Ремедиация 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 питьевой воды в мире добывается из скважин и вырытых колодцев . [1] Грунтовые воды также используются фермерами для орошения сельскохозяйственных культур и промышленностью для производства повседневных товаров. Большая часть грунтовых вод чистая, но грунтовые воды могут загрязняться или загрязняться в результате деятельности человека или в результате природных условий.
Многочисленные и разнообразные виды деятельности человека производят бесчисленные отходы и побочные продукты. Исторически утилизация таких отходов не подвергалась многим регулирующим мерам. Следовательно, отходы часто утилизировались или хранились на поверхности земли, где они просачивались в нижележащие грунтовые воды. В результате загрязненные грунтовые воды непригодны для использования.
Текущая практика все еще может влиять на грунтовые воды, например, чрезмерное применение удобрений или пестицидов , разливы от промышленных операций, инфильтрация городских стоков и утечки со свалок . Использование загрязненных грунтовых вод создает опасность для здоровья населения из-за отравления или распространения болезней, и практика восстановления грунтовых вод была разработана для решения этих проблем. Загрязнители, обнаруженные в грунтовых водах, охватывают широкий спектр физических, неорганических химических, органических химических, бактериологических и радиоактивных параметров. Загрязнители и загрязняющие вещества могут быть удалены из грунтовых вод с помощью различных методов, тем самым доводя воду до стандарта, который соизмерим с различными предполагаемыми видами использования.
Методы очистки грунтовых вод охватывают биологические, химические и физические технологии очистки . Большинство методов очистки грунтовых вод используют комбинацию технологий. Некоторые из методов биологической очистки включают биоаугментацию , биовентиляцию , биобарботаж , биослюрпинг и фиторемедиацию . Некоторые методы химической очистки включают в себя впрыскивание озона и кислорода , химическое осаждение , мембранное разделение , ионный обмен , поглощение углерода , водное химическое окисление и поверхностно-активное улучшенное восстановление . Некоторые химические методы могут быть реализованы с использованием наноматериалов . Физические методы очистки включают, помимо прочего, насос и очистку , барботаж воздухом и двухфазную экстракцию . [ требуется ссылка ]
Если исследование очищаемости не показывает деградации (или длительного лабораторного периода до достижения значительной деградации) в загрязнении, содержащемся в грунтовых водах, то инокуляция штаммами, которые, как известно, способны деградировать загрязняющие вещества, может быть полезной. Этот процесс увеличивает концентрацию реактивных ферментов в системе биоремедиации и впоследствии может увеличить скорость деградации загрязняющих веществ по сравнению с неувеличенной скоростью, по крайней мере, первоначально после инокуляции. [2]
Биовентирование — это технология локальной рекультивации, которая использует микроорганизмы для биодеградации органических компонентов в системе грунтовых вод. Биовентирование усиливает активность местных бактерий и архей и стимулирует естественную in situ биодеградацию углеводородов , вызывая поток воздуха или кислорода в ненасыщенную зону и, при необходимости, добавляя питательные вещества. [3] Во время биовентиляции кислород может подаваться путем прямой инъекции воздуха в остаточное загрязнение в почве. Биовентирование в первую очередь способствует деградации адсорбированных остатков топлива, но также способствует деградации летучих органических соединений (ЛОС), поскольку пары медленно перемещаются через биологически активную почву. [4]
Биоспарж — это технология рекультивации in situ , которая использует местные микроорганизмы для биодеградации органических компонентов в насыщенной зоне. При биоспаржении воздух (или кислород) и питательные вещества (при необходимости) впрыскиваются в насыщенную зону для повышения биологической активности местных микроорганизмов. Биоспаржение может использоваться для снижения концентрации нефтяных компонентов, которые растворяются в грунтовых водах, адсорбируются почвой ниже уровня грунтовых вод и в капиллярной кайме . [ требуется цитата ]
