Введение
Удаление загрязнения почвы, грунтовых вод и т.д. Экологическая реабилитация – это очистка от опасных веществ, включающая удаление, обработку и изоляцию загрязнений или загрязняющих веществ из компонентов окружающей среды, таких как почва, грунтовые воды и донные отложения. Реабилитация может потребоваться в соответствии с нормативными требованиями перед началом проектов по восстановлению земель. Застройщики, соглашающиеся на добровочную очистку, могут получить льготы в рамках государственных или муниципальных программ, таких как Программа очистки загрязненных территорий (Brownfield Cleanup Program) штата Нью-Йорк. Если реабилитация проводится путем удаления, отходы просто вывозятся с участка для утилизации в другом месте. Отходы также могут быть изолированы с помощью физических барьеров, таких как цементные ограждения. Использование цементных ограждений широко распространено в строительной отрасли. Применение инъектирования грунтов под низким давлением, используемого для снижения риска разжижения грунтов в Сан-Франциско и других сейсмически активных зонах, показало неоднозначные результаты в полевых испытаниях при создании барьеров, и результаты на конкретном участке зависят от множества переменных условий, которые могут существенно повлиять на исход. Мероприятия по реабилитации, как правило, подлежат ряду нормативных требований и могут также основываться на оценке рисков для здоровья человека и экологии, в случаях отсутствия законодательных стандартов или но рекомендательного характера стандартов.
Стандарты исправления
В Соединенных Штатах наиболее полным набором предварительных целевых показателей восстановления (PRG) являются региональные уровни скрининга (RSL) Агентства по охране окружающей среды (EPA). В Европе существует ряд стандартов, которые часто называют нидерландскими стандартами. Европейский Союз (ЕС) быстро движется к общеевропейским стандартам, хотя большинство промышленно развитых стран Европы в настоящее время имеют собственные стандарты. В Канаде большинство стандартов для восстановления устанавливаются отдельными провинциями, но Канадский совет министров окружающей среды предоставляет рекомендации на федеральном уровне в виде Канадских руководящих принципов по качеству окружающей среды и общеканадских стандартов для нефтепродуктов в почве.
Восстановление финансового состояния
В США существует механизм налогообложения предприятий, загрязняющих окружающую среду, для формирования Суперфонда, предназначенного для рекультивации заброшенных территорий, или для подачи исков с целью принуждения корпораций к рекультивации загрязненных ими участков. В других странах применяются иные механизмы, и часто земли переклассифицируются под более престижное использование, например, под жилье высокой плотности, чтобы повысить их стоимость. Это делается для того, чтобы после вычета затрат на очистку у застройщика оставался стимул приобрести участок, провести рекультивацию, застроить его и продать, зачастую в виде квартир.
Картографирование
Существует несколько инструментов для картографирования этих объектов и позволяющих пользователям просматривать дополнительную информацию. Один из таких инструментов – TOXMAP, географическая информационная система (ГИС), разработанная Отделом специализированных информационных услуг Национальной медицинской библиотеки США (NLM), которая использует карты Соединенных Штатов для визуального изучения данных программ Superfund и Toxics Release Inventory Агентства по охране окружающей среды США (EPA).
Технологии
Технологии ремедиации многочисленны и разнообразны, но в целом их можно разделить на ex situ и in situ методы. Методы ex situ включают в себя извлечение загрязненных почв и последующую обработку на поверхности, а также откачку загрязненных грунтовых вод и обработку на поверхности. Методы in situ направлены на очистку загрязнения без извлечения почв или грунтовых вод. Разработаны различные технологии для ремедиации почв и донных отложений, загрязненных нефтью. Традиционные подходы к ремедиации включают извлечение и захоронение почвы на полигонах, а также откачку и очистку грунтовых вод. К технологиям in situ относятся, но не ограничиваются ими: упрочнение и стабилизация, вакуумная экстракция, проницаемые реактивные барьеры, мониторинг естественного затухания, биоремедиация, фиторемедиация, химическое окисление, паротепловая экстракция и термическая десорбция in situ, которые широко применяются в США.
