 |
Химические методы очистки геологической среды
|
|
|
|
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПТС
1. Механические методы
2. Гидродинамические методы
3. Аэродинамические методы
4. Термические методы
5. Электрические методы
6. Магнитные методы
7. Электромагнитные методы
Механические методы удаления загрязнений являются простейшими и наиболее универсальными методами очистки массивов от любых загрязнений, однако, в сущности, они являются лишь переносом загрязнения из массива в другое место, или предварительным (вспомогательным) этапом для других способов очистки. К механическому удалению загрязнений приходится прибегать в тех случаях, когда другие методы очистки не эффективны.
Особенно часто этот метод используется при сильном поверхностном загрязнении, например радионуклидами или нефтью. Существенным недостатком метода является необходимость утилизации большого объема пород.
Гидродинамические методы
Гидродинамическое воздействие широко применяется при очистке массивов пород различного размера, оно является основным методом очистки подземным вод от различных загрязнителей. Гидродинамическое воздействие происходит с фильтрующим потоком жидкости.
Фильтрование применяется чаще всего для очистки поверхностных вод.
Реагентное растворение (выщелачивание) используют в целях извлечения из загрязненных пород тяжелых металлов (свинца, олова, никеля, железа, хрома и кадмия), урана и соответствующих ему поливалентных металлов. В качестве реагентов используют аммиачную селитру, хлористый калий, орто- и пирофосфаты, органические и неорганические кислоты.
Наиболее известным методом удаления загрязнения вместе с водой является откачка. Общим недостатком откачки является сильное нарушение обводненности массива, что изменяет гидродинамический режим территории и свойства пород, слагающих массив.
|
|
|
Аэродинамические методы
Близкими по механизму действия к гидродинамическим методам очистки являются аэродинамические методы. При использовании этих методов загрязнение удаляется вместе с циркулирующим в массиве воздухом или газами. Аэродинамические методы в основном используются для удаления из грунтов газообразных и жидких летучих экотоксикантов.
Продувка воздухом через скважины с выносом загрязнителей на поверхность. Она применяется для веществ, находящихся в грунте в виде мелких твердых частиц, и проводится по аналогии с очисткой фильтрующих
Особым видом аэродинамического воздействия является продувка углекислым газом под высоким давление для очистки от органических веществ, в частности, от ароматических углеводородов.
Термические методы
Термические методы уничтожения загрязнителей часто используются в грунтовых массивах. Очистка достигается в разных случаях как за счет нагревания, так и за счет охлаждения массивов. Нагревание используется во всех случаях, когда экотоксикант является термически нестойким соединением. Особую роль термические методы, включая сжигание и пиролиз, имеют при конечном уничтожении или разложении отходов-экотоксикантов.
Электрические методы
Их преимущество - в высокой эффективности, экологической безопасности и возможности воздействия на массив. Очистка подземных и поверхностных вод, почв, грунтов от экотоксикантов основывается на использовании электрохимических и электрокинетических процессов происходящих в грунте под действием электрического тока.
Электролиз поверхностных и подземных вод, порового раствора грунтов и почв - это окислительно-восстановительный процесс, используемый для разложения токсичных химических соединений под действием постоянного электрического тока. Он используется для очистки грунтов от микроорганизмов и называется электрохимическим обеззараживанием.
|
|
|
При э лектрофлотации удаление твердых взвешенных частиц и нефтепродуктов достигается за счет извлечения их на поверхность из жидкой фазы выделяющимися при электролизе пузырьками газа. Эффективность очистки резко возрастает при снижении размера пузырьков. Применяется для очистки поверхностных вод.
Электрокоагуляция - это агрегация частиц, содержащих загрязнение, под действием постоянного электрического тока. Применяется в методах очистки почв, грунтов, подземных и поверхностных вод. В методе электрокоагуляции используются железные и алюминиевые аноды.
Электрохимическое окисление - это процесс окисления загрязнений в почвах, грунтах и подземных водах под действием постоянного электрического тока. Метод применяется для очистки геологической среды от хлорированных углеводородов, фенола и радионуклидов.
Электрохимическое выщелачивание - это метод очистки основанный на выщелачивании неорганических загрязнений из почв и грунтов под действием постояннного электрического тока. Этот способ позволяет переводить содержащиеся в геологической среде тяжелые металлы и другие соединения в подвижную форму.
Электродеструкция основана на электрохимическом разложении (разрушении) токсичных органических соединений на электродах с образованием нетоксичных веществ. Метод применяют для очистки подземных и поверхностных вод, водонасыщенных почв и грунтов. Преимущество метода в низкой стоимости очистки и высокой эффективности.
Для очистки загрязненных почв и грунтов применяется и метод электрического нагревания. Его используют для удаления летучих углеводородов, керосина, хлорированных органических растворителей, нефти, дизельного топлива, выветрелой органики типа котельного топлива и аминов.
