Модульная система для рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя и соответствующий способ - RU2758093C2

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам и способам восстановления загрязненных подземных слоев. В частности, настоящее изобретение относится к модульной системе для рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах заданной, ограниченной в пространстве территории и к соответствующему способу.

Уровень техники

Загрязнение почвы и грунтовых вод, возникающее в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности, а также в результате действий потребительского характера, стало серьезной глобальной проблемой. Только в Европе количество возможных загрязненных мест по оценкам составляет более 2,5 миллионов, причем размер пораженной площади варьируется от 1 км² до более чем 1000 км². Помимо проникновения в глубинные грунтовые воды/водоносные пласты и испарения в воздухе, загрязняющие вещества могут непосредственно связываться с почвой, тем самым, отрицательно влияя на степень ее кислотности (показатель РН), уровень влажности и температуру и вызывая изменения структуры почвы, минералогического состава почвы и количества в ней органических веществ. Таким образом, ясно, что наличие загрязняющих веществ, в том числе летучих и полулетучих органических соединений, нефтяных углеводородов, пестицидов, коррозионно-активных веществ, неорганических соединений, таких как соединения свинца, хрома, кадмия, мышьяка и ртути, и радиоактивных соединений, таких как соединения трития, например, в подземных слоях в концентрациях, превышающих естественный уровень, является опасным для здоровья и приводит к возникновению экологически опасных ситуаций.

Таким образом, эффективные технологии рекультивации играют ключевую роль в очистке и регенерации загрязненных подземных слоев. Рекультивация представляет собой процесс очистки загрязненного участка, включающий в себя разнообразные технологии, направленные на уменьшение или устранение загрязняющих веществ в почве и грунтовых водах. Как правило, рекультивацию выполняют либо путем экскавации и физического переноса больших объемов основной почвы или другого исходного материала с загрязненного участка, или путем очистки загрязненных территорий прямо на месте работ путем экскавации или без нее (в последнем случае процесс именуется «in-situ», то есть, непосредственно применяемый на месте образования загрязнения). Способы, связанные с переносом основной почвы, помимо высокой стоимости, не решают проблему загрязнения, а лишь перемещают загрязненную почву в другое место. Кроме того, такие способы могут быть реализованы только на открытой местности. Способы, разработанные применительно к определенному участку, в частности, способы «in-situ» эффективны с точки зрения затрат, безопасны и не оказывают негативного воздействия на окружающую среду. Более того, способы «in-situ» обеспечивают полное восстановление обрабатываемой территории. Существует большое количество общепринятых технологий «in-situ», включая так называемые технологии откачки с очисткой («pump-and-treat»), промывки почвы, отгонки воздухом, химической иммобилизации, биовосстановления и т.д.

Однако, наиболее испорченные земли содержат скопления различных загрязняющих веществ. Восстановление таких участков с помощью существующих способов «in-situ» может быть серьезно затруднено по следующим причинам. В частности, полное восстановление участка часто требует последовательного или одновременного использования нескольких общепринятых технологий «in-situ», причем каждая процедура естественно требует установки своего собственного оборудования, которое не обязательно можно приобрести у одного и того же производителя/поставщика. Кроме того, в зависимости от свойств загрязняющих веществ, для рекультивации может потребоваться использование различных химикатов и/или микроорганизмов, даже при использовании одной и той же технологии «in-situ». Таким образом, полная очистка земель от многочисленных загрязняющих веществ и смесей оказывается продолжительной, требует больших трудозатрат и, с точки зрения конечных расходов, сравнима с упомянутыми выше технологиями переноса почвы (иначе говоря, дорогостоящими технологиями).

В этой связи, по-прежнему необходимым является усовершенствование в области технологий, относящихся к рекультивации загрязненных земель и разработанных для определенного участка, с тем, чтобы обеспечить решение постоянно возникающей проблемы очистки территорий, содержащих различные загрязняющие вещества и их смеси.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы по меньшей мере снизить влияние каждой из проблем, возникающих в результате ограничений и недостатков известных технических решений. Указанная задача решена благодаря различным вариантам осуществления модульной системы для рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах конкретного участка рекультивации, соответствующего способа и его применения. Таким образом, согласно одному из аспектов настоящее изобретение относится к системе для рекультивационной обработки в соответствии с тем, что изложено в независимом пункте 1 формулы изобретения.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления система содержит определенное количество соединенных между собой модульных блоков, причем каждый из указанных модульных блоков представляет собой отдельный, независимый объект, выполненный с возможностью осуществления характерной, заданной функции, относящейся к рекультивационной обработке загрязненного подземного слоя в пределах участка рекультивации, причем обеспечена возможность регулирования количества и порядка расположения указанных модульных блоков в указанной системе.