Препятствия
Загрязнители могут быть удалены с участка или контролироваться. Одним из вариантов контроля являются барьерные стены, которые могут быть временными для предотвращения распространения загрязнения во время обработки и удаления, или более долговечными. Методы строительства барьерных стен включают глубокое смешивание грунтов, струйное цементирование, инъектирование под низким давлением с использованием цемента и химических веществ, замораживание и строительство диафрагменных стен. Барьерные стены должны быть изготовлены из непроницаемых материалов и устойчивы к разрушению при контакте с отходами на протяжении всего срока службы барьера. Только с появлением новых полимерных и химических растворов в 1950-х и 1960-х годах федеральные агентства правительства США осознали необходимость установления минимального срока службы проекта – 50 лет – в реальных условиях. Министерство энергетики США является одним из государственных учреждений, финансирующих исследования по разработке, испытанию и определению областей применения инновационных полимерных растворов, используемых в барьерах для удержания отходов. Ранее использовался портландцемент, однако для устранения трещин и недостаточной эффективности в условиях чередования влажности и сухости на засушливых участках требуются более совершенные материалы. Участки, нуждающиеся в рекультивации, характеризуются переменной влажностью, содержанием влаги и составом грунтов. Практическая реализация остается сложной задачей: различные условия окружающей среды и участков требуют различных материалов, а технологии укладки зависят от характеристик используемых соединений, которые различаются по вязкости, времени гелеобразования и плотности.
"Однако выбор подземных барьеров для конкретного участка, требующего рекультивации, и выбор конкретной технологии барьера должны осуществляться в рамках процедуры Superfund, с особым вниманием к этапам детального исследования участка и оценки целесообразности. Особое значение для барьеров, создаваемых из жидкостей, которые должны затвердевать непосредственно в грунте, имеет химическая совместимость материала с отходами, фильтрационными водами и геологическими условиями, с которыми он может контактировать. Агентство по охране окружающей среды (EPA) подчеркивает эту совместимость в своих руководящих документах, отмечая, что необходима тщательная характеристика отходов, фильтрационных вод, химического состава барьерного материала, геохимии участка и проведение испытаний на совместимость барьерного материала с предполагаемой химической средой захоронения. Эти рекомендации распространяются на все материалы – как экспериментальные, так и традиционные."
Тепловая десорбция
Термическая десорбция – это технология восстановления загрязненных почв. В ходе процесса десорбер испаряет загрязняющие вещества (например, нефть, ртуть или углеводороды) для отделения их от почвы или шлама. Затем эти вещества могут быть собраны или уничтожены в системе обработки отходящих газов.
Раскопки или дноуглубления
Процессы выемки грунта могут быть такими же простыми, как вывоз загрязненной почвы на лицензированный полигон, но также могут включать аэрацию выкопанного материала в случае летучих органических соединений (ЛОС). Недавние достижения в области биоаугментации и биостимуляции выкопанного материала также показали их способность к ремедиации полулетучих органических соединений (SVOC) непосредственно на месте. Если загрязнение затрагивает дно реки или залива, может проводиться дноуглубление иловых отложений или других илистых глин, содержащих загрязнители (включая осадок сточных вод с вредными микроорганизмами). В последнее время для рекультивации загрязненной почвы также стали использовать ExSitu химическое окисление. Этот процесс включает в себя выемку загрязненного грунта в большие отвальные площадки, где он подвергается обработке методами химического окисления.
Реабилитация водоносных горизонтов с использованием поверхностно-активных веществ (SEAR)
Это используется для удаления неводных органических жидкостей (NAPL) из водоносного горизонта. Это достигается путем перекачки раствора поверхностно-активного вещества в загрязненный водоносный горизонт через нагнетательные скважины, проходящие через загрязненные зоны к извлекающим скважинам. Раствор поверхностно-активного вещества, содержащий загрязняющие вещества, затем захватывается и выкачивается извлекающими скважинами для последующей обработки на поверхности. Очищенная вода затем сбрасывается в поверхностные воды или повторно закачивается в подземные воды. В геологических формациях, обеспечивающих доставку агентов для снижения содержания углеводородов или специальных поверхностно-активных веществ, этот подход представляет собой экономически эффективное и долгосрочное решение для участков, где ранее другие методы восстановления оказались безуспешными. Эта технология также эффективна при использовании в качестве первого этапа комплексного подхода к восстановлению, включающего SEAR, с последующим окислением in situ, усилением биоремедиации или извлечением паров почвы (SVE).
