Почвы, содержащие песок и глины, загрязненные ядерными отходами, элементарной ртутью или смешанными отходами, включающими также вредные органические соединения, очищают обработкой одним безводным жидким аммиаком или аммиаком в сочетании с сольватированными электронами. Способы включают концентрирование радионуклидов, например плутония и урана, в мельчайших частицах почвы и глины с получением остаточного продукта, практически не содержащего загрязняющих веществ, что позволяет осуществить рекультивацию почвы. Технический результат заключается в том, что за счет концентрирования ядерных отходов в частицах почвы объем пространства, обычно требуемого для хранения необработанной почвы, и расходы на это значительно снижены. Аммиачные жидкости, такие как безводный жидкий аммиак, облегчают очистку за счет измельчения почвы с получением тонких дисперсий, откуда выделяют капли ртути. Высокая плотность ртути позволяет более крупным частицам почвы осесть, а ртуть отделяют от частиц почвы. 3 с. и 34 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам очистки почвы от загрязнений, более конкретно к очистке почв, содержащих ядерные отходы, почв, содержащих ртуть, и почв, загрязненных смешанными отходами, способами, которые также позволяют рекультивировать обработанную почву. Предпосылки создания изобретения. В результате осуществления испытаний вооружения, включающих детонацию ядерных установок, в США и за рубежом, окружающая среда и, в частности, большие площади почвы в районах испытаний были загрязнены ядерными отходами. В некоторых случаях, например, детонация ядерной установки не обеспечила достижение необходимой критической массы радиоактивных компонентов, что привело к рассеянию на огромных площадях в зоне испытаний в пустыне значительных количеств обогащенных урана и плутония. Кроме испытаний ядерного оружия, загрязнение почвы радиоактивными веществами возникает в центрах, производящих ядерное оружие, таких как в Hanford, Washington; Rocky Flats, Colorado; Savannah River, Georgia; Oak Ridge, Tennessee и т.д., при утечках или выделениях в окружающую среду. Попытки успешной очистки этих площадей были затруднены и оказались чрезвычайно дорогостоящими вследствие огромных количеств почвы, требующих обработки и/или хранения. Очистка обычно означала медленный и дорогой процесс, при котором загрязненную почву собирали и перемещали в другое место на хранение. Заброшенные соляные копи и горные выработки были предложены в качестве хранилищ для ядерных отходов, но слишком часто затем отвергались по техническим и/или политическим причинам. Из-за ограниченного пространства, доступного для хранения ядерных отходов, рекультивация загрязненных площадей продвигалась медленнее. С целью преодоления кризиса в области хранения ядерных отходов для уменьшения огромных количеств загрязненной почвы, требующей хранения, были предложены системы, в которых радиоактивные компоненты концентрируются в какой-то части почвы. Например, в одной системе применяют способ водной промывки, требующей использования химических агентов для промывки почвы, множества стадий разделения, обработки воды и т.д. Хотя этот способ является довольно эффективным, обеспечивая концентрацию радиоактивных компонентов в алеврите и глинистых фракциях почвы, он требует больших капитальных и рабочих затрат на тонну обрабатываемой почвы, что считается экономически нецелесообразным. Соответственно большинство методов, предложенных для концентрирования ядерных отходов, не получили широкого распространения. Как и в случае ядерных отходов, загрязнение почвы ионами, а также элементарной ртутью также представляет серьезную угрозу для живой природы, причем эта угроза для окружающей среды сохраняется долго. Случаи загрязнения окружающей среды ртутью хорошо известны. Одним из источников загрязнения ртутью служило использование ртутных электролитических ячеек при синтезе хлора и каустической соды. В ртутной ячейке используется ртутный катод, поэтому полученный металлический натрий, образующийся на катоде, быстро реагирует со ртутью, с образованием амальгамы, NaHg, таким образом отделяясь от других продуктов. Последующая обработка водой превращает амальгаму NaHg в каустическую соду, водород и металлическую ртуть, последнюю возвращают в цикл для дальнейшего использования. Хотя этот тип электролитической ячейки постепенно исчезает из промышленности из-за загрязнения окружающей среды ртутью, другие области применения ртути, помимо электродов, включают фотографию, электрические переключатели, регулирующие устройства, катализаторы и т.д. Они также способствовали загрязнению озер, океанов и почвы. Загрязнение окружающей среды ртутью и ее восстановление представляют большую проблему. Другие проблемы, связанные с окружающей средой, относятся к способам обработки почвы, загрязненной "смешанными отходами". Выражение "смешанные отходы" означает отходы, содержащие два или несколько разных классов загрязняющих веществ, требующих разложения или удаления. Одним примером почвы, загрязненной смешанными отходами, являются почвы, загрязненные ПХБ, например, диэлектрическими жидкостями, попавшими в почвы, загрязненные также элементарной ртутью. Вместе они представляют собой смесь, с трудом поддающуюся обработке с использованием обычных технологий. В то время как почвы, содержащие ртуть, могут использоваться для насыпей, наличие ПХБ не позволяет делать насыпи в тех районах, где не разрешено использовать почвы с ПХБ. Следовательно, обычно нельзя делать насыпи из такой почвы. Кроме того почвы, загрязненные ПХБ, можно сжигать, но наличие ртути мешает этому, так как окиси ртути, образовавшиеся при сжигании, являются вредными при выделении в атмосферу. Эта дилемма исторически привела к тому, что смешанные отходы требуют значительных расходов на обработку. Соответственно существует необходимость в создании нового экономичного способа очистки почв, содержащих ядерные отходы, такие как отходы, образовавшиеся в местах производства ядерного оружия, испытания ядерного оружия и там, где обработка связана со значительными объемами почвы, загрязненной радиоактивными материалами. Способ должен обеспечить уменьшение пространства, требующегося в противном случае для хранения необработанных почв, путем концентрации в небольшой фракции почвы, а также обеспечить рекультивацию этих участков. Точно так же нужен механизм, при котором элементарная ртуть и смешанные отходы, содержащие ртуть и другие загрязняющие вещества, такие как органические вещества типа пестицидов, диоксинов, ПХБ, и/или ядерные отходы, типа радионуклидов, могут быть легко отделены от почвы для последующего выделения и соответствующего употребления. Сущность изобретения. Таким образом, основной целью изобретения является создание усовершенствованных, более экономичных способов отделения радиоактивных компонентов от загрязненной почвы, при этом обработанная почва становится достаточно очищенной от токсичных радиоактивных компонентов, чтобы позволить осуществление рекультивации почвы. Выражение "достаточно очищенной" означает почву, обработанную согласно данному изобретению таким образом, что она: (i) практически не содержит всех нежелательных радиоизотопов (радионуклидов), или (ii) содержит остаточные количества слабых радиоизотопов, что позволяет рекультивировать эту почву, или (iii) содержит такие количества слабых радиоизотопов, которые могут быть разбавлены в достаточной степени инертным веществом для уменьшения ее активности до приемлемого уровня. Выражения, такие как "ядерные отходы" и радиоактивные отходы", упоминаемые в данном описании и формуле, относятся к почвам, загрязненным изотопными формами элементов, имеющих нестабильные ядра, которые распадаются и выделяют энергию обычно в виде альфа-частиц, бета-частиц и гамма-лучей. Они в основном включают продукты или побочные продукты расщепления ядер или непрореагировавшие продукты ядерного деления. Примеры включают такие радионуклиды, как Cs 137 ; Co 60 ; K 40 ; Pu 236 ; U 235 , U 238 , Ru 103 , Te; Sr 90 ; Rb; Y; Re; Rh; Pd; Tc; Np и Am. Способы по изобретению обеспечивают выделение ядерных отходов во фракции почвы, особенно, в маленькие частицы с большой поверхностью, такие как почвенная мелочь и алевритовые фракции глины, для последующего хранения или обработки. Путем концентрации ядерных отходов в частицах почвы и алеврита добиваются значительного уменьшения требующегося для хранения пространства на тонну обработанной почвы, примерно на 90% по сравнению с пространством, требующимся для хранения необработанной почвы. Способы по изобретению включают стадии: (а) смешения аммиачной воды с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость-ядерные отходы, (б) селективного осаждения частиц почвы из суспензии или дисперсии со стадии (а) с образованием нижней твердой фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в аммиачной жидкости, (в) отделения верхней фазы жидкость-твердые вещества от нижней твердой фазы частиц почвы, причем мельчайшие частицы верхней фазы жидкость-твердые вещества содержат большую часть радионуклидов, или, другими словами, нижняя твердая фаза практически не содержит ядерных отходов, что делает возможным рекультивацию почвы, и (г) отделения аммиачной воды от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы с целью использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц. Термин "использование" означает хранение мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы. Выражение "дальнейшая обработка" означает любую процедуру, изменяющую потенциально токсичные свойства радионуклида с превращением его в вещества с пониженной токсичностью, менее вредные для окружающей среды, или в вещества, которые могут быть выделены как полезные побочные продукты. Следует иметь в виду, что способы хранения и дальнейшей обработки концентрированных ядерных отходов не входят в объем данного изобретения. Такие методы известны специалистам. Mazur et al. в пат. США 