Химия и экология

количество химических веществ, вносимое в почву в начале ее обработки. БОК

— допустимые безопасные для здоровья людей остаточные количества экзогенных

веществ перед обработкой полей, выхода рабочих на сельскохозяйственные поля

после обработки почвы и в конце вегетационного периода.

Санитарная охрана почвы. Цель санитарной охраны почвы состоит в

сохранении такого ее качества, при котором почва не являлась бы фактором

передачи заразных для человека и животных заболеваний и не привела бы к

прямому или косвенному, по экологическим цепочкам (почва — растение —

животное — человек; почва — воздух — человек; почва — растение — животное —

человек и др.), острому или хроническому отравлению экзогенными химическими

веществами с возможными отдаленными последствиями.

Мероприятия по санитарной охране почвы подразделяются на следующие группы:

1. Санитарно-технические мероприятия по сбору, удалению, обезвреживанию и

утилизации отходов, загрязняющих почву (санитарная очистка населенных

мест).

2. Технологические мероприятия, направленные на создание безотходных и

малоотходных технологических схем производств, уменьшающих или

снижающих до минимума образование отходов.

3. Планировочные мероприятия, касающиеся научного обоснования и

соблюдения величины санитарно-защит-ных зон между очистными

сооружениями и жилыми зданиями, местами водозабора, выбора схем

движения автотранспорта, выбора земельных участков под очистные

сооружения.

4. Законодательные, организационные и административные мероприятия.

ПРОЦЕСС ПРОМЫВКИ ПОЧВЫ

Однако если почва уже заражена, ее необходимо очистить и восстановить.

Наиболее часто при обеззараживании почвы применяется процесс промывки. Этот

процесс преследует две цели.

1. Механическое воздействие и вода (иногда с добавками) физически удаляют

загрязнения из почвенных частиц.

2. Перемешивание почвенных частиц позволяет отделить сильно загрязненные

мелкие частицы от более крупных почвенных частиц, тем самым снижая

объем материала, требующего дальнейшей обработки, и затраты на процесс

обеззараживания.

Таким образом, этот процесс основан на использовании воды с последующим

уменьшением объема, при котором опасные загрязняющие вещества извлекаются и

концентрируются с помощью физических и химических методов в небольшой части

осадка, соразмерной с первоначальным объемом загрязнений. Основная

концепция процесеа состоит в переносе загрязняющих веществ из почвы в

промывочную воду с последующим их извлечением. Очищенная почва может быть

возвращена на участок или найти полезное применение. Оставшийся небольшой

объем загрязненного осадочного концентрата может быть обработан другими

разрушающими или связывающими процессами такими как сжигание,

низкотемпературная термальная десорбция, химическая экстракция,

дехлорирование, биологическое разложение, затвердевание/стабилизация и

остек-ловывание.

К физическим методам обработки почвы относятся: дробление, грохочение,

мокрая сортировка, притирочное размельчение, сепарация в плотной среде,

флотация, гравитационное осаждение и механическое обезвоживание.

Соответствующими химическими средствами являются детергенты, поверхностно-

активные вещества, вещества, вызывающие образование хелатных соединений,

коагулянты, флоккулянты и вещества, регулирующие рН.

Промывка является эффективным методом обработки как почв, так и донных

отложений рек, озер и пр.

Процесс может быть эффективным и экономически оправданным, когда

загрязненная почва или донные отложения содержат не более 40% ила, а

частицы глины имеют размеры не более 63 микрон. Содержание твердых

органических веществ не должно превышать 20% объема.

К типичным опасным загрязнениям, которые эффективно удаляются этим

методом, относятся:

. донные отложения, насыщенные нефтепродуктами;

. радиоактивные загрязнения;

. тяжелые металлы;

. креозот;

. пестициды,

. цианиды.

Состав почвы и распределение загрязняющих веществ

Более полное понимание процессов очистки почвы и пользы этой промывки

может быть достигнуто при рассмотрении почвенных образцов А—Г и типичного

распределения в них загрязнений.

А. Поверхностное загрязнение обычно наименьшее, в основном — физическая

адгезия, выражающаяся в уплотнении. Удаляется и переносится в промывочную

воду механическим разрыхлением.

Б. Минеральные илы и глины являются основными веществами, абсорбирующими

опасные загрязнения, так как имеют очень развитую поверхность по отношению

к объему и обладают повышенной способностью сцепления.