Накачивать и обрабатывать
Насос и очистка включает в себя откачку загрязненных подземных вод с использованием погружного или вакуумного насоса, и последующую очистку извлеченной воды путем медленного пропускания через серию емкостей, содержащих материалы, предназначенные для адсорбции загрязнителей. Для участков, загрязненных нефтепродуктами, таким материалом обычно является активированный уголь в гранулированной форме. Для снижения загрязнения подземных вод также могут использоваться химические реагенты, такие как флокулянты, с последующей фильтрацией через песочные фильтры. Воздушная продувка – это метод, который может быть эффективен для удаления летучих загрязнителей, таких как соединения BTEX, содержащиеся в бензине. Для большинства биоразлагаемых веществ, таких как BTEX, MTBE и большинство углеводородов, биореакторы могут использоваться для очистки загрязненной воды до неопределяемых уровней. При использовании биореакторов с псевдоожиженным слоем можно достичь очень низких концентраций в очищенной воде, соответствующих или превышающих нормативные требования для большинства загрязняющих веществ. В зависимости от геологических условий и типа почвы, метод насос и очистка может быть эффективным для быстрого снижения высоких концентраций загрязнителей. Однако достичь достаточно низких концентраций для соответствия стандартам рекультивации затруднительно из-за равновесия процессов адсорбции/десорбции в почве. Тем не менее, насос и очистка, как правило, не является оптимальным методом рекультивации. Очистка подземных вод является дорогостоящей и обычно представляет собой длительный процесс. Этот метод лучше всего подходит для контроля гидравлического градиента и предотвращения дальнейшего распространения загрязнения. Более эффективные методы очистки на месте часто включают воздушную продувку/экстракцию паров почвы (AS/SVE) или двухфазную/многофазную экстракцию (DPE/MPE). Другие методы включают повышение содержания растворенного кислорода в подземных водах для стимулирования микробиологической деградации загрязняющих веществ (особенно нефтепродуктов) путем непосредственного введения кислорода в грунт или непосредственного введения суспензии, которая медленно высвобождает кислород с течением времени (обычно перекись магния или гидроксид кальция).
Окисление in situ
Новые технологии окисления in situ стали популярными для ремедиации широкого спектра загрязнителей почвы и грунтовых вод. Ремедиация химическим окислением включает в себя закачку сильных окислителей, таких как перекись водорода, озон, перманганат калия или персульфаты. Кислород или атмосферный воздух также могут закачиваться для стимулирования роста аэробных бактерий, которые ускоряют естественное затухание органических загрязнителей. Одним из недостатков этого подхода является возможность снижения естественного затухания анаэробных загрязнителей, особенно в условиях, благоприятствующих анаэробным бактериям, которые обычно обитают в почве и предпочитают восстановительную среду. В целом, аэробная активность происходит значительно быстрее, чем анаэробная, и общая скорость разложения, как правило, выше при успешном стимулировании аэробной активности. Закачка газов в грунтовые воды также может привести к более быстрому распространению загрязнения, чем обычно, в зависимости от гидрогеологических условий участка. В таких случаях закачка ниже по потоку грунтовых вод может обеспечить достаточное микробиологическое разложение загрязнителей до их попадания в поверхностные воды или скважины питьевого водоснабжения. Также необходимо учитывать миграцию металлических загрязнителей при изменении окислительно-восстановительного потенциала в подпочве. Некоторые металлы более растворимы в окисляющих средах, а другие – более подвижны в восстановительных.
