Восстановление грунтовых вод - это процесс, который используется для очистки загрязненных грунтовых вод путем удаления загрязняющих веществ или преобразования их в безвредные продукты. Подземные воды - это вода, находящаяся ниже поверхности земли, которая насыщает поровое пространство в недрах. Во всем мире от 25 до 40 процентов питьевой воды в мире забирается из скважин и вырытых колодцев . [1] Подземные воды также используются фермерами для орошения сельскохозяйственных культур и промышленностью для производства товаров повседневного спроса. Большинство грунтовых вод чистые, но грунтовые воды могут быть загрязнены или загрязнены в результате деятельности человека или в результате природных условий.
Многочисленные и разнообразные виды деятельности человека производят бесчисленные отходы и побочные продукты. Исторически сложилось так, что удаление таких отходов не подлежало многим регулирующим нормам. Следовательно, отходы часто удаляются или хранятся на поверхности земли, где они просачиваются в подземные воды. В результате загрязненные грунтовые воды непригодны для использования.
Существующие методы по-прежнему 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 грунтовых вод создает опасность для здоровья населения из- за отравлений или распространения болезней, и для решения этих проблем была разработана практика восстановления грунтовых вод. Загрязняющие вещества, обнаруженные в подземных водах, охватывают широкий спектр физических, неорганических химических, органических химических, бактериологических и радиоактивных параметров. Загрязняющие вещества и загрязняющие вещества могут быть удалены из грунтовых вод, применяя различные методы, тем самым доводя воду до стандарта, соизмеримого с различными предполагаемыми видами использования.
Методы
Методы восстановления грунтовых вод охватывают биологические, химические и физические технологии очистки . В большинстве методов очистки грунтовых вод используется комбинация технологий. Некоторые из методов биологической очистки включают биоаугментацию , биовентиляцию , биоразбавку , биоплодотворение и фиторемедиацию . Некоторые методы химической обработки включают закачку озона и газообразного кислорода , химическое осаждение , мембранное разделение , ионный обмен , абсорбцию углерода , химическое окисление в воде и извлечение с повышенным содержанием поверхностно-активных веществ . Некоторые химические методы могут быть реализованы с использованием наноматериалов . Методы физической обработки включают, помимо прочего, откачку и обработку , барботирование воздуха и двухфазную экстракцию . [ необходима цитата ]
Технологии биологической очистки
Биоаугментация
Если исследование излечиваемости показывает отсутствие разложения (или продолжительный лабораторный период до достижения значительного разложения) загрязнения, содержащегося в грунтовых водах, то может быть полезна инокуляция штаммами, которые, как известно, способны разлагать загрязнители. 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, вначале после инокуляции. [2]
Биовентинг
Bioventing - это технология восстановления на месте, которая использует микроорганизмы для биоразложения органических компонентов в системе грунтовых вод. Биовентинг усиливает активность местных бактерий и архей и стимулирует естественное биоразложение углеводородов in situ , вызывая поток воздуха или кислорода в ненасыщенную зону и, при необходимости, добавляя питательные вещества. [3] Во время биовентиляции кислород может подаваться путем прямого впрыска воздуха в остаточные загрязнения в почве. Bioventing в первую очередь способствует разложению адсорбированных остатков топлива, но также способствует разложению летучих органических соединений (ЛОС), поскольку пары медленно перемещаются через биологически активную почву. [4]
Биоразбрасывание
Биоразложение - это технология восстановления на месте, в которой используются местные микроорганизмы для биоразложения органических компонентов в насыщенной зоне. При биоразложении воздух (или кислород) и питательные вещества (при необходимости) вводятся в зону насыщения для повышения биологической активности местных микроорганизмов. Биоразбавление можно использовать для снижения концентрации компонентов нефти , которые растворяются в грунтовых водах, адсорбируются почвой ниже уровня грунтовых вод и внутри капиллярной каймы . [ необходима цитата ]
Биоплодотворение
Bioslurping сочетает в себе элементы биовентиляции и откачки с усилением вакуума свободного продукта, который легче воды ( легкая жидкость в неводной фазе или LNAPL), для извлечения свободного продукта из грунтовых вод и почвы, а также для биовосстановления почв. В системе bioslurper используется трубка для «отхаркивания», которая проходит в слой свободного продукта. Подобно тому, как трубочка в стакане всасывает жидкость, насос всасывает жидкость (включая свободный продукт) и почвенный газ по трубке в одном технологическом потоке. Перекачивание поднимает LNAPL, такие как нефть, от поверхности уровня грунтовых вод и от капиллярной каймы (то есть области непосредственно над зоной насыщения, где вода удерживается на месте капиллярными силами). LNAPL выводится на поверхность, где он отделяется от воды и воздуха. Биологические процессы в термине «биошлампинг» относятся к аэробному биологическому разложению углеводородов, когда воздух вводится в загрязненную почву ненасыщенной зоны. [5]
