Промывание почвы
Очевидно, что почву можно отмывать от загрязнений, предварительно выкопав её экскаватором, то есть осуществлять процесс ex situ. В подобных технологиях почва промывается водным раствором подходящего экстрагента на поверхности земли в специальных бассейнах или на наклонных платформах. Принципиальная схема отмывания выкопанной загрязнённой почвы показана на Рис. 7.26.
Рис.26. Схема установки по отмыванию извлечённой почвы ( технология ex situ) .
Приведём практический пример применения технологии отмывания почвы, разработанной в компании Tallon Metal Technologies Inc. (Канада) [2].
Описание технологии
Загрязнённая почва просеивается для удаления из неё строительного мусора больших размеров, например камней и кирпичей.
Просеянная почва поступает в мокрый скруббер, в котором она промывается и происходит отделение крупных компонентов почвы.
Образовавшаяся почвенная суспензия снова очищается с использованием сит (грохота), магнитов и силы тяжести, при этом удаляются крупные металлические загрязнения.
Механически очищенная почвенная суспензия (гидросмесь) проходит далее химическую обработку, во время которой специальные реагенты извлекают из почвы органические загрязнения, а затем жидкая органическая фаза, содержащая их, отделяется в сепараторе.
Далее почвенная суспензия обрабатывается в гидрометаллургическом контуре, при этом селективно экстрагируются и восстанавливаются загрязнённые рафинированные металлы с использованием селективных (по отношению к металлам) реагентов и адсорбентов.
В конце процесса очищенную почвенную суспензию промывают. Промывную воду удаляют и получившуюся почву соединяют с другими очищенными почвенными продуктами для размещения в месте её извлечения
Фирма Tallon отсылает извлечённые из почвы металлы на расположенные вне данной территории установки для использования их в качестве сырья.
Результаты
Компания Tallon провёла показательную обработку на пилотной установке 4-х объёмных образцов с общей массой 35 тонн загрязнённой почвы, изъятой на местности с названием Атаратири под Торонто. Этот загрязнённый участок предполагалось использовать для коммерческих целей и для жилищного строительства. Но ранее на участке находились промышленные предприятия и в результате большие объёмы почвы оказались загрязнёнными тяжёлыми металлами, включая свинец, медь, цинк и кадмий и органическими веществами, в первую очередь полиароматическими углеводородами (PAHs). Анализы извлечённой почвы показали, что примерно 500000 тонн почвы на этой территории не соответствуют законодательным нормам провинции Онтарио (Канада), принятым для промышленного и коммунального использования. Для двух загрязнённых образцов результаты обработки по указанной технологии показали, что:
примерно 60 % свинца, 90 % кадмия и 95% PAHs были удалены;
побочные продукты обработки содержали большое количество извлеченных загрязнителей, которые были пригодны для повторного использования вне места загрязнения.
Но более экономичными являются in situ разновидности технологии промывания почв.
Описание
Промывание почвы in situ – это экстрагирование загрязнений из почвы водой или специальными водными растворами без её выкапывания. Такое промывание выполняют пропусканием экстрагирующей жидкости через почву на участке загрязнения. Для этого экстрагент вводят в загрязнённое место инжекцией через скважину или используют процесс естественной инфильтрации, заливая поверхность загрязнённого участка вымывающим раствором. Экстрагирующие жидкости должны быть извлечены из подстилающего водоносного горизонта и, если это возможно, возвращены в цикл.
Два способа осуществления in situ процесса промывания почвы представлены на Рис. 27 и Рис. 28.
Рис. 27. Схема отмывания загрязнённого участка почвы in situ методом инфильтрации промывающего раствора .
Рис. 28. Схема отмывания загрязнённого участка почвы in situ методом инжекции отмывающего раствора через скважины. Модель системы для in situ химической обработки почвы, загрязнённой тяжёлыми неводными жидкими фазами [4].
Усиление экстрагирования с помощью дополнительного растворителя
Промывание почвы смешанным растворителем состоит во введении смеси растворителей (вода плюс смешанный с ней органический растворитель, например, спирт или кетон, или эфир) в вадозную зону или в зону насыщения, либо в обе зоны в целях экстрагирования органических загрязнителей. Смешанный растворитель должен растворить либо источник загрязнения, либо «язык» загрязнения, образованный им. Смесь растворителей обычно вводят в месте максимального загрязнения зоны и снова извлекают на поверхность в месте минимальных концентраций загрязнения (движение смешанной жидкости происходит по градиенту концентрации).
Извлечённая грунтовая вода, содержащая экстрагенты и десорбированные загрязнители, может нуждаться в обработке. В результате такой обработки параметры качества воды должны позволить вернуть её в цикл, либо направить на местные общественные станции по обработке сточных вод, либо сбросить в природные водные системы. В целях максимальной экономической эффективности извлечённые жидкости желательно повторно использовать в процессе промывания почвы. Отделение поверхностно активных веществ от извлечённой жидкости для повторного её применения в процессе промывания почвы является фактором, определяющим его стоимость. Обработка извлечённой жидкости приводит к образованию илов и остаточных твёрдых фаз, таких как использованный активированный уголь или отработанная ионообменная смола, которые также должны быть подготовлены к их захоронению. Эмиссии в атмосферу летучих загрязнителей из извлекаемой промывной жидкости должны собираться и обрабатываться подходящим образом, чтобы конечные выбросы в атмосферу соответствовали установленным стандартам. Остаточные количества промывающих реагентов в почве могут привести к новым проблемам, поэтому их следует оценить на основе характеристик загрязнённого участка.
Процесс промывания почвы, как правило, является коротким или средним по продолжительности.
Применимость
Целевая группа загрязнений для технологии промывания почвы это неорганические загрязнения, включая радиоактивные. Эта технология может быть применена также для удаления из почвы ЛОС, ПЛОС (летучих и полулетучих органических соединений), различных видов топлива, и пестицидов, но для этой группы загрязнений она может оказаться более дорогой, чем альтернативные технологии. В целях увеличения эффективности растворения некоторых органических соединений можно дополнительно ввести безопасные для окружающей среды поверхностно активные вещества, однако, при этом промывающий раствор может изменить физико-химические свойства почвенной системы. Технология обладает потенциалом для извлечения металлов и может извлечь из грубозернистых почв широкий спектр органических и неорганических загрязнителей.
Ограничения
Факторы, которые могут ограничить применимость и снизить эффективность процесса:
низкая проницаемость или гетерогенность почв создают затруднения для обработки;
поверхностно активные вещества могут прилипнуть к почве и уменьшить её эффективную пористость;
реакции промывной жидкости с почвой могут уменьшить подвижность загрязнителя;
возможность реакции с почвой за пределами зоны загрязнения и введение поверхностно активных реагентов в подпочву может вызвать озабоченность у законодательных органов, технологию следует использовать только там, где отмытые загрязнители и промывающая жидкость для почвы могут храниться в специальных помещениях;
расходы на надземное разделение и обработку извлекаемой загрязнённой воды могут снизить экономичность процесса.