Рекультивация загрязненных участков с помощью цемента , также называемая затвердеванием/стабилизацией с помощью цемента (S/S с цементом), является распространенным методом безопасной экологической рекультивации загрязненных земель с помощью цемента . Цемент укрепляет загрязненную почву и предотвращает перемещение загрязняющих веществ , например, вымывание загрязняющих веществ дождем в грунтовые воды или попадание в ручьи дождем или таянием снега . Разработанная в 1950-х годах, эта технология широко используется сегодня для обработки промышленных опасных отходов и загрязненных материалов на заброшенных участках, т. е. заброшенных или недостаточно используемых объектах, которые не восстанавливаются из-за опасений, что они могут быть загрязнены опасными отходами . [1] S/S обеспечивает экономически выгодный способ обработки загрязненных участков. Эта технология обрабатывает и удерживает загрязненную почву на месте, тем самым снижая потребность в свалках .
Метод затвердевания/стабилизации использует химически активные формулы, которые образуют стабильные твердые вещества, которые являются неопасными или менее опасными, чем исходные материалы. [2] Затвердевание относится к физическим изменениям в загрязненном материале при добавлении определенного связующего вещества. Эти изменения включают увеличение прочности на сжатие, уменьшение проницаемости и конденсацию опасных материалов. [1] Стабилизация относится к химическим изменениям между стабилизирующим агентом (связующим агентом) и опасным компонентом. Эти изменения должны включать менее растворимый, менее токсичный компонент с ограниченной подвижностью. [3] Обычные связующие агенты включают, но не ограничиваются, портландцемент , известь, известняк , летучую золу , шлак , глину и гипс . Из-за обширного количества типов опасных материалов каждый агент должен быть испытан на месте до начала полномасштабного проекта. Большинство используемых связующих агентов представляют собой смесь различных отдельных связующих агентов в зависимости от опасного материала, с которым он будет использоваться. Портландцемент использовался для обработки более загрязненного материала, чем любой другой связующий агент S/S, из-за его способности связывать свободные жидкости, уменьшать проницаемость, инкапсулировать опасные материалы и снижать токсичность определенных загрязняющих веществ. Известь может использоваться для регулирования pH вещества отводимой воды с помощью высоких теплот гидратации. Известняк также может использоваться для регулирования уровня pH. Шлак часто используется в экономических целях из-за его низкой стоимости. [1]
In situ — латинская фраза, означающая «на месте». Когда речь идет о химии или химических реакциях, это означает «в реакционной смеси». In situ S/S, на долю которого приходится 20% проектов S/S с 1982 по 2005 год, используется для смешивания связующих веществ с загрязненным материалом, оставаясь на месте. Внешние преимущества смешивания на месте включают экономию транспортных расходов, отсутствие использования свалок и меньший риск для окружающих сообществ подвергнуться воздействию опасных материалов во время транспортировки. [1] Обработка смешиванием на месте также может иметь дополнительное преимущество в виде улучшения состояния почвы на месте. [4]
Ex situ — это латинская фраза, означающая «вне площадки». При смешивании ex situ опасные материалы выкапываются, затем смешиваются машиной с определенным связующим веществом. Этот новый, менее опасный материал затем размещается в указанной зоне или повторно используется на исходной площадке. [5] С 1982 по 2005 год технологии ex-situ S/S составили 80% из 217 завершенных проектов. [1]
Длительное использование обработанного участка, а также экологические и погодные условия могут привести к эрозии материалов, используемых для стабилизации загрязняющих веществ, что ограничит эффект стабилизации на опасных материалах. В связи с этим необходим непрерывный мониторинг участка, чтобы убедиться, что загрязняющие вещества не собираются снова. [5] Факторы окружающей среды, такие как замораживание-оттаивание и увлажнение-высыхание, были в центре внимания многих исследований, посвященных прочности S/S. Было обнаружено, что замораживание и оттаивание оказывают наиболее неблагоприятное воздействие на долговечность обработанных материалов. [2]