Bioslurping сочетает в себе элементы биовентиляции и вакуумной откачки свободного продукта, который легче воды ( легкая неводная фазовая жидкость или LNAPL), для извлечения свободного продукта из грунтовых вод и почвы, а также для биоремедиации почв. Система bioslurper использует трубку «slurp», которая простирается в слой свободного продукта. Подобно тому, как соломинка в стакане втягивает жидкость, насос втягивает жидкость (включая свободный продукт) и почвенный газ вверх по трубке в том же технологическом потоке. Откачка поднимает LNAPL, такие как нефть, с поверхности грунтовых вод и из капиллярной каймы (т. е. области чуть выше насыщенной зоны, где вода удерживается на месте капиллярными силами). LNAPL выводится на поверхность, где он отделяется от воды и воздуха. Биологические процессы в термине «bioslurping» относятся к аэробной биологической деградации углеводородов, когда воздух вводится в ненасыщенную зону загрязненной почвы. [5]
В процессе фиторемедиации высаживаются определенные растения и деревья , корни которых со временем поглощают загрязняющие вещества из грунтовых вод. Этот процесс можно проводить в областях, где корни могут использовать грунтовые воды. Несколько примеров растений, которые используются в этом процессе: китайский папоротник Pteris vittata, также известный как папоротник-тормоз, является высокоэффективным накопителем мышьяка . Генетически измененные тополя являются хорошими поглотителями ртути , а трансгенные растения индийской горчицы хорошо поглощают селен . [6]
Некоторые типы проницаемых реактивных барьеров используют биологические организмы для очистки грунтовых вод. [ необходима цитата ]
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 перемешиваемом реакционном сосуде, либо порционно, либо с постоянным потоком. Большинство металлов можно преобразовать в нерастворимые соединения путем химических реакций между агентом и растворенными ионами металлов. Нерастворимые соединения (осадок) удаляются путем отстаивания и/или фильтрации. [ необходима цитата ]
Ионный обмен для очистки грунтовых вод практически всегда осуществляется путем пропускания воды вниз под давлением через фиксированный 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 очистки, являются цеолиты (как природные, так и синтетические) и синтетические смолы. [2]
Наиболее распространенный активированный уголь, используемый для рекультивации, получают из битуминозного угля . Активированный уголь адсорбирует летучие органические соединения из грунтовых вод; соединения прикрепляются к графитоподобной поверхности активированного угля. [ необходима цитата ]
В этом процессе, называемом In Situ Chemical Oxidation или ISCO, химические окислители доставляются в недра для разрушения (превращения в воду и углекислый газ или в нетоксичные вещества) органических молекул. Окислители вводятся в виде жидкостей или газов. Окислители включают воздух или кислород, озон и некоторые жидкие химикаты, такие как перекись водорода , перманганат и персульфат . Озон и кислород могут быть получены на месте из воздуха и электричества и непосредственно введены в загрязнение почвы и грунтовых вод. Процесс имеет потенциал для окисления и/или усиления естественной аэробной деградации. Химическое окисление оказалось эффективным методом для плотной неводной фазы жидкости или DNAPL, когда она присутствует. [ необходима цитата ]
Улучшенное восстановление с помощью поверхностно-активных веществ увеличивает подвижность и растворимость загрязняющих веществ, поглощенных насыщенной почвенной матрицей или присутствующих в виде плотной неводной фазовой жидкости . Улучшенное восстановление с помощью поверхностно-активных веществ вводит поверхностно-активные вещества (поверхностно-активные вещества, которые являются основным ингредиентом мыла и моющих средств) в загрязненные грунтовые воды. Типичная система использует насос для извлечения грунтовых вод ниже точки впрыска. Извлеченные грунтовые воды обрабатываются над землей для отделения введенных поверхностно-активных веществ от загрязняющих веществ и грунтовых вод. После того, как поверхностно-активные вещества отделились от грунтовых вод, они используются повторно. Используемые поверхностно-активные вещества нетоксичны, пригодны для использования в пищевых продуктах и биоразлагаемы. Улучшенное восстановление с помощью поверхностно-активных веществ чаще всего используется, когда грунтовые воды загрязнены плотными неводными фазовыми жидкостями (DNAPL). Эти плотные соединения, такие как трихлорэтилен (TCE), тонут в грунтовых водах, поскольку они имеют более высокую плотность, чем вода. Затем они действуют как непрерывный источник для шлейфов загрязняющих веществ , которые могут простираться на мили в пределах водоносного горизонта. Эти соединения могут биоразлагаться очень медленно. Они обычно находятся вблизи первоначального разлива или утечки, где капиллярные силы задержали их. [7]
