Физико химические методы очистки почвы. Способы восстановления загрязненной почвы - живая страничка. Технологии очистки воды от нефтепродуктов
Парамонова Татьяна Александровна
Эксперт Росприроднадзора, сотрудник кафедры радиоэкологии факультета почвоведения МГУ имени Ломоносова
О том, каким образом можно очистить земли от радиационной заразы, «Огоньку» рассказала эксперт Росприроднадзора, сотрудник кафедры радиоэкологии факультета почвоведения МГУ имени Ломоносова Татьяна Парамонова.
Можно говорить о том, что спустя три десятка лет после чернобыльской катастрофы радиоактивное загрязнение почв значительно снизилось? Ведь 30 лет - это примерный период полураспада основных загрязняющих веществ.
За прошедшие годы содержание цезия в продуктах Брянской области действительно снизилось в 20-30 раз. Про почву однозначно такого сказать нельзя. 30 лет - срок, примерно равный периоду полураспада цезия-137, основного компонента чернобыльского загрязнения, долгоживущего радионуклида техногенного происхождения. Именно он массово попал в наземные и водные экосистемы европейской части России после чернобыльской аварии. В силу того что цезий хорошо закрепляется в глинистых минералах, он слабо переходит в растения. Посчитано, что в растениях он в 100-10 000 раз менее активен, чем в почвах. Иначе дела обстоят на песчаных почвах и на торфяниках, которые распространены на Брянщине. Там радионуклиды гораздо подвижнее и лучше переходят в растительную биомассу.
- Какие растения активнее всего поглощают и накапливают радиацию?
Способность поглощать радионуклиды у растений различается очень сильно. Безусловными накопителями цезия-137 являются грибы, а среди них самые активные - маслята, моховики и свинушки. Среди ягод на первом месте черника и брусника. Из растений, которые идут в пищу, больше всего цезий накапливается в многолетних бобовых, в кукурузе, в зернах овса и ячменя, в озимой ржи. Практически не поглощает цезий картофель, а вот кормовые травы делают это активно. В итоге цезий концентрируется в молоке и мясе домашних животных.
- О каких районах речь идет прежде всего? Где молоко и мясо сегодня наиболее загрязнены?
Несмотря на то что радиоактивное облако накрыло четыре области: Брянскую, Калужскую, Орловскую и Тульскую, в той же Орловской области вообще не отмечалось превышения нормативов содержания цезия-137 в продукции сельского хозяйства. В Тульской и Калужской областях случаи превышения отмечались только до 1987-1988 годов, а на территории Брянской области загрязнение цезием-137 зерна и картофеля к 1990-му снизилось в 20-30 раз, а сена - в 5-6 раз. Надо сказать, что во многом это произошло не только вследствие вышеописанных особенностей геохимического поведения радиоцезия, но и благодаря обширным контрмерам, принятым на землях пострадавших сельскохозяйственных угодий.
- Существовал ли в мире опыт возвращения радиоактивно зараженных земель в оборот до катастрофы на ЧАЭС?
Практически нет. В настоящее время можно утверждать, что эффективная система защитных мероприятий, направленных против радиоактивного загрязнения, во многом сложилась именно у нас. То есть отечественные специалисты, которые работали после чернобыльской катастрофы, как раз сыграли ведущую роль в исследовании этого вопроса.
- Какие технологии возрождения сельхозземель наиболее эффективны?
Все зависит от характера и масштаба загрязнения. К первоочередным мерам относится радиоэкологическое обследование почв (после аварии на ЧАЭС провели масштабную дистанционную гамма-съемку территории России, которая показала наиболее пострадавшие районы). В зависимости от результата, земли либо выводят из оборота, либо корректируют структуру посевов и контролируют качество растительной продукции. Очень действенный метод - более глубокая вспашка, которая выводит часть радионуклидов за пределы традиционного пахотного слоя. А также агрохимические приемы: внесение большого количества калийных и других минеральных и органических удобрений. Известкование тоже работает, но только на кислых почвах.
- Значит, внесение калийных удобрений действительно снижает уровень заражения?
Повышенные дозы калийных удобрений, теоретически, способны снизить интенсивность поглощения цезия-137 корнями растений в 2-20 раз. Но фактически вряд ли можно считать этот прием ведущим в реабилитации радиоактивно загрязненных земель.
- Интересно, а как действовали японцы после аварии на атомной станции «Фукусима»?
В Японии поступили совсем просто: на значительной части загрязненных пахотных земель, рисовых полей и лугов просто срезали верхний, наиболее загрязненный слой почвы. Правда, потом возникла проблема, где же разместить эту большую по объему почву, превратившуюся в радиоактивные отходы. Она долго хранилась в тюках на открытых площадках, в дальнейшем планируется поместить их в основание бетонной дамбы, захоронив там окончательно.
- Какие самые тяжелые последствия для экологии вы можете назвать в связи с аварией на ЧАЭС?
Знаете, я бы сказала, что самыми тяжелыми стали социально-психологические последствия. Для общества чернобыльская авария приобрела значение катастрофы, отголоски которой не утихают до сих пор. Приведу пример. В прошлом году мы с коллегами возвращались с конференции, посвященной 30-летней годовщине чернобыльской аварии, и продолжали беседовать о том, что переход цезия-137 в продукцию сельского хозяйства невелик по масштабам и выращенные сейчас на умеренно загрязненных землях картофель и зерновые культуры вполне безопасны для потребления человеком. К нашему разговору прислушивался мужчина средних лет, который в какой-то момент затрясся и воскликнул: «Вот вы так говорите, а у меня сестра жила в Гомельской области, умерла молодой через два года после Чернобыля от рака». Что тут ответишь? Сошлюсь на официальные данные: по статистике, среди первых ликвидаторов чернобыльской аварии (тех, кто работал сразу после аварии) была повышена заболеваемость лейкозами и болезнями кровеносной системы. До настоящего времени у ликвидаторов и жителей наиболее загрязненных цезием-137 областей России отмечаются тенденции к более частой заболеваемости раком щитовидной железы и другими видами рака, однако радиационная обусловленность этих заболеваний подтверждается не всегда.
Проблема относится к числу наиболее актуальных в связи с общим ухудшением среды обитания человека и непосредственно - селитебных территорий. В зависимости от масштаба и характера загрязнения возможны два основных направления санации почв: удаление верхнего слоя грунта на свалку или для переработки на специальных установках; разрушение вредных веществ различными способами непосредственно на месте. Отметим, что известные методы иммобилизации загрязнений в почве, например цементирование отдельных участков, их обвалование и др., часто рассматриваемые как способы очистки территорий, ими не являются, так как не обеспечивают удаления вредных веществ.[ ...]
Способы очистки почв от загрязнений можно разделить на физические, химические, физико-химические и биохимические.[ ...]
Физические методы предусматривают удаление верхнего слоя грунта с загрязненных территорий на свалку или в специально отведенные места. К ним же следует отнести все варианты промывки почвы с растворением загрязнителей в промывающей жидкости (воде).[ ...]
Химические методы включают термические способы, процессы выщелачивания, связывания загрязнителей в комплексные соединения и т.д.[ ...]
Термические способы используют для удаления органических веществ и некоторых цветных металлов, химической стабилизации грунтов. Их реализуют в различных вариантах: нагрев на воздухе, в вакууме, пиролиз и др.[ ...]
Нагревание на воздухе применяют для земель, загрязненных нефтью, маслами, бензином, галогеносодержащими и другими органическими соединениями. Термообработка обычно заключается в выдержке материала при 700-800°С с выгоранием углеводородов. Физикохимические свойства почвы при этом изменяются незначительно. Биологическую активность термически обработанных почв восстанавливают, добавляя при необходимости компост и другие минеральные вещества.[ ...]
В настоящее время стационарные и передвижные установки для термообработки почв на воздухе очищают миллионы тонн загрязненных земель. В частности, общая годовая производительность установок только фирмы Nord (Германия) составляет 300 тыс. т при их единичной мощности 50-80 тыс. т. Емкость хранилищ равна суммарной годовой производительности установок (Massive...).[ ...]
Ваку у mho-термический метод санации почвы реализован в США в варианте передвижной установки. Загрязненный органическими соединениями грунт загружают в вакуумный барабан типа бетоносмесителя, установленный на шасси автомобиля. Длина барабана 4,5 м, диаметр 2,4 м, частота вращения 10-18 мин. При нагревании летучие органические соединения испаряются и далее ожижаются в конденсаторе, размещенном на прицепе автомобиля. Конденсат после очистки на фильтр»е пригоден к использованию по целевому назначению. Продолжительность цикла обработки одной загрузки грунта составляет 45 мин (Crosby).[ ...]
Термические способы реализуются не только на специальных установках, к которым доставляют подлежащую очистке почву, но и могут осуществляться непосредственно на месте. Один из таких методов предусматривает остекловывание почвы. В последнюю вводят электроды и, пропуская ток, нагревают ее до высоких температур (2160°С). Грунт при этом расплавляется, органика пиролизуется, образующиеся газы поступают на очистку. Последующее охлаждение почвы приводит к ее остекловыванию и связыванию в устойчивые от вымывания формы таких загрязнителей, как, например, радионуклиды и тяжелые металлы (In situ...).[ ...]
Выщелачивание как химический метод очистки почв заключается в обработке грунта 2%-ным раствором соляной кислоты при pH, равном 2, в течение 10 мин. Содержание таких загрязнителей, как мышьяк, кадмий, медь, никель, цинк и свинец снижается при этом на 86-98% (Acid...).