5110364 описывают использование аммиака для предварительной обработки при десорбции органических соединений, таких как ПХБ, из почвы с последующим химическим разложением соединения путем дегалоидирования по механизму химического восстановления сольватированными электронами. Mazur et al., однако, не описали и не предложили использование аммиака в качестве средства для разделения почвы на фракции, когда более крупные частицы с меньшей площадью поверхности отделяются от менее плотной фазы жидкий аммиак - твердые вещества, содержащей более мелкие частички почвы с большей площадью поверхности. В отличие от этого способа Mazur et al. обеспечивают обработку "всей" почвы при уменьшении содержания галогенированных углеводородов, загрязняющих почву, без выделения вначале частиц из суспензии, содержащей самую высокую концентрацию загрязняющих веществ. Было установлено, что радионуклиды имеют предпочтительное сродство к более мелким частицам с большей площадью поверхности и алевритам почв, глины и песка. Следовательно, при выделении мелочи и частиц алеврита, особенно более мелких частиц, имеющих большую площадь поверхности в сравнении с частицами, осаждающимися из дисперсий аммиак-почва, в действительности осуществляют эффективное концентрирование ядерных отходов в самом маленьком объеме природного твердого носителя для эффективного уменьшения количества материала, который необходимо хранить или подвергать дальнейшей переработке. Соответственно основная цель данного изобретения заключается в создании усовершенствованного более экономичного способа концентрирования значительной части ядерных отходов в небольшой фракции почвы для более эффективного управления проектами очистки почвы, связанными с большими объемами почвы, чтобы обеспечить рекультивацию больших объемов ранее загрязненной почвы. Еще одной целью изобретения является возможное включение стадии выделения и возвращения для повторного использования в описанном способе аммиака со стадии (г), причем выделение и повторное использование осуществляют известными методами. Для целей данного изобретения выражения "жидкий аммиак" и "аммиачная жидкость", означают жидкий аммиак, например, безводный жидкий аммиак, растворы, содержащие аммиак, например, водные растворы аммиака и т.д. В случае вариантов, требующих применения сольватированных электронов, обсуждаемых подробно ниже, когда электроны получают при растворении металлов в жидком аммиаке или другом азотсодержащем основании, предпочтительны неводные жидкие основания, например, безводный жидкий аммиак. Еще одной целью изобретения является создание дополнительного варианта изобретения для очистки почвы, содержащей ядерные отходы, включающего стадии: (а) смешения жидкого аммиака или аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ядерные отходы, (б) обработки дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом, (в) селективного осаждения частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (б) с образованием нижней фазы частиц почвы и образованием верхней фазы жидкость - твердые частицы, содержащей мельчайшие частицы почвы, суспендированные в жидком аммиаке или аммиачной жидкости, (г) отделения верхней фазы жидкость-твердые частицы от нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза частиц почвы практически не содержит ядерных отходов, и
(д) выделения аммиака из частиц почвы для использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц. Было замечено, что аммиак обладает уникальной способностью образовывать очень тонкие суспензии при смешении с почвами, в то же время отмечалось, что дисперсии почвы впоследствии подвергаются изменениям, механизм которых полностью неясен, в присутствии сольватированных электронов, образовавшихся при растворении металлов в аммиаке. Это значит, что при контактировании аммонийной дисперсии почвы с щелочными или щелочноземельными металлами сольватированные электроны образуются в смеси in situ. Оказывается, что в некоторых случаях сольватированные электроны облегчают отделение более мелких частиц почвы. В некоторых случаях, когда размер поперечного сечения частиц больше, чем это желательно, электроны, сольватированные в жидком аммиаке, способствуют более оптимальному разделению и отделению более мелких частиц, содержащих ядерные отходы от других частиц суспензии. Как и в случае первого варианта изобретения, вышеописанный второй вариант изобретения предполагает стадию выделения и возвращения в цикл аммиака со стадии (д) для повторного применения. Точно так же осажденные твердые частицы почвы со стадии (г) "достаточно освобождены" от радиоизотопов, чтобы позволить осуществить рекультивацию огромных объемов почвы. В соответствии с данным изобретением, относящимся к очистке почвы, содержащей вредные вещества, предложены также способы очистки почвы, содержащей жидкую ртуть, включающие стадии:
(а) смешения в закрытом сосуде аммиачной жидкости, такой как безводный жидкий аммиак, с загрязненной почвой, содержащей перловидные капли жидкой ртути с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ртуть,
(б) осаждения частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии, содержащей аммиак-ртуть, со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость-твердые частицы, содержащей пыль, диспергированную в жидком аммиаке, и
(в) коалесценции капель ртути и отделения их от нижней фазы частиц почвы с целью сбора ртути. Из-за очень высокой плотности ртути, почти в 14 раз превышающей плотность воды, она может быть отделена от почвы и собрана. Скоалесцировавшая жидкая ртуть легко осаждается из смеси и собирается на дне сосуда, откуда ее легко удалить через клапан на дне сосуда. Что касается других вариантов изобретения, описанных ранее, способы очистки почвы при помощи аммиачной жидкости, предпочтительно, включают стадию отделения аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы путем дистилляции. Аммиак можно также отделить от верхнего слоя частиц почвы испарением и повторным сжижением при помощи компрессора, эта технология и оборудование известны. Еще одним аспектом изобретения является обработка почвы, содержащей смешанные отходы, когда суспензия или дисперсия загрязненной почвы получается предпочтительно, в присутствии безводного жидкого аммиака, что позволяет отделить и выделить загрязняющие вещества. Кроме капель жидкой ртути почвы могут быть также загрязнены ядерными отходами, содержащими радионуклид и радиоактивный изотопный металл. Они обычно включают металлы группы актинидов, например, уран, плутоний, торий или их смеси. Верхняя фаза жидкость - твердые вещества, представляющая собой суспензию частиц почвы, содержит большую часть ядерных отходов. Частички почвы нижней твердой фазы содержат капли очень плотной ртути. После того как они скоалесцируют, облегчается их отделение и выделение. Другие смешанные отходы включают органические соединения, негалогенированные соединения и галогенированные органические соединения, такие как ПХБ, диоксины, пестициды, включая инсектициды, гербициды и т.д. Таким образом, кроме почв, загрязненных ртутью, согласно изобретению можно обрабатывать почвы, которые также загрязнены химическими соединениями и соединениями, которые разлагаются или восстанавливаются в более простые вещества с меньшей токсичностью. Дисперсию почвы со стадии (а), содержащую аммиачную жидкость-ртуть-органические соединения, обрабатывают реакционноспособным металлом, например, щелочным металлом, щелочноземельным металлом и алюминием, с образованием сольватированных электронов in situ. Сольватированные электроны в почве, загрязненной смешанными отходами, восстанавливают или деструктируют органическое соединение, в то время как капли ртути осаждаются в нижнюю твердую фазу частиц почвы и коалесцируют, затем их удаляют со дна сосуда. Краткое описание чертежей. Для дальнейшего понимания изобретения и его отличительных признаков будут сделаны ссылки на следующие сопутствующие чертежи, где
на фиг. 1 показана схема осуществления лучшего варианта изобретения по примеру I ниже,
на фиг. 2 дано схематическое изображение лабораторного реактора, в котором почву, загрязненную ртутью, обрабатывают согласно способу, описанному в примере II, и
на фиг. 3 показан лабораторный реактор, используемый для очистки почвы, загрязненной ртутью, по примеру III. Описание предпочтительных вариантов изобретения. Изобретение относится к усовершенствованным способам отделения от почвы нежелательных ядерных отходов, в частности радионуклидов, как это описано ранее, путем концентрирования их в очень маленьких частицах или пыли почвы, или глины. Мельчайшие частицы, содержащие, например, концентрированные радионуклиды, находятся, таким образом, в таком состоянии, которое позволяет эффективное использование, например, хранение, или дальнейшую обработку для превращения вредных веществ в менее токсичные и более благоприятные для окружающей среды вещества. Способы основаны на наблюдении, что жидкий аммиак обладает уникальной способностью разбивать почву на очень мелкие частицы. Также было найдено, что суспензии того, что оказывается чрезвычайно мелкими частицами, можно получить смешением почвы с аммиаком. Почвы, загрязненные радионуклидами, смешиваются, предпочтительно, с безводным жидким аммиаком с образованием тонкодисперсных дисперсий или суспензий. Из-за низкой плотности аммиака в сравнении с водой, значительно более мелкие частицы почвы остаются суспендированными в жидкости, и частицы, которые иначе были бы суспендированы в воде, легко осаждаются из дисперсии из-за меньшей плотности и вязкости аммиака. Большая объемная фракция почвы, состоящая из более крупных осажденных частиц, почти не содержит радионуклида или ионов вредного нерадиоактивного металла или металлоида, что позволяет рекультивировать большие объемы обработанной почвы. В отличие от ядерных отходов, когда большая часть загрязняющего вещества концентрируется в мелких частицах почвы в верхней фазе жидкость - твердые