.jpg/1280px-August_2012,_Up_close_to_a_dredge_New_Bedford_Harbor,_MA_(7997417199).jpg)
Экологическая ремедиация — это очистка от опасных веществ, связанная с удалением, обработкой и удержанием загрязнений или загрязняющих веществ из таких экологических сред, как почва , грунтовые воды , осадки . [1] Рекультивация может быть необходима в соответствии с правилами до разработки проектов по восстановлению земель. Застройщикам, которые соглашаются на добровольную очистку, могут быть предложены поощрения в рамках государственных или муниципальных программ, таких как Программа очистки заброшенных территорий штата Нью-Йорк. Если ремедиация проводится путем удаления, отходы просто вывозятся за пределы участка для утилизации в другом месте. Отходы также могут быть удержаны физическими барьерами, такими как стены из грунта . Использование стен из грунта хорошо зарекомендовало себя в строительной отрасли. Применение (низко) давленной заливки , используемой для снижения рисков разжижения почвы в Сан-Франциско и других сейсмических зонах, [2] дало неоднозначные результаты в полевых испытаниях по созданию барьеров, а результаты, характерные для конкретного участка, зависят от многих переменных условий, которые могут существенно повлиять на результаты. [3] [4]
Меры по исправлению положения обычно подчиняются ряду нормативных требований и могут также основываться на оценках рисков для здоровья человека и окружающей среды в случаях, когда законодательные стандарты отсутствуют или носят рекомендательный характер. [5]
В Соединенных Штатах наиболее полный набор предварительных целей по восстановлению (PRG) взят из региональных уровней скрининга (RSL ) Агентства по охране окружающей среды (EPA) . [6] Набор стандартов, используемых в Европе , существует и часто называется голландскими стандартами . Европейский союз (ЕС) быстро движется к общеевропейским стандартам, хотя большинство промышленно развитых стран Европы в настоящее время имеют свои собственные стандарты. В Канаде большинство стандартов по восстановлению устанавливаются провинциями индивидуально, но Канадский совет министров по охране окружающей среды предоставляет руководство на федеральном уровне в форме канадских рекомендаций по качеству окружающей среды и канадских стандартов | канадский стандарт по содержанию нефтяных углеводородов в почве . [7]
Если есть подозрение, что участок загрязнен, необходимо оценить загрязнение. Часто оценка начинается с подготовки оценки воздействия на окружающую среду участка на этапе I. [ 8] Историческое использование участка и материалы, используемые и производимые на участке, будут определять стратегию оценки и тип отбора проб и химического анализа , которые необходимо провести. Часто близлежащие участки, принадлежащие той же компании или находящиеся поблизости и рекультивированные, выровненные или засыпанные, также загрязнены, даже если текущее использование земли кажется безобидным. Например, автостоянка могла быть выровнена с использованием загрязненных отходов в засыпке . Также важно учитывать загрязнение близлежащих участков за пределами участка, часто в течение десятилетий выбросов в почву , грунтовые воды и воздух. Пыль с потолка, верхний слой почвы , поверхность и грунтовые воды близлежащих объектов также должны быть проверены как до, так и после любой рекультивации. Это спорный шаг, поскольку:
Часто корпорации , которые проводят добровольное тестирование своих объектов, защищены от раскрытия отчетов в экологические агентства в соответствии с Законами о свободе информации , однако расследование в рамках «свободы информации» часто приводит к появлению других документов, которые не защищены, или ссылок на отчеты. [ необходима ссылка ]
В США существует механизм налогообложения загрязняющих отраслей промышленности для формирования Суперфонда для рекультивации заброшенных участков или для судебного разбирательства с целью заставить корпорации рекультивировать свои загрязненные участки. В других странах существуют другие механизмы, и обычно участки перезонируются для «более высокого» использования, например, для высокоплотного жилья, чтобы придать земле более высокую стоимость, так что после вычета расходов на очистку у застройщика все еще остается стимул купить землю, очистить ее, перестроить и продать, часто как квартиры (жилые единицы). [ необходима цитата ]