В. Твердые органические вещества, такие как корни и листья растений, гумус

и т.д., обладающие, в виду их абсорбирующих свойств, способностью сбора

загрязнений.

Г. Взвешенные загрязнения присутствуют в растворенном состоянии в виде

частичек ила и глины.

Кроме этих твердых и жидких компонентов, вместилищем для летучих

загрязнений может служить воздух (или газ), присутствующий в пустотах между

частицами почвы.

Сложность почвенной промывки возрастает с ростом содержания ила, глины

и твердых органических веществ.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЦЕССА РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Рекультивация осуществляется за счет выполнения технологических

процессов (рис. 70), позволяющих выделить из загрязненной почвы:

1) обезвреженный, обезвоженный гранулированный почвенный продукт,

который можно возвратить на участок или использовать для других

целей;

2) обезвоженные загрязненные твердые - органические вещества для

дальнейшей обработки или захоронения;

3) обезвоженные загрязненные глинистые/илистые почвенные фракции для

дальнейшей обработки или захоронения;

4) загрязняющие вещества из промывочной воды с целью ее очистки и

обезвреживания в соответствии с нормативами для сброса в водоемы.

1 этап: Подготовка почвы к очистке

Основная цель этого этапа — приготовить суспензию, имеющую номинальные

размеры частиц в пределах 6 мм. Для этого с помощью комплекта сит или

первичного виброэкрана почву просеивают для удаления мусора, металла,

дерева и пр. При необходимости доведения размеров крупных каменных

включений до нужного размера допускается применение размельчения. Для

контроля размеров частиц суспензии и отделения материала, не требующего

очистки, используется мокрое вибрационное экранирование. При помощи

распылителей омывающего раствора, встроенных в просеивающую машину, в

питающий поток добавляется промывочная вода, создающая среду, в которую

будут перенесены, а затем и удалены все загрязняющие вещества.

2 этап: смешивание, притирочное размельчение, поверхностное извлечение

Предварительно отсортированная суспензия направляется в машину,

осуществляющую размельчение притиркой. Здесь загрязненный ил/глина

отслаиваются от поверхностей гранулированных почвенных частиц и переносятся

в промывочную воду. Это достигается путем комбинации:

. воздействия механических и жидкостных касательных напряжений,

вызываемых взаимным трением гранулированных частиц (Движение частиц

обеспечивается роторными двигателями внутри притирочных ячеек или

другими механическими средствами.);

. воздействия добавляемых химических реагентов, ускоряющих растворимость

и перенос загрязняющих веществ с поверхностей гранулированных частиц в

промывочную воду.

3 этап: Отделение ила, глины и загрязняющих веществ, находящихся в

промывочной воде, от размельченного гранулированного материала.

Эта операция обычно выполняется с помощью гидроциклонов или наклонных

разделителей винтового типа. В результате образуются два продукта:

1) обезвоженный поток твердых частиц, состоящий в Основном из

размельченного песка и твердого органического вещества, такого как

уголь, лигнин, дерево и т.д.;

2) поток, состоящий из промывочной воды со взвешенными (загрязненными)

частицами минерального (ила/глины) и твердого органического вещества.

Промывочная вода может также содержать растворенные загрязняющие

вещества, такие как ионы тяжелых металлов, которые будут удалены позже

традиционной обработкой для промышленных сточных вод (например

осаждением или ионообменом).

4 этап: Отделение загрязненного твердого органического вещества от

размельченного гранулированного материала.

Загрязненные твердые органические вещества, такие как уголь,

древесина, сгнившие остатки растительности, имеют очень высокую способность

абсорбировать загрязняющие вещества, поэтому такие твердые вещества должны

быть изолированы от гранулированных компонентов почвы. Этот материал

эффективно удаляется с помощью уплотняющего сепаратора. Он отделяет

органические вещества, имеющие меньшую силу тяжести от песка или других

более тяжелых частиц. Изолированный осадочный органический продукт затем

обезвоживается и, если необходимо, уничтожается, например, сжиганием.

Промытый, очищенный песок, поступающий из сепаратора, вторично промывается

или же сразу обезвоживается с помощью вибросита, винтового обезвоживателя

или гидроциклона. Впоследствии его можно вернуть обратно на участок, с

которого была взята почва, продать производителям бетона, асфальта или

использовать для других целей.

