физической среде, текущих и долгосрочных гидродинамических условиях, геотехнических и геологических условиях, гидрогеологических условиях, характеристике отложений на месте, а также текущих и долгосрочных -срочное пользование водными путями.

Многие физические свойства окружающей среды, где будет размещена крышка, имеют важное значение. При строительстве навеса следует учитывать следующие факторы: «размеры водных путей, глубины воды, характер приливов, ледяные образования, водная растительность, мостовые переходы и близость земель или морских сооружений». Для удобства установки лучше всего, чтобы территория вокруг ISC была ровной.

Гидродинамические условия

Не менее важное значение имеют гидродинамические условия. Лучше всего, если проекты по закрытию на месте будут осуществляться на водных путях с низким энергопотреблением, таких как гавани, ручьи с низким течением или устья рек. Среда с высокой энергией и высоким расходом может повлиять на долговременную стабильность крышки и со временем вызвать вероятную эрозию. Токи также важны. Течения различаются вдоль толщи воды, и изменение течений может отрицательно повлиять на размещение ISC. Важно принимать во внимание долгосрочное воздействие эпизодических явлений, таких как приливные потоки, на скорость придонных течений. Необходимо провести моделирование, чтобы определить, изменит ли размещение на месте заглушки существующие гидродинамические условия.

Геотехнические и геологические условия

Перед установкой крышки на месте необходимо провести исследование геотехнических и геологических условий, поскольку возможно осаждение под крышкой. Если прогнозируется, что осадка будет значительной, возможно, придется сделать конструкцию крышки толще, чем первоначально предполагалось, чтобы осадка не нарушала целостность крышки.

Перед размещением важно учитывать гидрогеологические условия. Важно определить места разгрузки, то есть области, где путь потока грунтовых вод имеет восходящую составляющую. Этот сброс может привести к смещению колпака на месте или к переносу защитной оболочки в поверхностные воды, что приведет к снижению эффективности колпака на месте.

Характеристика осадков

Прежде чем приступить к строительству и проектированию ISC, необходима типичная характеристика осадков. Эти тесты отложений включают в себя: «визуальную классификацию, природное содержание воды/концентрацию твердых веществ, индексы пластичности ( пределы Аттерберга ), содержание общего органического углерода (TOC), гранулометрический состав, удельный вес и Единую систему классификации почв (USCS)».

Использование водных путей

Важно понимать, каковы текущие виды использования водных путей и как на них может повлиять установка заглушки на месте. Некоторые виды использования водных путей, на которые может повлиять строительство насыпи на месте, включают, помимо прочего, «судоходство, борьбу с наводнениями, отдых, водоснабжение, сброс ливневых вод или сточных вод, обустройство береговой линии и транспортный переход». Использование колпака на месте может ограничить некоторые из этих действий из-за важности сохранения целостности колпачка в течение длительного периода времени, любое использование, которое может привести к смещению колпака, должно быть ограничено. ограничение на месте приведет к уменьшению глубины воды, что ограничит размер судов, которые могут пересекать этот район. Эти ограничения на водном пути также могут иметь социальные и экономические последствия, которые необходимо учитывать.

Нормативные стандарты

Важно знать все действующие нормативные стандарты для желаемого местоположения ISC. Все ISC должны соответствовать требованиям Закона о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA) и Закона о контроле за токсичными веществами (TSCA), хотя способность ограничения на месте соответствовать этим стандартам в долгосрочной перспективе не была успешно исследована и изучена. достаточно из-за отсутствия данных.

Дизайн кепки

Конструкция колпака, включающая в себя состав и размеры компонентов, вероятно, является наиболее важным аспектом герметизации на месте. Конструкции колпачков «должны быть совместимы с имеющимися методами строительства и размещения», а также соответствовать трем ранее упомянутым выше критериям. Конструкции колпачков обычно располагаются на небольших участках с небольшими объемами загрязнений. Крышка обычно состоит из многих слоев гранулированного материала, армированного камня и геотекстиля. В настоящее время лабораторные испытания и модели различных задействованных процессов (адвекция, диффузия, биотурбация, консолидация, эрозия), ограниченный полевой опыт и данные мониторинга позволяют создать крышку. Поскольку данные и практический опыт ограничены, при проектировании заглушки на месте используется консервативный подход. В этом подходе используется идея о том, что множество различных компонентов являются аддитивными, и ни один компонент ограничения не выполняет двойную функцию, хотя на практике компонент может выполнять двойную функцию.

Шесть шагов дизайна кепки

Шесть общих этапов проектирования колпачка на месте, предложенные Palermo et al. перечислены ниже:

1. Определить возможные перекрывающие материалы и их совместимость с загрязненными отложениями на площадке.
2. Оценить потенциал биотурбации местного бентоса и разработать защитный компонент для физической изоляции отложений, загрязняющих загрязняющие вещества, из бентической среды.
3. Оцените потенциальную эрозию на участке перекрытия, вызванную течениями, волнами, омыванием винта, и спроектируйте компонент крышки для стабилизации загрязненных отложений и других компонентов крышки.
4. Оцените потенциальный поток загрязняющих веществ в отложениях и спроектируйте колпачок для уменьшения потока растворенных загрязняющих веществ в толщу воды.
5. Оцените потенциальное взаимодействие и совместимость компонентов крышки, включая консолидацию сжимаемых материалов.
6. Оцените эксплуатационные соображения и определите ограничения или дополнительные защитные меры, необходимые для обеспечения целостности крышки.