частицы суспензии почвы, содержащей аммиак, при обработке почвы, загрязненной металлической ртутью, капли металла легко осаждаются из раствора с более крупными частицами почвы и коалесцируют на дне сосуда. Из-за очень высокой плотности ртути капли собираются в нижней части сосуда, откуда их выделяют и используют повторно. Полагают, что жидкий аммиак, как и в случае почвы, загрязненной ядерными отходами, также играет важную роль в процессе измельчения почвы с получением тонкодисперсных суспензий для облегчения отделения и очистки почвы от мелких диспергированных капель ртути. Настоящее изобретение особенно пригодно для очистки почв, загрязненных смешанными отходами, то есть почв, содержащих, по меньшей мере, два разных класса загрязняющих веществ, особенно ртуть и радиоактивные отходы. Масса радиоактивных отходов распределяется в более мелких частицах почвы в верхней фазе суспензии, а ртуть легко осаждается из суспензии вместе с более крупными частицами почвы на дне сосуда, откуда отбирают коалесцированный жидкий металл. Верхняя фаза жидкость-твердые частицы, содержащая аммиак, мельчайшие частицы почвы и радиоактивные отходы, отбирается из сосуда, аммиак испаряется, а более мелкие частицы почвы и ядерные отходы отправляются на хранение или дальнейшую переработку. Почва, таким образом, рекультивируется. Почва, загрязненная ртутьсодержащими смешанными отходами и органическими соединениями и особенно полигалогенированными органическими соединениями, такими как галогенированные углеводороды, например ПХБ, может быть также обработана с образованием химических модифицированных веществ и переведена тем самым в нетоксичное состояние. Почва, загрязненная ртутью и органическими соединениями, точно так же суспендируется в закрытом сосуде. Безводный жидкий аммиак способствует измельчению почвы и десорбции токсичных галогенированных органических соединений из частиц почвы. Кроме того суспензия почвы, содержащая аммиак, обрабатывается щелочным металлом, например натрием, калием и литием, или щелочноземельным металлом, например кальцием, магнием и т.д.; в процессе растворения металла образуются сольватированные электроны. Суспензия должна содержать сольватированные электроны в достаточной концентрации, нужной для восстановления полигалогенированного органического соединения до вещества, более безопасного для окружающей среды. Обычно эта концентрация равна примерно от 0,1 до примерно 2,0 М. В каждом случае необходимое количество металла - это то количество, которое требуется для получения достаточного количества электронов и химического восстановления галогенированного соединения. Образование сольватированных электронов и их использование описаны в пат. США 5110364, включенном в качестве ссылки. Преимуществом является то, что токсичные органические соединения не нужно отделять от почвы, но почву, содержащую ртуть и органическое соединение, можно предварительно обработать жидким аммиаком, дать каплям ртути отделиться и суспензию почвы, содержащую аммиак и органическое соединение, обработать реакционноспособным металлом, как описано ранее, с образованием сольватированных электронов в суспендированной почве. Следующие конкретные примеры иллюстрируют изобретение, однако, следует иметь в виду, что они не ограничивают объем изобретения. Пример I. Способы по изобретению можно осуществить при помощи системы, показанной на фиг.1. Закрытый реактор 10 используют в качестве смесителя для почвы, загрязненной ядерными отходами, 14, расположенной на дне сосуда. Термин "почва" имеет свое обычное значение и включает один или несколько компонентов в изменяющемся соотношении, такие как глина, камень, измельченные частицы горной породы или песок, органическое вещество, вместе с изменяющимися качествами воды и т.д. Очевидно, что состав почвы будет изменяться в широких пределах в зависимости от источника и его местонахождения. Например, почвы из пустыни или других засушливых районов являются в основном песчаными с небольшим количеством органических веществ или глины. Один образец почвы из штата Огайо, известный как Ohio Loam (суглинок из Огайо), как было установлено, содержит 35% песка, 32% алеврита, 33% глины и 4,1% органических веществ и имеет pH 7,7. По контрасту почва из Ohio Ridge, TN содержит только 1% песка, 26% алеврита, 73% глины, не содержит органики и имеет pH 5,2. Таким образом, термин "почва" для целей данного изобретения имеет широкий смысл, включая составы с различными соотношениями глины, измельченной горной породы и песка, органических веществ, алевритовой мелочи, влаги и т.д. Такие составы включают также почвы, состоящие в основном из глины или песка. Безводный жидкий аммиак 16 или раствор жидкого аммиака, содержащий небольшое количество воды, вводят в закрытый реактор 10 из емкости 18 для хранения аммиака. После наполнения реактора жидкий аммиак выводится из реактора 10 из точки, расположенной ниже поверхности жидкости при помощи циркуляционного насоса 20, расположенного на выходной линии 22. Поток аммиака направляется посредством перепускных тройных клапанов 24-25 или в байпасную линию 26, или в устройство для растворения 28, в котором содержится слой реактивного металла 30, например щелочного или щелочноземельного металла или их смесь. Примеры металлов включают натрий, калий, литий, кальций и магний. Подходящим металлом является также алюминий. При циркуляции аммиака 16 через слой металла в реакторе 28 образуются сольватированные электроны. Это позволяет избежать проблем, связанных с установкой металлических прутков или других источников металла непосредственно в реакционном сосуде 10. Соответственно способы по данному изобретению предлагают обеспечение более легкого разделения частиц по размерам и выделение радиоактивных компонентов в частицах почвы и глины с аммиаком и электронами, сольватированными в аммиаке. При циркуляции аммиака через байпасную линию 26 или через реактор 28 раствор рециркулирует на дно реактора 10 через клапан 32, обеспечивая движущийся поток в реакторе. Это оказывает перемешивающее действие на почву и раствор аммиака и/или сольватированных электронов с получением суспензии. Как только обеспечивается равномерное диспергирование почвы в аммиаке, насос 20 деактивируется, чтобы осуществлялось фазовое разделение дисперсии, т.е. на нижнюю твердую фазу и верхнюю фазу жидкость - твердые частицы. Крупные частицы, содержащиеся в дисперсии, осаждаются в виде твердой фазы 34 на дне реактора 10, и они практически не содержат радионуклиды, которые концентрируются в более мелких частицах почвы, представляющих собой мелочь или алеврит, диспергированные в растворе аммиака, в виде верхней фазы 36 жидкость - твердые вещества. Суспензия взвешенных частиц, образующая верхнюю фазу 36, выводится из реактора 10 в испаритель 38 по линии 40 путем открывания клапана 42. Аммиак 43 испаряется для отделения его от радиоактивной мелочи 44. Аммиак можно передавать по линии 48 в компрессор 46 на повторное сжижение, если желательно вернуть в цикл аммиак для дальнейшего использования в процессе очистки. Сжиженный аммиак затем переходит в емкость 18 для хранения аммиака по линии 50. Таким образом, способы по изобретению обеспечивают преимущества выделения ядерных отходов при помощи более мелких частиц в сравнении с использованием вредных систем; позволяют осуществлять рецикл аммиака, недостижимый в системах, основанных на более дорогой промывке химическими реагентами; обеспечивают средства для легкого отделения мельчайших частиц от жидкого аммиака; не требуют транспортировки и хранения воды в пустынных районах и обеспечивают дополнительные возможности регулирования размеров частиц в заданном интервале при помощи сольватированных электронов. Пример II. Для того чтобы продемонстрировать отделение ртути от почвы, 100 г образца, допированного примерно 20000 ч. на миллион (около 2%) элементарной ртути, помещают в лабораторный автоклав, имеющий конфигурацию, показанную на фиг.2. Безводный жидкий аммиак вводят в автоклав для сжижения почвы и получения суспензии почвы в аммиаке. Затем включают мешалку и перемешивают почву с аммиаком в течение 2 мин. В это время начинают отвод аммиака для создания турбулентности в сосуде, продолжающейся после остановки мешалки. Сразу же после остановки мешалки нагревают участок, где расположен самый нижний ниппель для сбора ртути, чтобы ускорить барботирование от донной части реактора для ускорения отделения более мелких частиц почвы и осаждение ртути вблизи ниппелей для сбора ртути. Нагрев продолжают в течение примерно 15 мин и затем оставляют реактор на ночь, чтобы аммиак испарился. На следующее утро реактор открывают, прежде всего открывая ниппель для сбора ртути и удаляя большую часть почвы, которая осела на дно. Видны серебристые капли ртути. Подобным образом отбирают образец почвы из верхнего слоя почвы в реакторе и тщательно его исследуют. В этом образце не видно серебристых капель ртути. Пример III. Далее, 100 г почвы, допированной ртутью, вводят в сосуд, находящийся под давлением, содержащий сита и насос для рециркуляции, как показано на рис.3. Затем вводят в реактор безводный жидкий аммиак и включают насос для ускорения турбулентности. Насос работает в течение примерно 20 мин, перекачивая аммиак, затем его выключают. Аммиак отводят (V) из реактора а, оставляя последний на ночь. На следующий день реактор открывают и удаляют для исследования почвы. Неожиданно ртуть отделилась от почвы и собралась в основном на сите 100 меш. , а не около ниппеля для сбора ртути. Тот факт, что ртуть собралась на сите, показывает эффективность действия жидкого аммиака в процессе отделения ртути от почвы. Хотя были описаны различные варианты изобретения, они являются только иллюстративными. Соответственно, специалистам, с учетом вышеприведенного подробного описания, очевидны различные изменения и модификации, изобретение охватывает все такие изменения, объем его определяется нижеследующей формулой.