Фиторемедиация
В фиторемедиационного процессе некоторые растения и деревья посажены, корни которого поглощают загрязняющие вещества из грунтовых вод с течением времени. Этот процесс можно проводить на участках, где корни могут отводить грунтовые воды. Немногочисленные примеры растений, которые используются в этом процессе, - китайский лесной папоротник Pteris vittata, также известный как тормозной папоротник, является высокоэффективным накопителем мышьяка . Генетически измененные деревья тополя являются хорошими поглотителями ртути, а трансгенные растения индийской горчицы хорошо впитывают селен . [6]
Проницаемые реактивные барьеры
Определенные типы проницаемых реактивных барьеров используют биологические организмы для восстановления грунтовых вод. [ необходима цитата ]
Технологии химической обработки
Химическое осаждение
Химическое осаждение обычно используется при очистке сточных вод для удаления жесткости и тяжелых металлов . Как правило, способ включает добавление агента к водному потоку отходов в реакционном сосуде с мешалкой либо периодически, либо с постоянным потоком. Большинство металлов можно превратить в нерастворимые соединения с помощью химических реакций между агентом и растворенными ионами металлов. Нерастворимые соединения (осадки) удаляются отстаиванием и / или фильтрованием. [ необходима цитата ]
Ионный обмен
Ионный обмен для восстановления грунтовых вод практически всегда осуществляется путем пропускания воды вниз под давлением через неподвижный слой гранулированной среды (катионообменная среда и анионообменная среда) или сферических гранул. Катионы вытесняются определенными катионами из растворов, а ионы вытесняются определенными анионами из раствора. Ионообменные среды, наиболее часто используемые для восстановления, представляют собой цеолиты (как природные, так и синтетические) и синтетические смолы. [2]
Адсорбция углерода
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. [ необходима цитата ]
Химическое окисление
В этом процессе, называемом химическим окислением на месте или ISCO, химические окислители доставляются в недра, чтобы разрушить (преобразовать в воду и углекислый газ или 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 . Озон и газообразный кислород могут вырабатываться на месте из воздуха и электричества и напрямую попадать в почву и грунтовые воды. Этот процесс может окислять и / или усиливать естественное аэробное разложение. Химическое окисление оказалось эффективным методом для плотной жидкости в неводной фазе или DNAPL, когда он присутствует. [ необходима цитата ]
Поверхностно-активное вещество улучшает восстановление
Повышенное извлечение поверхностно-активного вещества увеличивает подвижность и растворимость загрязняющих веществ, абсорбированных насыщенной почвенной матрицей или присутствующих в виде плотной жидкости в неводной фазе . Восстановление с повышенным содержанием поверхностно-активных веществ вводит поверхностно-активные вещества (поверхностно-активные вещества, которые являются основным ингредиентом мыла и моющего средства) в загрязненные грунтовые воды. Типичная система использует откачивающий насос для удаления грунтовых вод ниже по течению от точки нагнетания. Добытые подземные воды обрабатываются над землей для отделения закачиваемых поверхностно-активных веществ от загрязняющих веществ и грунтовых вод. После отделения поверхностно-активных веществ от грунтовых вод они используются повторно. Используемые поверхностно-активные вещества нетоксичны, подходят для пищевых продуктов и поддаются биологическому разложению. Повышенное восстановление поверхностно- активных веществ используется чаще всего, когда подземные воды загрязнены плотными жидкостями неводной фазы (DNAPL). Эти плотные соединения, такие как трихлорэтилен (ТХЭ), тонут в грунтовых водах, потому что они имеют более высокую плотность, чем вода. Затем они действуют как постоянный источник загрязняющих шлейфов, которые могут простираться на многие мили в пределах водоносного горизонта. Эти соединения могут очень медленно разлагаться. Обычно они находятся в непосредственной близости от места первоначального разлива или утечки, где их захватили капиллярные силы. [7]
Проницаемые реактивные барьеры
Некоторые проницаемые реактивные барьеры используют химические процессы для восстановления грунтовых вод. [ необходима цитата ]
Технологии физического лечения
Накачать и лечить
Перекачка и очистка - одна из наиболее широко используемых технологий восстановления грунтовых вод. В этом процессе грунтовые воды перекачиваются на поверхность и подвергаются биологической или химической обработке для удаления примесей. [ необходима цитата ]