Экстракция паров почвы
Экстракция паров почвы (SVE) является эффективной технологией рекультивации почвы. "Многофазная экстракция" (МФЭ) также является эффективной технологией рекультивации при одновременной рекультивации почвы и подземных вод. SVE и MPE используют различные технологии для обработки летучих органических соединений (ЛОС), образующихся после вакуумного извлечения воздуха и паров (и ЛОС) из подземных слоев, включая гранулированный активированный уголь (наиболее часто используемый исторически), термическое и/или каталитическое окисление и конденсацию паров. Как правило, активированный уголь используется для потоков паров с низкой концентрацией ЛОС (ниже 500 ppmV), окисление – для умеренной концентрации (до 4000 ppmV), а конденсация паров – для высокой концентрации (более 4000 ppmV). Ниже приведено краткое описание каждой технологии. Гранулированный активированный уголь (ГАК) используется в качестве фильтра для воздуха или воды. Обычно применяется для фильтрации водопроводной воды в бытовых условиях. ГАК – это высокопористый адсорбент, получаемый путем нагрева органического сырья, такого как уголь, древесина и кокосовая скорлупа, в бескислородной среде с последующим измельчением в гранулы. Активированный уголь имеет положительный заряд и способен удалять отрицательно заряженные ионы из воды, такие как органические ионы, озон, хлор, фториды и растворенные органические вещества, посредством адсорбции на активированный уголь. Активированный уголь необходимо периодически заменять, поскольку он может насыщаться и терять способность к адсорбции (то есть снижается эффективность поглощения при нагрузке). Активированный уголь неэффективен для удаления тяжелых металлов. Термическое окисление (или сжигание) также может быть эффективной технологией рекультивации. Этот подход вызывает некоторые споры из-за риска образования диоксинов, которые могут выделяться в атмосферу с выхлопными газами. Однако контролируемое высокотемпературное сжигание с фильтрацией выхлопных газов не должно представлять опасности. Для окисления загрязняющих веществ в извлеченном потоке паров можно использовать две различные технологии. Выбор между термическим и каталитическим окислением зависит от типа и концентрации компонентов в потоке паров, выраженной в частях на миллион по объему. Термическое окисление более эффективно для потоков паров с высокой концентрацией (~4000 ppmV) (так как требует меньшего расхода природного газа), чем каталитическое окисление при ~2000 ppmV. Термическое окисление использует систему, функционирующую как печь, поддерживающую температуру в диапазоне от… Каталитическое окисление использует катализатор на носителе для облегчения окисления при более низкой температуре. Эта система обычно поддерживает температуру в диапазоне от… Конденсация паров является наиболее эффективной технологией очистки отходящих газов для потоков паров с высокой концентрацией ЛОС (более 4000 ppmV). Процесс включает криогенное охлаждение потока паров ниже 40°C, в результате чего ЛОС конденсируются из паровой фазы в жидкую, где они собираются в стальных резервуарах. Жидкая форма ЛОС называется плотными неводными жидкостями (DNAPL), если источником жидкости преимущественно являются растворители, или легкими неводными жидкостями (LNAPL), если источником жидкости преимущественно являются нефтепродукты или топливо. Этот восстановленный химикат может быть повторно использован или переработан более экологичным способом, чем альтернативные методы, описанные выше. Эта технология также известна как криогенное охлаждение и компрессия (технология C3).
Наноремедиация
Использование реактивных агентов наноразмера для разложения или иммобилизации загрязняющих веществ называется наноремедиацией. При наноремедиации почвы или грунтовых вод наночастицы вводятся в контакт с загрязнителем либо путем инъекции in situ, либо с помощью технологии «качай и очищай». Затем наноматериалы разлагают органические загрязнители посредством окислительно-восстановительных реакций или адсорбируют и иммобилизуют металлы, такие как свинец или мышьяк. В коммерческой практике эта технология в основном применяется для очистки грунтовых вод, при этом ведутся исследования в области очистки сточных вод. Также изучается возможность применения наночастиц для очистки почвы и газов. Наноматериалы обладают высокой реакционной способностью благодаря большой площади поверхности на единицу массы, и именно эта реакционная способность позволяет им взаимодействовать с целевыми загрязнителями быстрее, чем более крупные частицы. В большинстве полевых применений наноремедиации используется нанонулевое валентное железо (nZVI), которое может быть эмульгировано или смешано с другим металлом для улучшения дисперсии. Высокая реакционная способность наночастиц может приводить к их быстрому агрегированию или взаимодействию с частицами почвы или другими материалами в окружающей среде, что ограничивает их распространение к целевым загрязнителям. К числу важных проблем, сдерживающих развитие технологий наноремедиации, относится поиск покрытий или других составов, которые повышают дисперсию наночастиц для более эффективного достижения целевых загрязнителей, одновременно минимизируя потенциальную токсичность для агентов биоремедиации, дикой природы или человека.