5 этап: Удаление загрязненного ила/глины из промывочной воды. Удаление

растворенных загрязняющих веществ.

Загрязненные минеральные ил или глина, находящиеся в промывочной воде

во взвешенном состоянии, коагулируются, флоккулируются и осаждаются в форме

уплотненного минерального отстоя, который обезвоживается с помощью

фильтрующего пресса или другого фильтраци-онного оборудования (см. рис.

71).

В случаях, когда в промывочной воде присутствуют растворенные соли тяжелых

металлов, они осаждаются при повышении рН с образованием гидроксидов

металлов, которые можно удалить флоккуляцией и осаждением или флотацией

растворенным воздухом с последующим обезвоживанием загрязненного отстоя

(или накипи) с помощью фильтрации.

6 этап: Менеджмент осадка

Существуют многочисленные применения для использования осадков после

промывки почвы. Твердые органические вещества и органическая

спрессовавшаяся корка с фильтров обычно разрушаются сжиганием. Осадки,

загрязненные гидроксидами тяжелых металлов стабилизируются при

затвердевании. В зависимости от экономических затрат насыщенные металлами

неорганические осадки могут быть восстановлены, рециклированы или

подготовлены к сбросу на специально предназначенные для них свалки.

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ

Биологическая рекультивация вне участка. Помимо промывки почвы в

последнее время в развитых странах появилось большое число новых

технологий, позволяющих очистить почву как от всех загрязнений, так и от

специфических загрязняющих веществ. При этом рекультивации почвы проводится

непосредственно на участке, для того чтобы избежать затрат на экскавацию и

транспортировку больших объемов грунта.

При биологической рекультивации вне участка верхний слой почвы снимается и

вывозится на специальный полигон, где вся эта масса земли обрабатывается.

При этом для разложения органических загрязняющих веществ в почве, отстое и

твердом грунте используются микроорганизмы. Микроорганизмы разлагают

загрязняющие вещества, используя их как источник пищи. Конечным продутом

обычно являются СО2 и Н2О. При биологической рекультивации твердые вещества

сначала перемешиваются в воде до формирования жидкой пульпы, и

биологическое восстановление осуществляется на жидкой фазе; затем

производится второй этап обработки — твердофазная биорекультивация, при

которой почва загружается в камеру или закрытое помещение и разрыхляется с

добавкой воды и питательных веществ.

Если пораженные участки земли очень большие, такой процесс будет очень

трудоемок, долог и достаточно дорог. Представьте себе перемещение больших

объемов земли, погрузку в самосвалы и перевозку, иногда на значительные

расстояния, на место, которое, как правило, занимает довольно большую

территорию. После рекультивации этот процесс необходимо повторить в

обратном порядке. Однако качество рекультивации в этом случае будет

значительно выше.

Биологическая рекультивация на участке. При рекультивации

непосредственно на участке можно избежать громадных затрат, связанных с

вывозом почвы, большим расходом горючего и людских ресурсов. Однако

продолжительность этого процесса будет несколько больше. Что же это за

процесс? Кислород, а иногда питательные вещества, закачиваются под

давлением через скважины в почву или распределяются по поверхности для

инфильтрации в загрязненный материал. Процесс разложения загрязняющих

веществ микроорганизмами происходит прямо на участке, а при помощи

биовенттиляции конечные продукты удаляются.

Восстановление маслосодержащих отходов. Очень часто во время или после

хранения горючесмазочных материалов в почву попадают и остаются там

маслосодержащие вещества. Такой участок даже после ликвидации производства

или хранилища долгое время будет абсолютно безжизненным, лишенным как

растений, так и животных. Чтобы вернуть его к жизни, необходимо удалить

маслосо-держащие отходы. Обычно эту задачу решают простым снятием грунта и

вывозом его на свалку. То есть отодвигают решение проблемы очистки почвы на

какой-то, часто продолжительный срок, пока не возникнет проблема

восстановления земли, занятой свалкой. Новый процесс восстановления решает

проблему сразу. Маслосодержащие отходы при помощи пара или горячей воды

смываются и перемещаются в более проницаемые для жидкостей участки, а затем

выкачиваются из почвы. При желании загрязненные масла можно очистить и

использовать в качестве топлива.