Формула изобретения

1. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) отделение указанной верхней фракции жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов и (г) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аммиачную жидкость возвращают в цикл на стадии (г). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, содержащей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерными отходами, содержит, в основном, песок. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что использованием песка, содержащего радионуклид, выбранный из групп, включающей уран, плутоний и их смеси. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы на стадии (г) осуществляют дистилляцией. 9. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений и последующей деструкции загрязнений сольватированными электронами, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) обработку дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом; (в) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (г) отделение указанной верхней фазы жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов, и (д) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости со стадии (д). 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак и реакционноспособным металлом является элемент, выбранный из группы, включающей щелочной металл и щелочноземельный металл. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что стадию (б) осуществляют путем циркуляции, по меньшей мере, части суспензии, содержащей реакционноспособный металл, где он растворяется и суспензия возвращается в закрытый сосуд для обработки оставшейся части суспензии сольватированными электронами. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерным отходом, представляет собой, в основном, песок. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что почва со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 17. Способ по п.15, отличающийся тем, что песок со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 18. Способ по п.9, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы на стадии (д) осуществляют дистилляцией. 19. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ртутью, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть; (б) осаждение частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) коалесценции капель ртути для выделения из указанной нижней фазы частиц почвы. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак. 21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости. 22. Способ по п.19, отличающийся тем, что капли ртути со стадии (в) собирают на дне закрытого сосуда. 23. Способ по п.19, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит смешанные отходы. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что стадиями обработки дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть, сольватированными электронами при контактировании с реакционноспособным металлом. 25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что реакционноспособный металл выбран из группы, включающей щелочной металл, щелочноземельный металл и илюминий. 26. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и органическое соединение. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что органическое соединение является галогенированным. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является пестицидом. 29. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является ПХБ. 30. Способ по п. 23, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и ядерные отходы. 31. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть, ПХБ и ядерные отходы. 32. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид. 33. Способ по п.32, отличающийся тем, что радионуклидом является элемент, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси. 34. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы концентрируются, в основном, в мельчайших частицах почвы верхней фазы жидкость - твердые вещества. 35. Способ по п.24, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак. 36. Способ по п.22, отличающийся тем, что загрязненная почва на стадии (а) содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество. 37. Способ по п.21, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы осуществляют дистилляцией.

Методы очистки почвы иногда еще называют методами экологическая мелиорация педосферы (раздел геоэкологии) . Главные задачи экологической мелиорации педосферы заключаются в разработке способов очистки всевозможных почв от экологически вредных и токсичных химических, биохимических и радиоактивных (дезактивация почв) загрязнений с целью восстановления их плодородия и экологической пригодности для сельского хозяйства.

В современных условиях многие из этих задач решаются в рамках агрохимии почв, однако, предмет и задачи исследований агрохимии почв гораздо шире, чем экологической мелиорации педосферы, имеющей узкую направленность.

С другой стороны, экологическая мелиорация педосферы тесно примыкает к рекультивации земель и ландшафтов - техническому и биологическому восстановлению нарушенного почвенного покрова или ландшафта (например, при разработке карьеров и т.п.). Однако, рекультивация обычно предусматривает целый комплекс восстановительных мероприятий, включая планировку, снятие или завоз почв, озеленение, благоустройство ландшафта и т.п. без работ по очистке почв или ландшафта.

Для борьбы с загрязнениями в геологической среде могут применяться два принципиально различных подхода. Первый из них - собственно очистка, предусматривающая непосредственное удаление вредных компонентов из объекта очистки тем или иным способом. Второй подход основан не на удалении, а на подавлении активности вредного компонента (детоксикации), например, путем его нейтрализации, разложения (деструкции), связывания, локализации и т.п.

С другой стороны, методология разработки способов очистки геологической среды от загрязнений может основываться и на анализе механизмов природных способов самоочистки экосистем. В их основе лежат процессы абиотического или биотического превращения химических веществ:

· физические процессы массопереноса;

разбавление (перемешивание);

вынос загрязнителей за пределы экосистемы;

испарение;

сорбция;

бионакопление;

· микробиологическая трансформация;

· химическая трансформация:

гидролиз,

фотолиз,

окисление и др.

К абиотическим превращениям относятся окислительные и восстановительные процессы, гидролиз, фотохимические реакции, реакции между самими посторонними веществами и т.п.

К биотическим превращениям относятся ферментативная детоксикация (например, тяжелых металлов), ферментативное окисление, разложение, восстановление. Органические вещества окончательно выводятся из геологической среды лишь в результате их минерализации, т.е. разложения органических соединений до диоксида углерода, воды и других небольших неорганических молекул (например, СO, HCl, NH 3 и т.п.).

Физические методы очистки почв:

- Механические методы

- Гидродинамические методы

- Аэродинамические методы

- Термические методы

- Электрические методы

- Магнитные методы

- Электромагнитные методы

Механические методы

В настоящее время широко распространено простое механическое удаление с помощью различных технических средств загрязненного объема пород. Особенно часто этот метод используется при сильном поверхностном загрязнении, например радионуклидами или нефтью. Существенным недостатком метода является необходимость утилизации большого объема пород. Механическое перемешивание является важным этапом при использовании целого ряда химических, физико-химических и биологических методов. Вспашка является предварительным этапом перед промывкой солонцов с целью рассоления, механическое перемешивание используется и в процессе промывки. Для рассоления почв часто используется землевание , т.е нанесение слоя чистой почвы на поверхность загрязненного массива. Для землевания лучше всего подходят черноземные почвы, так как они содержат больше кальция и органического вещества. Во многих случаях может использоваться также землевание со вспашкой.

Гидродинамические методы

Гидродинамическое воздействие широко применяется при очистке массивов пород различного размера, оно является основным, на сегодняшний день, методом очистки подземным вод от различных загрязнителей. Гидродинамическое воздействие используется в виде дренажа, откачки, шунтирования, фильтрования и т.п., но в любом случае удаление загрязнителей происходит с фильтрующим потоком жидкости.

Методы растворения токсичных загрязнений основаны на способности некоторых экологически опасных соединений образовывать с водой идеальные или неидеальные растворы. В целях очистки промышленно загрязненных почв и грунтов от растворимых солей токсичных соединений используют поверхностное и подземное затопление водой и выщелачивающими растворами. С помощью растворения загрязнений водой удается очистить почвы от тяжелых металлов (хрома, кадмия, серебра, меди), радионуклидов (аммериция и плутония), летучих и растворимых углеводородов, галогенидов, пестицидов, гербицидов и цианогидрида ацетона.

