Удаление паров почвы - Soil vapor extraction

Удаление паров почвы (SVE) - это процесс физического лечения на месте восстановление летучих загрязняющие вещества в вадозная зона (ненасыщенные) почвы (EPA, 2012). SVE (также называемая удалением почвы на месте или вакуумной экстракцией) основана на массообмен загрязнения из твердой (сорбированной) и жидкой (водной или неводной) фаз в газовая фаза, с последующим сбором примесей газовой фазы на добывающие скважины. Извлеченная масса загрязняющих веществ в газовой фазе (и любой конденсированной жидкой фазе) обрабатывается в надземных системах. По сути, SVE - это эквивалент зоны вадозы откачивать и лечить технология для восстановление грунтовых вод. SVE особенно подвержен загрязнению с более высокой Закон Генри константы, в том числе различные хлорированный растворители и углеводороды. SVE - это хорошо зарекомендовавшая себя отработанная технология восстановления[1][2][3][4][5][6][7] и был определен Агентством по охране окружающей среды США (EPA) как предполагаемое средство правовой защиты[8][9][10].

Конфигурация SVE

Технология рекультивации извлечения паров почвы использует воздуходувки и добывающие скважины, чтобы вызвать поток газа через недра, собирая загрязненная почва пар, который впоследствии обрабатывается над землей. Системы SVE могут полагаться на приток газа по естественным маршрутам, или для притока газа (принудительного или естественного) могут быть установлены определенные скважины. Вакуумная экстракция почвенного газа вызывает поток газа через участок, увеличивая движущую силу массопереноса от водного (влажность почвы ), неводную (чистую фазу) и твердую (почва) фазу в газовую фазу. Таким образом, воздушный поток через площадку является ключевым аспектом, но влажность почвы и неоднородность подповерхностных слоев (то есть смесь материалов с низкой и высокой проницаемостью) могут привести к меньшему потоку газа через некоторые зоны. В некоторых ситуациях, таких как усиление контролируемого естественного затухания, пассивная система SVE, которая полагается на барометрическая откачка может быть использован[11][12].

Концептуальная схема базовой системы экстракции паров почвы (SVE) для восстановления вадозной зоны

SVE имеет несколько преимуществ в качестве технологии восстановления вадозной зоны. Система может быть реализована со стандартными скважинами и стандартным оборудованием (нагнетатели, КИПиА, пароочистка и т. Д.). SVE также может быть реализован с минимальным вмешательством на стройплощадке, прежде всего с установкой скважины и минимальным количеством наземного оборудования. В зависимости от природы загрязнения и геологии недр, SVE может обрабатывать большие объемы почвы при разумных затратах.

Почвенный газ (пар), который извлекается системой SVE, обычно требует обработки перед сбросом обратно в окружающую среду. Надземная обработка в первую очередь предназначена для газового потока, хотя необходимо контролировать конденсацию жидкости (а в некоторых случаях может быть особенно желательно). Для надземной обработки доступны различные методы лечения.[13] и включать термическое разрушение (например, прямое пламя термическое окисление, каталитический окислители ), адсорбция (например, гранулированный Активированный уголь, цеолиты, полимеры ), биофильтрация, нетепловой плазменное разрушение, фотолитический /фотокаталитический разрушение, мембранное разделение, абсорбция газа, и конденсация пара. Наиболее часто применяемые технологии наземной обработки - это термическое окисление и адсорбция гранулированного активированного угля. Выбор конкретной технологии наземной очистки зависит от загрязняющих веществ, концентраций в отходящих газах, производительности и экономических соображений.

SVE эффективность

Эффективность SVE, то есть скорость и степень удаления массы, зависит от ряда факторов, влияющих на перенос массы загрязняющих веществ в газовую фазу. Эффективность SVE зависит от свойств загрязняющих веществ (например, Закон Генри постоянный, давление газа, точка кипения, коэффициент адсорбции ), температура в недрах, свойства почвы в вадозной зоне (например, почва размером с зернышко, влажность почвы содержание, проницаемость почвы, почвенный углерод содержимого), подповерхностной неоднородности и движущей силы воздушного потока (приложенной градиент давления ). Например, остаточное количество легколетучих загрязнителей (таких как трихлорэтен ) в однородном песке с высокой проницаемостью и низким содержанием углерода (то есть с низкой / незначительной адсорбцией) будет легко обрабатываться SVE. Напротив, неоднородная зона вадозы с одним или несколькими слоями глины, содержащими остаточные нафталин потребует более длительного лечения и / или усовершенствования SVE. Проблемы с эффективностью SVE включают образование хвостов и отскок, которые возникают в результате загрязненных зон с более низким потоком воздуха (то есть зон с низкой проницаемостью или зон с высоким содержанием влаги) и / или более низкой летучестью (или более высокой адсорбцией). Недавняя работа в Министерство энергетики США были исследованы зоны расслоения и низкой проницаемости в геологической среде и их влияние на операции SVE.[14][15].