Биоремедиация
Биоремедиация – это процесс очистки загрязненной территории путем изменения условий окружающей среды для стимуляции роста микроорганизмов или за счет естественной активности микроорганизмов, приводящей к разложению целевых загрязняющих веществ. К основным категориям биоремедиации относятся биостимуляция, биоаугментация и естественное затухание. Биоремедиация может проводиться непосредственно на загрязненном участке (in situ) или после изъятия загрязненных грунтов и их обработки на другом, более контролируемом объекте (ex situ). Ранее широкое применение биоремедиации в качестве практического решения затруднялось из-за недостаточного производства микроорганизмов, способных к очистке, что ограничивало возможности ее реализации. Производители микроорганизмов для биоремедиации должны быть одобрены EPA; однако EPA традиционно проявляет осторожность в отношении потенциальных негативных последствий, которые могут возникнуть в результате внедрения этих видов. Одной из опасностей является возможность деградации генов микроорганизмов под воздействием токсичных веществ, с последующей передачей этих измененных генов другим вредоносным бактериям, что может усугубить ситуацию, особенно если патогены приобретут способность использовать загрязняющие вещества в качестве источника питания.
Энтомедиация
Энторемедиация – это вариант биоремедиации, в котором насекомые очищают загрязненные почвы. Методы энторемедиации используют микроорганизмы, коллембол, муравьев, мух, жуков и термитов. Она основана на использовании сапрофитных личинок насекомых, устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды и способных к биоаккумуляции токсичных тяжелых металлов. Hermetia illucens (муха черного солдата, BSF) является важным участником энторемедиации. Было замечено, что H. illucens снижает сухую массу загрязненного субстрата на 49%. У личинок H. illucens наблюдалось накопление кадмия в концентрации 93% и фактор биоаккумуляции 5,6, свинца, ртути, цинка с фактором биоаккумуляции 3,6 и мышьяка в концентрации 22%. Ларвы мухи черного солдата (BSFL) также применяются для мониторинга деградации и снижения антропогенного загрязнения нефтью в окружающей среде. Энторемедиация рассматривается как перспективный, доступный, энергоэффективный, низкоуглеродный и высоко возобновляемый метод очистки окружающей среды.
Разрушающиеся микропузырьки воздуха
Недавно исследовалась очистка нефтезагрязненных отложений с использованием саморазрушающихся микропузырьков воздуха в качестве технологии, не требующей применения химических веществ. Микропузырьки воздуха, генерируемые в воде без добавления каких-либо поверхностно-активных веществ, могут быть использованы для очистки нефтезагрязненных отложений. Эта технология представляется более перспективной, чем использование химических веществ (преимущественно поверхностно-активных веществ) при традиционной промывке нефтезагрязненных отложений.
Консультации и информирование сообщества
В рамках подготовки к любым значительным работам по восстановлению окружающей среды необходимо проводить широкие консультации с общественностью. Инициатор проекта должен не только представлять информацию общественности, но и запрашивать ее. Инициатору необходимо узнать о потенциальных "чувствительных" видах использования территории в будущем, таких как детские сады, школы, больницы и детские площадки, а также об опасениях и интересах общественности. Консультации должны быть открытыми и проводиться в групповом формате, чтобы каждый член общественности был осведомлен о вопросах, о которых он, возможно, не задумывался индивидуально. Необходимо привлечь независимого председателя, приемлемого как для инициатора проекта, так и для общественности (за счет инициатора, если взимается плата). Протоколы совещаний, включая заданные вопросы и полученные ответы, а также копии презентаций инициатора проекта должны быть доступны как в интернете, так и в местной библиотеке (включая школьную) или общественном центре.