Цианидное окисление. При цианидном окислении участки, пораженные

органическими цианидами, обрабатываются соответствующими химическими

веществами. При этом происходят химические реакции, и органические цианиды

окисляются до менее опасных соединений. Далее, если необходимо, участок

обрабатывается другими методами.

Дехлорирование. При дехлорировании происходит удаление или перемещение

опасных соединений, содержащих атомы хлора.

Промывка на участке. При использовании процесса промывки в почву,

отходы или грунтовые воды вводятся большие объемы воды (иногда с

химическими соединениями для обработки). Опасные загрязнения вымываются с

участка. Однако выводимая вода должна быть эффективно изолирована в

пределах водоносного пласта и обязательно восстановлена.

Остекловывание на участке. Большую опасность для жизни растений,

животных и людей представляют оставшиеся в почве тяжелые металлы. Процесс

остекловывания решает проблему удаления тяжелых металлов и даже их

утилизации весьма оригинальным способом. При остекло-вывании на участке

загрязненная почва нагревается до температуры около 1600°С. При этом

тяжелые металлы инкапсулируются в стекловидные структуры соединений

силиката и становятся практически безвредными, так как, во-первых, они

находятся в соединениях, а, во-вторых, заключаются в стекловидную оболочку.

Органические вещества при этом сжигаются.

Восстановление металлов высокотемпературной плазмой. Это — термический

процесс, который извлекает загрязнения из твердых веществ и почвы в виде

металлических и органических газов. Органические газы можно сжигать как

топливо, а металлические могут быть восстановлены и рециклированы. Этот и

предыдущий процессы, разумеется, очень дороги, и вопрос об их применении

каждый раз должен решаться в конкретных обстоятельствах, связанных либо с

ценой на восстанавливаемый участок, либо со стоимостью извлекаемых и

рециклируемых металлов.

Фитообработка. Значительно более дешев и легок в применении процесс

культивации специальных растений, способных забирать корнями или листвой

специфические загрязнения и снижать их концентрацию в почве. Сами растения

необходимо периодически скашивать и убирать с участка.

Почвенная паровая экстракция. Летучие органические составляющие

удаляются из почвы на участке почвенной паровой экстракции с помощью

паровых экстракционных скважин. Иногда процесс осуществляется в комбинации

со скважинами для инжекции в почву воздуха, с целью отгонки и смьюа

загрязнений воздушным потоком. После чего производится дальнейшая

обработка.

Экстракция растворителями. Иногда для рекультивации почвы,

загрязненной однородными по составу веществами, бывает достаточно правильно

подобрать растворитель. При этом органические загрязнения растворяются

избирательно и затем удаляются из отходов. Растворители меняют в

зависимости от обрабатываемых отходов.

Термическая десорбция. Отходы нагревают в контролируемой обстановке до

рабочей температуры, обычно менее 550°С. При таком нагреве органические

соединения улетучиваются из почвы. Летучие загрязнения необходимо собирать

и подвергать дальнейшей обработке.

РАДИАЦИОННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

В 1896 г. Антуан Беккерель обнаружил, что фотопластинка, лежащая рядом

с кусочком соединения урана, оказалась засвеченной. Так была открыта

радиоактивность. Со временем заметили, что люди, экспериментировавшие с

радиоактивными элементами, рано умирают от рака, лейкемии и других

болезней. Радиация разрушает живые клетки, вызывает необратимые изменения в

организмах, порождая мутации— генетические уродства.

Тем не менее сегодня невозможно представить какую-либо отрасль

человеческой деятельности без применения радиоактивных материалов. В

промышленности — атомная энергетика, в медицине — лечение и

диагностирование, в геологии и биологии — радиоуглеродный анализ. Возникает

проблема ликвидации радиоактивных отходов.

Некоторые же предприятия не заботятся даже об элементарной изоляции

смертоносных отходов. Например, слаборадиоактивные отходы перерабатывающего

завода в Селлафилде (Великобритания) сливаются через трубу прямо в

Ирландское море, которое за короткий срок поставило печальный рекорд по

степени радиоактивного загрязнения среди водных бассейнов мира. Высокий

процент больных раком среди жителей побережья, по мнению специалистов,

обусловлен плутонием, который осаждается в окрестностях на поверхность

земли. Власти Ирландии требуют закрытия завода, но он дает астрономические

доходы.