Барботаж воздуха
Барботаж - это процесс вдувания воздуха непосредственно в грунтовые воды. По мере подъема пузырьков загрязняющие вещества удаляются из грунтовых вод путем физического контакта с воздухом (т. Е. Зачистки) и переносятся в ненасыщенную зону (т. Е. В почву). По мере продвижения загрязняющих веществ в почву для удаления паров обычно используется система отвода паров почвы . [8]
Двухфазная вакуумная экстракция
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 почвенного пара. В системах ДПВЭ в зоне загрязненных почв и грунтовых вод устанавливается высоковакуумный колодец с экранированным участком. Системы экстракции жидкости / пара понижают уровень грунтовых вод, и вода быстрее течет в колодец. DPVE удаляет загрязнения сверху и снизу уровня грунтовых вод. Поскольку уровень грунтовых вод вокруг колодца понижается из-за откачки, ненасыщенная почва обнажается. Эта область, называемая капиллярной каймой , часто сильно загрязнена, поскольку она содержит нерастворенные химические вещества, химические вещества, которые легче воды, и пары, которые вышли из растворенных грунтовых вод внизу. Загрязнения во вновь открытой зоне можно удалить путем отвода пара. Оказавшись над землей, извлеченные пары, жидкие органические вещества и грунтовые воды отделяются и обрабатываются. Использование двухфазной вакуумной экстракции с этими технологиями может сократить время очистки на месте, потому что капиллярная кайма часто является наиболее загрязненной областью. [9]
Мониторинг-сбор нефти из скважин
Мониторинговые скважины часто бурятся с целью отбора проб грунтовых вод для анализа. Эти скважины, которые обычно имеют диаметр шести дюймов или меньше, также могут использоваться для удаления углеводородов из шлейфа загрязняющих веществ в подземном водоносном горизонте с помощью ленточного нефтесборщика. Ленточные нефтесборщики, которые имеют простую конструкцию, обычно используются для удаления нефти и других плавающих углеводородных загрязняющих веществ из промышленных водных систем. [ необходима цитата ]
Нефтяной скиммер в контрольной скважине восстанавливает различные виды нефти, от легкого жидкого топлива, такого как бензин, легкое дизельное топливо или керосин, до тяжелых продуктов, таких как нефть № 6, креозот и каменноугольная смола. Он состоит из непрерывно движущегося ремня, который работает на шкивной системе, приводимой в действие электродвигателем. Материал ремня имеет сильное сродство к углеводородным жидкостям и воде. Лента, высота падения которой может составлять более 100 футов, опускается в мониторинговую скважину за границу раздела LNAPL / вода. По мере того, как ремень движется через этот интерфейс, он улавливает жидкие углеводородные загрязнения, которые удаляются и собираются на уровне земли, когда ремень проходит через механизм грязесъемника. Если углеводороды DNAPL оседают на дне контрольной скважины, и нижний шкив ленточного скиммера достигает их, эти загрязнения также могут быть удалены нефтесборщиком контрольной скважины. [ необходима цитата ]
Как правило, ленточные скиммеры удаляют очень мало воды с загрязняющими веществами, поэтому для сбора любой оставшейся углеводородной жидкости можно использовать простые сепараторы водосливного типа, что часто делает воду пригодной для возврата в водоносный горизонт. Поскольку небольшой электродвигатель потребляет мало электроэнергии, он может питаться от солнечных панелей или ветряной турбины , что делает систему самодостаточной и исключает расходы на подачу электроэнергии в удаленное место. [10]
Смотрите также
- Токсичные деликты
- Браунфилд
- CERCLA
- Загрязнение грунтовых вод
- Плюм (гидродинамика)
- Применение нанотехнологий для восстановления подземных вод
Рекомендации
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 28 декабря 2013 года . Проверено 9 августа 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ a b Hayman, M, & Dupont, RR (2001). Подземные воды и восстановление почв: проектирование процессов и оценка стоимости проверенных технологий. Рестон, Вирджиния: ASCE Press.
- ^ «Часто задаваемые вопросы Akaya» . Акая . Проверено 14 сентября 2015 .
- ^ "Bioventing" , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009.
- ^ "Bioslurping" , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009.
- ^ Стюарт, Роберт. «Восстановление грунтовых вод». Архивировано 7 мая2016 г. на Wayback Machine , 23 декабря 2008 г. Проверено 29 ноября 2009.
- ^ «Повышенное восстановление поверхностно-активных веществ» , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009.
- ^ "Air Sparging" , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009.
- ^ «Двухфазная экстракция» , Центр общественного экологического надзора (CPEO) . Проверено 29 ноября 2009.
- ^ "Альтернатива закачке и лечению" Боб Тибодо, Интернет-журнал Water, 27 декабря 2006 г.
Внешние ссылки
- Альтернативные технологии очистки подземных резервуаров EPA