Существует несколько инструментов для картирования этих участков, которые позволяют пользователю просматривать дополнительную информацию. Одним из таких инструментов является TOXMAP , географическая информационная система (ГИС) из Отдела специализированных информационных служб Национальной медицинской библиотеки США (NLM), которая использует карты США, чтобы помочь пользователям визуально исследовать данные из программ Агентства по охране окружающей среды США (EPA) Superfund и Toxics Release Inventory . [ необходима цитата ]
Технологии рекультивации многочисленны и разнообразны, но в целом их можно разделить на методы ex-situ и in-situ. Методы ex-situ включают выемку пораженных почв и последующую обработку на поверхности, а также извлечение загрязненных грунтовых вод и обработку на поверхности. Методы in-situ направлены на очистку загрязнений без удаления почв или грунтовых вод. Были разработаны различные технологии для рекультивации загрязненных нефтью почв/отложений. [9] [10]
Традиционные подходы к рекультивации состоят из выемки грунта и захоронения на свалке и «откачки и обработки» грунтовых вод . Технологии in-situ включают, но не ограничиваются: затвердевание и стабилизацию , извлечение паров из почвы , проницаемые реактивные барьеры, контролируемое естественное затухание, биоремедиация - фиторемедиация , химическое окисление, паровая экстракция и in-situ термическая десорбция и широко используются в США. [11]
Загрязнители могут быть удалены с участка или взяты под контроль. Одним из вариантов контроля являются барьерные стены, которые могут быть временными для предотвращения загрязнения во время обработки и удаления или более постоянными. Методы возведения барьерных стен включают глубокое смешивание грунта, струйную цементацию , низконапорную цементацию с использованием цемента и химикатов, замораживание и шламовые стены. Барьерные стены должны быть построены из непроницаемых материалов и устойчивы к разрушению от контакта с отходами в течение всего срока службы барьерной стены. Только с использованием новых полимерных и химических растворов в 1950-х и 1960-х годах федеральные агентства правительства США признали необходимость установления минимального срока службы проекта в 50 лет в реальных приложениях. [12]
Министерство энергетики является одним из правительственных агентств США, которое спонсирует исследования по разработке, тестированию и определению областей применения инновационных полимерных растворов, используемых в барьерах для сдерживания отходов. Портландцемент использовался в прошлом, однако для устранения трещин и плохой работы в условиях влажной и сухой среды на засушливых участках требуются улучшенные материалы. Участки, требующие рекультивации, имеют переменную влажность, влажность и почвенные условия. Внедрение на местах остается сложной задачей: различные условия окружающей среды и участка требуют разных материалов, а технологии размещения зависят от характеристик используемых соединений, которые различаются по вязкости, времени гелеобразования и плотности: [13]
«Однако выбор подземных барьеров для любого участка, требующего рекультивации, и выбор конкретной технологии барьера должны осуществляться посредством процесса Superfund с особым акцентом на части восстановительного исследования и технико-экономического обоснования. Химическая совместимость материала с отходами, фильтратами и геологией, с которыми он, вероятно, будет контактировать, имеет особое значение для барьеров, построенных из жидкостей, которые, как предполагается, будут устанавливаться на месте. EPA подчеркивает эту совместимость в своих руководящих документах, отмечая, что требуются тщательная характеристика отходов, фильтрата, химии барьерного материала, геохимии участка и испытания на совместимость барьерного материала с вероятной химической средой места захоронения».
Эти рекомендации действительны для всех материалов — как экспериментальных, так и традиционных.