Реагентное растворение (выщелачивание) используют в целях извлечения из загрязненных пород тяжелых металлов (свинца, олова, никеля, железа, хрома и кадмия), урана и соответствующих ему поливалентных металлов. В качестве реагентов используют аммиачную селитру, хлористый калий, орто- и пирофосфаты, органические и неорганические кислоты. В целях предотвращения осаждения и перехода загрязнений в структурную форму, не поддающуюся выщелачиванию используют комплексоны. Для устойчивости растворов, содержащих уран применяют дигалогенпроизводные фосфорсодержащие комплексоны, а для растворов содержащих тяжелые и благородные металлы в качестве комплексонов используют эталонамины, диамины, гуминовые и фульвокислоты.

Наиболее известным методом удаления загрязнения вместе с водой является откачка . Она может применяться самостоятельно и в сочетании с другими методами для всех типов загрязняющих веществ.

Аэродинамические методы

Близкими по механизму действия к гидродинамическим методам очистки являются аэродинамические методы. При использовании этих методов загрязнение удаляется вместе с циркулирующим в массиве воздухом или газами. К аэродинамическим методам очистки массивов относятся различного рода продувки, а также вакуумная и паровакуумная экстракция , Аэродинамические методы в основном используются для удаления из грунтов газообразных и жидких летучих экотоксикантов.

Самым простым из аэродинамических методов является продувка воздухом через скважины с выносом загрязнителей на поверхность.

Термические методы.

Термические методы уничтожения загрязнителей часто используются в грунтовых массивах. Очистка достигается в разных случаях как за счет нагревания, так и за счет охлаждения массивов. Нагревание используется во всех случаях, когда экотоксикант является термически нестойким соединением. Особую роль термические методы, включая сжигание и пиролиз, имеют при конечном уничтожении или разложении отходов-экотоксикантов.

Витрификация представляет собой процесс остеклования грунта при высокой температуре, при этом часть загрязнителей разлагается, а часть стабилизируется. Имеются примеры использования этого метода для пестицидов, ртути, диоксинов, хрома, радиоактивных веществ.

Электрические методы

Среди современных физических методов очистки геологической среды широкое распространение получили электрические способы воздействия. Их преимущество - в высокой эффективности, экологической безопасности и возможности воздействия на массив. Очистка подземных и поверхностных вод, почв, грунтов от экотоксикантов основывается на использовании электрохимических и электрокинетических процессов, происходящих в грунте под действием электрического тока. К электрохимическим процессам относятся электролиз (эффктивность 95-99 %), электрофлотация, электрокаогуляция, электродеструкция, электрохимическое окисление и выщелачивание, электродиализ, электрохимическое обеззараживание и электрохимический ионный обмен (EIX), а к электрокинетическим - электроосмос, электрофорез и электромиграция.

При электродиализе подземных и поверхностных вод, порового раствора почв и грунтов используют катионитовые и анионитовые мембраны позволяющие получить в средней части межэлектродного пространства обессоленный поровый раствор и разделить катионы и анионы при их удалении. В почвах и грунтах такими несовершенными мембранами служат глины. В определенных условиях метод позволяет удалять загрязнения в коллоидной форме.

Электрокинетические методы

В качестве примера можно рассмотреть такой метод как электромиграция. Электомиграциейназывают особый механизм перемещения разных заряженных ионов в растворе с различной скоростью. Причем более подвижные ионы концентрируются у электрода, соответствующего знаку их заряда. Для увеличения эффекта разделения создают постоянный противоток ионов противоположного знака. Скорость электромиграции ионов в поровом растворе почв и грунтов пропорциональна напряженности электрического тока и валентности ионов. Электромиграция не зависит от пористости пород и поэтому является одним из основных процессов массопереноса заряженных загрязнений под действием постоянного электрического тока в глинах и суглинках.

Магнитные методы

Использование магнитных полей в технологиях очистки почв, грунтов, поверхностных и подземных вод пока не значительно и требует дальнейшего изучения и развития. В настоящее время магнитное воздействие в основном используют для удаления из порового раствора грунтов и почв, поверхностных и подземных вод магнитных примесей и радионуклидов, а также для мобилизации загрязнений, находящихся в неподвижной или слабоподвижной форме.

Метод высокоградиентной магнитной сепарации основан на способности некоторых химических неорганических веществ приобретать различную остаточную намагниченность, что делает метод высокоселективным. Магнитный сепаратор помещают в вертикальных скважинах на глубине с максимальным загрязнением с учетом гидродинамических условий участка. Удаление и консервация загрязнений происходит в поверхностных условиях.

Электромагнитные методы

В современных технологиях очистки подземных и поверхностных вод, почв и грунтов широкое распространение получили электромагнитные (волновые) методы воздействия на загрязнения.

Ультразвуковая очистка эффективна для грубых и нефтяных загрязнений. При этом может происходить частичное разрушение грунта. Ультразвук очищает не только от отдельных частиц загрязнителя, но и от загрязнителей в пленках на поверхности частиц грунта.

Для очистки почв, грунтов и подземных вод от хлорированных энергозависимых и полуэнергозависимых органических загрязнений также используют электромагнитную энергию частот радиодиапазона(RF) и сверхвысоких частот (СВЧ). Метод основан на СВЧ-нагреве почв и грунтов на базе диэлектрического механизма в результате физического искажения молекулярной структуры материала под действием приложенного электромагнитного поля. Физические искажения переходят в механические, а затем в тепловую энергию.

К электромагнитным методам относят и очистку грунтов с помощьюлазеров . Процесс деструкции, окисления загрязнений и обеззараживания грунтов происходит за счет их нагревания. Метод применим при очистке любых пород, почв и грунтов. Как и во всех описанных выше методах, основанных на высокотемпературном нагреве загрязненных участков геологической среды, в процессе обработки наблюдается разрушение структуры, изменение свойств и биоты пород.

Физико-химические методы очистки:

Коагуляционные методы;

Ионообменные методы;

Сорбционные методы.

Физико-химические методы очистки геологической среды основаны на применении таких процессов и явлений, как коагуляция, ионный обмен, диффузия, осмос, сорбция-десорбция и т.п., позволяющих удалять или связывать в локальном месте массива загрязняющие вещества. Наиболее широко физико-химические методы разработаны для процессов водоочистки, в меньшей мере - для очистки почв и горных пород. Чаще всего применяют методы, использующие в качестве основного процесса коагуляцию, ионный обмен и сорбцию.

Коагуляционные методы.

Тяжелые металлы аккумулируются гумусовым веществом почв (в основном гуминовыми кислотами), вследствие чего происходит их детоксикация. По снижению интенсивности аккумуляции металлы располагаются в следующий ряд - Cu, Cd, Pb, Co, Ni, Zn, Mn. Установлено, что действие гуминовых веществ на Cu, Pb, Cr(III) приводит к образованию хелатных соединений и снижению токсичности этих тяжелых металлов, тогда как их действие на Cd разнонаправленно. Гуминовые кислоты не влияют на нафталин, но снижают токсичность полиароматических углеводородов (ПАУ) и полихлоридных бифенилов (ПХБ). С другой стороны их влияние на токсичные низкомолекулярные органические соединения (пестициды, ароматические амины, хлорфенолы и др.) также разно направленно. Наибольшим детоксицирующим действием обладают гуминовые кислоты обогащенные ароматическими молекулярными структурами.

Известным агротехническим приемом инактивации тяжелых металлов является цеолитизация , при этом значительно снижается содержание в почве кислоторастворимых форм Zn и Pb, однако при этом ухудшается азотное и фосфорно-калийное питание растений. Сорбция Мо из растворов подземных и поверхностных вод осуществляется синтезированными анионитами ФА-М и ФА-Т. Эти синтетические аниониты отличаются высокой термической, химической и радиационной устойчивостью при большой обменной емкости и сорбционной способности по отношению к ионам молибдена.

Химические методы очистки

Основным и наиболее распространенным методом очистки геологической среды от загрязнений остается реагентная обработка грунтов. В зависимости от типа химической реакции и взаимодействия реагента с экотоксикантом целесообразно разделить все виды химического воздействия на группы: осаждения, окисления-восстановления, замещения, комплексообразования и др.

Введение реакционноспособных газов в виде разбавленных воздушных смесей сероводорода или азота используют для обработки пород, загрязненных тяжелыми металлами (Cr, Pb, Hg, Cd) и радионуклидами (U). Однако, исследования проведенные на грунтах с реальным загрязнением показали, что после химической обработки в породах фиксировалось более 90% хрома и 50 % урана, в то время как нитраты полностью теряли свою реакционную способность.