Выбор материалов

Определение материалов следует оценить в начале проекта, поскольку они обычно представляют собой наибольшую стоимость проекта. Таким образом, если необходимые материалы стоят слишком дорого, проект может вообще оказаться неосуществимым. В большинстве случаев используются гранулированные материалы. Они могут включать, помимо прочего, «карьерный песок, природные отложения или почвенные материалы». Исследования показали, что мелкозернистые материалы и песчаные материалы могут быть эффективны при возведении монолитной оголовка. Кроме того, было показано, что мелкозернистые материалы действуют как лучшие химические барьеры, чем песчаные шапки. Таким образом, мелкозернистый материал является лучшим покрывающим компонентом, чем песок, промытый на заводе. Важно контролировать количество органического материала в шапке, поскольку бентосные организмы проявляют интерес к зарыванию рыхлых мелкозернистых отложений, содержащих органические вещества. Повышенные уровни органических веществ в песках показали увеличение задержки гидрофобных органических загрязнителей через верхний слой и способствуют разложению загрязняющих веществ. Таким образом, необходим тщательный баланс органики.

Геомембраны

Геомембраны могут служить многочисленным целям в конструкции колпачка, в том числе «обеспечивать биотурбационный барьер; стабилизировать крышку; уменьшить поток загрязнений; не допускать смешивания покрывных материалов с нижележащими отложениями; способствовать единообразной консолидации; уменьшить эрозию перекрывающих материалов». Геомембраны использовались для стабилизации в двух проектах вместе с гранулированными материалами для МСК, построенного на реке Шебойган и в заливе Эйтрхайм, Норвегия. Хотя геомембраны, по-видимому, имеют большие преимущества, возникла проблема подъема и раздувания, и не так много исследований было проведено для оценки того, что вызывает подъем геомембраны над поверхностью. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить общую эффективность геосинтетических материалов для химической изоляции.

Крышка броня

Бронирующий камень , то есть любой камень, который используется для «экранирования» остальной части колпака на месте, может использоваться для обеспечения устойчивости к эрозии и должен учитываться при проектировании колпака. Долгосрочная работоспособность крышки зависит, прежде всего, от ее способности противостоять внешним силам, в основном гидравлическим силам. Существует три основных подхода, которые можно использовать для обеспечения долгосрочной стабильности капитализации:

1. Верхний слой должен быть достаточно армирован, чтобы выдерживать различные гидравлические силы.
2. Закройте более глубокий слой, поскольку гидравлические силы обычно уменьшаются с уменьшением глубины.
3. Постарайтесь контролировать гидравлические силы, чтобы ограничить их воздействие на верхний слой с помощью волноломов, плотин, навигационных средств и т. д.

Биотурбация

Биотурбация определяется как нарушение и перемешивание осадков донными организмами. Многие водные организмы живут на донных отложениях или в них и могут значительно увеличить «миграцию загрязняющих веществ в отложениях за счет прямого движения частиц отложений, увеличивая площадь поверхности отложений, подвергающихся воздействию толщи воды, а также в качестве пищи для выпаса эпибентических или пелагических организмов». на бентос». Глубина биотурбации в морской среде больше, чем в пресноводной среде. Чтобы предотвратить и уменьшить воздействие биотурбации на шапку, шапку следует проектировать с жертвенным слоем, обычно толщиной всего несколько сантиметров ( 5–10 см). Предполагается, что этот слой полностью перемешан с окружающей средой и должен препятствовать дальнейшему опусканию бентосных организмов в шапку in-situ. Толщина жертвенного слоя должна основываться на изучении местных организмов и их поведение в окружающих отложениях вблизи места строительства колпака, поскольку известно, что некоторые донные организмы зарываются на глубину 1 м и более. Известно, что наличие панцирного камня ограничивает колонизацию глубоко роющими донными существами. Другой метод предотвращения разрушения целостности конструкции крышки бентосными организмами заключается в выборе гранулированной среды, которую местные донные организмы считают непривлекательной и о которой не известно, что она легко колонизируется на этой поверхности, что ограничивает вероятность того, что на крышке вырастет донный организм. .

Уплотнение подлежащего материала следует учитывать при условии, что выбранный материал для покрытия «представляет собой мелкозернистый сыпучий материал». Следует учитывать консолидацию подстилающего материала вследствие «адвекции поровой воды вверх в ограничение во время консолидации».

Эрозионные эффекты

Эрозию следует тщательно рассматривать. Для определения уровня защиты от эрозии важно учитывать «потенциальную серьезность воздействия на окружающую среду, связанного с эрозией покрытия и потенциальным рассеиванием загрязнителей отложений в экстремальных ситуациях» (например, в случае 100-летнего события). Недостаточно спроектированный колпачок на месте может быть поврежден эрозией, что приведет к выбросу загрязняющих веществ. Чрезмерно спроектированная крышка приведет к чрезвычайно высоким затратам.