Термическая десорбция — это технология рекультивации почвы. В ходе процесса десорбер испаряет загрязняющие вещества (например, нефть, ртуть или углеводороды), чтобы отделить их от почвы или шлама. После этого загрязняющие вещества могут быть либо собраны, либо уничтожены в системе очистки отходящих газов. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-Environmental_Remediation_Progress_at_the_Danang_Airport_site_(8966658935).jpg)
Процессы выемки грунта могут быть такими же простыми, как вывоз загрязненного грунта на регулируемую свалку , но также могут включать аэрацию извлеченного материала в случае летучих органических соединений (ЛОС) . Недавние достижения в области биоаугментации и биостимуляции извлеченного материала также доказали свою способность устранять полулетучие органические соединения (ПЛОС) на месте. [14] Если загрязнение затрагивает дно реки или залива, то может быть проведено выемка ила залива или других илистых глин, содержащих загрязняющие вещества (включая осадок сточных вод с вредными микроорганизмами ). В последнее время химическое окисление ExSitu также использовалось для устранения загрязненного грунта. Этот процесс включает выемку загрязненного участка на большие бермированные участки, где они обрабатываются с использованием методов химического окисления. [15]
Это используется для удаления неводных фазовых жидкостей (NAPL) из водоносного слоя. Это делается путем закачки раствора поверхностно-активного вещества в загрязненный водоносный слой с помощью нагнетательных скважин, которые проходят через загрязненные зоны к скважинам для извлечения. Затем раствор поверхностно-активного вещества, содержащий загрязняющие вещества, улавливается и откачивается скважинами для извлечения для дальнейшей обработки на поверхности. Затем вода после обработки сбрасывается в поверхностные воды или повторно закачивается в грунтовые воды. [16]
В геологических формациях, которые допускают доставку углеводородных смягчающих агентов или специальных поверхностно-активных веществ, этот подход обеспечивает экономически эффективное и постоянное решение для участков, которые ранее не смогли справиться с другими восстановительными подходами. Эта технология также успешна, когда используется в качестве начального шага в многогранном восстановительном подходе с использованием SEAR, затем окисления на месте, улучшения биоремедиации или извлечения паров почвы (SVE). [ необходима цитата ]
Насос и очистка включают откачку загрязненных грунтовых вод с помощью погружного или вакуумного насоса и очистку извлеченных грунтовых вод путем медленного прохождения через ряд сосудов, содержащих материалы, предназначенные для адсорбции загрязняющих веществ из грунтовых вод. Для загрязненных нефтью участков этим материалом обычно является активированный уголь в гранулированной форме. Химические реагенты , такие как флокулянты, за которыми следуют песчаные фильтры, также могут использоваться для уменьшения загрязнения грунтовых вод. Воздушная очистка — это метод, который может быть эффективным для летучих загрязняющих веществ, таких как соединения BTEX, содержащиеся в бензине. [ необходима цитата ]
Для большинства биоразлагаемых материалов, таких как BTEX , MTBE и большинство углеводородов, биореакторы могут быть использованы для очистки загрязненной воды до необнаруживаемых уровней. С помощью биореакторов с псевдоожиженным слоем можно достичь очень низких концентраций сброса, которые будут соответствовать или превышать требования сброса для большинства загрязняющих веществ. [ необходима цитата ]
В зависимости от геологии и типа почвы, откачка и очистка могут быть хорошим методом для быстрого снижения высоких концентраций загрязняющих веществ. Сложнее достичь достаточно низких концентраций, чтобы соответствовать стандартам рекультивации, из-за равновесия процессов абсорбции / десорбции в почве. Однако откачка и очистка, как правило, не является лучшей формой рекультивации. Очистка грунтовых вод обходится дорого, и, как правило, это очень медленный процесс очистки выброса с помощью откачки и очистки. Он лучше всего подходит для контроля гидравлического градиента и предотвращения дальнейшего распространения выброса. Лучшие варианты обработки на месте часто включают в себя барботаж воздухом/извлечение паров почвы (AS/SVE) или двухфазную экстракцию/многофазную экстракцию (DPE/MPE). Другие методы включают попытку увеличения содержания растворенного кислорода в грунтовых водах для поддержки микробной деградации соединения (особенно нефти) путем прямой инъекции кислорода в недра или прямой инъекции пульпы, которая медленно выделяет кислород с течением времени (обычно перекись магния или оксигидроксид кальция). [ необходима цитата ]
Работы по затвердеванию и стабилизации имеют достаточно хорошую репутацию, но также ряд серьезных недостатков, связанных с долговечностью решений и потенциальными долгосрочными эффектами. Кроме того, выбросы CO 2 из-за использования цемента также становятся серьезным препятствием для его широкого использования в проектах по затвердеванию/стабилизации. [ необходима цитата ]
Стабилизация/затвердевание (S/S) — это технология рекультивации и обработки, которая основана на реакции между связующим веществом и почвой для остановки/предотвращения или снижения подвижности загрязняющих веществ. [ необходима ссылка ]
Конвенциональный S/S является устоявшейся технологией рекультивации загрязненных почв и технологией обработки опасных отходов во многих странах мира. Однако внедрение технологий S/S было относительно скромным, и был выявлен ряд барьеров, включая: [ необходима цитата ]
Новые технологии окисления in situ стали популярными для очистки широкого спектра почвенных и грунтовых вод. Очистка химическим окислением включает в себя инъекцию сильных окислителей, таких как перекись водорода , озоновый газ, перманганат калия или персульфаты. [17]
Кислородный газ или окружающий воздух также могут быть введены для стимулирования роста аэробных бактерий, которые ускоряют естественное ослабление органических загрязнителей. Одним из недостатков этого подхода является возможность снижения анаэробного разрушения загрязняющих веществ естественного ослабления , когда существующие условия усиливают анаэробные бактерии , которые обычно живут в почве, предпочитая восстановительную среду . В целом, аэробная активность намного быстрее анаэробной, и общие показатели разрушения обычно выше, когда аэробная активность может быть успешно стимулирована. [ необходима цитата ]
Впрыскивание газов в грунтовые воды также может привести к более быстрому распространению загрязнения, чем обычно, в зависимости от гидрогеологии участка . В этих случаях впрыскивание вниз по градиенту потока грунтовых вод может обеспечить адекватное микробное разрушение загрязняющих веществ до воздействия на поверхностные воды или скважины питьевого водоснабжения. [ необходима цитата ]
Миграция металлических загрязнителей также должна учитываться при изменении окислительно-восстановительного потенциала подповерхности. Некоторые металлы более растворимы в окислительных средах, в то время как другие более подвижны в восстановительных средах. [ необходима цитата ]
Извлечение паров из почвы (SVE) является эффективной технологией рекультивации почвы. [18] «Многофазная экстракция» (MPE) также является эффективной технологией рекультивации, когда почва и грунтовые воды должны быть рекультивированы одновременно. SVE и MPE используют разные технологии для обработки летучих органических соединений (ЛОС) отходящих газов, образующихся после вакуумного удаления воздуха и паров (и ЛОС) из недр, и включают гранулированный активированный уголь (наиболее часто используемый исторически), термическое и/или каталитическое окисление и конденсацию паров. Как правило, уголь используется для потоков паров с низкой (ниже 500 ppmV) концентрацией ЛОС, окисление используется для потоков паров с умеренной (до 4000 ppmV) концентрацией ЛОС, а конденсация паров используется для потоков паров с высокой (более 4000 ppmV) концентрацией ЛОС. Ниже приводится краткое описание каждой технологии. [ необходима цитата ]
Использование наноразмерных реактивных агентов для разложения или иммобилизации загрязняющих веществ называется наноремедиацией . При наноремедиации почвы или грунтовых вод наночастицы вступают в контакт с загрязняющим веществом либо посредством инъекции на месте , либо посредством процесса «насос-обработка». Затем наноматериалы разлагают органические загрязняющие вещества посредством окислительно-восстановительных реакций или адсорбируют и иммобилизуют металлы, такие как свинец или мышьяк . В коммерческих условиях эта технология в основном применяется для восстановления грунтовых вод , а также в исследованиях по очистке сточных вод . [19] Исследования также изучают, как наночастицы могут применяться для очистки почвы и газов. [20]
Наноматериалы обладают высокой реакционной способностью из-за их высокой площади поверхности на единицу массы, и из-за этой реакционной способности наноматериалы могут реагировать с целевыми загрязнителями с большей скоростью, чем более крупные частицы. Большинство полевых применений наноремедиации использовали нанонульвалентное железо (nZVI), которое может быть эмульгировано или смешано с другим металлом для улучшения дисперсии. [21] [22]
Высокая реактивность наночастиц может означать, что они быстро слипаются или реагируют с частицами почвы или другими материалами в окружающей среде, ограничивая их распространение по целевым загрязнителям. [23] Некоторые из важных проблем, которые в настоящее время ограничивают технологии наноремедиации, включают в себя идентификацию покрытий или других формул, которые увеличивают распространение агентов наночастиц для лучшего достижения целевых загрязнителей, ограничивая при этом любую потенциальную токсичность для агентов биоремедиации, диких животных или людей. [ необходима цитата ]
Биоремедиация — это процесс, который обрабатывает загрязненную территорию либо путем изменения условий окружающей среды для стимуляции роста микроорганизмов, либо посредством естественной активности микроорганизмов, что приводит к деградации целевых загрязнителей. Широкие категории биоремедиации включают биостимуляцию , биоаугментацию и естественное восстановление ( естественное затухание ). Биоремедиация проводится либо на загрязненном участке (in situ), либо после удаления загрязненных почв на другом, более контролируемом участке (ex situ).