Улучшение SVE

Усовершенствования для повышения эффективности SVE могут включать: направленное бурение, пневматический и гидроразрыв, и термическое усиление (например, горячий воздух или закачка пара )[16][17][18]. Улучшение направленного бурения и гидроразрыва пласта обычно предназначено для улучшения газового потока через геологическую среду, особенно в зонах с более низкой проницаемостью. Тепловые усовершенствования, такие как нагнетание горячего воздуха или пара, увеличивают подповерхностную температуру почвы, тем самым улучшая летучесть загрязнения. Кроме того, нагнетание горячего (сухого) воздуха может удалить влагу из почвы и, таким образом, улучшить газопроницаемость почвы. Дополнительные тепловые технологии (например, резистивный нагрев, шестифазный нагрев почвы, радиочастотный обогрев, или же теплопроводность отопление) может применяться к подповерхностному слою для нагрева почвы и улетучивания / десорбции загрязняющих веществ, но они обычно рассматриваются как отдельные технологии (по сравнению с улучшением SVE), которые могут использовать вакуумную экстракцию (или другие методы) для сбора почвенного газа.

Дизайн, оптимизация, оценка производительности и завершение

При выборе в качестве средства защиты реализация SVE включает следующие элементы: проектирование системы, работу, оптимизацию, оценку производительности и закрытие. Некоторые руководящие документы предоставляют информацию об этих аспектах реализации. EPA и Инженерный корпус армии США (USACE) руководящие документы[19][20][21] установить общую основу для проектирования, эксплуатации, оптимизации и закрытия системы SVE. В Центр инженерии и окружающей среды ВВС США (AFCEE) руководство[22] представляет действия и соображения по оптимизации системы SVE, но содержит ограниченную информацию, касающуюся подходов к закрытию SVE и достижению целей исправления. Руководство от Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория (PNNL)[23] дополняет эти документы обсуждением конкретных действий и решений, связанных с оптимизацией, переходом и / или закрытием SVE.

Конструкция и эксплуатация системы SVE относительно просты, с основными неопределенностями, связанными с геологическими условиями. геология /формирование характеристики и место загрязнения. Со временем для системы SVE типично проявлять уменьшающуюся скорость извлечения загрязняющих веществ из-за ограничений массопереноса или удаления массы загрязняющих веществ. Оценка производительности - ключевой аспект, позволяющий принять решение о том, следует ли оптимизировать систему, прекратить работу или перейти на другую технологию для замены или расширения SVE. Оценка отскока и массовый поток[24][25][23] предоставить подходы к оценке производительности системы и получить информацию, на которой можно принимать решения.