При работе с радиоактивным загрязнителем процессу затвердевания могут мешать различные другие типы опасных отходов. Большинство процессов S/S оказывают незначительное или ограниченное воздействие на органику и пестициды. Только путем уничтожения этих отходов путем нагревания при очень высоких температурах органика и пестициды будут иммобилизованы. [5] Перед выполнением процесса на таких типах объектов необходимо провести исследования обрабатываемости, чтобы сделать вывод о том, будет ли процесс затвердевания/стабилизации полезным. [3] Эти процессы цементирования могут привести к значительным изменениям объема объекта, часто до удвоения его первоначального объема. [5]
Правительства Канады и провинции Новая Шотландия в январе 2007 года договорились очистить печально известный загрязненный участок Sydney Tar Ponds с использованием технологии S/S. Цемент был смешан с загрязненными отходами для их затвердевания и стабилизации. [6] Когда процесс S/S был завершен, затвердевшие области были покрыты инженерным покрытием, состоящим из глины, за которым следовали слои гравия и почвы. Наконец, поверхность была засажена травой и другой растительностью. [7]
Технологии S/S использовались для обработки загрязненного бывшего предприятия по обработке древесины в Порт-Ньюарке, штат Нью-Джерси. Около 8 акров (32 000 м 2 ) почвы было загрязнено древесиной с мышьяком, хромом и полициклическими ароматическими углеводородами . 8% портландцемента было использовано от сырого веса загрязненной почвы. Оба процесса in situ и ex situ использовались для обработки более 35 000 кубических метров загрязненной почвы. Обработанная ex situ почва смешивалась с портландцементом с помощью глиномялки, а затем помещалась поверх обработанной in situ почвы. Это создало прекрасную основу для укладки дорожного покрытия на участке. Предлагаемое использование обработанного участка — склад для хранения грузовых контейнеров. [1]
Заброшенные склады в Бостоне, штат Массачусетс, ремонтируются или сносятся для строительства новых сооружений. На этом месте находится бывшая Центральная энергосистема, построенная в 1890 году. Когда эта электростанция была построена, она считалась крупнейшей электростанцией в мире. Это здание было заброшено с 1950-х годов и не производило электричество более 90 лет. [8] В начале 90-х годов были начаты ремонтные работы, но их быстро прекратили, когда в канализации обнаружили свободно плавающую нефть. Усилия по очистке оказались безуспешными, поскольку они принесли на место еще больше нефти. В 1999 году для обработки 2100 кубических метров загрязненных материалов были использованы методы обработки S/S на основе цемента. На этом участке были успешно обработаны и обработаны почвы, загрязненные свинцом и нефтью. [1]
Комплекс площадью 1 300 000 квадратных футов (120 000 м 2 ) смешанных жилых, офисных, торговых и коммерческих помещений строится на 15 акрах (61 000 м 2 ) бывших промышленных земель в центре Виктории, которые были загрязнены свинцом. 10 тонн почвы были обработаны цементом, который был смешан с почвой на месте просто с помощью ковша экскаватора. Таким образом, почва стала полностью безопасной, как показали испытания образцов почвы. [9]
Город Брэндон выбрал участок площадью 10 000 квадратных метров, ранее занимаемый компанией Brandon Scrap Metal and Iron Company, в качестве места для нового штаба пожарной охраны и полиции. В течение многих лет свинцовые батареи уничтожались там, а свинец извлекался, оставляя необработанные корпуса на месте. Экологическая оценка показала, что участок был загрязнен из-за наличия тяжелых металлов, свинца и углеводородного загрязнения. Для успешной рекультивации 600 тонн загрязненной почвы была использована нержавеющая сталь на основе цемента. [10]
На пустующем участке площадью 5 гектаров около канала Уэлленд в Сент-Катаринсе поверхностный слой почвы содержал опасные концентрации свинца и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) на глубине до 0,4 м из-за прошлой деятельности соседнего тира для стрельбы по тарелочкам. Около 26 000 тонн почвы были обработаны с использованием S/S, чтобы снизить уровень загрязнения ниже критериев Правил утилизации земель Онтарио. [11]