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ
Изобретение относится к области рекультивации и экологии. Способ включает выявление в исходном шламе аборигенных азотфиксирующих микроорганизмов. Затем осуществляют стимуляцию выявленных азотфиксирующих микроорганизмов путем структурирования шлама. Снижают его влажность, вносят разрыхляющие добавки и фосфорные удобрения. Перемешивают внесенные добавки со шламом. Посев растений осуществляют двукратно с последующим запахиванием. При этом в качестве источника азота для растений и микроорганизмов используют процесс биологической фиксации азота вместо химических азотных удобрений. В качестве разрыхляющей шлам добавки используют древесные опилки, которые добавляют в количестве не менее 15% по объему.
Посев растений осуществляют непосредственно после улучшения структуры шлама, без выдерживания обрабатываемой смеси шлама с добавками для снижения фитотоксичности. В качестве выращиваемых на шламе растений используют сочетание бобовых и злаковых культур. Способ позволяет повысить качество обезвреживания загрязненных углеводородами шламов, сократить трудозатраты и средства на обезвреживание, повысить качество защиты окружающей среды, расширить область применения биотехнологий в природоохранной деятельности.
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГРУНТОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ (ВАРИАНТЫ)
Группа изобретений относится к области рекультивации и биотехнологии. В способе в биореактор загружают загрязненный грунт и равномерно распределяют его по биореактору, после чего в биореактор загружают песок с предварительно добавленным в него биосорбентом, перемешивают грунт с песком с образованием слоя смеси компонентов и обрабатывают водным раствором гуминовой кислоты с концентрацией 2-5 вес.% в воде, до влажности слоя смеси 50-60%, выдерживают, периодически перемешивая смесь в биореакторе, и после достижения нормативных значений концентраций загрязняющих веществ перемешивание прекращают и осуществляют выгрузку очищенной смеси. Вместо предварительного добавления в песок биосорбента обрабатывают смесью водного раствора гуминовой кислоты с концентрацией 2-5 вес.% в воде и биопрепарата 0,01-0,05%.
Установка содержит расположенные в замкнутом объеме приемный бункер с крышкой для размещения рабочей среды, устройство перемещения рабочей среды из приемного бункера в биореактор, систему орошения установки с баком-накопителем, воздуходувку-нагреватель для предварительного подогрева рабочей среды и автоматического поддержания заданной температуры воздуха в замкнутом объеме установки, шнек для выгрузки рабочей среды и теплоизолированное основание с подогреваемым полом. При этом приемный бункер выполнен с возможностью раздельной подачи в него элементов рабочей среды, бак-накопитель выполнен с возможностью подачи в него раствора гуминовой кислоты в воде или раствора гуминовой кислоты с биопрепаратом в воде, а теплоизолированное основание содержит два слоя, зазор между которыми связан с выходом воздуходувки-нагревателя.
Изобретения позволяют повысить эффективность и качество очистки загрязненного грунта при обеспечении очищения грунта от нефтепродуктов и солей тяжелых металлов.
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ, ЗАНЯТЫХ ШЛАМОВЫМИ АМБАРАМИ, ОБРАЗОВАННЫМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Изобретение относится к области восстановления грунтов, загрязненных в процессе нефтегазодобычи, конкретно, к способу восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, образованными в результате нефтегазодобычи, при котором в отходы нефтегазодобычи вносят загуститель, а загуститель размешивают по всему объему жидких отходов до гомогенного состояния содержимого амбара. В качестве загустителя используют бентонитовую глину объемом из расчета 50% от объема отходов, содержащихся в амбаре.
После завершения процесса загущения отходов при перемешивании в амбар засыпают торфо-песчаную смесь до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом местности, после чего на эту площадь насыпают второй слой торфо-песчаной смеси, предварительно перемешанной с селитрой аммиачной в количестве 180-220 кг/га и солью калийной в количестве 130-170 кг/га. Осуществляют посев семян многолетних культур из расчета 120-150 кг/га. Предложенный способ обеспечивает повышение экологичности земель, улучшение их водно-физических свойств за счет использования экологически совместимого с почвой природного материала.
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОЧВ ОТ ОСТАТКОВ ПЕСТИЦИДОВ
Изобретение относится к области сельского хозяйства и рекультивации земель. Способ включает подготовку активного угля, внесение его в почву и заделку на глубину 1-3 глубины высева семян. При этом гранулированный активный уголь подготавливают путем выделения фракции 0,2-0,8 мм с размерами микропор 0,6-0,8 нм и объемом микропор 0,36-0,50 см3/г, затем его вносят в почву в дозе 100 кг/га и перемешивают. Способ позволяет восстановить плодородие почв, загрязненных остатками стойких к деградации пестицидов.
СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ГРУНТА, ЗАГРЯЗНЕННОГО НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложенный способ включает внесение в грунт природного сорбента с биопрепаратом до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте, причем в качестве сорбента используют глауконит, а в качестве биопрепарата - поликультуру. Перед внесением в грунт сорбента с биопрепаратом производят замеры концентрации загрязняющего вещества и определяют массу сорбента. После измерения концентрации загрязняющего вещества в грунте, на границе проникновения загрязнения в грунт, в нижней части загрязненного слоя, помещают экранирующую прослойку из биогумоса. Увлажнение загрязненного грунта производят после распределения массы сорбента с биопрепаратом по поверхности загрязненного грунта с одновременным перемешиванием. Причем концентрацию загрязняющего вещества определяют послойно, а количество слоев загрязненной почвы с концентрацией загрязнения слоя не менее чем вдвое различной друг от друга делают не менее двух. Способ позволяет производить эффективную очистку грунта, загрязненного нефтепродуктами.
СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ ЗЕМЕЛЬ
Изобретение относится к области рекультивации земель. В способе проводят планировку поверхности, вносят азотные, фосфорные, калийные минеральные соли. Для обработки семян перед посевом и вегетирующих растений, с ежегодным проведением обработки вегетирующих растений, используют биологически активный продукт перекисно-аммиачного гидролиза торфа, содержащий гуминовые кислоты в концентрации 0,0025-0,005%. При этом осуществляют вспашку и посев семян. По мере необходимости, дополнительно подсевают семена и вносят азотные, фосфорные и калийные минеральные соли. Способ стимулирует всхожесть семян, интенсифицирует фотосинтез, адаптирует растения к неблагоприятным условиях, а также способствует активизации аборигенной микрофлоры.
СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ОТХОДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЛЮИЗИТОМ И ПРОДУКТАМИ ЕГО ПРЕВРАЩЕНИЙ
Изобретение относится к области уничтожения химического оружия, в частности к детоксикации отходов строительных материалов, загрязненных люизитом, в том числе -люизитом и продуктами его превращений. Способ заключается в дроблении отходов строительных материалов до размера не более 40 мм и обработке - пропитке окислителями, с последующим смешением с цементным раствором и выдержкой до образования механически прочной твердой массы. В качестве окислителей используются раствор перекиси водорода, в котором содержится перекись водорода в количестве 0,66% от массы образца, или раствор хлорамина Б, в котором содержится хлорамин Б в количестве 2,0% от массы образца, или суспензия хлорной извести в воде, в которой хлорная известь составляет 15,0% от массы образца, а количество воды составляет 50% от массы строительных отходов, выдержке обработанных окислителем отходов строительных материалов в течение одних суток, последующем смешении с цементным раствором, обеспечивающие перевод люизита, в том числе -люизита, и продуктов его превращения в физиологически неактивную, нерастворимую и нелетучую форму, не опасную для окружающей природной среды.
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ПОЧВ
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Согласно предложенному способу предварительно диспергируют по поверхности почвы реагент-деструктор, восприимчивый к электромагнитным волнам, с последующим облучением обработанного участка микроволновым излучением. Причем в качестве реагента-деструктора используют вещества в жидкой форме или растворы, которые выделяют атомарный кислород под действием микроволнового излучения, а именно пероксид водорода или раствор пероксидисульфата натрия. Способ позволяет обезвреживать химические соединения разных классов, в том числе малополярных соединений, а также сорные растения и вредители, за счет обеспечения химической деструкции загрязнителей в процессе микроволнового воздействия на почву.
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТЕШЛАМОВ И ОЧИСТКИ ЗАМАЗУЧЕННЫХ ГРУНТОВ
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно к методам улучшения экологического состояния и возвращения в хозяйственный оборот земель, загрязненных нефтепродуктами, в частности нефтешламов и замазученных грунтов. Технический результат - сокращение общей продолжительности биотермической обработки органосодержащих отходов с 1-3 месяцев до 18-30 суток, что позволяет использовать полученный рекультивационный материал для заполнения отработанных карьеров, в планировочных работах, а также для технического экранирования заполненных накопителей промышленных отходов на стадии их ликвидации или консервации. Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки нефтешламов и очистки замазученных грунтов в качестве щелочного реагента используют шламы химводоочистки теплоэлектроцентралей.
Процесс осуществляют в высоконагружаемом кавальере, аэрируемом в нижней части от нагнетательных высоконапорных устройств. В верхней части процесс осуществляют за счет периодического перемешивания грейферным ковшом козлового крана до момента снижения температуры компостной среды до температуры наружного воздуха. Время изменения температуры компостной смеси определяют по определенному математическому выражению. Время окончания процесса рассчитывают по формулам.
СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к очистке и восстановлению почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Состав для очистки почвы содержит торфяной наполнитель, азотное и фосфорное удобрение, а также цеолит-глинистую породу, гидрофобизированную катионным ПАВ при следующем соотношении компонентов, вес.%:
торфяной наполнитель 98,989-84,79;
азотное удобрение, N 0,01-0,15;
фосфорное удобрение, P2O5 0,001-0,06;
цеолит-глинистая порода 1-15.
Данная экологически чистая композиция для локализации и биодеструкции углеводородного загрязнения позволяет осуществлять сорбционное связывание и утилизацию загрязнителя. 4 з.п. ф-лы, 3 пр. 2450872
СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ
Изобретение относится к области экологии и биотехнологии и может быть использовано при очистке почв от хлорорганических пестицидов. Способ микробиологической деструкции хлорорганических пестицидов отличается тем, что процесс разложения пестицидов осуществляют с помощью ассоциации микроорганизмов в условиях аэрации при внесении в загрязненный объект гумат калия. Изобретение позволяет увеличить степень деструкции пестицидов и сократит время деструкции.
СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ СВАЛОК ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Изобретение относится к биологической рекультивации мест несанкционированного и санкционированного хранения отходов и к способам защиты окружающей среды от загрязнения твердыми бытовыми отходами, применим в том числе для создания лесонасаждений. Для повышения эффективности и снижения трудоемкости биологической рекультивации земель производят обследование свалки, очистку от обнаруженных металлических предметов, выравнивание поверхности свалки, нанесение на мусор слоя перегноя толщиной не более 20 см, затем слоя потенциально плодородного грунта толщиной не менее 10 см, производят уплотнение почвы, дискование, боронование, посев травянистой и посадку древесной растительности, выкапывание по периметру участка канавы для сбора фильтрата.
СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕРЗЛОТНЫХ ПОЧВ ОТ НЕФТИ СПОРООБРАЗУЮЩИМИ БАКТЕРИЯМИ BACILLUS SUBTILIS
Изобретение относится к восстановлению загрязненных почв, в частности к способам очистки мерзлотных почв от нефтяных загрязнений. Для очистки почвы от нефтяных загрязнений в почву вносят суспензию штамма бактерий Bacillus subtilis «Колыма-7/2к». Применение такого микробного препарата позволяет за 3 месяца летнего периода снизить концентрацию нефти до 0,48%.
СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ РЕАГЕНТНОЙ ДЕТОКСИКАЦИИ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для реагентной детоксикации и рекультивации почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями в местах прошлого уничтожения химического оружия. Способ включает последовательное нанесение послойного мелиоративного покрытия и 20-сантиметрового слоя почвы. Последующее залуживание поверхности путем посева корневищных многолетних трав костреца и пырея в весовом соотношении семян 1:1 и нормой высева 20 кг/га. Площадку предварительно обрабатывают эквивалентными количествами диоксида тиомочевины (ДТМ), но не более 0,5 т, модифицированной аминокислотной композиции, но не более 0,5 т на 100 м2 обрабатываемой площади при общем содержании мышьяка не более 3000 мг/кг и тяжелых металлов не более 7000 мг/кг до достижения рН водной вытяжки из почвы не менее 8 и значении аминокислотного коэффициента не менее 2, затем глауконитом слоем не более 5 см с последующим покрытием 5-сантиметровым слоем цеолитсодержащей породы, слоем карбонатной глины мощностью 10 см, смесью почвы с полимером акриламида водопоглощающего АК-639 марки В-415К в объемном соотношении 150:1 слоем 10 см. Изобретение позволяет снизить содержание токсичных водорастворимых форм мышьяка и тяжелых металлов в сильнозагрязненной почве испытуемой площадки в 4-6 раз, осуществляя таким образом устойчивую детоксикацию и рекультивацию почв.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНЫХ АССОЦИАЦИЙ ДЛЯ ФИТОРЕМЕДИАЦИИ НА ОСНОВЕ МИКРОРАЗМНОЖАЕМЫХ РАСТЕНИЙ И ПЛАЗМИДОСОДЕРЖАЩИХ РИЗОСФЕРНЫХ БАКТЕРИЙ
Изобретение относится к биотехнологии. Способ получения растительно-микробных ассоциаций для фиторемедиации на основе микроразмножаемых растений томата, рапса и арабидопсиса и плазмидосодержащих ризосферных бактерий, обладающих антимикробной активностью против бактерий вида Erwinia carotovora и грибов вида Phytophthora infestans, включает колонизацию посадочного материала культивируемых in vitro растений штаммом Pseudomonas aureofaciens BKM В-2500 Д, несущим плазмиды pBS216, pKSl, придающие устойчивость ему к нафталину и мышьяку, или Pseudomonas aureofaciens BKM B-2501 Д, несущим плазмиды pBS216, pBS501, придающие устойчивость ему к нафталину и никелю. Изобретение позволяет повысить защиту растений от токсического воздействия нафталина и тяжелых металлов, а также рост и устойчивость растений к фитопатогенным микроорганизмам.
ПРЕПАРАТ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, СВОЙСТВЕННЫМИ ВЫБРОСАМ ХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Изобретение относится к препаратам для биологической очистки почвы, загрязненной хлорорганическими веществами, свойственными выбросам химического предприятия. Препарат для биологической очистки почв содержит глауконитсодержащее вещество, биологически активный ил, янтарную кислоту, азотсодержащий биогенный элемент в виде мочевины и воду. Для стимулирования окислительной активности микробиоты в него дополнительно введены культурная жидкость штамма бактерий Bacillus subtilis БАГ-65 и кубовый остаток химического производства, содержащий тетрахлорэтан, трихлорэтилен, хлороформ, дихлорэтан, метиленхлорид и хлорметил. В препарате компоненты представлены в следующих массовых долях (мас.%):
глауконитсодержащее вещество 65-70
биологически активный ил 3-5
янтарная кислота 0,01-0,05
азотсодержащий биогенный элемент 0,01-0,50
культуральная жидкость штамма бактерий
Bacillus subtilis БАГ-65 15-20
Тетрахлорэтан 0,27-0,38
трихлорэтилен 0,14-0,16
хлороформ 0,39-0,42
дихлорэтан 0,24-0,36
метиленхлорид 0,12-0,50
хлорметил 0,56-0,68
вода 17,26-1,95
Выращенные в ферментах биологически активные микроорганизмы отдельных физиологических групп на основе описанного препарата в виде пасты способствуют не только биологической очистке почвы, загрязненной хлорорганическими веществами, но и восстанавливают активную деятельность аборигенной микробиоты.
КОРНЕВИЩНЫЙ СПОСОБ ФИТОРЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
Изобретение относится к нефтяной промышленности и экологии и может быть использовано для очистки-рекультивации от загрязнений нефтью и нефтепродуктами почв земель сельскохозяйственного и промышленного назначения в районах Крайнего Севера с применением растений. Данный способ рекультивации позволяет эффективно осуществлять утилизацию нефти и нефтепродуктов в почве с высокой концентрацией загрязнения 5-15%. Способ фиторекультивации почвы от нефти и нефтепродуктов посредством фитомелиоранта включает выращивание растений Phalaroides arundinacea из семейства Poaceae, последующую высадку растений второго года жизни в нефтезагрязненную почву корневищами на расстоянии 0,3÷0,5 м. Высадка растений осуществляется в почву с концентрацией нефтепродуктов свыше 5%. Высаживают растения с очищенными корнями.
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ С ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТОВЫХ ВОД И СИСТЕМА ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Группа изобретений относится к области экологии и предназначена для ликвидации техногенных скоплений нефтепродуктов с поверхности грунтовых вод и предотвращения сброса нефтепродуктов в открытые водоемы и водозаборные горизонты. В пределах пятна загрязнения бурят скважину. Устанавливают в ней временную обсадную колонну 1 из труб большого диаметра, в полости которой размещают водоподъемную секцию 2 с водоподъемным погружным электронасосом 4 и нефтепродуктоподъемную секцию 3 с установленным с меньшим заглублением нефтеподъемным погружным электронасосом 5. Электронасосом 4 откачивают воду до образования на поверхности раздела фаз нефтепродукты-вода депрессионной воронки и накопления нефтепродуктов в ней. Затем электронасосом 5 селективно извлекают их. Секции 2 и 3 выполняют в виде автономных фильтровых колонн, в нижней части которых размещены фильтры 6 и 8. Каждый фильтр содержит голову 7 и башмак 9. Фильтр водоподъемной секции расположен на глубине, соответствующей уровню раздела фаз, а фильтр нефтепродуктоподъемной секции размещен выше уровня раздела фаз. Фильтры обсыпают обломочным фильтрующим материалом (гравий или щебень) путем заполнения полости временной обсадной колонны, после чего трубы обсадной колонны извлекают из скважины. Технический результат: высокая степень очистки извлекаемых грунтовых вод от нефтепродуктов за счет минимизации вторичного загрязнения грунтовых вод жидкими нефтепродуктами.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОЙ ФОРМЫ БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕРРИТОРИЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения сухой формы биопрепарата на основе микроорганизма-нефтедеструктора рода Pseudomonas или Rhodococcus для очистки территорий от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. Культивируют бактерии рода Pseudomonas или Rhodococcus в жидкой питательной среде. Затем суспензию бактерий смешивают с защитной средой. При этом защитную среду готовят на основе 0,05 М натрий-калиевого фосфатного буфера рН 6,8 при следующем соотношении компонентов: 4% полиглюкина, 10% сахарозы, 4% тиомочевины, 2% аскорбиновой кислоты с последующим титрованием 45% раствором гидроксида натрия до рН 6,8-7,2. Полученную смесь добавляют к сорбенту - вспученному перлитовому песку. Затем проводят контактную сушку препарата при t=37°C до постоянной массы. Способ позволяет повысить выживаемость бактериальных клеток микроорганизмов-нефтедеструкторов родов Pseudomonas и Rhodococcus до 44% и 81% соответственно.
СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Изобретение относится к восстановлению нефтезагрязненных земель. Способ рекультивации нефтезагрязненных земель заключается в том, что наносят материал на поверхность нефтезагрязненных земель. В качестве материала используют отработанный проппант в виде шариков с плотностью более 103 кг/м3 , которые продавливают нефтезагрязненную почву. Реализация данного способа позволяет повысить эффективность рекультивации нефтезагрязненных земель, а также утилизировать отходы нефтегазовой промышленности.
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И НЕФТЕШЛАМОВ
Изобретение относится к микробиологической очистке почв, загрязненных нефтепродуктами, переработке нефтешлама и рекультивации земель и может быть использовано, например, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли. Техническим результатом изобретения является рациональное использование рабочей площади, эффективная и экологически безопасная очистка при разной степени загрязненности без применения дополнительного спецоборудования при минимальных трудозатратах и времени на подготовку очищаемого грунта.
Способ подразумевает формирование отдельных рабочих участков, отбор проб доставленного грунта на содержание нефтепродуктов, результаты которых через регистратор подают в блок анализа, который после сравнения с нормативными данными выдает через дополнительный расчетный блок персональные рекомендации о необходимом количестве структуратора, удобрений и биопрепарата для подготовки очищаемого слоя на данном рабочем участке.
Вносят удобрения в подготовленную на участке почвенную массу в виде 0,07-0,1% раствора из расчета 0,5-1 г/м2. Проводят периодический отбор проб очищаемого слоя на содержание нефтепродуктов с отдельных рабочих участков, по результатам которых расчетный блок выдает количественные рекомендации по дополнительному внесению ингредиентов в очищаемый слой каждого рабочего участка или команду на освобождение этого рабочего участка для очередной порции очищаемого грунта.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕСОРБЕНТА
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и касается сорбентов, применяемых для очистки почвы и водоемов от различных химических загрязнений, в частности нефти и нефтепродуктов. Способ получения нефтесорбента заключается в том, что кожевенную пыль обрабатывают в режиме интенсивной аэрации до достижения удельного веса 0,06-0,12 г/см3. Аэрированную кожевенную пыль предложено использовать как для очистки поверхности воды от нефтяной пленки, так и для сорбции нефти на почвогрунтах с последующей культивацией почвы и биодеградацией углеводородов нефти в почвенный гумус. Биодеградацию углеводородов нефти при использовании заявленного нефтесорбента осуществляют при температуре почвы 12-40°С в течение 60-90 дней. Изобретение обеспечивает получение эффективного и плавучего нефтесорбента.
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
Изобретение относится к способам микробиологической очистки почв от нефти и нефтепродуктов. Способ очистки почвы от нефти и нефтепродуктов заключается в обработке почвы жидкой формой биопрепарата, включающего аэробные нефтеокисляющие бактерии. Перед обработкой почвы упомянутым биопрепаратом непосредственно в почву вносят азот-фосфорно-калийное минеральное удобрение и дополнительно - рыбную муку. Наилучший результат достигается при использовании препарата «Нафтокс» с бактериальной культурой Mycobacterium sp.5 КВ. В качестве минерального удобрения в загрязненную почву рекомендуется вносить азофоску в количестве 50-100 г/м2, рыбную муку - в количестве 150-300 г/м 2. Способ позволяет повысить эффективность очистки почвы от загрязнений нефтепродуктами при использовании жидкой формы биопрепарата посредством стимуляции роста числа бактерий, вносимых в загрязненную почву.
Почвы, содержащие песок и глины, загрязненные ядерными отходами, элементарной ртутью или смешанными отходами, включающими также вредные органические соединения, очищают обработкой одним безводным жидким аммиаком или аммиаком в сочетании с сольватированными электронами. Способы включают концентрирование радионуклидов, например плутония и урана, в мельчайших частицах почвы и глины с получением остаточного продукта, практически не содержащего загрязняющих веществ, что позволяет осуществить рекультивацию почвы. Технический результат заключается в том, что за счет концентрирования ядерных отходов в частицах почвы объем пространства, обычно требуемого для хранения необработанной почвы, и расходы на это значительно снижены. Аммиачные жидкости, такие как безводный жидкий аммиак, облегчают очистку за счет измельчения почвы с получением тонких дисперсий, откуда выделяют капли ртути. Высокая плотность ртути позволяет более крупным частицам почвы осесть, а ртуть отделяют от частиц почвы. 3 с. и 34 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к способам очистки почвы от загрязнений, более конкретно к очистке почв, содержащих ядерные отходы, почв, содержащих ртуть, и почв, загрязненных смешанными отходами, способами, которые также позволяют рекультивировать обработанную почву. Предпосылки создания изобретения. В результате осуществления испытаний вооружения, включающих детонацию ядерных установок, в США и за рубежом, окружающая среда и, в частности, большие площади почвы в районах испытаний были загрязнены ядерными отходами. В некоторых случаях, например, детонация ядерной установки не обеспечила достижение необходимой критической массы радиоактивных компонентов, что привело к рассеянию на огромных площадях в зоне испытаний в пустыне значительных количеств обогащенных урана и плутония. Кроме испытаний ядерного оружия, загрязнение почвы радиоактивными веществами возникает в центрах, производящих ядерное оружие, таких как в Hanford, Washington; Rocky Flats, Colorado; Savannah River, Georgia; Oak Ridge, Tennessee и т.д., при утечках или выделениях в окружающую среду. Попытки успешной очистки этих площадей были затруднены и оказались чрезвычайно дорогостоящими вследствие огромных количеств почвы, требующих обработки и/или хранения. Очистка обычно означала медленный и дорогой процесс, при котором загрязненную почву собирали и перемещали в другое место на хранение. Заброшенные соляные копи и горные выработки были предложены в качестве хранилищ для ядерных отходов, но слишком часто затем отвергались по техническим и/или политическим причинам. Из-за ограниченного пространства, доступного для хранения ядерных отходов, рекультивация загрязненных площадей продвигалась медленнее. С целью преодоления кризиса в области хранения ядерных отходов для уменьшения огромных количеств загрязненной почвы, требующей хранения, были предложены системы, в которых радиоактивные компоненты концентрируются в какой-то части почвы. Например, в одной системе применяют способ водной промывки, требующей использования химических агентов для промывки почвы, множества стадий разделения, обработки воды и т.д. Хотя этот способ является довольно эффективным, обеспечивая концентрацию радиоактивных компонентов в алеврите и глинистых фракциях почвы, он требует больших капитальных и рабочих затрат на тонну обрабатываемой почвы, что считается экономически нецелесообразным. Соответственно большинство методов, предложенных для концентрирования ядерных отходов, не получили широкого распространения. Как и в случае ядерных отходов, загрязнение почвы ионами, а также элементарной ртутью также представляет серьезную угрозу для живой природы, причем эта угроза для окружающей среды сохраняется долго. Случаи загрязнения окружающей среды ртутью хорошо известны. Одним из источников загрязнения ртутью служило использование ртутных электролитических ячеек при синтезе хлора и каустической соды. В ртутной ячейке используется ртутный катод, поэтому полученный металлический натрий, образующийся на катоде, быстро реагирует со ртутью, с образованием амальгамы, NaHg, таким образом отделяясь от других продуктов. Последующая обработка водой превращает амальгаму NaHg в каустическую соду, водород и металлическую ртуть, последнюю возвращают в цикл для дальнейшего использования. Хотя этот тип электролитической ячейки постепенно исчезает из промышленности из-за загрязнения окружающей среды ртутью, другие области применения ртути, помимо электродов, включают фотографию, электрические переключатели, регулирующие устройства, катализаторы и т.д. Они также способствовали загрязнению озер, океанов и почвы. Загрязнение окружающей среды ртутью и ее восстановление представляют большую проблему. Другие проблемы, связанные с окружающей средой, относятся к способам обработки почвы, загрязненной "смешанными отходами". Выражение "смешанные отходы" означает отходы, содержащие два или несколько разных классов загрязняющих веществ, требующих разложения или удаления. Одним примером почвы, загрязненной смешанными отходами, являются почвы, загрязненные ПХБ, например, диэлектрическими жидкостями, попавшими в почвы, загрязненные также элементарной ртутью. Вместе они представляют собой смесь, с трудом поддающуюся обработке с использованием обычных технологий. В то время как почвы, содержащие ртуть, могут использоваться для насыпей, наличие ПХБ не позволяет делать насыпи в тех районах, где не разрешено использовать почвы с ПХБ. Следовательно, обычно нельзя делать насыпи из такой почвы. Кроме того почвы, загрязненные ПХБ, можно сжигать, но наличие ртути мешает этому, так как окиси ртути, образовавшиеся при сжигании, являются вредными при выделении в атмосферу. Эта дилемма исторически привела к тому, что смешанные отходы требуют значительных расходов на обработку. Соответственно существует необходимость в создании нового экономичного способа очистки почв, содержащих ядерные отходы, такие как отходы, образовавшиеся в местах производства ядерного оружия, испытания ядерного оружия и там, где обработка связана со значительными объемами почвы, загрязненной радиоактивными материалами. Способ должен обеспечить уменьшение пространства, требующегося в противном случае для хранения необработанных почв, путем концентрации в небольшой фракции почвы, а также обеспечить рекультивацию этих участков. Точно так же нужен механизм, при котором элементарная ртуть и смешанные отходы, содержащие ртуть и другие загрязняющие вещества, такие как органические вещества типа пестицидов, диоксинов, ПХБ, и/или ядерные отходы, типа радионуклидов, могут быть легко отделены от почвы для последующего выделения и соответствующего употребления. Сущность изобретения. Таким образом, основной целью изобретения является создание усовершенствованных, более экономичных способов отделения радиоактивных компонентов