Подпочвенная окружающая среда.

Мы заинтересованы в биокорректировании трех сегментов подпочвенной окружающей среды, которые могут подвергнуться загрязнению:

• подповерхностная почва (“vadose” – грунт над водоносным слоем или ненасыщаемая зона, которая включает некоторую влагу и некоторое количество почвенного газа),

• “aquifer” – грунтовые слои, содержащие грунтовые воды, и

• “aquitard” – твердые грунты.

Эти сегменты могут быть загрязненными различными способами многочисленными химикатами. Как показано на Рис. 1, химикаты в зону «А» могли попасть путем пролития легкой жидкости, не содержащей водную фазу (ЛЖНВФ), например, бензина. Бензин распространится по грунтовому слою, содержащему грунтовые воды, когда мигрирует вниз через зону “vadose” потому, что он легче, чем вода. В этом случае, конечно, бензин, по крайней мере, частично распределится в воде и будет двигаться с потоком грунтовых вод, загрязняя воду, почву или все “aquifer” составляющие, с которыми вода войдет в контакт (область «Б»). “Aquifers” могут также стать загрязненным плотными жидкостями, не содержащими водную фазу (ПЖНВФ), которые имеют плотность большее чем вода. Следовательно они погружаются к основанию водоносного слоя (область «В»), растворяются, распространяются и загрязнят “aquifer” (область «Г»).

Рисунок 1. Домены обработки («лечения»).

Все сложность очистки подземной окружающей среды были описана Перри Маккарти в 1994 г. (Стэнфордский университет) следующим образом: поместите руку в ковш с моторным маслом, сожмите ее в кулак, и вытащите ее, не разжимая кулака. Теперь необходимо произвести работу по удалению всего масла с Вашего кулака. Вы можете неоднократно погружать кулак в ковши с чистой водой – масло частично смоете, но, понятно, не все. Вы можете погружать ваш кулак в ковши с теплой мыльной воды и удалить большее количество масла, но не все. Вы можете обдуть горячим воздухом всю руку и, возможно, удалите некоторую дополнительную часть масла, но Вы не можете удалить все масло без того, чтобы не разжать кулак. Все это – показатель наших проблем по очистке. Биокоррекция предлагает значительные и новые возможности для атаки на эти проблемы.

Ex situ и in situ биокоррекция.

Существует два общих типа биокоррекции. Ex situ (внешняя) или наземная биокоррекция (Рис. 1) состоит из проектирования, строительства, и работы спроектированного реактора, который расположен выше грунта (земли). Вода выкачивается из-под земли или разрыхленная почва превращается в жижу, а затем помещается в реактор, который расположен выше земли. Биокоррекция, осуществляемая по месту, под землей, называется биокоррекцией in situ.

Главный фокус биокоррекции направлен на In situ биокоррекцию, потому она представляет собой те технологии, где есть существенный потенциал для усовершенствования. In situ биокоррекция может осуществляться двумя способами:

• естественная (иногда называют «природная») биокоррекция – никакие действия не предпринимаются, но загрязненный участок полностью контролируется; идея состоит в том, что, если уровень загрязнения не превышает тот, который микроорганизмы могут разрушить, то загрязненный участок будет чистить сам себя

• однако чаще мы заинтересованы в проектируемой in situ биокоррекции – добавка в грунт ингредиентов, стимулирующих рост организмов; обычно необходимы такие питательные вещества как азот и фосфор; также может быть добавлен акцептор электронов типа кислорода. Попытки подмешать эти материалы к грунту представляют существенные технические проблемы, и могут даже включать разведение специальных микроорганизмов в подпочвенной окружающей среде.

Схема, представленная на Рис. 2, показывает некоторые из общих путей, которыми мы могли бы провести биокорекцию такого типа. Конечно, возможно несколько вариантов. Пунктиром на рисунке отмечен водоносный слой, «лечение» загрязнения происходит как выше, так и ниже водоносного слоя. Азот и фосфор (Б-1), например, могут быть добавлены при использовании инъекционной «гребенки» (Г-1) или инъекционной «галереи» (Г-2) , которые могут просто быть перфорированными трубами, зарытыми под землю. Грунтовые воды можно было бы тогда извлекать на поверхность через «гребенку» для откачивания (Г-3). Поскольку воду и почвенные газы можно выкачать на поверхность, то разумно применить и наземную обработку (аэратор). Обработанная («вылеченная») грунтовая вода возвращается в почву через гребенки или галереи инфильтрации, создавая, таким образом, замкнутый цикл до достижения необходимого уровня очистки. In situ биокоррекция включает:

• добавление материалов к почве,

• убежденность в том, что микробы входят в контакт со всеми материалами, которые являются необходимыми для их роста.

Рис. 2. Система «лечения» региона выше и ниже слоя подпочвенных вод.

Очевидно, что при применении анаэробной (восстановительной) схемы биокоррекции добавление перекиси водорода (Б-2), как источника кислорода, не нужно.