Некоторые проницаемые реактивные барьеры используют химические процессы для очистки грунтовых вод. [ необходима ссылка ]
Pump and treat — одна из наиболее широко используемых технологий очистки грунтовых вод. В этом процессе грунтовые воды выкачиваются на поверхность и подвергаются биологической или химической обработке для удаления примесей. [ необходима цитата ]
Воздушное барботирование — это процесс вдувания воздуха непосредственно в грунтовые воды. По мере того, как пузырьки поднимаются, 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 того, как загрязняющие вещества перемещаются в почву, для удаления паров обычно используется система извлечения паров из почвы . [8]
Двухфазная вакуумная экстракция (DPVE), также известная как многофазная экстракция, представляет собой технологию, которая использует высоковакуумную систему для удаления как загрязненных грунтовых вод, так и почвенных паров. В системах DPVE скважина для высоковакуумной экстракции устанавливается с экранированной секцией в зоне загрязненных почв и грунтовых вод. Системы экстракции жидкости/пара снижают уровень грунтовых вод, и вода быстрее течет в скважину для экстракции. DPVE удаляет загрязняющие вещества из областей выше и ниже уровня грунтовых вод. По мере того, как уровень грунтовых вод вокруг скважины понижается из-за откачки, обнажается ненасыщенная почва. Эта область, называемая капиллярной каймой , часто сильно загрязнена, так как она содержит нерастворенные химикаты, химикаты, которые легче воды, и пары, которые выделились из растворенных грунтовых вод ниже. Загрязняющие вещества в новой открытой зоне можно удалить путем экстракции паров. Оказавшись на поверхности, извлеченные пары и органические вещества в жидкой фазе и грунтовые воды разделяются и обрабатываются. Использование двухфазной вакуумной экстракции с этими технологиями может сократить время очистки на объекте, поскольку капиллярная кайма часто является наиболее загрязненной зоной. [9]
Мониторинговые скважины часто бурятся с целью сбора образцов грунтовых вод для анализа. Эти скважины, которые обычно имеют диаметр шесть дюймов или меньше, также могут использоваться для удаления углеводородов из загрязняющего шлейфа в водоносном горизонте грунтовых вод с помощью ленточного скиммера для сбора нефти. Ленточные скиммеры для сбора нефти, которые просты по конструкции, обычно используются для удаления нефти и других плавающих углеводородных загрязняющих веществ из промышленных систем водоснабжения. [ необходима цитата ]
Нефтеуловитель для контрольной скважины очищает различные виды нефти, начиная от легких нефтяных топлив, таких как бензин, легкое дизельное топливо или керосин, и заканчивая тяжелыми продуктами, такими как масло № 6, креозот и каменноугольная смола. Он состоит из непрерывно движущейся ленты, которая работает на системе шкивов, приводимых в действие электродвигателем. Материал ленты имеет сильное сродство к углеводородным жидкостям и к сбросу воды. Лента, которая может иметь вертикальный перепад более 100 футов, опускается в контрольную скважину мимо интерфейса LNAPL/вода. Когда лента движется через этот интерфейс, она собирает жидкие углеводородные загрязнители, которые удаляются и собираются на уровне земли, когда лента проходит через механизм очистителя. В той степени, в которой углеводороды DNAPL оседают на дне контрольной скважины, и нижний шкив ленточного скиммера достигает их, эти загрязнители также могут быть удалены с помощью нефтяного скиммера для контрольной скважины. [ необходима цитата ]
Обычно ленточные скиммеры удаляют очень мало воды с загрязняющими веществами, поэтому простые сепараторы типа водослива могут использоваться для сбора оставшейся углеводородной жидкости, что часто делает воду пригодной для возврата в водоносный горизонт. Поскольку небольшой электродвигатель потребляет мало электроэнергии, он может питаться от солнечных батарей или ветряной турбины , что делает систему самодостаточной и устраняет расходы на подачу электроэнергии в удаленное место. [10]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )