stringtranslate.com

Извлечение паров из почвы

Извлечение паров из почвы (SVE) представляет собой процесс физической обработки для in situ очистки летучих загрязняющих веществ в почвах вадозной зоны (ненасыщенных) (EPA, 2012). SVE (также называемый in situ вентиляцией почвы или вакуумной экстракцией) основан на массопереносе загрязняющего вещества из твердой (сорбированной) и жидкой (водной или неводной) фаз в газовую фазу с последующим сбором загрязнения газовой фазы в экстракционных скважинах. Извлеченная масса загрязняющего вещества в газовой фазе (и любая конденсированная жидкая фаза) обрабатывается в надземных системах. По сути, SVE является эквивалентом вадозной зоны технологии « насос-и-очистка» для очистки грунтовых вод . SVE особенно подходит для загрязняющих веществ с более высокими константами закона Генри , включая различные хлорированные растворители и углеводороды . SVE — это хорошо зарекомендовавшая себя, зрелая технология рекультивации [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] и была определена Агентством по охране окружающей среды США (EPA) как предполагаемое средство правовой защиты. [8] [9] [10]

Конфигурация SVE

Технология рекультивации паров почвы использует вакуумные воздуходувки и скважины для извлечения, чтобы вызвать поток газа через подповерхность, собирая загрязненные пары почвы, которые впоследствии обрабатываются над землей. Системы SVE могут полагаться на приток газа через естественные пути, или могут быть установлены специальные скважины для притока газа (принудительного или естественного). Вакуумное извлечение почвенного газа вызывает поток газа через участок, увеличивая движущую силу массопереноса из водной ( влага почвы ), неводной (чистая фаза) и твердой (почва) фазы в газовую фазу. Таким образом, поток воздуха через участок является ключевым аспектом, но влажность почвы и неоднородность подповерхности (т. е. смесь материалов с низкой и высокой проницаемостью) могут привести к меньшему потоку газа через некоторые зоны. В некоторых ситуациях, таких как улучшение контролируемого естественного затухания, может использоваться пассивная система SVE, которая основана на барометрической откачке. [11] [12]

Концептуальная схема базовой системы извлечения паров из почвы (SVE) для рекультивации зоны аэрации

SVE имеет несколько преимуществ в качестве технологии рекультивации зоны аэрации. Система может быть реализована с использованием стандартных скважин и готового оборудования (воздуходувки, приборы, паровая обработка и т. д.). SVE также может быть реализована с минимальным нарушением участка, в первую очередь с использованием установки скважин и минимального надземного оборудования. В зависимости от характера загрязнения и геологии подземных пород SVE имеет потенциал для обработки больших объемов почвы по разумным ценам.

Почвенный газ (пар), который извлекается системой SVE, обычно требует обработки перед сбросом обратно в окружающую среду. Надземная обработка в первую очередь предназначена для газового потока, хотя конденсация жидкости должна контролироваться (и в некоторых случаях может быть специально желательна). Для надземной обработки доступны различные методы обработки [13] , в том числе термическое разрушение (например, прямое термическое окисление пламенем , каталитические окислители ), адсорбция (например, гранулированный активированный уголь , цеолиты , полимеры ), биофильтрация , нетермическое плазменное разрушение, фотолитическое/ фотокаталитическое разрушение, мембранное разделение, поглощение газа и конденсация пара. Наиболее часто применяемыми технологиями надземной обработки являются термическое окисление и адсорбция гранулированным активированным углем. Выбор конкретной технологии надземной обработки зависит от загрязняющего вещества, концентраций в отходящем газе, пропускной способности и экономических соображений.

Эффективность СВЕ

Эффективность SVE, то есть скорость и степень удаления массы, зависит от ряда факторов, которые влияют на перенос массы загрязняющего вещества в газовую фазу. Эффективность SVE является функцией свойств загрязняющего вещества (например, константы закона Генри , давления паров , температуры кипения , коэффициента адсорбции), температуры в подповерхности, свойств почвы вадозной зоны (например, размера зерна почвы , содержания влаги в почве, проницаемости почвы , содержания углерода в почве ), неоднородности подповерхности и движущей силы воздушного потока (приложенного градиента давления ). Например, остаточное количество высоколетучего загрязняющего вещества (такого как трихлорэтилен ) в однородном песке с высокой проницаемостью и низким содержанием углерода (т. е. низкой/незначительной адсорбцией) будет легко обработано SVE. Напротив, неоднородная вадозная зона с одним или несколькими слоями глины, содержащими остаточный нафталин , потребует более длительного времени обработки и/или усовершенствований SVE. Вопросы эффективности SVE включают в себя хвостообразование и отскок, которые возникают из-за загрязненных зон с более низким потоком воздуха (т. е. зон с низкой проницаемостью или зон с высоким содержанием влаги) и/или более низкой летучестью (или более высокой адсорбцией). Недавние работы на объектах Министерства энергетики США исследовали слоистость и зоны с низкой проницаемостью в недрах и то, как они влияют на операции SVE. [14] [15]

Улучшение SVE

Улучшения для повышения эффективности SVE могут включать направленное бурение , пневматический и гидравлический разрыв пласта и термическое улучшение (например, закачку горячего воздуха или пара). [16] [17] [18] Улучшения направленного бурения и разрыва пласта, как правило, предназначены для улучшения потока газа через подземные пласты, особенно в зонах с низкой проницаемостью. Термические улучшения, такие как закачка горячего воздуха или пара, повышают температуру подземного грунта, тем самым улучшая летучесть загрязнения. Кроме того, закачка горячего (сухого) воздуха может удалить почвенную влагу и, таким образом, улучшить газопроницаемость почвы. Дополнительные тепловые технологии (такие как электрический нагрев сопротивления, шестифазный нагрев почвы, радиочастотный нагрев или нагрев теплопроводностью ) могут применяться к подземным пластам для нагрева почвы и испарения/десорбции загрязняющих веществ, но они, как правило, рассматриваются как отдельные технологии (в отличие от улучшения SVE), которые могут использовать вакуумную экстракцию (или другие методы) для сбора почвенного газа.

Проектирование, оптимизация, оценка эффективности и закрытие

При выборе в качестве средства правовой защиты внедрение SVE включает в себя следующие элементы: проектирование системы, эксплуатация, оптимизация, оценка производительности и закрытие. Несколько руководящих документов предоставляют информацию об этих аспектах внедрения. Руководящие документы EPA и Инженерного корпуса армии США (USACE) [19] [20] [21] устанавливают общую структуру для проектирования, эксплуатации, оптимизации и закрытия системы SVE. Руководство Центра инженерии и окружающей среды ВВС (AFCEE) [22] представляет действия и соображения по оптимизации системы SVE, но имеет ограниченную информацию, связанную с подходами к закрытию SVE и достижению целей по восстановлению. Руководство Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) [23] дополняет эти документы, обсуждая конкретные действия и решения, связанные с оптимизацией, переходом и/или закрытием SVE.

Проектирование и эксплуатация системы SVE относительно просты, при этом основные неопределенности связаны с геологией подземных пород / характеристиками пласта и местоположением загрязнения. С течением времени для системы SVE типично снижение скорости извлечения загрязняющих веществ из-за ограничений массопереноса или удаления массы загрязняющих веществ. Оценка производительности является ключевым аспектом для предоставления входных данных для принятия решений о том, следует ли оптимизировать систему, прекратить ее работу или перейти на другую технологию для замены или дополнения SVE. Оценка отскока и потока массы [24] [25] [23] обеспечивает подходы для оценки производительности системы и получения информации, на которой можно основывать решения.

Связанные технологии

Несколько технологий связаны с извлечением паров из почвы. Как отмечалось выше, различные технологии рекультивации с нагревом почвы (например, электрорезистивный нагрев, витрификация на месте ) требуют компонента сбора почвенного газа, который может иметь форму SVE и/или поверхностного барьера (например, колпака). Биовентиляция — это связанная технология, цель которой — ввести дополнительный кислород (или, возможно, другие реактивные газы) в подпочву для стимуляции биологического разложения загрязнения. Барботаж воздуха на месте — это технология рекультивации для обработки загрязнения в грунтовых водах. Воздух впрыскивается и «барботируется» через грунтовые воды, а затем собирается через скважины для извлечения паров из почвы.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Хатцлер, Нью-Джерси, Б. Э. Мерфи и Дж. С. Гирке. 1990. «Обзор состояния технологий: системы извлечения паров из почвы». EPA/600/S2-89/024, Агентство по охране окружающей среды США, Лаборатория инженерии снижения риска, Цинциннати, Огайо.
  2. ^ Педерсен, ТА и Дж. Т. Кертис. 1991. Технология извлечения паров из почвы . Noyes Data Corporation, Парк-Ридж, Нью-Джерси.
  3. ^ Нойес, Р. 1994. Подразделение по эксплуатации в области инженерной защиты окружающей среды . Noyes Publications, Парк-Ридж, Нью-Джерси.
  4. ^ Стамнес, Р. и Дж. Бланшар. 1997. «Тематическая статья Инженерного форума: Опыт внедрения извлечения паров из почвы». EPA 540/F-95/030, Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия
  5. ^ Сазерсан, SS 1999. «Извлечение паров из почвы». В: Remediation Engineering: Design Concepts , SS Suthersan, ред. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.
  6. ^ Хан, FI; Хусейн, T.; Хеджази, R. (2004). «Обзор и анализ технологий рекультивации участков». J. Environ. MGMT . 71 (2): 95–122. doi :10.1016/j.jenvman.2004.02.003. PMID  15135946.
  7. ^ Дамера, Р. и А. Бхандари. 2007. «Физические технологии обработки». В: Технологии рекультивации почв и грунтовых вод . А. Бхандари, Р. Ю. Сурампалли, П. Шампань, С. К. Онг, Р. Д. Тьяги и И. М. К. Ло, ред. Американское общество инженеров-строителей, Рестон, Вирджиния.
  8. ^ Предполагаемые меры: характеристика участка и выбор технологии для участков CERCLA с летучими органическими соединениями в почвах (PDF) (отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов и реагирования на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 1993.
  9. ^ Агентство по охране окружающей среды, 1996 г.
  10. ^ Предполагаемые средства правовой защиты: политика и процедуры (PDF) (отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 2011 г. Получено 25 июля 2017 г.
  11. ^ Эрли, Т., Б. Борден, М. Хайткамп, Б. Б. Луни, Д. Мейджор, В. Дж. Во, Г. Вайн, Т. Видемайер, К. М. Вангелас, К. М. Адамс и К. Х. Синк. 2006. Улучшенное затухание: справочное руководство по подходам к увеличению естественной очистной мощности системы . WSRC-STI-2006-00083, Rev.1, Washington Savannah River Company, Айкен, Южная Каролина.
  12. ^ Камат, Р., Д. Т. Адамсон, К. Дж. Ньюэлл, К. М. Вангелас и Б. Б. Луни. 2010. Пассивная экстракция паров из почвы . SRNL-STI-2009-00571, Ред. 1, Национальная лаборатория реки Саванна, Айкен, Южная Каролина.
  13. ^ Технологии очистки отходящих газов для систем извлечения паров из почвы: состояние практики (отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление по рекультивации и технологическим инновациям Суперфонда, Вашингтон, округ Колумбия, 2006 г.
  14. ^ Switzer, C.; Kosson, DS (2007). «Характеристики извлечения паров из почвы в слоистых материалах зоны вадоза». Vadose Zone J . 6 (2): 397–405. Bibcode :2007VZJ.....6..397S. doi :10.2136/vzj2005.0131. S2CID  140600646.
  15. ^ Oostrom, M.; Rockhold, ML; Thorne, PD; Truex, MJ; Last, GV; Rohay, VJ (2007). «Поток и транспорт четыреххлористого углерода в недрах траншеи 216-Z-9 на участке Ханфорд». Vadose Zone J . 6 (4): 971–984. Bibcode :2007VZJ.....6..971O. doi :10.2136/vzj2006.0166. S2CID  129039393.
  16. ^ Франк, У.; Баркли, Н. (1995). «Восстановление низкопроницаемых подземных формаций путем гидроразрыва и улучшения извлечения паров из почвы». J. Hazard. Mater . 40 (2): 191–201. doi :10.1016/0304-3894(94)00069-s.
  17. ^ Агентство по охране окружающей среды, 1997 г.
  18. ^ Peng, S.; Wang, N.; Chen, J. (2013). «Совместная закачка пара и воздуха для удаления остаточного TCE в ненасыщенных слоистых песчаных пористых средах». J. Contam. Hydrol . 153 : 24–36. Bibcode : 2013JCHyd.153...24P. doi : 10.1016/j.jconhyd.2013.07.002. PMID  23962760.
  19. ^ Разработка рекомендаций и методов для поддержки оценки эффективности вентилирования почвы и закрытия (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, 2001.
  20. ^ Как оценить альтернативные технологии очистки для подземных резервуаров-хранилищ (отчет). Том EPA/510/R-04/002. Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 2004.
  21. ^ USACE. 2002. Проектирование и дизайн: Извлечение паров из почвы и биологическая вентиляция . EM 1110-1-4001, Инженерный корпус армии США, Вашингтон, округ Колумбия
  22. ^ AFCEE. 2001. Программа восстановления окружающей среды ВВС США: Руководство по оптимизации извлечения паров из почвы . Центр передового опыта в области охраны окружающей среды ВВС, авиабаза Брукс, Техас.
  23. ^ ab Truex, MJ, DJ Becker, MA Simon, M. Oostrom, AK Rice и CD Johnson (2013). Руководство по оптимизации, переходу и закрытию системы извлечения паров из почвы (PDF) (отчет). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон.{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  24. ^ Switzer; Slagle, CT; Hunter, D.; Kosson, DS (2004). «Использование испытания на отскок для оценки эффективности извлечения паров из почвы на участке реки Саванна». Ground Water Monitoring & Remediation . 24 (4): 106–117. Bibcode : 2004GMRed..24d.106S. doi : 10.1111/j.1745-6592.2004.tb01308.x. S2CID  98049805.
  25. ^ Brusseau, ML; Rohay, V.; Truex, MJ (2010). "Анализ данных по извлечению паров из почвы для оценки ограничений массопереноса и оценки потока массы в зоне источника". Ground Water Monitoring & Remediation . 30 (3): 57–64. Bibcode : 2010GMRed..30c..57B. doi : 10.1111/j.1745-6592.2010.01286.x. PMC 3600985. PMID  23516336 . 

Внешние ссылки