ПРИРОДНЫЙ И ТЕХНОГЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН

На территории Свердловской области радиационный фон обусловлен

геологическими особенностями региона и определяется содержанием

естественных радионуклидов (238U, 232Th и 40К) в почвах и горных породах.

На территории области сосредоточено более 1000 локальных скоплений

урановой, ториевой и уран-ториевой минерализации, 350 водоисточников с

повышенной концентрацией естественных радионуклидов.

Большая часть территории области расположена в пределах радоноопасных

зон, мощность экспозиционной дозы (МЭД) составляет 6—12 мкР/ч. Для

Мурзинско-Камышевской зоны при среднем фоне 12 мкР/ч в пределах Адуевского

гранитного массива МЭД достигает значений 18— 20 мкР/ч. Мощность

экспозиционной дозы гамма-излучения составляет: в Екатеринбурге — 8—20

мкР/ч, Нижнем Тагиле — 6—9 мкР/ч, Каменск-Уральском — 6—20 мкР/ ч,

Первоуральске — 5—7мкР/ч, Ревде — 3—5 мкР/ч.

Спецификой формирования доз облучения населения Свердловской области

от естественных источников радиации является высокий вклад 232Rn (торона).

Средняя годовая эффективная доза облучения от торона (1 мЭв) более чем на

порядок превышает среднемировую (0,07 мЭв/год).

Определенную потенциальную радиоэкологическую опасность представляют

многочисленные техногенные образования урановой и ториевой природы

Свердловской области. Попадая в технологические циклы, они десятилетиями

концентрировались. Их переработка может привести к росту дозовых нагрузок

населения и выпуску продукции с повышенным содержанием радионуклидов.

Кроме того, существенным источником формирования дозы облучения

населения являются медицинские рентгеновские диагностические процедуры и

дозовые нагрузки производственного персонала.

В целом доза облучения населения Свердловской области от природного и

техногенного радиационного фона составляет 70% суммарной дозы от всех

источников ионизирующего облучения (8500 чел.-Зв — коллективная доза, 1,8

мЗв — средняя годовая эффективная доза на одного жителя).

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ. Помимо естественной геологической среды,

радиоэкологическую обстановку на территории Свердловской области формируют

также последствия аварий 1957 г. на производственном объединении «Маяк» и

1967 г., когда произошел ветровой перенос радионуклидов с обнажившихся

вследствие засухи берегов оз. Карачай в Челябинской области. Сброс

радиоактивных веществ в р. Теча предприятиями поселков Озерный, Костоусово

и Двуреченска (переработка минерального сырья с высоким содежанием ЕРН),

Красноуфимского филиала комбината «Победа», Белояр-ской АЭС, предприятий г.

Лесного и Новоуральска продолжался с 1949—1964 гг. Имели также место

аэрозольные выбросы Белоярской АЭС и техногенное загрязнение продуктами

переработки отходов ядерной индустрии. Кроме того, в области более 1500

объектов используют источники ионизирующего излучения в своей технологии,

включая медицинскую. Немаловажный фактор и глобальные атмосферные

выпадения, имевшие место на всей территории России.

Радиационная обстановка на территории Восточно-Уральского

радиоактивного следа определяется остаточным радиоактивным загрязнением по.

90Sr. Плотность загрязнения по 90Sr в 1995 г. составляла 0,2—1,6 Ки/км2.

Пятна с аномально высокими плотностями загрязнения обнаружены севернее оз.

Тыгиш (5,1—5,2 Ки/км2) и на территории г. Каменск-Уральский (6,9 Ки/км ).

Мощность экспозиционной дозы на территории Каменского и Богдановического

районов составляет 7,5—8,5 мкР/ч. Среднегодовая бета-активность атмосферных

выпадений составила 1,1 Бк/м2сут, то есть на уровне средней по региону, а

максимальное значение 11,2 Бк/м2сут отмечено в г. Тавде. Средняя за год

плотность выпадений по 137Cs —1,5 Бк/м2мес, по 90Sr —1,1 Бк/м2мес.

Дополнительная индивидуальная годовая эффективная доза облучения жителей на

территории Восточно-Уральского радиоактивного следа за счет остаточного

радиоактивного загрязнения местности и повышенного содержания 90Sr в

продуктах питания не превышала 0,1 мЗв, однако это в 2 раза выше, чем в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6