Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическое нормирование и природоохранная отчетность. Учебное пособие
.pdf
91
рования и разделяют жидкую фазу на воду и нефтепродукты, после
чего возвращают воду в цикл очистки. Технический результат повышает эффективности и экономичность процесса очистки почвы [45].
В следующем предлагаемом способе применяют углеродные сорбенты, в качестве которых используют гранулированный технический
углерод печного способа производства с удельной поверхностью 50250 м2/г либо углерод-углеродный материал, полученный пиролитическим уплотнением гранулированного технического углерода с удельной поверхностью 100-500 м2/г. Водородный показатель рН водной
суспензии углеродного сорбента составляет 6-9 единиц. Внесение указанных углеродных сорбентов стимулирует численность и ферментативную активность углеводородокисляющей группы почвенного биоценоза, что способствует деструкции углеводородов, загрязняющих
почву [46].
Разработанный способ получения эффективного и плавучего
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 данного
нефтесорбента осуществляют при температуре почвы 12−40 °С в течение 60−90 дней [47].
Способ восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, образованными в результате нефтегазодобычи заключается в том, что в
отходы нефтегазодобычи вносят загуститель (бентонитовую глину
объемом из расчета 50% от объема отходов), который размешивают по
всему объему жидких отходов до гомогенного состояния 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 воднофизических свойств за счет использования экологически совместимого
с почвой природного материала [48].
Следующее изобретение относится к области рекультивации, биотехнологии и утилизации отходов пивоваренной промышленности. В
92
почву вносят природный высокопористый адсорбент-мелиорант
алюмосиликатной природы и медленно высвобождающееся органическое удобрение, в качестве которых используют отработанный кизельгур, образующийся в качестве отхода при фильтрации пива, сухую
пивную дробину, образующуюся при фильтрации затора, смешанную с
отработанным кизельгуром в соотношениях (1−5) : (1−2) либо смешанную с избыточными пивными дрожжами, оседающими в конце
главного брожения, и отработанным кизельгуром в соотношениях 1−5:
(0,1−1) : (1−2). Затем полученную смесь вносят в нефтезагрязненную
почву и производят рыхление, через месяц процедуру повторяют. Способ позволяет повысить биологическую активность почвы, увеличить
содержание в ней полезных химических веществ, улучшить структуру
и водопроницаемость и повысить эффективность очистки почвы [49].
Способ, описанный в изобретении, предназначен для восстановления почв, загрязненных сырой нефтью и нефтепродуктами и включает
обработку грунтов бакпрепаратом на основе наполнителя и микроорганизмов. В качестве наполнителя используют шлам обогащения обогатительной фабрики (ОФ), а в качестве микроорганизмов используют
культуры Pseudomonas fluorescens и Azotobacter chroococcum (их берут
в соотношении 8 : 1,5 : 0,5). Способ позволяет восстанавливать продуктивность деструктированных почв от нефти и нефтепродуктов с
одновременной очисткой [50].
Для старых нефтезагрязненных грунтов с высоким содержанием
смол, асфальтенов и парабенов разработана установка, содержащая
блок предварительной подготовки и блок термического разложения в
виде ректификационной колонны, в которой блок предварительной
подготовки содержит смеситель, соединенный с емкостью органического растворителя и центрифугу, а блок термического разложения
дополнен печью пиролиза, вход которой соединен с блоком предварительной подготовки, а выход через испаритель с указанной ректификационной колонной, которая через охладители соединена с емкостями
для легкой фракции и тяжелой фракции, выходы которых соединены
со смесителем [51].
Следующий способ включает внесение в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения. На I
этапе в очищаемую почву вносят пероксидное соединение в количестве от 3% до 10% от массы углеводородного загрязнения. На II этапе
очистки в почву вносят углеводородокисляющие микроорганизмы с
одновременным внесением минеральной питательной среды, причем II
этап очистки осуществляют не ранее, чем через три дня после I этапа
очистки. В качестве углеводородокисляющих микроорганизмов ис-
93
пользуют консорциум штаммов Candida maltose и Dietzia maris, а в
качестве пероксидного соединения используют перекись водорода
либо пероксид кальция. Способ позволяет повысить эффективность
очистки почвы от углеводородных соединений за счет увеличения
скорости и сокращения времени очистки [52].
Разработана установка, которая включает: приемный бункер, перемешивающее устройство, дробилку, устройство для отгрузки очищенной почвы, винтовой конвейер, вибратор. Дробилка установлена под
приемным бункером и соединена винтовым конвейером с перемешивающим устройством. Перемешивающее устройство выполнено в виде
горизонтально расположенной в корпусе шнековой мешалки, в верхней части которой установлен дозатор для гранулированного сорбента.
Выход перемешивающего устройства соединен винтовым конвейером
с бункером сушилки. Сушилка представляет собой корпус с расположенными в нем друг над другом ленточными конвейерами, по которым материал перемещается вдоль сушилки и пересыпается в ниже
расположенный ленточный конвейер. В корпусе сушилки под конвейерами установлены горелки для сжигания сорбента с нефтепродуктами. В верхней части сушилки расположена камера для сбора отработанных газов, соединенная через циклон и абсорбер с дымососом [53].
Следующее изобретение предлагает состав для очистки почв, загрязненных нефтью и моторным топливом, которое содержит несколько компонентов, вес. %: низинный или верховой торф − 44,79−93,989;
азотное удобрение (N) − 0,01−0,15; фосфорное удобрение, P2O5 −
0,001−0,06; цеолит-глинистая порода, модифицированная катионным
ПАВ − 1−15; катионообменные минералы 5−40. Изобретение обеспечивает локализацию и биодеструкцию углеводородного загрязнителя с
высокой эффективностью и длительностью действия [54].
9.4. Очистка загрязненных почв от стойких органических
соединений
К стойким органическим соединениям (СОЗ) относятся полихлори-
рованные бифенилы (ПХБ). Они широко используют в качестве диэлектрических жидкостей в электрических конденсаторах и трансформаторах и используют в качестве пластификаторов и смазочноохлаждающих эмульсий. Меньшие, однако все еще значительные, количества ПХБ используют в качестве смазок, гидравлических рабочих
жидкостей, жидких теплоносителей, огнезащитных средств, эмульсий
для охлаждения и смазки режущих инструментов, наполнителей в восках, пестицидов, красок и в безуглеродной копировальной бумаге.
Следовательно, ПХБ обычно находятся в отходах, почвах.
94
ПХБ представляют собой очень стойкие соединения и быстро не
разлагаются. Ряд технологий использовали для разрушения ПХБ. Они
предусматривают высокотемпературное сжигание, используя коммерческие отстойники для опасных отходов. Действующие постановления
для таких технологий требуют, чтобы ПХБ сжигали при температуре
1100 °C, и время пребывания газообразной фазы должно быть по
меньшей мере две секунды. Избыточный кислород требуется для
предотвращения образования нежелательных побочных продуктов.
Эта технология не подходит для обработки основных почв и она, как
обнаружено, дает отходящий газ с высокими уровнями загрязнения по
зольной пыли или пыли.
Альтернативная технология совместной обработки в печах для обжига цемента также известна. Цементный завод представляет собой
высокотемпературную установку для сжигания с: 1) температурами в
факеле 1450−2000 °C; 2) температурой газовой фазы 1350−1450 °C;
временем пребывания газа в печи для обжига более чем 6 секунд; 4)
окислительной атмосферой. Эти условия делают возможной совместную обработку загрязненной ПХБ почвы с цементом в печи для обжига. Этот процесс подходит только для удаления низких концентраций
ПХБ, однако в ином случае уровни разрушения неприемлемо низки.
Известно использование ультразвука для разрушения ПХБ. Согласно этому процессу ультразвуковыми волнами большой мощности воздействуют на воду, образуя кавитационные пузырьки. Они затем взрываются или разрываются, образуя микрообласти сверхвысоких давлений и температур, где разрушаются ПХБ. Воду, подвергают термолизу, окисляя ПХБ до СO, CО2 и углеводородов, таких как бифенил, и
высвобождая хлор. Этот способ подходит только для таких конгенеров, которые являются наиболее растворимыми в воде; таких изомеров
с минимальным замещением хлора. Кроме того, этот способ также
требует источник металлического натрия, чтобы избежать преобразования загрязнителей.
Термохимические процессы, предусматривающие смешивание загрязненного материала со специальными флюсовыми материалами и
затем нагревание отходов в печи с вращающимся подом, также известны. Процесс подобен стеклованию, однако не предусматривает
провар. Вместо этого, процесс приводит к спеканию материала после
добавления значительного количества материала с образованием фаз с
низкой температурой плавления. Этот процесс спекания является
надежным и эффективным для большого разнообразия типов отходов
и загрязняющих веществ, и продукты называют клинкер. Эта обработка может приводить к необратимому разрушению органических мате-
95
риалов, включая ПХБ. Однако, если загрязненный материал спекается,
а не остекловывается, он может не образовывать инертный материал,
который может затем вызывать проблемы из-за продуктов выщелачивания, если конечный продукт затем утилизируют в земле.
Альтернативный способ обработки представляет собой микробиологическое разложение. Как правило, используемые организмы работают по одному из двух путей: или они используют ПХБ в качестве
источника углерода, или разрушение происходит посредством восстановительного дехлорирования с заменой хлора на водород на бифенильном скелете. Однако, микроорганизмы, как правило, являются
высокоселективными в их способности к дехлорированию, причем
низкохлорированные бифенилы легко преобразовываются, и предпочтительным является дехлорирование в пара- и мета- положениях. Вовторых, микробиологическое дехлорирование, как правило, действует
несколько медленнее на ПХБ в качестве загрязняющего вещества почвы по сравнению с другими способами. В-третьих, хотя микроорганизмы работают хорошо в лабораторных условиях, обычно существуют проблемы при переносе успешного лабораторного штамма в реальную систему. Причина состоит в том, что микроорганизмы могут
иметь доступ к другим источникам углерода, которые они разлагают
вместо ПХБ. Наконец, эксплуатационные расходы этого способа очень
высоки, и этот подход является неподходящим для высококонцентрированных ПХБ.
Разработаны несколько химических технологий. Они включают
химическое восстановление в газовой фазе (ХВГФ). При 850 °C (или
выше) ПХБ, которые вымыли и автоклавировали из загрязненных материалов, выпаривают и затем приводят в реакцию с водяным паром,
которая известна как паровой риформинг /реакция конверсии водяным
паром. Альтернативно, щелочные металлы (обычно металлический
натрий) можно использовать для реакции с ПХБ в гидрофобной жидкости для полного извлечения хлора из ПХБ. Эти технологии дорогостоящие.
Сущность следующего изобретения заключается в том, что предложен новый состав на основе пероксидов щелочных или щелочноземельных металлов для обезвреживания грунта от проливов токсичных
органических веществ. Он представляет собой смесь пероксидов щелочных или щелочноземельных металлов с углеродсодержащим сорбентом – катализатором (в виде порошка или суспензии). Состав позволяет увеличить скорость обезвреживания грунта на местах их разлива, а также исключение образования побочных токсических продуктов.
Авторами было обнаружено, что в присутствии углеродсодержащих
96
материалов с высокой пористостью обезвреживание, например, гептила или нитрозодиметиламина, пероксидами щелочных и щелочноземельных металлов значительно ускоряется. Окисление гептила происходит до углекислого газа, воды и азота, причем в продуктах реакции
практически отсутствуют токсичные вещества. Положительный эффект от добавки пористого углеродсодержащего сорбента обусловлен,
во-первых, адсорбцией гептила на высокоразвитой поверхности этого
материала, что приводит к снижению его содержания в почве. Вовторых, пористый уголь одновременно действует как катализатор разложения перекисных соединений, в том числе пероксида водорода.
Реагент используют в виде порошка или суспензии, которые наносят
на грунт или перемешивают с ним. Необходимое количество обезвреживающего состава: на 1 кг загрязнителя используют от 20 до 100 килограммов смеси, содержащей пероксид щелочного или щелочноземельного металла и углеродсодержащий сорбент (на сухую смесь).
При этом массовая доля угольного сорбента в составе может составлять от 1 до 99 мас.%. В качестве угольного сорбента-катализатора
можно использовать любые виды пористых углей с развитой внутренней поверхностью, составляющей не менее 5 м2/г. К таким материалам
относятся: древесный уголь, синтетические угли с развитой поверхностью более 100 м2/г, либо ископаемые углеродсодержащие материалы,
например шунгит [55].
Плазменную технологию можно использовать для превращения
многих комплексных органических соединений (например, ПХБ и оксида трибутилолова) в более простые, более легко обрабатываемые
молекулы. Перед обработкой плазмой отходы или почвы содержат
один или несколько опасных органических компонентов и влажность
от 5 до 50%. Плазма представляет собой электронейтральный, высокоионизованный газ, состоящий из ионов, электронов и нейтральных
частиц, и отличается от других форм вещества. В плазменной печи
электричество проходит между двумя или больше электродами, расположенными на расстоянии друг от друга, образуя электрическую дугу.
Плазму можно предпочтительно получить в плазменной горелке и/или
электроде, который предусмотрен для направленной плазменной обработки. Газы, обычно инертные газы, под высоким давлением проходят
через дугу и превращаются в плазму. Плазма представляет собой чистый, эффективный источник тепла. Она очень эффективна для разрушения СОЗ. Корпус состоит из огнеупорного материала из малоуглеродистой стали с дополнительной рубашкой водяного охлаждения в
верхней зоне корпуса и ряд охлаждаемых водой медных пальцев на
номинальном уровне шлака для обеспечения дополнительной защиты
97
для огнеупорных материалов в шлаковой зоне. Огнеупорный материал
представляет собой отлитый алюмооксидный материал, который содержит >90% оксида алюминия и обладает пределом максимальной
рабочей температуры 1800 °C. Печь также имеет горизонтальное выпускное отверстие диаметром 50 мм (на 100 мм выше основания печи
в центре блока выпускного отверстия). Стальная балка диаметром 150
мм в основании печи выступает в качестве возвратного электрода при
работе с одним электродом. Печь имеет отверстия в верхней области
корпуса для контроля давления и для осмотра камеры. Осуществление
контроля термопарой температуры огнеупорного материала обеспечено в 8 местах и в обратном электроде в 2 местах. Имеются 5 больших
отверстий: центральное отверстие для работы с одним электродом,
четыре боковых отверстия для загрузки и общего доступа и пр. и
большое отверстие для отходящего газа. Имеются также 2 отверстия
для термопар для осуществления контроля температуры огнеупорного
материала. Крыша также предусматривает места установки для манипуляторов для электродов и для трубы для отходящего газа, которая
соединена с термической установкой для окисления, градирней, пылеуловителем с рукавными фильтрами, высокоэффективными сухими
воздушными фильтрами, вытяжным вентилятором, мокрым скруббером, дымовой трубой и пр. Стальная опорная стойка установлена на
усиленных колесах и рельсовых путях.
Перед началом работы загрузочного механизма плазменную печь
необходимо предварительно нагревать плазменным электродом в течение приблизительно 3−4 часов, чтобы убедиться в том, что внутренняя стенка (высокотемпературный алюмооксидный огнеупорный материал) достаточно горячая, например, 900−1100 °C. Температура в
печи растет постепенно до тех пор, пока не будет находиться при
1400−1600 °C; в этой точке подвод тепла будет сопровождаться поте-
рей тепла на охлаждающую воду и другие потери. Отходящий газ, покидающий плазменную печь, представляет собой смесь аргона, N2,
NOx, СO, CО2, O2, НСl и твердых частиц при температурах 900−1200
°C. Эту смесь сжигают в термической установке для окисления при
приблизительно 1100 °C в течение времени пребывания газообразной
фазы две секунды. После стадии сжигания газы охлаждают до 300−400
°C путем прохождения распылительной системы охлаждения и теплообменника. При этой температуре порошок гашеной извести вводят в
поток отходящего газа для реакции с газообразным НСl, если необходимо. Переносимые твердые частицы и любую избыточную известь
отделяют в пылеуловительной камере с рукавными фильтрами для
отходящего газа и собирают в барабане. Отходящий газ без твердых
98
частиц дополнительно очищают при помощи высокоэффективных сухих воздушных фильтров и мокрого скруббера, затем осуществляют
контроль при помощи системы непрерывного контроля выбросов перед выбросом в атмосферу посредством дымовой трубы [56].
Американская корпорация Alabaster предлагает уникальные по эффективности препараты для загрязнений почв и водоемов, которые
обладают мощными проникающими, обезжиривающими и эмульгирующими очищающими свойствами. Они биоразлагаемы, предназначены для химического разрушения углеводородов для лучшего усвоения
микроорганизмами. Они быстро проникают внутрь углеводородных
загрязнений, стимулируют природные микробные консорциумы, создают улучшенную биологическую среду для метаболизма микроорганизмов. Препараты эффективны производят биоремедиацию почв в
отношении ацетона, отходов красок, авиационного и дизельного топлива, аминов, хлорированныхуглеводородов, креозота, нефти, жиров,
бензина, гликоля, керосина, нефтемасел [62].
Вопросы для закрепления материала
1. В чем преимущества сорбента-мелиоранта для очистки почв от
пестицидов?
2. Дайте характеристику способу микробиологической деструкции
хлорорганических пестицидов.
3. В чем сущность метода фотокаталитического окисления пести-
цидов?
4. Какие культурные растения – аккумуляторы рекомендуются для
рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами?
5. Какие мелиоранты и сорбенты применяются для детоксикации
почв, загрязненных преимущественно мышьяком и металлами?
6. Какие мелиоранты и сорбенты применяются для детоксикации
почв, загрязненных преимущественно нефтепродуктами?
7. Дайте характеристику методам ликвидации нефтяных загрязне-
ний почвы.
8. Охарактеризуйте способы биоремедиации загрязненных земель
сырой нефтью и нефтепродуктами.
9. Какие отходы производства применяют для биоремедиации за-
грязненных земель нефтью и нефтепродуктами.
10. Какие установки применяют для очистки почв от нефти и
нефтепродуктов?
11. Охарактеризуйте процесс сжигания ПХБ в печах для цемента.
12. Как применяется ультразвук для разрушения ПХБ?
13. Дайте характеристику методам микробиологического разложе-
?
99
ния и химическим технологиям в отношении ПХБ в почве.
14. В чем сущность применения плазменной технологии для ПХБ?
Заключение
Учебное пособие предназначено в качестве основной литературы
для изучения магистрами дисциплины «Современные технологии защиты и восстановления техногенных и нарушенных территорий»
предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 20.04.02
− «Природообустройство и водопользование» (профиль «Природообустройство и защита окружающей среды») очной и заочных форм обучения. Решение проблемы очистки почвенного покрова от загрязнений
и продуктами их трансформации в настоящее время относится к числу
приоритетных.
Одной из распространенных последствий производственной деятельности является загрязнение почвенного покрова. Одним из негативных последствий интенсификации нефтедобычи, минеральных полезных ископаемых, сельского хозяйства и ведения иной хозяйственной деятельности является загрязнение почвенного покрова различных
территорий. При попадании нефти, нефтепродуктов, пестицидов,
стойких органических загрязнителей, тяжелых металлов в почву происходят глубокие и часто необратимые изменения морфологических,
физико-химических, микробиологических свойств почвенного покрова, а иногда и существенная перестройка всего почвенного профиля,
что приводит к потере плодородия загрязненных почв. Данное издание
обобщает имеющийся опыт по проблемам восстановления почв, загрязненных указанными загрязняющими веществами.
В пособии рассматриваются терминология преподаваемой дисциплины, источники загрязнения и деградации земель, технологии рекультивации и ее этапы, классификация технологий восстановления почв.
Описаны способы применения выбранной технологии обработки
участка, которые могут быть in situ и ex situ.
100
Библиографический список
1. Земельный кодекс Российской Федерации от 25.10.2001 № 136-
ФЗ (ред. от 29.07.2017) [Электронный ресурс] / Правовой Сервер КонсультантПлюс : Электрон. дан. – М. : Электр. период. издание, 1992–
2017. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons
_doc_LAW_33773/
2. Постановление Правительства РФ от 23.02.1994 № 140 «О ре-
культивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы» [Электронный ресурс] / Правовой Сервер КонсультантПлюс : Электрон. дан. – М. : Электр. период. издание,
1992–2017. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document
/cons_doc_LAW_3234/
3. Постановление Правительства РФ от 02.01.2015 № 1 (ред. от
08.09.2017) «Об утверждении Положения о государственном земель-
ном надзоре» [Электронный ресурс] / Правовой Сервер КонсультантПлюс : Электрон. дан. – М. : Электр. период. издание, 1992–2017. –
Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW
_173212/
4. Методические рекомендации по выявлению деградированных и
загрязненных земель", утв. Роскомземом 28.12.1994, Минсельхозпродом России 26.01.1995, Минприроды России 15.02.1995 [Электронный
ресурс] / Правовой Сервер КонсультантПлюс : Электрон. дан. – М. :
Электр. период. издание, 1992–2017. – Режим доступа:
http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_6629/
5. Приказ Минприроды РФ № 525/67, Роскомзема № 67 от
22.12.1995 «Об утверждении Основных положений о рекультивации
земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы» [Электронный ресурс] / Правовой Сервер КонсультантПлюс : Электрон. дан. – М. : Электр. период. издание, 1992–2017.
– Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW
_11163/
6. Ступин, Д.Ю. Загрязнение почв и новейшие технологии их вос-
становления: Учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2009. —
432 с.
7. Методические рекомендации по рекультивации земель, наруша-
емых при транспортном строительстве. Рекомендации разработаны
Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного
строительства / ВНИИ трансп. стр-ва; [Подгот. Е. И. Гамаюновым и
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]