от загрязненной почвы, при этом обработанная почва становится достаточно очищенной от токсичных радиоактивных компонентов, чтобы позволить осуществление рекультивации почвы. Выражение "достаточно очищенной" означает почву, обработанную согласно данному изобретению таким образом, что она: (i) практически не содержит всех нежелательных радиоизотопов (радионуклидов), или (ii) содержит остаточные количества слабых радиоизотопов, что позволяет рекультивировать эту почву, или (iii) содержит такие количества слабых радиоизотопов, которые могут быть разбавлены в достаточной степени инертным веществом для уменьшения ее активности до приемлемого уровня. Выражения, такие как "ядерные отходы" и радиоактивные отходы", упоминаемые в данном описании и формуле, относятся к почвам, загрязненным изотопными формами элементов, имеющих нестабильные ядра, которые распадаются и выделяют энергию обычно в виде альфа-частиц, бета-частиц и гамма-лучей. Они в основном включают продукты или побочные продукты расщепления ядер или непрореагировавшие продукты ядерного деления. Примеры включают такие радионуклиды, как Cs 137 ; Co 60 ; K 40 ; Pu 236 ; U 235 , U 238 , Ru 103 , Te; Sr 90 ; Rb; Y; Re; Rh; Pd; Tc; Np и Am. Способы по изобретению обеспечивают выделение ядерных отходов во фракции почвы, особенно, в маленькие частицы с большой поверхностью, такие как почвенная мелочь и алевритовые фракции глины, для последующего хранения или обработки. Путем концентрации ядерных отходов в частицах почвы и алеврита добиваются значительного уменьшения требующегося для хранения пространства на тонну обработанной почвы, примерно на 90% по сравнению с пространством, требующимся для хранения необработанной почвы. Способы по изобретению включают стадии: (а) смешения аммиачной воды с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость-ядерные отходы, (б) селективного осаждения частиц почвы из суспензии или дисперсии со стадии (а) с образованием нижней твердой фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в аммиачной жидкости, (в) отделения верхней фазы жидкость-твердые вещества от нижней твердой фазы частиц почвы, причем мельчайшие частицы верхней фазы жидкость-твердые вещества содержат большую часть радионуклидов, или, другими словами, нижняя твердая фаза практически не содержит ядерных отходов, что делает возможным рекультивацию почвы, и (г) отделения аммиачной воды от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы с целью использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц. Термин "использование" означает хранение мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы. Выражение "дальнейшая обработка" означает любую процедуру, изменяющую потенциально токсичные свойства радионуклида с превращением его в вещества с пониженной токсичностью, менее вредные для окружающей среды, или в вещества, которые могут быть выделены как полезные побочные продукты. Следует иметь в виду, что способы хранения и дальнейшей обработки концентрированных ядерных отходов не входят в объем данного изобретения. Такие методы известны специалистам. Mazur et al. в пат. США 5110364 описывают использование аммиака для предварительной обработки при десорбции органических соединений, таких как ПХБ, из почвы с последующим химическим разложением соединения путем дегалоидирования по механизму химического восстановления сольватированными электронами. Mazur et al., однако, не описали и не предложили использование аммиака в качестве средства для разделения почвы на фракции, когда более крупные частицы с меньшей площадью поверхности отделяются от менее плотной фазы жидкий аммиак - твердые вещества, содержащей более мелкие частички почвы с большей площадью поверхности. В отличие от этого способа Mazur et al. обеспечивают обработку "всей" почвы при уменьшении содержания галогенированных углеводородов, загрязняющих почву, без выделения вначале частиц из суспензии, содержащей самую высокую концентрацию загрязняющих веществ. Было установлено, что радионуклиды имеют предпочтительное сродство к более мелким частицам с большей площадью поверхности и алевритам почв, глины и песка. Следовательно, при выделении мелочи и частиц алеврита, особенно более мелких частиц, имеющих большую площадь поверхности в сравнении с частицами, осаждающимися из дисперсий аммиак-почва, в действительности осуществляют эффективное концентрирование ядерных отходов в самом маленьком объеме природного твердого носителя для эффективного уменьшения количества материала, который необходимо хранить или подвергать дальнейшей переработке. Соответственно основная цель данного изобретения заключается в создании усовершенствованного более экономичного способа концентрирования значительной части ядерных отходов в небольшой фракции почвы для более эффективного управления проектами очистки почвы, связанными с большими объемами почвы, чтобы обеспечить рекультивацию больших объемов ранее загрязненной почвы. Еще одной целью изобретения является возможное включение стадии выделения и возвращения для повторного использования в описанном способе аммиака со стадии (г), причем выделение и повторное использование осуществляют известными методами. Для целей данного изобретения выражения "жидкий аммиак" и "аммиачная жидкость", означают жидкий аммиак, например, безводный жидкий аммиак, растворы, содержащие аммиак, например, водные растворы аммиака и т.д. В случае вариантов, требующих применения сольватированных электронов, обсуждаемых подробно ниже, когда электроны получают при растворении металлов в жидком аммиаке или другом азотсодержащем основании, предпочтительны неводные жидкие основания, например, безводный жидкий аммиак. Еще одной целью изобретения является создание дополнительного варианта изобретения для очистки почвы, содержащей ядерные отходы, включающего стадии: (а) смешения жидкого аммиака или аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ядерные отходы, (б) обработки дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом, (в) селективного осаждения частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (б) с образованием нижней фазы частиц почвы и образованием верхней фазы жидкость - твердые частицы, содержащей мельчайшие частицы почвы, суспендированные в жидком аммиаке или аммиачной жидкости, (г) отделения верхней фазы жидкость-твердые частицы от нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза частиц почвы практически не содержит ядерных отходов, и
(д) выделения аммиака из частиц почвы для использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц. Было замечено, что аммиак обладает уникальной способностью образовывать очень тонкие суспензии при смешении с почвами, в то же время отмечалось, что дисперсии почвы впоследствии подвергаются изменениям, механизм которых полностью неясен, в присутствии сольватированных электронов, образовавшихся при растворении металлов в аммиаке. Это значит, что при контактировании аммонийной дисперсии почвы с щелочными или щелочноземельными металлами сольватированные электроны образуются в смеси in situ. Оказывается, что в некоторых случаях сольватированные электроны облегчают отделение более мелких частиц почвы. В некоторых случаях, когда размер поперечного сечения частиц больше, чем это желательно, электроны, сольватированные в жидком аммиаке, способствуют более оптимальному разделению и отделению более мелких частиц, содержащих ядерные отходы от других частиц суспензии. Как и в случае первого варианта изобретения, вышеописанный второй вариант изобретения предполагает стадию выделения и возвращения в цикл аммиака со стадии (д) для повторного применения. Точно так же осажденные твердые частицы почвы со стадии (г) "достаточно освобождены" от радиоизотопов, чтобы позволить осуществить рекультивацию огромных объемов почвы. В соответствии с данным изобретением, относящимся к очистке почвы, содержащей вредные вещества, предложены также способы очистки почвы, содержащей жидкую ртуть, включающие стадии:
(а) смешения в закрытом сосуде аммиачной жидкости, такой как безводный жидкий аммиак, с загрязненной почвой, содержащей перловидные капли жидкой ртути с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ртуть,
(б) осаждения частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии, содержащей аммиак-ртуть, со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость-твердые частицы, содержащей пыль, диспергированную в жидком аммиаке, и
(в) коалесценции капель ртути и отделения их от нижней фазы частиц почвы с целью сбора ртути. Из-за очень высокой плотности ртути, почти в 14 раз превышающей плотность воды, она может быть отделена от почвы и собрана. Скоалесцировавшая жидкая ртуть легко осаждается из смеси и собирается на дне сосуда, откуда ее легко удалить через клапан на дне сосуда. Что касается других вариантов изобретения, описанных ранее, способы очистки почвы при помощи аммиачной жидкости, предпочтительно, включают стадию отделения аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы путем дистилляции. Аммиак можно также отделить от верхнего слоя частиц почвы испарением и повторным сжижением при помощи компрессора, эта технология и оборудование известны. Еще одним аспектом изобретения является обработка почвы, содержащей смешанные отходы, когда суспензия или дисперсия загрязненной почвы получается предпочтительно, в присутствии безводного жидкого аммиака, что позволяет отделить и выделить загрязняющие вещества. Кроме капель жидкой ртути почвы могут быть также загрязнены ядерными отходами, содержащими радионуклид и радиоактивный изотопный металл. Они обычно включают металлы группы актинидов, например, уран, плутоний, торий или их смеси. Верхняя фаза жидкость - твердые вещества, представляющая собой суспензию частиц почвы, содержит большую часть ядерных отходов. Частички почвы нижней твердой фазы содержат капли очень плотной ртути. После того как они скоалесцируют, облегчается их отделение и выделение. Другие смешанные отходы включают органические соединения, негалогенированные соединения и галогенированные органические соединения, такие как ПХБ, диоксины, пестициды, включая инсектициды, гербициды и т.д. Таким образом, кроме почв, загрязненных ртутью, согласно изобретению можно обрабатывать почвы, которые также загрязнены химическими соединениями и соединениями, которые разлагаются или восстанавливаются в более простые вещества с меньшей токсичностью. Дисперсию почвы со стадии (а), содержащую аммиачную жидкость-ртуть-органические соединения, обрабатывают реакционноспособным металлом, например, щелочным металлом, щелочноземельным металлом и алюминием, с образованием сольватированных электронов in situ. Сольватированные электроны в почве, загрязненной смешанными отходами, восстанавливают или деструктируют органическое соединение, в то время как капли ртути осаждаются в нижнюю твердую фазу частиц почвы и коалесцируют, затем их удаляют со дна сосуда. Краткое описание чертежей. Для дальнейшего понимания изобретения и его отличительных признаков будут сделаны ссылки на следующие сопутствующие чертежи, где