Строительство

Поскольку конструкция колпака напрямую влияет на работоспособность колпака на месте, важно тщательно его планировать. Важно отметить, что «многие загрязненные участки отложений содержат чрезвычайно мягкие отложения, которые можно легко нарушить, сместить или дестабилизировать из-за неравномерного размещения и могут иметь недостаточную несущую способность, чтобы выдерживать некоторые материалы покрытия».

Существует два основных способа создания колпака на месте:

1. Наземное размещение: предполагает использование оборудования вблизи берега или работу в узких каналах. Крышка построена с использованием стандартного строительного оборудования, такого как «экскаваторы-погрузчики, грейферы, сброшенные с грузовиков и / или разложенные бульдозерами». Основным ограничением этого метода является дальность действия оборудования.
2. Размещение трубопровода или баржи: сюда входит установка заглушки на месте с помощью баржи или трубопровода. Использование различных типов оборудования для размещения компонентов крышки на дне океана или озера. Обычно это желаемый метод при работе на глубоких участках или на море.

Мониторинг

Пять шагов программы мониторинга

Фредетт и др. обрисовывает пять шагов по разработке программы физического/биологического мониторинга для проектов ISC:

1. Определение целей мониторинга для конкретного объекта
2. Определение элементов плана мониторинга
3. Прогнозирование ответов и разработка проверяемых гипотез
4. Определение плана и методов выборки
5. Назначение вариантов управления

Поэтому важно, чтобы программа мониторинга была внедрена в начале строительства. Для наблюдения за крышкой на месте во время строительства и сразу после него следует использовать краткосрочную программу мониторинга. Эта программа мониторинга должна включать в себя частое тестирование, чтобы предоставлять данные в реальном времени, чтобы можно было быстро внести коррективы в общую конструкцию крышки. Должна быть создана программа долгосрочного мониторинга для получения данных об общей эффективности конструкции крышки и обеспечения соответствия крышки всем необходимым нормам и отсутствия чрезмерной эрозии крышки. Этот долгосрочный мониторинг необходимо оценивать только раз в два года, если не будет обнаружена проблема; тогда потребуется более частое тестирование.

Во время мониторинга важно запланировать плановое техническое обслуживание. Это может включать в себя размещение материала, равного прогнозируемому количеству материала, удаленному в результате эрозии.

Тематические исследования

Хотя ISC является относительно новой процедурой исправления ситуации, несколько групп использовали ее с большим успехом.

Сайт Суперфонда General Motors

В Массене, штат Нью-Йорк , на объекте General Motors Superfund почва , загрязненная ПХД , неоднократно подвергалась дноуглубительным работам, но в некоторых районах по-прежнему сохранялся высокий уровень загрязнения (>10 частей на миллион). Эти территории были ограничены, их приблизительная площадь составляла 75 000 квадратных футов (7 000 м²). ² ), с трехслойным ISC, состоящим из 6 дюймов песка, 6 дюймов гравия и 6 дюймов броневого камня.

Река Манистик, Мичиган

В реке Манистик , штат Мичиган , отложения, загрязненные ПХД, были покрыты пластиковой пленкой толщиной 40 мм на площади 20 000 квадратных футов (1900 м2). ² ) с различной глубиной до 15 футов.

Река Шебойган, Висконсин

В реке Шебойган, штат Висконсин, отложения, загрязненные ПХД, были покрыты слоем песка и слоем броневого камня. Это делалось на мелководных участках, где было возможно прямое размещение.

Проект восстановления батареи Marathon

В Колд-Спринге, штат Нью-Йорк , на реке Гудзон отложения были загрязнены кадмием и никелем с завода по производству аккумуляторов. Поверх загрязненной территории был уложен геосинтетический глиняный слой (GCL) и 12-дюймовое покрытие из супеси.

Сайт Суперфонда Galaxy/Spectron

В Элктоне, штат Мэриленд , были обнаружены загрязненные отложения с избыточным количеством летучих органических компонентов и плотных жидкостей неводной фазы , что привело к сильным выбросам. Система покрытия, построенная над загрязненными отходами, включала геотекстильный рабочий мат, GCL, полипропиленовый вкладыш, армированный сеткой, геотекстильную подушку и габионный мат.

Будущие исследования

В настоящее время необходимо оценить четыре основные области исследований:

1. «Исследование судьбы и поведения при переносе конкретных загрязнителей, которые ведут себя не так просто, как предполагается в существующих подходах к оценке предельных значений (например, ртути)»
2. «Исследование судебных процессов, связанных с физическими, химическими и биологическими градиентами внутри шапки»
3. «Исследование влияния процессов транспорта, облегченных неводной фазой жидкости ( НАПЛ ) или миграцией газа»
4. «Исследование поправок к предельному размеру, которые могут способствовать процессам секвестрации или деградации»

См. также

• Окисление на месте