Связанные технологии

Несколько технологий связаны с извлечением паров почвы. Как отмечалось выше, различные технологии рекультивации нагрева почвы (например, резистивный электрический нагрев на месте стеклование ) требуется компонент для сбора почвенного газа, который может иметь форму SVE и / или поверхностного барьера (т. е. кожуха). Биовентинг - это связанная технология, цель которой состоит в том, чтобы ввести дополнительный кислород (или, возможно, другие химически активные газы) в подповерхностный слой, чтобы стимулировать биологическое разложение загрязнения. На месте барботирование воздуха это технология очистки для очистки грунтовых вод от загрязнения. Воздух нагнетается и "барботируется" через грунтовые воды, а затем собирается через колодцы для отвода паров почвы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hutzler, N.J., B.E. Мерфи и Дж. Гирке. 1990. "Обзор состояния технологий: системы извлечения паров почвы". EPA / 600 / S2-89 / 024, Агентство по охране окружающей среды США, Инженерная лаборатория снижения рисков, Цинциннати, Огайо.
  2. ^ Педерсен, Т.А., и Дж.Т. Кертис. 1991 г. Технология извлечения паров почвы. Корпорация Нойес Дейта, Парк Ридж, Нью-Джерси.
  3. ^ Нойес, Р. 1994. Отделение операций в экологической инженерии. Публикации Нойес, Парк Ридж, Нью-Джерси.
  4. ^ Стамнес Р. и Дж. Бланшар. 1997. "Тематический доклад Технического форума: Опыт реализации извлечения паров почвы". EPA 540 / F-95/030, Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.
  5. ^ Сазерсан, С.С. 1999. "Добыча почвенных паров". В: Ремонтная инженерия: концепции дизайна, С.С. Сазерсан, изд. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.
  6. ^ Khan, F.I .; Husain, T .; Хиджази, Р. (2004). «Обзор и анализ технологий восстановления сайта». J. Environ. Mgmt. 71 (2): 95–122. Дои:10.1016 / j.jenvman.2004.02.003.
  7. ^ Дамера Р. и А. Бхандари. 2007. «Технологии физиотерапии». В: Технологии восстановления почв и подземных вод. А. Бхандари, Р.Ю. Surampalli, P. Champagne, S.K. Онг, Р.Д. Тьяги и I.M.C. Lo, изд. Американское общество инженеров-строителей, Рестон, Вирджиния.
  8. ^ Предполагаемые средства правовой защиты: характеристика участков и выбор технологии для участков CERCLA с летучими органическими соединениями в почвах (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 1993. Cite имеет пустой неизвестный параметр: |1= (помощь)
  9. ^ EPA, 1996 г.
  10. ^ Предполагаемые средства правовой защиты: политика и процедуры (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 2011 г.. Получено 25 июля, 2017. Cite имеет пустой неизвестный параметр: |1= (помощь)
  11. ^ Ранний, Т., Б. Борден, М. Хейткамп, Б. Б. Луни, Д. Мейджор, В. Дж. Во, Г. Вейн, Т. Видемайер, К. Вангелас, К. Адамс и Ч. Раковина. 2006 г. Повышенное затухание: справочное руководство по подходам к увеличению естественной очищающей способности системы. WSRC-STI-2006-00083, Rev.1, Washington Savannah River Company, Эйкен, Южная Каролина.
  12. ^ Камат Р., Д.Т. Адамсон, К.Дж. Ньюэлл, К. Вангелас и Б. Б. Луни. 2010 г. Пассивная экстракция паров почвы. SRNL-STI-2009-00571, Ред. 1, Национальная лаборатория Саванна-Ривер, Эйкен, Южная Каролина.
  13. ^ Технологии очистки отходящих газов для систем экстракции паров почвы: состояние практики (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Управление Superfund Remediation and Technology Innovation, Вашингтон, округ Колумбия, 2006 г.
  14. ^ Switzer, C .; Коссон, Д.С. (2007). «Эффективность извлечения паров почвы из слоистых материалов вадозной зоны». Зона Вадосе J. 6 (2): 397–405. Дои:10.2136 / vzj2005.0131.
  15. ^ Oostrom, M .; Rockhold, M.L .; Thorne, P.D .; Truex, M.J .; Последний, Г.В .; Рохай, В.Дж. (2007). «Поток и перенос тетрахлорметана в недрах траншеи 216-Z-9 на участке Хэнфорд». Зона Вадосе J. 6 (4): 971–984. Дои:10.2136 / vzj2006.0166.
  16. ^ Frank, U .; Баркли, Н. (1995). «Восстановление подземных пластов с низкой проницаемостью путем гидроразрыва пласта с усилением извлечения паров почвы» (PDF). J. Haz. Материалы. 40 (2): 191–201. Дои:10.1016 / 0304-3894 (94) 00069-с.
  17. ^ EPA, 1997 г.
  18. ^ Peng, S .; Wang, N .; Чен, Дж. (2013). «Совместная закачка пара и воздуха для удаления остаточного ТХЭ в ненасыщенных слоистых песчано-пористых средах». J. Contam. Hydrol. 153: 24–36. Дои:10.1016 / j.jconhyd.2013.07.002.
  19. ^ Разработка рекомендаций и методов для поддержки оценки эффективности вентиляции почвы и закрытия (PDF) (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, 2001 г.
  20. ^ Как оценить альтернативные технологии очистки подземных резервуаров для хранения (Отчет). EPA / 510 / R-04/002. Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия, 2004 г.
  21. ^ USACE. 2002 г. Инжиниринг и дизайн: экстракция почвенного пара и биовентиляция. EM 1110-1-4001, Инженерный корпус армии США, Вашингтон, округ Колумбия
  22. ^ AFCEE. 2001 г. Программа восстановления окружающей среды ВВС США: Руководство по оптимизации извлечения паров почвы. Центр экологических знаний ВВС, база ВВС Брукс, Техас.
  23. ^ а б Truex, M.J., D.J. Беккер, М.А.Симон, М. Остром, А.К. Райс и К. Джонсон (2013). Оптимизация системы удаления паров почвы, руководство по переходу и закрытию (PDF) (Отчет). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, Ричленд, Вашингтон.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  24. ^ Switzer; Slagle, C.T .; Хантер, Д .; Коссон, Д.С. (2004). «Использование испытаний отскока для оценки эффективности извлечения паров почвы на участке реки Саванна». Мониторинг грунтовых вод. Исправлено. 24 (4): 106–117. Дои:10.1111 / j.1745-6592.2004.tb01308.x.
  25. ^ Brusseau, M.L .; Rohay, V .; Truex, M.J. (2010). «Анализ данных извлечения паров почвы для оценки ограничений массопереноса и оценки потока массы в зоне источника». Мониторинг грунтовых вод. Исправлено. 30 (3): 57–64. Дои:10.1111 / j.1745-6592.2010.01286.x. ЧВК  3600985. PMID  23516336.
  • EPA. 1996. "Руководство пользователя по летучим органическим соединениям в почвенном предполагаемом средстве". EPA / 540 / F-96/008, Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов и реагирования на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия.
  • EPA. 1997 г. Анализ избранных усовершенствований для удаления паров почвы. EPA / 542 / R-97/007, Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов и реагирования на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия.
  • EPA. 2012. "Справочник гражданина по удалению паров почвы и барботированию воздуха". EPA / 542 / F-12/018, Агентство по охране окружающей среды США, Управление твердых отходов и реагирования на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия.


внешняя ссылка