В прошлом было трудно обратиться к биоремедиации как к реализуемому политическому решению, поскольку отсутствие адекватного производства восстанавливающих микробов приводило к небольшому количеству вариантов для реализации. Те, кто производит микробы для биоремедиации, должны быть одобрены EPA; однако EPA традиционно было более осторожным в отношении негативных внешних эффектов, которые могут или не могут возникнуть из-за внедрения этих видов. Одной из их проблем является то, что токсичные химикаты приведут к деградации генов микробов, которая затем будет передана другим вредным бактериям, создавая больше проблем, если патогены разовьют способность питаться загрязняющими веществами. [24]
Энтоморемедиация — это вариант биоремедиации, при котором насекомые дезактивируют почвы. Методы энтоморемедиации задействуют микроорганизмы , коллемболы , муравьи , мухи , жуки и термиты . [25] Она зависит от личинок сапрофитных насекомых, устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды и способных биоаккумулировать токсичные загрязнители тяжелых металлов .
Hermetia illucens (черная львинка - BSF) является важным участником энтоморемедиации. Было замечено, что H. illucens снижает сухой вес загрязненного субстрата на 49%.Было замечено, что личинки H. illucens накапливают кадмий в концентрации 93% и с коэффициентом биоаккумуляции 5,6, свинец , ртуть , цинк с коэффициентом биоаккумуляции 3,6 и мышьяк в концентрации 22%. [26] [27] Личинки черной львинки (BSFL) также использовались для мониторинга деградации и снижения антропогенного загрязнения окружающей среды нефтью. [28]
Энтоморемедиация считается жизнеспособным методом очистки окружающей среды, требующим малой энергии, низкого уровня выбросов углерода и высокой возобновляемости. [ необходима ссылка ]
Очистка загрязненных нефтью осадков с помощью самосхлопывающихся воздушных микропузырьков недавно была исследована как технология без химикатов. Воздушные микропузырьки, образующиеся в воде без добавления поверхностно-активных веществ, могут быть использованы для очистки загрязненных нефтью осадков. Эта технология имеет больше перспектив по сравнению с использованием химикатов (в основном поверхностно-активных веществ) для традиционной промывки загрязненных нефтью осадков. [29]
В ходе подготовки к любой значительной рекультивации необходимо провести обширные консультации с общественностью. Инициатор должен как предоставлять информацию, так и запрашивать ее у общественности. Инициатор должен узнать о «чувствительных» (будущих) видах использования, таких как уход за детьми, школы, больницы и игровые площадки, а также информацию о проблемах и интересах общественности. Консультации должны быть открытыми, на групповой основе, чтобы каждый член сообщества был проинформирован о проблемах, о которых он, возможно, не думал индивидуально. Следует привлечь независимого председателя, приемлемого как для инициатора, так и для сообщества (за счет инициатора, если требуется плата). Протоколы собраний, включая заданные вопросы и ответы на них, а также копии презентаций инициатора должны быть доступны как в Интернете , так и в местной библиотеке (даже школьной) или общественном центре. [ требуется ссылка ]