на фиг. 1 показана схема осуществления лучшего варианта изобретения по примеру I ниже,
на фиг. 2 дано схематическое изображение лабораторного реактора, в котором почву, загрязненную ртутью, обрабатывают согласно способу, описанному в примере II, и
на фиг. 3 показан лабораторный реактор, используемый для очистки почвы, загрязненной ртутью, по примеру III. Описание предпочтительных вариантов изобретения. Изобретение относится к усовершенствованным способам отделения от почвы нежелательных ядерных отходов, в частности радионуклидов, как это описано ранее, путем концентрирования их в очень маленьких частицах или пыли почвы, или глины. Мельчайшие частицы, содержащие, например, концентрированные радионуклиды, находятся, таким образом, в таком состоянии, которое позволяет эффективное использование, например, хранение, или дальнейшую обработку для превращения вредных веществ в менее токсичные и более благоприятные для окружающей среды вещества. Способы основаны на наблюдении, что жидкий аммиак обладает уникальной способностью разбивать почву на очень мелкие частицы. Также было найдено, что суспензии того, что оказывается чрезвычайно мелкими частицами, можно получить смешением почвы с аммиаком. Почвы, загрязненные радионуклидами, смешиваются, предпочтительно, с безводным жидким аммиаком с образованием тонкодисперсных дисперсий или суспензий. Из-за низкой плотности аммиака в сравнении с водой, значительно более мелкие частицы почвы остаются суспендированными в жидкости, и частицы, которые иначе были бы суспендированы в воде, легко осаждаются из дисперсии из-за меньшей плотности и вязкости аммиака. Большая объемная фракция почвы, состоящая из более крупных осажденных частиц, почти не содержит радионуклида или ионов вредного нерадиоактивного металла или металлоида, что позволяет рекультивировать большие объемы обработанной почвы. В отличие от ядерных отходов, когда большая часть загрязняющего вещества концентрируется в мелких частицах почвы в верхней фазе жидкость - твердые частицы суспензии почвы, содержащей аммиак, при обработке почвы, загрязненной металлической ртутью, капли металла легко осаждаются из раствора с более крупными частицами почвы и коалесцируют на дне сосуда. Из-за очень высокой плотности ртути капли собираются в нижней части сосуда, откуда их выделяют и используют повторно. Полагают, что жидкий аммиак, как и в случае почвы, загрязненной ядерными отходами, также играет важную роль в процессе измельчения почвы с получением тонкодисперсных суспензий для облегчения отделения и очистки почвы от мелких диспергированных капель ртути. Настоящее изобретение особенно пригодно для очистки почв, загрязненных смешанными отходами, то есть почв, содержащих, по меньшей мере, два разных класса загрязняющих веществ, особенно ртуть и радиоактивные отходы. Масса радиоактивных отходов распределяется в более мелких частицах почвы в верхней фазе суспензии, а ртуть легко осаждается из суспензии вместе с более крупными частицами почвы на дне сосуда, откуда отбирают коалесцированный жидкий металл. Верхняя фаза жидкость-твердые частицы, содержащая аммиак, мельчайшие частицы почвы и радиоактивные отходы, отбирается из сосуда, аммиак испаряется, а более мелкие частицы почвы и ядерные отходы отправляются на хранение или дальнейшую переработку. Почва, таким образом, рекультивируется. Почва, загрязненная ртутьсодержащими смешанными отходами и органическими соединениями и особенно полигалогенированными органическими соединениями, такими как галогенированные углеводороды, например ПХБ, может быть также обработана с образованием химических модифицированных веществ и переведена тем самым в нетоксичное состояние. Почва, загрязненная ртутью и органическими соединениями, точно так же суспендируется в закрытом сосуде. Безводный жидкий аммиак способствует измельчению почвы и десорбции токсичных галогенированных органических соединений из частиц почвы. Кроме того суспензия почвы, содержащая аммиак, обрабатывается щелочным металлом, например натрием, калием и литием, или щелочноземельным металлом, например кальцием, магнием и т.д.; в процессе растворения металла образуются сольватированные электроны. Суспензия должна содержать сольватированные электроны в достаточной концентрации, нужной для восстановления полигалогенированного органического соединения до вещества, более безопасного для окружающей среды. Обычно эта концентрация равна примерно от 0,1 до примерно 2,0 М. В каждом случае необходимое количество металла - это то количество, которое требуется для получения достаточного количества электронов и химического восстановления галогенированного соединения. Образование сольватированных электронов и их использование описаны в пат. США 5110364, включенном в качестве ссылки. Преимуществом является то, что токсичные органические соединения не нужно отделять от почвы, но почву, содержащую ртуть и органическое соединение, можно предварительно обработать жидким аммиаком, дать каплям ртути отделиться и суспензию почвы, содержащую аммиак и органическое соединение, обработать реакционноспособным металлом, как описано ранее, с образованием сольватированных электронов в суспендированной почве. Следующие конкретные примеры иллюстрируют изобретение, однако, следует иметь в виду, что они не ограничивают объем изобретения. Пример I. Способы по изобретению можно осуществить при помощи системы, показанной на фиг.1. Закрытый реактор 10 используют в качестве смесителя для почвы, загрязненной ядерными отходами, 14, расположенной на дне сосуда. Термин "почва" имеет свое обычное значение и включает один или несколько компонентов в изменяющемся соотношении, такие как глина, камень, измельченные частицы горной породы или песок, органическое вещество, вместе с изменяющимися качествами воды и т.д. Очевидно, что состав почвы будет изменяться в широких пределах в зависимости от источника и его местонахождения. Например, почвы из пустыни или других засушливых районов являются в основном песчаными с небольшим количеством органических веществ или глины. Один образец почвы из штата Огайо, известный как Ohio Loam (суглинок из Огайо), как было установлено, содержит 35% песка, 32% алеврита, 33% глины и 4,1% органических веществ и имеет pH 7,7. По контрасту почва из Ohio Ridge, TN содержит только 1% песка, 26% алеврита, 73% глины, не содержит органики и имеет pH 5,2. Таким образом, термин "почва" для целей данного изобретения имеет широкий смысл, включая составы с различными соотношениями глины, измельченной горной породы и песка, органических веществ, алевритовой мелочи, влаги и т.д. Такие составы включают также почвы, состоящие в основном из глины или песка. Безводный жидкий аммиак 16 или раствор жидкого аммиака, содержащий небольшое количество воды, вводят в закрытый реактор 10 из емкости 18 для хранения аммиака. После наполнения реактора жидкий аммиак выводится из реактора 10 из точки, расположенной ниже поверхности жидкости при помощи циркуляционного насоса 20, расположенного на выходной линии 22. Поток аммиака направляется посредством перепускных тройных клапанов 24-25 или в байпасную линию 26, или в устройство для растворения 28, в котором содержится слой реактивного металла 30, например щелочного или щелочноземельного металла или их смесь. Примеры металлов включают натрий, калий, литий, кальций и магний. Подходящим металлом является также алюминий. При циркуляции аммиака 16 через слой металла в реакторе 28 образуются сольватированные электроны. Это позволяет избежать проблем, связанных с установкой металлических прутков или других источников металла непосредственно в реакционном сосуде 10. Соответственно способы по данному изобретению предлагают обеспечение более легкого разделения частиц по размерам и выделение радиоактивных компонентов в частицах почвы и глины с аммиаком и электронами, сольватированными в аммиаке. При циркуляции аммиака через байпасную линию 26 или через реактор 28 раствор рециркулирует на дно реактора 10 через клапан 32, обеспечивая движущийся поток в реакторе. Это оказывает перемешивающее действие на почву и раствор аммиака и/или сольватированных электронов с получением суспензии. Как только обеспечивается равномерное диспергирование почвы в аммиаке, насос 20 деактивируется, чтобы осуществлялось фазовое разделение дисперсии, т.е. на нижнюю твердую фазу и верхнюю фазу жидкость - твердые частицы. Крупные частицы, содержащиеся в дисперсии, осаждаются в виде твердой фазы 34 на дне реактора 10, и они практически не содержат радионуклиды, которые концентрируются в более мелких частицах почвы, представляющих собой мелочь или алеврит, диспергированные в растворе аммиака, в виде верхней фазы 36 жидкость - твердые вещества. Суспензия взвешенных частиц, образующая верхнюю фазу 36, выводится из реактора 10 в испаритель 38 по линии 40 путем открывания клапана 42. Аммиак 43 испаряется для отделения его от радиоактивной мелочи 44. Аммиак можно передавать по линии 48 в компрессор 46 на повторное сжижение, если желательно вернуть в цикл аммиак для дальнейшего использования в процессе очистки. Сжиженный аммиак затем переходит в емкость 18 для хранения аммиака по линии 50. Таким образом, способы по изобретению обеспечивают преимущества выделения ядерных отходов при помощи более мелких частиц в сравнении с использованием вредных систем; позволяют осуществлять рецикл аммиака, недостижимый в системах, основанных на более дорогой промывке химическими реагентами; обеспечивают средства для легкого отделения мельчайших частиц от жидкого аммиака; не требуют транспортировки и хранения воды в пустынных районах и обеспечивают дополнительные возможности регулирования размеров частиц в заданном интервале при помощи сольватированных электронов. Пример II. Для того чтобы продемонстрировать отделение ртути от почвы, 100 г образца, допированного примерно 20000 ч. на миллион (около 2%) элементарной ртути, помещают в лабораторный автоклав, имеющий конфигурацию, показанную на фиг.2. Безводный жидкий аммиак вводят в автоклав для сжижения почвы и получения суспензии почвы в аммиаке. Затем включают мешалку и перемешивают почву с аммиаком в течение 2 мин. В это время начинают отвод аммиака для создания турбулентности в сосуде, продолжающейся после остановки мешалки. Сразу же после остановки мешалки нагревают участок, где расположен самый нижний ниппель для сбора ртути, чтобы ускорить барботирование от донной части реактора для ускорения отделения более мелких частиц почвы и осаждение ртути вблизи ниппелей для сбора ртути. Нагрев продолжают в течение примерно 15 мин и затем оставляют реактор на ночь, чтобы аммиак испарился. На следующее утро реактор открывают, прежде всего открывая ниппель для сбора ртути и удаляя большую часть почвы, которая осела на дно. Видны серебристые капли ртути. Подобным образом отбирают образец почвы из верхнего слоя почвы в реакторе и тщательно его исследуют. В этом образце не видно серебристых капель ртути. Пример III. Далее, 100 г почвы, допированной ртутью, вводят в сосуд, находящийся под давлением, содержащий сита и насос для рециркуляции, как показано на рис.3. Затем вводят в реактор безводный жидкий аммиак и включают насос для ускорения турбулентности. Насос работает в течение примерно 20 мин, перекачивая аммиак, затем его выключают. Аммиак отводят (V) из реактора а, оставляя последний на ночь. На следующий день реактор открывают и удаляют для исследования почвы. Неожиданно ртуть отделилась от почвы и собралась в основном на сите 100 меш. , а не около ниппеля для сбора ртути. Тот факт, что ртуть собралась на сите, показывает эффективность действия жидкого аммиака в процессе отделения ртути от почвы. Хотя были описаны различные варианты изобретения, они являются только иллюстративными. Соответственно, специалистам, с учетом вышеприведенного подробного описания, очевидны различные изменения и модификации, изобретение охватывает все такие изменения, объем его определяется нижеследующей формулой.
Формула изобретения
1. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) отделение указанной верхней фракции жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов и (г) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аммиачную жидкость возвращают в цикл на стадии (г). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, содержащей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерными отходами, содержит, в основном, песок. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что использованием песка, содержащего радионуклид, выбранный из групп, включающей уран, плутоний и их смеси. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы на стадии (г) осуществляют дистилляцией. 9. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений и последующей деструкции загрязнений сольватированными электронами, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) обработку дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом; (в) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (г) отделение указанной верхней фазы жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов, и (д) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости со стадии (д). 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак и реакционноспособным металлом является элемент, выбранный из группы, включающей щелочной металл и щелочноземельный металл. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что стадию (б) осуществляют путем циркуляции, по меньшей мере, части суспензии, содержащей реакционноспособный металл, где он растворяется и суспензия возвращается в закрытый сосуд для обработки оставшейся части суспензии сольватированными электронами. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерным отходом, представляет собой, в основном, песок. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что почва со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 17. Способ по п.15, отличающийся тем, что песок со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 18. Способ по п.9, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы на стадии (д) осуществляют дистилляцией. 19. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ртутью, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть; (б) осаждение частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) коалесценции капель ртути для выделения из указанной нижней фазы частиц почвы. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак. 21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости. 22. Способ по п.19, отличающийся тем, что капли ртути со стадии (в) собирают на дне закрытого сосуда. 23. Способ по п.19, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит смешанные отходы. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что стадиями обработки дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть, сольватированными электронами при контактировании с реакционноспособным металлом. 25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что реакционноспособный металл выбран из группы, включающей щелочной металл, щелочноземельный металл и илюминий. 26. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и органическое соединение. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что органическое соединение является галогенированным. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является пестицидом. 29. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является ПХБ. 30. Способ по п. 23, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и ядерные отходы. 31. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть, ПХБ и ядерные отходы. 32. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид. 33. Способ по п.32, отличающийся тем, что радионуклидом является элемент, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 34. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы концентрируются, в основном, в мельчайших частицах почвы верхней фазы жидкость - твердые вещества. 35. Способ по п.24, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак. 36. Способ по п.22, отличающийся тем, что загрязненная почва на стадии (а) содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 37. Способ по п.21, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы осуществляют дистилляцией.
Методы очистки почвы иногда еще называют методами экологическая мелиорация педосферы (раздел геоэкологии) . Главные задачи экологической мелиорации педосферы заключаются в разработке способов очистки всевозможных почв от экологически вредных и токсичных химических, биохимических и радиоактивных (дезактивация почв) загрязнений с целью восстановления их плодородия и экологической пригодности для сельского хозяйства.
В современных условиях многие из этих задач решаются в рамках агрохимии почв, однако, предмет и задачи исследований агрохимии почв гораздо шире, чем экологической мелиорации педосферы, имеющей узкую направленность.
С другой стороны, экологическая мелиорация педосферы тесно примыкает к рекультивации земель и ландшафтов - техническому и биологическому восстановлению нарушенного почвенного покрова или ландшафта (например, при разработке карьеров и т.п.). Однако, рекультивация обычно предусматривает целый комплекс восстановительных мероприятий, включая планировку, снятие или завоз почв, озеленение, благоустройство ландшафта и т.п. без работ по очистке почв или ландшафта.
Для борьбы с загрязнениями в геологической среде могут применяться два принципиально различных подхода. Первый из них - собственно очистка, предусматривающая непосредственное удаление вредных компонентов из объекта очистки тем или иным способом. Второй подход основан не на удалении, а на подавлении активности вредного компонента (детоксикации), например, путем его нейтрализации, разложения (деструкции), связывания, локализации и т.п.
С другой стороны, методология разработки способов очистки геологической среды от загрязнений может основываться и на анализе механизмов природных способов самоочистки экосистем. В их основе лежат процессы абиотического или биотического превращения химических веществ:
· физические процессы массопереноса;
разбавление (перемешивание);
вынос загрязнителей за пределы экосистемы;
испарение;
сорбция;
бионакопление;
· микробиологическая трансформация;
· химическая трансформация:
гидролиз,
фотолиз,
окисление и др.
К абиотическим превращениям относятся окислительные и восстановительные процессы, гидролиз, фотохимические реакции, реакции между самими посторонними веществами и т.п.
К биотическим превращениям относятся ферментативная детоксикация (например, тяжелых металлов), ферментативное окисление, разложение, восстановление. Органические вещества окончательно выводятся из геологической среды лишь в результате их минерализации, т.е. разложения органических соединений до диоксида углерода, воды и других небольших неорганических молекул (например, СO, HCl, NH 3 и т.п.).
Физические методы очистки почв:
- Механические методы
- Гидродинамические методы
- Аэродинамические методы
- Термические методы
- Электрические методы
- Магнитные методы
- Электромагнитные методы
Механические методы
В настоящее время широко распространено простое механическое удаление с помощью различных технических средств загрязненного объема пород. Особенно часто этот метод используется при сильном поверхностном загрязнении, например радионуклидами или нефтью. Существенным недостатком метода является необходимость утилизации большого объема пород. Механическое перемешивание является важным этапом при использовании целого ряда химических, физико-химических и биологических методов. Вспашка является предварительным этапом перед промывкой солонцов с целью рассоления, механическое перемешивание используется и в процессе промывки. Для рассоления почв часто используется землевание , т.е нанесение слоя чистой почвы на поверхность загрязненного массива. Для землевания лучше всего подходят черноземные почвы, так как они содержат больше кальция и органического вещества. Во многих случаях может использоваться также землевание со вспашкой.
Гидродинамические методы
Гидродинамическое воздействие широко применяется при очистке массивов пород различного размера, оно является основным, на сегодняшний день, методом очистки подземным вод от различных загрязнителей. Гидродинамическое воздействие используется в виде дренажа, откачки, шунтирования, фильтрования и т.п., но в любом случае удаление загрязнителей происходит с фильтрующим потоком жидкости.
Методы растворения токсичных загрязнений основаны на способности некоторых экологически опасных соединений образовывать с водой идеальные или неидеальные растворы. В целях очистки промышленно загрязненных почв и грунтов от растворимых солей токсичных соединений используют поверхностное и подземное затопление водой и выщелачивающими растворами. С помощью растворения загрязнений водой удается очистить почвы от тяжелых металлов (хрома, кадмия, серебра, меди), радионуклидов (аммериция и плутония), летучих и растворимых углеводородов, галогенидов, пестицидов, гербицидов и цианогидрида ацетона.
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. В целях предотвращения осаждения и перехода загрязнений в структурную форму, не поддающуюся выщелачиванию используют комплексоны. Для устойчивости растворов, содержащих уран применяют дигалогенпроизводные фосфорсодержащие комплексоны, а для растворов содержащих тяжелые и благородные металлы в качестве комплексонов используют эталонамины, диамины, гуминовые и фульвокислоты.
Наиболее известным методом удаления загрязнения вместе с водой является откачка . Она может применяться самостоятельно и в сочетании с другими методами для всех типов загрязняющих веществ.
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. К аэродинамическим методам очистки массивов относятся различного рода продувки, а также вакуумная и паровакуумная экстракция , Аэродинамические методы в основном используются для удаления из грунтов газообразных и жидких летучих экотоксикантов.
Самым простым из аэродинамических методов является продувка воздухом через скважины с выносом загрязнителей на поверхность.
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.
Витрификация представляет собой процесс остеклования грунта при высокой температуре, при этом часть загрязнителей разлагается, а часть стабилизируется. Имеются примеры использования этого метода для пестицидов, ртути, диоксинов, хрома, радиоактивных веществ.
Электрические методы
Среди современных физических методов очистки геологической среды широкое распространение получили электрические способы воздействия. 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. К электрохимическим процессам относятся электролиз (эффктивность 95-99 %), электрофлотация, электрокаогуляция, электродеструкция, электрохимическое окисление и выщелачивание, электродиализ, электрохимическое обеззараживание и электрохимический ионный обмен (EIX), а к электрокинетическим - электроосмос, электрофорез и электромиграция.
При электродиализе подземных и поверхностных вод, порового раствора почв и грунтов используют катионитовые и анионитовые мембраны позволяющие получить в средней части межэлектродного пространства обессоленный поровый раствор и разделить катионы и анионы при их удалении. В почвах и грунтах такими несовершенными мембранами служат глины. В определенных условиях метод позволяет удалять загрязнения в коллоидной форме.
Электрокинетические методы
В качестве примера можно рассмотреть такой метод как электромиграция. Электомиграциейназывают особый механизм перемещения разных заряженных ионов в растворе с различной скоростью. Причем более подвижные ионы концентрируются у электрода, соответствующего знаку их заряда. Для увеличения эффекта разделения создают постоянный противоток ионов противоположного знака. Скорость электромиграции ионов в поровом растворе почв и грунтов пропорциональна напряженности электрического тока и валентности ионов. Электромиграция не зависит от пористости пород и поэтому является одним из основных процессов массопереноса заряженных загрязнений под действием постоянного электрического тока в глинах и суглинках.
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.
Метод высокоградиентной магнитной сепарации основан на способности некоторых химических неорганических веществ приобретать различную остаточную намагниченность, что делает метод высокоселективным. Магнитный сепаратор помещают в вертикальных скважинах на глубине с максимальным загрязнением с учетом гидродинамических условий участка. Удаление и консервация загрязнений происходит в поверхностных условиях.
Электромагнитные методы
В современных технологиях очистки подземных и поверхностных вод, почв и грунтов широкое распространение получили электромагнитные (волновые) методы воздействия на загрязнения.
Ультразвуковая очистка эффективна для грубых и нефтяных загрязнений. При этом может происходить частичное разрушение грунта. Ультразвук очищает не только от отдельных частиц загрязнителя, но и от загрязнителей в пленках на поверхности частиц грунта.
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. Физические искажения переходят в механические, а затем в тепловую энергию.
К электромагнитным методам относят и очистку грунтов с помощьюлазеров . Процесс деструкции, окисления загрязнений и обеззараживания грунтов происходит за счет их нагревания. Метод применим при очистке любых пород, почв и грунтов. Как и во всех описанных выше методах, основанных на высокотемпературном нагреве загрязненных участков геологической среды, в процессе обработки наблюдается разрушение структуры, изменение свойств и биоты пород.
Физико-химические методы очистки:
Коагуляционные методы;
Ионообменные методы;
Сорбционные методы.
Физико-химические методы очистки геологической среды основаны на применении таких процессов и явлений, как коагуляция, ионный обмен, диффузия, осмос, сорбция-десорбция и т.п., позволяющих удалять или связывать в локальном месте массива загрязняющие вещества. Наиболее широко физико-химические методы разработаны для процессов водоочистки, в меньшей мере - для очистки почв и горных пород. Чаще всего применяют методы, использующие в качестве основного процесса коагуляцию, ионный обмен и сорбцию.
Коагуляционные методы.
Тяжелые металлы аккумулируются гумусовым веществом почв (в основном гуминовыми кислотами), вследствие чего происходит их детоксикация. По снижению интенсивности аккумуляции металлы располагаются в следующий ряд - Cu, Cd, Pb, Co, Ni, Zn, Mn. Установлено, что действие гуминовых веществ на Cu, Pb, Cr(III) приводит к образованию хелатных соединений и снижению токсичности этих тяжелых металлов, тогда как их действие на Cd разнонаправленно. Гуминовые кислоты не влияют на нафталин, но снижают токсичность полиароматических углеводородов (ПАУ) и полихлоридных бифенилов (ПХБ). С другой стороны их влияние на токсичные низкомолекулярные органические соединения (пестициды, ароматические амины, хлорфенолы и др.) также разно направленно. Наибольшим детоксицирующим действием обладают гуминовые кислоты обогащенные ароматическими молекулярными структурами.
Известным агротехническим приемом инактивации тяжелых металлов является цеолитизация , при этом значительно снижается содержание в почве кислоторастворимых форм Zn и Pb, однако при этом ухудшается азотное и фосфорно-калийное питание растений. Сорбция Мо из растворов подземных и поверхностных вод осуществляется синтезированными анионитами ФА-М и ФА-Т. Эти синтетические аниониты отличаются высокой термической, химической и радиационной устойчивостью при большой обменной емкости и сорбционной способности по отношению к ионам молибдена.
Химические методы очистки
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: осаждения, окисления-восстановления, замещения, комплексообразования и др.
Введение реакционноспособных газов в виде разбавленных воздушных смесей сероводорода или азота используют для обработки пород, загрязненных тяжелыми металлами (Cr, Pb, Hg, Cd) и радионуклидами (U). Однако, исследования проведенные на грунтах с реальным загрязнением показали, что после химической обработки в породах фиксировалось более 90% хрома и 50 % урана, в то время как нитраты полностью теряли свою реакционную способность.
Методы управленияокислительно-восстановительными условиями в специально созданных подземных барьерах 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.
Эффективность очистки зависит от реакционной способности реагента и экотоксиканта. Почвы обладают естественной способностью переводить часть тяжелых металлов в малоподвижное состояние в основном за счет содержания гумуса. В результате аккумуляции насыщенность гумусовых веществ цинком, медью, свинцом и кадмием в загрязненной почве часто превышает их фоновое содержание. По интенсивности аккумуляции в гумусе тяжелые металлы располагаются в следующем порядке Cu>Cd>Pb=Co>Ni>Zn>Mn. Макроэлементы (N, P, S, Mg, Fe, K) не аккумулируются.
Для осаждения микродоз тяжелых металлов в почвах в сельском хозяйстве используют внесение удобрений (минеральных, фосфорных, азотных, калийных). Например, внесение фосфорных и органических удобрений в почвы содержащие свинец, цинк, марганец, никель или стронций приводит к образованию при (рН<6) хелатных комплексных соединений, однако степень очистки зависит от дозы вносимых удобрений и условий вегетации растений. Образованию малорастворимых соединений тяжелых металлов в почвах способствует внесение фосфатов. Применение фосфатов целесообразно в породах с высоким рН, когда хелатные комплексы тяжелых металлов разрушаются. Доза и тип вносимых удобрений могут изменить поведение тяжелых металлов в почвах. Это связано с увеличением кислотности почв.
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.
Процесс химического окисления загрязнений в почвах, грунтах, подземных и поверхностных водах основывается на отдаче электронов с внешнего не устойчивого слоя электронной оболочки атомов веществ и элементов, что приводит к переходу загрязняющего вещества в менее токсичную и реакционноспособную форму. К отдаче электронов склонны атомы элементов, у которых во внешнем электронном слое содержится малое число электронов. Процесс является составной частью окислительно-восстановительного взаимодействия загрязняющего вещества и химреагента или реакционноспособной поверхности. На современном этапе развития методов очистки геологической среды окислительно-восстановительные процессы используют для удаления из воды и породы полициклических и ароматических углеводородов (ПAУ), нефтяных углеводородов, ионов аммония, элементарного фтора и микроорганизмов. В качестве реагентов, создающих окислительно-восстановительные условия и свободные электроны в поровом растворе грунтов, подземных и поверхностных водах, используют хлор, кислород, озон и атмосферный воздух.
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%. Для удаления полициклических и ароматических углеводородов из подземных и поверхностных вод также используют газообразный озон - метод озонирования .
Для химической иммобилизации (связывания) загрязнений используют неорганические вяжущие типа цемента, золы, Na- и K-силикатов, доменного шлака, смеси зола-известь и гелирующих веществ типа бентонита и целлюлозы. Иммобилизацию цементацией используют для связывания тяжелых металлов, радиоактивных отходов, полициклических и ароматических углеводородов, угольного дегтя и трихлорэтилена. Недостатком метода является неустойчивость некоторых вяжущих к агрессивным подземным водам, что приводит к постепенному выщелачиванию загрязнений и поступлению их в экосистемы.