. Методы электрокинетической обработки применяют для очистки глинистых и суглинистых грунтов, не однородных по составу и строению массивов пород в состоянии полного и не полного водонасыщения. Применение этого метода оправдано в случае загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами (свинцом, цинком, никелем, ртутью, железом, хромом), радионуклидами (стронцием и цезием), цианидами, хлорированными органическими растворителями и не электропроводными органическими веществами (нефтью и отработанным машинным маслом, дизельным топливом и др.)
|
|
|
Магнитные методы
Использование магнитных полей в технологиях очистки почв, грунтов, поверхностных и подземных вод пока не значительно и требует дальнейшего изучения и развития. В настоящее время магнитное воздействие в основном используют для удаления из порового раствора грунтов и почв, поверхностных и подземных вод магнитных примесей и радионуклидов, а также для мобилизации загрязнений находящихся в неподвижной или слабоподвижной форме.
Электромагнитные методы
В современных технологиях очистки подземных и поверхностных вод, почв и грунтов широкое распространение получили электромагнитные (волновые) методы воздействия на загрязнения. Это обусловлено возможностью применения их как в качестве самостоятельных методов реабилитации геологической среды, так и в комплексе с другими методами. Эффективность методов достаточно высокая, однако вредное воздействие электромагнитного излучения на человека и биоту экосистем ограничивает круг их применения. Ультразвуковая очистка эффективна для грубых и нефтяных загрязнений. При этом может происходить частичное разрушение грунта.
Метод может быть объединен с обработкой геологической среды паровакуумной экстракцией.
Для очистки почв, грунтов и подземных вод от хлорированных энергозависимых и полуэнергозависимых органических загрязнений также используют электромагнитную энергию частот радиодиапазона (RF) и сверхвысоких частот (СВЧ). Метод основан на СВЧ-нагреве почв и грунтов на базе диэлектрического механизма в результате физического искажения молекулярной структуры материала под действием приложенного электромагнитного поля
Метод импульсной ультрафиолетовой очистки основывается на обработке загрязненного трихлорэтиленом и другими хлорированными углеводородами, тетрохлоридом или хлороформом грунта в реакторных палатах содержащих ксеноновые лампы. Импульсный ультрафиолетовый процесс является химическим процессом окисления энергозависимых органических загрязнений, который используется как средство разрушения легких углеводородов.
|
|
|
К электромагнитным методам относят и очистку грунтов с помощью лазеров. Процесс деструкции, окисления загрязнений и обеззараживания грунтов происходит за счет их нагревания
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
Основным и наиболее распространенным методом очистки геологической среды от загрязнений остается реагентная обработка грунтов. В зависимости от типа химической реакции и взаимодействия реагента с экотоксикантом целесообразно разделить все виды химического воздействия на группы:
Методы осаждения основаны на ионных реакциях протекающих с
образованием малорастворимых веществ. Методы осаждения особенно
эффективны для загрязнений содержащих тяжелые металлы и
радионуклиды. Метод осаждения органических и неорганических загрязнений в водонасыщенных и слабо водонасыщенных грунтах основывается на двух типах химических реакций комплексообразования и кристаллизации. Эту модификацию метода используют для очистки почв, грунтов и донных осадков от загрязнений полихлорированными бефинилами, пентахлорфенолом, хлорированными и нитрированными углеводородами.
Химическая обработка почв и грунтов может проводиться реагентами как в жидкой так и в газовой фазе.
Преимуществами метода являются:
1) использование его в грунтах с разным химико-минеральным составом и проницаемостью;
2) отсутствие издержек и риска для здоровья и безопасности человека связанных с удалением, поверхностной обработкой, транспортировкой и дезактивацией загрязненных грунтов.
Методы управления окислительно-восстановительными условиями в специально созданных подземных барьерах обработки используются для трансформации соединений тяжелых металлов (цинк, никель, свинец, соединения хрома, сурьмы, селена, кадмия, марганца) и радионуклидов (стронция, технеция и окисдов урана) в менее растворимые формы (гидроокислы), а также разрушения цианидов, растворенных форм нитратов, органических и хлорорганических соединений (тетрахлорид и другие хлорированные растворители). Созданные с помощью химических и биологических реагентов барьеры являются зоной с заданным окислительно-восстановительным потенциалом. В качестве реагентов для осаждения тяжелых металлов используют известь (поташ), сульфат натрия, оксиды и диоксиды железа, органический углерод и др. Размеры барьера в среднем 18 м в диаметре и 30 м в глубину. Преимущество метода в разрушении хлорированной органики и фиксации тяжелых металлов и радионуклидов.
|
|
|
Как один из способов связывания тяжелых металлов в почвах используют гумусирование приводящее к образованию хелатных комплексных соединений. Однако недостатком метода является подкисление почв и неустойчивость хелатных соединений при высоких температурах. В общем случае применение фосфорных удобрений, известкования, органических удобрений способствует иммобилизации свинца, никеля, кадмия в почве.
Окисление кислородом и воздухом используют преимущественно для очистки почв, природных и техногенных грунтов неоднородных по проницаемости или слабопроницаемых. Этим способом удается снизить исходные содержания загрязнений до 3%. Недостатком метода является резкое снижение эффективности преобразования ионов аммония в нитраты на 70% при снижении температуры ниже 0 С.
Методы хлорирования и озонирования используются для обеззараживания поверхностных и подземных вод. Хлорирование как метод очистки подземных вод от микроорганизмов применим в меньшей степени. Недостатком этого метода является образование хлорфенольных соединений, вследствие чего хлорирование все в меньшей степени используется для обеззараживания вод. Преимущество этого типа методов в быстрой и экономически выгодной очистке пород и подземных вод от широкого круга загрязнений.
|
|
|