Инкрементный риск для здоровья — это повышенный риск , с которым столкнется рецептор (обычно человек, живущий поблизости) из-за (отсутствия) проекта по рекультивации. Использование инкрементного риска для здоровья основано на канцерогенных и других (например, мутагенных , тератогенных ) эффектах и часто включает оценочные суждения о приемлемой прогнозируемой скорости роста заболеваемости раком . В некоторых юрисдикциях это 1 из 1 000 000, но в других юрисдикциях приемлемая прогнозируемая скорость роста составляет 1 из 100 000. Относительно небольшой инкрементный риск для здоровья от одного проекта не очень удобен, если в этом районе уже существует относительно высокий риск для здоровья от других операций, таких как мусоросжигательные заводы или другие выбросы, или если в то же время существуют другие проекты, вызывающие больший кумулятивный риск или неприемлемо высокий общий риск. Аналогия, часто используемая ремедиаторами, заключается в сравнении риска рекультивации для близлежащих жителей с рисками смерти в результате автомобильных аварий или курения табака . [ необходима ссылка ]
Стандарты устанавливаются для уровней пыли, шума, запаха, выбросов в воздух и грунтовые воды, а также сброса в канализацию или водные пути всех химических веществ, вызывающих беспокойство, или химических веществ, которые могут быть произведены во время рекультивации путем обработки загрязняющих веществ. Они сравниваются как с естественными фоновыми уровнями в этом районе, так и со стандартами для районов, зонированных так же, как близлежащие районы, и со стандартами, используемыми в других недавних рекультивациях. Тот факт, что выброс исходит из района, зонированного как промышленный, не означает, что в близлежащем жилом районе должны быть разрешены какие-либо превышения соответствующих жилых стандартов. [ необходима цитата ]
Мониторинг соответствия каждому стандарту имеет решающее значение для обеспечения обнаружения превышений и информирования о них как органов власти, так и местного сообщества. [ необходима цитата ]
Необходимо обеспечить соблюдение закона, чтобы постоянные или существенные нарушения приводили к штрафам или даже тюремному заключению для загрязнителя. [ необходима цитата ]
Штрафы должны быть значительными, иначе штрафы будут рассматриваться как обычные расходы на ведение бизнеса. Соблюдение должно быть дешевле, чем постоянные нарушения. [ необходима цитата ]
Необходимо провести оценку рисков, связанных с эксплуатацией, транспортировкой загрязненных материалов, утилизацией отходов, которые могут быть загрязнены, включая одежду рабочих, а также разработать официальный план реагирования на чрезвычайные ситуации. Каждый работник и посетитель, входящий на объект, должен пройти инструктаж по технике безопасности, персонализированный для его участия в работе объекта. [ необходима цитата ]
Местные сообщества и правительство часто сопротивляются перезонированию из-за неблагоприятных последствий рекультивации и новой застройки для местных удобств. Основными воздействиями во время рекультивации являются шум, пыль, запах и возрастающий риск для здоровья. Затем идут шум, пыль и движение транспорта от застройки. Затем идет воздействие на местный транспорт, школы, игровые площадки и другие общественные объекты из-за возросшего населения. [30]
Диоксины от Union Carbide, используемые в производстве ныне запрещенного пестицида 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоты и дефолианта Agent Orange, загрязнили залив Хоумбуш . Рекультивация была завершена в 2010 году, но рыболовство будет по-прежнему запрещено в течение десятилетий. [31] [32]
В настоящее время выполняется контракт ЕС на иммобилизацию загрязненной территории площадью 20 000 м3 в Бакаре , Хорватия , на основе отверждения/стабилизации с помощью ImmoCem . [ требуется ссылка ] После трех лет интенсивных исследований хорватского правительства ЕС профинансировал проект иммобилизации в Бакаре. Территория загрязнена большим количеством TPH , PAH и металлов. Для иммобилизации подрядчик решил использовать процедуру смешивания на заводе. [ требуется ссылка ]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )