3. Термическая in situ обработка почвы, осадочных отложений, подпочвы и шлама

3.10 Термическая обработка

Процесс ППЭ с воздействием тепла является полновесной технологией, которая применяет различные методы нагревания для усиления испарения полулетучих соединений и ускорения процесса выделения. К таким методам нагревания относятся электрическое сопротивление, электромагнитное нагревание, нагрев оптического волокна, нагревание токами высокой частоты, нагревание горячим воздухом или паром. В остальном процесс идентичен стандартному процессу ППЭ, но требует применения термостойких добывающих скважин.

По продолжительности осуществления технология ППЭ с воздействием тепла, как правило, относится к краткосрочным и среднесрочным методам.

Нагрев электрическим сопротивлением

При нагреве электрическим сопротивлением используется электрический ток для нагревания грунтов с низкой проницаемостью, таких как грунты с высоким содержанием глины и мелкозернистые осадки. В результате нагревания вода и загрязняющие вещества, находящиеся в такой относительно проводящей среде, испаряются, что позволяет проводить дальнейшую вакуумную экстракцию. Электроды помещают непосредственно в матрицу низкопроницаемой почвы и затем приводят в действие. Таким образом, электрический ток проходит через грунт и создает сопротивление, благодаря которому происходит нагрев почвы. В результате нагрева почва осушается, и образуются трещины. Благодаря таким трещинам проницаемость почвы увеличивается, что позволяет далее использовать метод ППЭ для удаления загрязняющих веществ. В результате нагрева почвы электрическим сопротивлением происходит испарение задержанных жидкостей. Пары таких жидкостей направляются в паровую зону для дальнейшей обработки методом ППЭ. Шестифазное нагревание почвы является обычным методом нагревания электрическим сопротивлением с помощью низкочастотного электрического тока, поступающего на шесть электродов круговой решетки для нагревания почвы. В ходе процесса повышается температура почвы и нагревающих веществ, что приводит к повышению давления паров загрязнителей и увеличению интенсивности удаления загрязняющих частиц. Метод шестифазного нагревания также приводит к образованию пара в условиях in situдля извлечения загрязнителей из почвы. На сегодняшний день, данный метод проводится только в демонстрационных целях, а в крупныхin situпроектах используют метод трехфазного нагревания.

Нагревание токами высокой частоты/Электромагнитное нагревание

Нагревание токами высокой частоты - это in situметод нагревания почвы, при котором почва нагревается с помощью энергии электромагнитного поля, и усиливается процесс почвенной паровой экструкции. С помощью данного метода почва нагревается в определенных местах за счет применения выстроенных в ряд вертикальных электродов, размещенных в непосредственно в грунте. Вокруг участков нагревания прокладывается два ряда заземляющих электродов, при этом электричество подается на третий ряд, расположенный между этими двумя рядами. Данные три ряда вместе работают как подземный трехпластинчатый конденсатор. При подаче электричества на электродную матрицу нагревание начинается в верхней центральной части и распространяется вниз по вертикали и в сторону по грунту. Применение данной технологии позволяет нагревать почву до температуры выше 300 °C.

Метод нагревания токами высокой частоты позволяет повысить эффективность процесса ППЭ в следующих четырех направлениях: (1) давление и температуропроводность паров загрязняющих веществ увеличивается при нагревании, (2) проницаемость почв повышается за счет ее осушения, (3) повышается летучесть загрязняющих веществ при in situ десорбции водяным паром, (4) снижается уровень вязкости, что приводит к повышению подвижности. Технология является самоограничивающейся: по мере нагревания и осушки почвы подача электрического тока затрудняется. Выделяющиеся испарения могут быть дополнительно обработаны разными известными методами, например, методом адсорбции гранулированным активированным углем или сжиганием.

Нагнетание горячего воздуха или пара

Горячий воздух или пар нагнетается на уровне, ниже зоны загрязнения, для того, чтобы нагреть почву. При нагревании усиливается выделение загрязняющих веществ из матрицы почвы. Некоторые летучие и полулетучие органические соединения выделяются из зоны загрязнения и переносятся на поверхность с помощью технологии почвенной паровой экстракции.

Высокая влажность является лимитирующим фактором стандартного процесса ППЭ, и дополнительное нагревание позволяет устранить данный фактор. Нагревание (особенно нагревание токами высокой частоты и электрическим сопротивлением) может усилить движение воздуха во влажных почвах за счет испарения влаги. Данная система разработана специально для полулетучих органических соединений, но также может применяться и в отношении летучих органических соединений. Технологии ППЭ с компонентом нагревания также эффективны и в отношении некоторых видов пестицидов и топлива в зависимости от температуры нагрева, достигаемой в системе. В результате данного процесса поверхностные слои почвы становятся идеально подготовленными для биохимического разложения остаточных загрязняющих веществ.

Процессы ППЭ с применением нагревания значительно отличаются друг от друга, поэтому их следует изучать по отдельности для получения более подробной информации. Поскольку ППЭ с компонентом нагревания является in situтехнологией, а все загрязнители находятся в вакууме во время самого процесса, вероятность распространения загрязняющих веществ значительно снижается.

Так же как и для методов ППЭ, успех проектов восстановления грунта, основанных на ППЭ с применением нагревания, во многом зависит от индивидуальных химических свойств загрязненной среды и свойств грунта. Для очистки стандартного участка с объемом загрязненной среды в 18 200 метрических тонн (20 000 тонн) потребуется приблизительно 9 месяцев.

Ограничивающие факторы:

• Обломочные породы и материалы или большие по размеру объекту, которые могут встретиться в слоях грунта в загрязненной среде могут осложнить проведение процесса.

• Эффективность выделения некоторых загрязняющих веществ зависит от максимальной температуры, достигаемой при используемом методе.

• Плотные или влажные почвы обладают низкой воздухопроницаемостью, что затрудняет применение ППЭ с компонентом нагревания и требует больше энергии для выработки вакуума и повышения температуры.

• В почве с крайне изменчивым показателем проницаемости газ в загрязненные участки может поставляться неравномерно.

• Почвы с высоким содержанием органических веществ имеют высокую способность сорбировать летучие органическое вещества, что снижает интенсивность удаления загрязняющих веществ.

• Воздух, выпускаемый в процессе работы системы, может потребовать дополнительной обработки, чтобы сделать его безопасным для населения и окружающей среды. Процесс очищения воздуха и соблюдение норм ведет к возникновению дополнительных затрат.

• Может потребоваться дополнительная обработка остаточных жидкостей и использованного активированного угля.

• Метод ППЭ с применением нагревания неэффективен в насыщенной зоне. Однако при снижении уровня водоносного слоя метод ППЭ может найти более широкое применение (такой подход может разрешить проблему, связанную с легкой неводной жидкостью).

• Метод нагнетания горячего воздуха имеет ограничения в применении из-за низкой теплоемкости воздуха.