Прирост риска для здоровья
Приращающийся риск для здоровья – это увеличение риска, которому подвергается восприимчивый объект (как правило, человек, проживающий вблизи), в связи с (отсутствием) проекта по восстановлению окружающей среды. Оценка приращающегося риска для здоровья основывается на канцерогенных и других (например, мутагенных, тератогенных) эффектах и часто включает в себя субъективные оценки приемлемого прогнозируемого уровня увеличения заболеваемости раком. В некоторых юрисдикциях этот уровень составляет 1 на 1 000 000, в других – 1 на 100 000. Небольшой приращающийся риск для здоровья от отдельного проекта не имеет большого значения, если в данной местности уже существует относительно высокий риск для здоровья, вызванный другими источниками, такими как мусоросжигательные заводы или другие выбросы, или если одновременно реализуются другие проекты, приводящие к увеличению совокупного риска или неприемлемо высокому общему риску. Специалисты по восстановлению окружающей среды часто используют аналогию, сравнивая риск, связанный с проектом, для жителей близлежащих районов с риском смерти в результате дорожно-транспортных происшествий или курения табака.
Нормы выбросов
Стандарты устанавливаются для уровней пыли, шума, запаха, выбросов в воздух и грунтовые воды, а также сбросов в канализацию или водоемы всех веществ, вызывающих опасения, или веществ, которые могут образовываться в процессе ремедиации при переработке загрязнителей. Эти уровни сравниваются с естественным фоновым уровнем в данной местности, со стандартами для близлежащих зон, имеющих аналогичное функциональное назначение, а также со стандартами, применяемыми при других недавних рекультивациях. Тот факт, что выбросы исходят с территории, предназначенной для промышленного использования, не означает, что в соседней жилой зоне допускаются превышения соответствующих жилых стандартов. Мониторинг соответствия каждому стандарту критически важен для своевременного выявления и сообщения о превышениях как контролирующим органам, так и местному населению. Необходимо обеспечить соблюдение законодательства, чтобы за систематические или существенные нарушения предусматривались штрафы или даже лишение свободы для загрязнителя. Штрафы должны быть достаточно высокими, иначе они будут рассматриваться как обычные издержки ведения бизнеса. Соблюдение стандартов должно быть экономически выгоднее, чем постоянные нарушения.
Оценка безопасности при транспортировке и аварийных ситуациях
Следует оценить риски проведения работ, транспортировки загрязненных материалов, утилизации отходов, которые могут быть загрязнены, включая рабочую одежду, и разработать официальный план действий в чрезвычайных ситуациях. Каждый работник и посетитель, входящий на территорию, должен пройти индивидуальный инструктаж по технике безопасности, соответствующий характеру его деятельности на территории.
Влияние реабилитации финансирования
Перезонирование часто встречает сопротивление со стороны местных сообществ и органов местного самоуправления из-за негативного воздействия на комфорт проживания и окружающую среду в связи с рекультивацией и новой застройкой. Основные последствия во время рекультивации – это шум, пыль, запах и постепенное увеличение риска для здоровья. Затем следует шум, пыль и транспортный поток, связанные со строительством. Также ощутимо влияние на местный транспорт, школы, спортивные площадки и другие общественные объекты из-за часто значительного увеличения численности населения.
Залив Хомбуш, Новый Южный Уэльс, Австралия
Диоксины, выделяемые компанией Union Carbide при производстве запрещенного пестицида 2,4,5-трихлорофеноксиуксусной кислоты и дефолианта "Agent Orange", загрязнили залив Хоумбуш. Очистка была завершена в 2010 году, но рыболовство останется под запретом на протяжении десятилетий.
Бакар, Хорватия
В настоящее время реализуется контракт ЕС на иммобилизацию загрязненного участка объемом 20 000 м3 в Бакаре, Хорватия, с использованием технологии твердения/стабилизации ImmoCem. После трех лет интенсивных исследований, проведенных правительством Хорватии, ЕС профинансировал проект иммобилизации в Бакаре. Участок загрязнен значительным количеством ТПГ, ПАУ и тяжелых металлов. Для иммобилизации подрядчик выбрал приготовление смеси на заводе.