Методы управленияокислительно-восстановительными условиями в специально созданных подземных барьерах используются для трансформации соединений тяжелых металлов (цинк, никель, свинец, соединения хрома, сурьмы, селена, кадмия, марганца) и радионуклидов (стронция, технеция и окисдов урана) в менее растворимые формы (гидроокислы), а также разрушения цианидов, растворенных форм нитратов, органических и хлорорганических соединений (тетрахлорид и другие хлорированные растворители). Созданные с помощью химических и биологических реагентов барьеры являются зоной с заданным окислительно-восстановительным потенциалом. В качестве реагентов для осаждения тяжелых металлов используют известь (поташ), сульфат натрия, оксиды и диоксиды железа, органический углерод и др.

Эффективность очистки зависит от реакционной способности реагента и экотоксиканта. Почвы обладают естественной способностью переводить часть тяжелых металлов в малоподвижное состояние в основном за счет содержания гумуса. В результате аккумуляции насыщенность гумусовых веществ цинком, медью, свинцом и кадмием в загрязненной почве часто превышает их фоновое содержание. По интенсивности аккумуляции в гумусе тяжелые металлы располагаются в следующем порядке Cu>Cd>Pb=Co>Ni>Zn>Mn. Макроэлементы (N, P, S, Mg, Fe, K) не аккумулируются.

Для осаждения микродоз тяжелых металлов в почвах в сельском хозяйстве используют внесение удобрений (минеральных, фосфорных, азотных, калийных). Например, внесение фосфорных и органических удобрений в почвы содержащие свинец, цинк, марганец, никель или стронций приводит к образованию при (рН<6) хелатных комплексных соединений, однако степень очистки зависит от дозы вносимых удобрений и условий вегетации растений. Образованию малорастворимых соединений тяжелых металлов в почвах способствует внесение фосфатов. Применение фосфатов целесообразно в породах с высоким рН, когда хелатные комплексы тяжелых металлов разрушаются. Доза и тип вносимых удобрений могут изменить поведение тяжелых металлов в почвах. Это связано с увеличением кислотности почв.

Как один из способов связывания тяжелых металлов в почвах используют гумусирование приводящее к образованию хелатных комплексных соединений. Однако недостатком метода является подкисление почв и неустойчивость хелатных соединений при высоких температурах . В общем случае применение фосфорных удобрений, известкования, органических удобрений способствует иммобилизации свинца, никеля, кадмия в почве.

Процесс химического окисления загрязнений в почвах, грунтах, подземных и поверхностных водах основывается на отдаче электронов с внешнего не устойчивого слоя электронной оболочки атомов веществ и элементов, что приводит к переходу загрязняющего вещества в менее токсичную и реакционноспособную форму. К отдаче электронов склонны атомы элементов, у которых во внешнем электронном слое содержится малое число электронов. Процесс является составной частью окислительно-восстановительного взаимодействия загрязняющего вещества и химреагента или реакционноспособной поверхности. На современном этапе развития методов очистки геологической среды окислительно-восстановительные процессы используют для удаления из воды и породы полициклических и ароматических углеводородов (ПAУ), нефтяных углеводородов, ионов аммония, элементарного фтора и микроорганизмов. В качестве реагентов, создающих окислительно-восстановительные условия и свободные электроны в поровом растворе грунтов, подземных и поверхностных водах, используют хлор, кислород, озон и атмосферный воздух.

Окисление кислородом и воздухом используют преимущественно для очистки почв, природных и техногенных грунтов неоднородных по проницаемости или слабопроницаемых. Этим способом удается снизить исходные содержания загрязнений до 3%. Для удаления полициклических и ароматических углеводородов из подземных и поверхностных вод также используют газообразный озон - метод озонирования .

Для химической иммобилизации (связывания) загрязнений используют неорганические вяжущие типа цемента, золы, Na- и K-силикатов, доменного шлака, смеси зола-известь и гелирующих веществ типа бентонита и целлюлозы. Иммобилизацию цементацией используют для связывания тяжелых металлов, радиоактивных отходов, полициклических и ароматических углеводородов, угольного дегтя и трихлорэтилена. Недостатком метода является неустойчивость некоторых вяжущих к агрессивным подземным водам, что приводит к постепенному выщелачиванию загрязнений и поступлению их в экосистемы.

зависимости от масштаба и характера загрязнения возможны два основных направления санации почв: удаление верхнего слоя грунта на свалку или для переработки на специальных установках; разрушение вредных веществ различными способами непосредственно на месте.

Загрязнения:

• - разлив углеводородов.
• - ТМ.
• - пестициды.
• - радиационное загрязнение.

Общие принципы очистки почвы.

• 1. извлечение и герметизация извлеченной земли.
• а) отход выводят на специальное место захоронения, вне загрязненного участка (off site), где его размещают в технически обустроенном пологом месте.
• б) производят захоронение внутри полости, технически обустроена на самой загрязненной территории (on site).
• в) производят очистку земли путем распределения ее по естественной поверхности почвы в виде холма или насыпи укрытой подходящим образом.
• 2. Физическая герметизация загрязненного участка без выкапывания земли. Она предназначена для предотвращения или ограничение миграции загрязнений оставленных на месте или выкопанных в месте с почвой. они включают строение специальных барьеров, систем накрывания, строительство гидравлической герметизации.
• 3. Меры по реабилитации загрязненного участка. Меры которые пытаются вернуть рентабельность участку, загрязнение которого невозможно разрушить или герметизировать.
• 4. Методы, основанные на обработки загрязнителей. Цель: разрушить и восстановить.

Методы можно описать следующим образом:

• а) биологические методы (бактерии, растения)
• б) химические
• в) физические (отделение загрязнителей от почвенной матрицы, путем использования физических различий между почвой и загрязнением)
• г) отвержение и стабилизация. Процесс иммобилизации загрязнении в физических и химических процессах,
• д) термические (при ^ t).

Биологические технологии. ключом к биоразложению загрязнении является биологическая активность микроорганизмов. Биоразложение завершается полной минерализацией или частичным разложением. Чтобы ускорить работу биоразложения прибегают к стимулированию природных микроорганизмов.

Преимущества: биоразложению подвергаются очень многие органические соединения; биологические процессы применимы практически во всех средах; практически не образуется остаточных соединений; дешевые.

Недостатки: не применима к неорганическим загрязнителям; очень медленны; ограничены особенностями участка.

Данные способы используются для очистки от ЛОС, ПХБ, ПАУ, пестициды, некоторые диоксины.

• · бионасыпи
• · биовентилирование
• · компостирование
• · усиленное биовосстановление
• · фотовосстановление

Фотовосстановление - биометод, в котором использующиеся растения и загрязнения удаляются из почвы не разрушая структуры.

• - фитостабилизация - механизм выделения растением органических соединений, которые иммобилизуют загрязнение на поверхности раздела корней и почвы.
• - фитоаккумулирование - механизм захвата загрязнений корнями растения, и затем его перенос и накопление в побеге.
• - ризофильтрация - используется для водных вытяжек.
• - фиторазложение - метаболизм загрязнений внутри побегов растений.
• - фитоиспарение - механизм очищения почвы, в котором растения удаляют загрязнения путем испарения с поверхности листьев.
• - лэндфарминг - биовосстановление извлеченной почвы по поверхности выделенного земельного участка.

Физико-химические технологии.

Используют физические свойства загрязнителей или загрязненной среды, при этом запускается физический механизм фазового переноса загрязнителя.

Преимущества: быстрота; применимы ко всем средам; обрабатывается множество загрязнений.

Недостатки: процесс не устраняет загрязнения, а лишь переносит его; остатки загрязнения требуют дополнительной обработки; ограничены особенностями участка.

• · экстракция почвы паром
• · промывание почвы на месте
• · экстракция растворителем
• · отверждение или стабилизация.

Термические технологии.

Преимущества: быстрая обработка загрязненной почвы; технологии применения к органическим загрязнителям; технологии применения к твердым отходам в результате их использования: значительное v объемов отходов.

Недостатки: не применим к неорганическим загрязнителям, к жидким и газовым средам; остатки загрязнений требуют дополнительной обработки. эффективность зависит о загрязнителя; дорогие.

Термическая обработка используется при ^ t для удаления и разрушения или для иммобилизации загрязнений.

Часто используется для очистки почв загрязненных токсическими отходами, которые на первой ступени обработки при относительно небольшом нагреве переходят в газовую фазу, а на следующей ступени их уничтожают при ^ t.

Типы термических технологий

• · системы сжигания
• · пиролиз
• · системы использующие плазменные дуги
• · остекловывание.

Чаще всего используется сжигание, биовосстановление, экстракция почвы паром.

Обычно обнаруживаемые в почве загрязнители:

• 1. с/х: ЛОС, мышьяк, медь, хлорметан, ССl 4 , пестициды, гербициды и др.
• 2. свалки: от металлов до ЛОС, ПХБ, аммиак, метан, пестициды.
• 3. промышленность, обслуживаемая суда: растворители, краски, ТМ, кислоты, ЛОС
• 4. производство целлюлозы и бумаги: ХОС, диоксины, фураны, кислые смолы, минеральные масла.
• 5. ж/д мастерские: ЛОС, ПХБ, углеводороды, полиароматические соединения, свинец, растворители.

УДК 656.13.176

Абсеитов Ерболат Тлеусеитович, 1 Амралин Аскар Уралович, 1

Нуралина Маржан Ембергеновна, 2

1 Казахский Агротехнический университет им. С. Сейфуллина г. Астана,

2 РГП «Центральная лаборатория биоконтроля, сертификации и предклинических испытаний», КН МОН РК

Эффективность биологического метода очистки почв

В результате загрязнения почв утрачивается сельскохозяйственное значение угодий. В связи с этим необходимо разрабатывать новые и использовать экологически безопасные и экономически обоснованные методы, направленные на интенсификацию процессов очистки почв.

В настоящее время широко используются физические, химические и биологические методы очистки загрязненных почв.

Широкое использование получили физические методы, основанные на использовании электрического тока. Это технологии электрохимической и электрокинетической очистки загрязненных почв . A study has been carried out by Roechan et al.

Технологии, основанные на электрохимических методах используются для очистки почвы от хлорированных углеводородов, фенолов и нефтепродуктов и обеззараживания грунта и почвы. При пропускании электрического тока через грунтыпроисходит электролиз воды в поровом пространстве, электрофлотация, электрокоагуляция и электрохимическое окисление. Эффективность окисления фенола - 70-92%. Эффективность обеззараживания - 95-99%. Расход электроэнергии и стоимость очисткисоставляют соответственно 32-160 кВт·ч/куб.м почвы и 86-260 $US/куб.м почвы.

Электрохимическая технология японской фирмы "ОБАЯСИ" обеспечивает высокую степень очистки от токсичных органических веществ до 25 наименований. Для очистки участка площадью 15 кв. м требуется обработка постоянным током напряжением 50 В с общим расходом электроэнергии 5 кВт. Для удаления 90% кадмия, цианидов, свинца, хрома, ртути и мышьяка требуется три месяца.

Электрокинетические технологии применяют для очисткиглинистых и суглинистых почв и грунтов при полной или неполной водонасыщенности от тяжелых металлов, цианидов, хлорорганики, нефти и нефтепродуктов. Основную роль здесь играют процессы электроосмоса и электрофореза. Преимуществом электрокинетической технологии является высокая степень контроля и управления процессом очистки. Исходные концентрации экотоксикантов могут быть снижены с 10-50 мг/кг до 1-10 мг/кг, что вполне укладывается в существующие нормы.

Параметры электрокинетического процесса: напряжение на электродах 4-200 В, напряженность поля 20-200 В/м, плотность тока 0.5-5.0 А/кв.м, расстояние между электродами 2-10 м, глубина их заложения - 2-5,0 м. Эффективность очистки - 80-99%. Добиться высокой очистки без применения химреагентов или растворов ПАВ невозможно. Применение специальных химических агентов снижает затраты электроэнергии и времени на очистку. Стоимость очистки грунтов составляет от 120 до 170 долл. США за 1 куб.м.

Очистка почв методом промывки осуществляется с использованием различных растворов. Загрязненные нефтью почвыпромывают растворами ПАВ, в качестве которых применяют ОП-10 или оксиэтилированные жирные кислоты (ОЖК). При использовании 0,02% раствора ОП-10 соотношение грунт: растворравно 1:16, степень очистки - 99.2%. При очистке дерновокарбонатных почв от нефтепродуктов раствором ОП-10 концентрацией 0.02% при соотношении грунт: раствор 1:30 степень извлечения составляет 93.5%. После очистки грунт или почва возвращаются и используются для рекультивации земель. Проблемой являетсябольшое количество полученной в процессе очистки воды, загрязненной нефтепродуктами и СПАВ, которую можно очистить на стационарных очистных сооружениях.

Для промывки используются также растворы, с высоким окислительным потенциалом (активный кислород, щелочная среда, активный хлор) с последующим сбором, очисткой дренажных стоков в электрохимическом комплексе. Для обезвреживания грунтов требуется от 12 до 48 месяцев. Нефтепродукты при этом частично вытесняются и извлекаются на очистных сооружениях.

Метод очистки загрязненных почв фитоэкстракцией заключается в выращивании на загрязненных почвах растений. Наиболее эффективен этот метод для очистки почв от никеля, цинка и меди. Загрязняющие вещества аккумулируются в корневой системе и в надземной части растений. Для достижения гигиенических нормативов концентраций вредных веществ в почве необходимо несколько циклов роста культур. If the plants are incinerated, the ash must После сжигают , пепел be disposed of in a hazardous waste landfill, but the volume of the ash is складируется на полигоне опасных отходов , но объем золы значительно smaller than the volume of contaminated soil if dug out and removed for меньше объема загрязненной почвы .treatment.

Некоторые растения могут аккумулировать в корневой системе и наземной массе значительные количества металлов :(See более 1000 миллиграммов на килограмм кобальта , copper, chromium, lead, or nickel; or 10,000 milligrams per kilogram (1 %) of меди , хрома , свинца , никеля или , или 10.000 мг / кг manganese or zinc in dry matter (Baker and Brooks, 1989). марганца и цинка в сухом веществе , поэтому их можно использовать в качестве ore because of the high metal concentration (Brady and Weil, 1999). руды для получения металлов .

Example of Disposal Эффективен биологический метод очистки почв, который заключается в направленной активизации почвенной микрофлоры, внесении микробных препаратов, разлагающих нефть, а также фиторемедиации - снижении загрязнения почвы, основанного на стимуляции естественного почвенного сообщества нефтеокисляющих микроорганизмов в результате их тесного взаимодействия с толерантными к нефти растениями.

Фиторемедиация позволяет активно рекультивировать большие территории с относительно низкой, по сравнению с другими технологиями, стоимостью работ при слабом негативном воздействии на окружающую среду. Время восстановления земель сокращается в 3-4 раза.

Биопрепараты стимулируют местный почвенный биоценоз и создают благоприятные условия для перехода нефтяных углеводородов в трудноокисляемое состояние. Образуются органические соединения гумусоподобного характера, положительно влияющие на почвенное плодородие. Создан целый ряд биопрепаратов, на основе активно разлагающих нефть микроорганизмов бактерий родов Rhodococcus, Bacillus, Arthrobacter, Acinetobacter, Azoto-bacter, Alkaligenes, нитевидных актиномицетов Streptomyces , грибов Aspergillus и Penicillium и др.

Разложение нефти в почве обусловлено не только непосредственным действием живых микроорганизмов, входящих в состав биопрепаратов, но и способностью последних влиять на аборигенное микробное сообщество почвы, повышая его способность утилизировать нефть. К таким препаратам относится Альбит, содержащий естественный природный микробный полимер полибета-гидроксимасляную кислоту из почвенных бактерий Bacillus megaterium и Pseudomonas aureofaciens , набор макро- и микроэлементов, хвойный экстракт и другие компоненты. Он стимулирует местный почвенный биоценоз и создает благоприятные условия для перехода нефтяных углеводородов в трудноокисляемое состояние. Образуются органические соединения гумусоподобного характера, положительно влияющие на плодородие почв.

Биопрепарат Альбит способен значительно снижать нефтяное загрязнение почв. Скорость разложения нефти в почве под действием Альбита увеличивается в среднем в 1,67-3,15 раза. В производственных опытах продемонстрировано, что Альбит совместно с высевом нефтетолерантных трав за один вегетационный сезон снижает нефтяное загрязнение почвы в 1,5-10,0 раза.

Литература

1.Злотников А.К. Биопрепарат Альбит для повышения урожая и защиты сельскохозяйственных культур – Подольск, ПФОП, 2006

2.Назаров А.В., Иларионов С.А. Потенциал использования микробно-растительного взаимодействия для биоремедиации //Биотехнология 2005, №5

Чистая вода – одна из основ человеческой жизнедеятельности, - стоит наравне с такими важными составляющими, как пища и воздух. Результаты промышленных выбросов и техногенных катастроф поставили перед человечеством вопрос о восстановлении ценного ресурса. Сегодня проблема очистки загрязнённых земель и вод от различных вредных примесей, в первую очередь от нефти и нефтепродуктов, является одной из наиболее острых, особенно для жителей крупных городов. Так, в нашей стране и в других развитых странах мира заметна тенденция падения продаж жилья в неблагополучных с точки зрения экологии районах городов и рост спроса на дома и квартиры в ближайшем пригороде и экологически чистых районах. Также следует учесть, что Евразия, и Россия в частности, находятся на первом месте в мире по запасам нефти, которую перерабатывают огромное множество заводов, проложены тысячи километров нефтепроводов. Это делает весьма актуальной проблему очистки почвы от загрязнений нефтепродуктами.

Очень важным фактором являются и свойства нефти как опасного для природы вещества. При попадании в грунт, почву или водоемы данный вид загрязнений активно угнетает значимые жизненные процессы, практически полностью их подавляя или заставляя проходить в другом русле. Основная же причина утечек - производственная деятельность нефтеперерабатывающих предприятий, а способы загрязнения - разливы нефтепродуктов при транспортировке к месту назначения, а также аварийные разливы из цистерн железнодорожного и автомобильного транспорта. Наиболее эффективной является очистка почвы от загрязнений методом микробиологической деградации. Компания Полиинформ предлагает следующие методы по очистке поверхностных и подземных вод (пройдите, пожалуйста, по этой сылке).

Проблема загрязнения

Основным источником воды, как правило, являются поверхностные и подземные источники грунтовых вод, которые до недавнего времени считались относительно чистыми и пригодными для использования в быту. К сожалению, именно они подвергаются наибольшему загрязнениюразличными нефтепродуктами и химическими примесями. В настоящее время более 30% всех опасных для экологии веществ, находящихся в природной среде, приходится на производные бензола и другие углеводороды.

Залегающие неглубоко грунтовые воды могут быть достаточно чистыми благодаря действию различных почвенных микроорганизмов, которые уничтожают многие бактерии и играют роль фильтра для различных примесей. Однако процесс самостоятельной очистки почвы от загрязнений происходит только при загрязнении органическими отходами, подверженными биохимическому окислению микроорганизмами. Более серьёзную проблему представляют проникающие, постепенно накапливающиеся в почве и опускающиеся в более глубокие слои неорганические тяжелые металлы и их соли. При проведении глубокой вспашки зараженных земель эти вещества могут вновь проникнуть в трофическую цепь.

В последнее время в России, как и в других развитых странах мира, создаются и внедряются различные методики санитарной очистки почвы и воды от загрязнений нефтепродуктами и тяжелыми металлами. Одним из итогов исследований стало появление флотационной установки. Для очистки почвы от загрязнений посредством данной установки используется несколько этапов:

• установка удаляет слой загрязненной почвы;
• очистка почвы в специальной передвижной установке;
• подача в установку специальных очищающих веществ;
• возврат очищенной почвы в природу.

Однако не следует забывать, что лучшим способом защиты и очистки почвы от загрязнений является бережное отношение.

Очистка загрязнения земель и воды

Проникновение в природную среду нефти и опасных химических веществ является частой проблемой для всех ответственных структур и организаций - экологов, властей, подразделений МЧС. Наиболее опасными в этом плане являются традиционные регионы добычи, переработки и транспортировки нефти и её производных, в т. ч. места пролегания нефтепроводов, порты, железная дорога и т. д. Представляют опасность и предприятия - потребители нефтепродуктов и химии. Последние аварии продемонстрировали необходимость широкого внедрения недорогих природных сорбентов для санитарной очистки почвы, как, например, природных цеолитов – сокирнитов. Уникальным свойством этих веществ является способность надёжно закрывать в своей структуре широкий спектр загрязняющих веществ, а также высокая сорбционная и ионообменная емкость, что обеспечивает их высокую эффективность при ликвидации аварий. Полиинформ разработала инновационный препарат Сойлекс для биоремедиации грунтов и вод, загрязненных нефтепродуктами. Ознакомиться с ним можно на этой странице: биопрепарат для очистки грунтов и вод от нефти .

Виды загрязнения воды и способы очистки

Прежде всего стоит сказать, что вовремя принятые меры позволяют избежать крупных затрат на ликвидацию последствий аварий. В частности, мы предлагаем вам своевременно обратить внимание на состояние вашего оборудования. Наша компания предлагает удобный метод бесконтактной оценки технического состояния трубопроводов .

Существует три основных способа очистки воды и локализации нефтяных пятен с помощью сорбентов:

• Локализация разливов заградительными бонами, оборудованными сетками с цеолитами. Размер фракций сорбентов – от 1 до 4 мм. Роль бонов - не только локализовать разлив, но и удалить из воды нефть и нефтепродукты.
• Применение сокирнита (природного цеолита) размером фракции от 1 до 4 мм в качестве фильтрующего вещества на станциях водоочистки.
• Распыление мелкодисперсного сорбента (фракция до 0,14 мм) цеолита по поверхности загрязненной воды. Вещество впитывает загрязнения и постепенно осаживается на дно водоёма, предотвращая распространение нефти.

Технологии очистки воды от нефтепродуктов

Указанные ниже методики применяются для очистки воды и подбираются в соответствии со степенью загрязнения и типом загрязнителя. Все существующие методы можно разделить на следующие три группы:

1. Механическая очистка – фильтрация воды в несколько этапов с последующим отстаиванием. В эту категорию входят сепараторы нефтепродуктов, широко применяемые на станциях АЗС, СТО, паркингах и т. д. Для фильтрации используются фильтры с пористыми наполнителями, которые пропускают молекулы воды, но задерживают более крупные молекулы нефти, керосина, мазута и других нефтепродуктов. Однако эффективность механической очистки ограничивается показателем примерно в 60-65%, из-за чего она используется преимущественно в качестве подготовительного этапа.
2. Химическая очистка. Заключается в применении специальных реагентов, добавляемых в очищаемую жидкость. Данные вещества вступают в реакцию и осаживаются в качестве нерастворимых осадков. На роль химических реагентов чаще всего используют поверхностно-активные вещества и водонефтяные эмульсии, а также специальные адсорбенты, как, например, оксид алюминия. С помощью химической очистки можно удалить до 98% загрязнений.
3. Биологическая очистка воды от нефти и нефтепродуктов. Наиболее передовая методика очистки, основанная на деятельности специальных микроорганизмов, для которых нефть является основным источником питания. Таких микроорганизмов существует более сотни видов и относятся они к различным категориям – грибам, бактериям, дрожжам и т. д. Они обладают полезным свойством перерабатывать сложные углеводородные соединения, т. е. нефтепродукты, вызывая их окисления. В результате образуются легко разлагающиеся вещества и нетоксичные продукты, что обеспечивает наиболее высокую степень очистки.

Для очистки почв от загрязнений и других твердых поверхностей также существует три основных методики:

1. Санитарная очистка почвы путем внесения сорбента (цеолита) на поверхность очищаемого грунта с последующим сбором и утилизацией. Таким образом, обеспечивается сбор нефти и др. опасных веществ разлитых по поверхности. Если речь идёт о нефти, то после сбора вещество можно выжечь и использовать повторно.
2. Очистка земель с небольшим уровнем загрязнения может быть выполнена внесением цеолита на поверхность посредством обычных сельскохозяйственных разбрасывателей минеральных удобрений. Далее необходима культивация и засев любыми травами, не употребляемыми в пищу людьми и животными. Сорбент впитает в себя нефтепродукты, свяжет их и остановит дальнейшее распространение "вытянет" на себя загрязнение из почвы, надёжно свяжет, предотвратит дальнейшее распространение, в т. ч. остановит проникновение в подземные воды. Для восстановления почвы таким способом понадобится 1-2 года.
3. При крупных загрязнениях используются цеолиты, насыщенные бактериями – нефтедеструкторами, разлагающими нефть и способствующими полной очистке почвы от загрязнений и восстановлению её хозяйственного и природного значения.

Компания Полиинформ предлагает обширный перечень услуг в области экологической безопасности, очистки грунта и вод, исследования технического состояния оборудования и трубопроводов. Кроме того, мы поможем вам с оценкой - с нашими специалистами