Компоновка модульных блоков в системе предпочтительно является последовательной. В некоторых вариантах осуществления, положение каждого модульного блока в системе является взаимозаменяемым. В некоторых других вариантах осуществления, каждый модульный блок в системе можно заменить другим модульным блоком, выполненным с возможностью осуществления той же самой или другой функции по отношению к функции, осуществляемой замененным модульным блоком.

В некоторых вариантах осуществления, каждый модульный блок системы выполнен в виде устройства для осуществления одного из следующего: откачки, фазового расслоения, адсорбции, биологического разложения, фильтрации, перекачки, отгонки газом, электрокинетического разделения и закачки.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления, система предпочтительно выполнена с возможностью рекультивационной обработки подземного слоя, загрязненного смесью загрязняющих веществ, отличающихся друг от друга своим химическим составом. В некоторых вариантах осуществления, система дополнительно выполнена с возможностью удаления, разрушения и/или нейтрализации загрязняющих веществ, скопившихся в подземном слое в любой форме из твердой, жидкой и газообразной форм.

Система предпочтительно содержит по меньшей мере один управляющий терминал для считывания, контроля и согласования рабочего состояния и функции каждого модульного блока в режиме реального времени. В некоторых вариантах осуществления система дополнительно содержит корпус, выполненный с возможностью обеспечения индивидуального доступа к каждому модульному блоку.

В некоторых вариантах осуществления, система дополнительно содержит соединительные средства для подсоединения к трубопроводной сети, обеспечивающей соединение указанной системы с по меньшей мере определенным количеством откачных скважин, выполненных с возможностью доставки текучей среды, содержащей загрязняющие вещества, из подземного слоя в систему, и определенным количеством закачных скважин, выполненных с возможностью доставки текучей среды, по существу, не содержащей загрязняющие вещества, из системы в подземный слой в пределах участка рекультивации.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах конкретного участка рекультивации, в соответствии с тем, что изложено в независимом пункте 11 формулы.

Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к применению системы согласно одному из предыдущих аспектов для рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах конкретного участка рекультивации, в соответствии с тем, что изложено в независимом пункте 15 формулы изобретения.

Полезность настоящего изобретения обусловлена целым рядом причин, в зависимости от каждого конкретного варианта его осуществления.

Во-первых, настоящее изобретение обеспечивает модульную платформу для различных видов рекультивационной обработки подземных слоев на конкретном участке, в которой модули предназначены для выполнения заданных, характерных функций, направленных на восстановление загрязненных подземных слоев, причем указанные модули являются взаимозаменяемыми, сменными и регулируемыми с учетом количества и порядка расположения в пределах платформы. Такое решение обеспечивает исключительную гибкость с точки зрения реализации различных существующих технологий рекультивации, в частности, технологий рекультивации «in-situ», непосредственно на месте выполнения работ и посредством одного единственного устройства/системы. Кроме того, объединение существующих технологий, таких как вытяжка масляных паров, химическое оксидирование, промывка почвы, технология откачки с очисткой («pump-and-treat»), биовосстановление, воздушный барботаж, биовентилирование и электрокинетическое разделение, например, внутри одного единственного устройства/системы, позволяет реализовать специализированные стратегии рекультивации надежным и экономически эффективным способом, с минимальными затратами времени. Естественно, техническое обслуживание и ремонт отдельных модулей, предусмотренных в предлагаемом в настоящем изобретении модульном решении, отличаются простотой и малыми затратами по сравнению с «цельными» платформами рекультивации.

Во-вторых, решение с модульной платформой, раскрытое в настоящем документе, обеспечивает возможность одновременного удаления, разрушения и/или нейтрализации множества загрязняющих веществ, которые отличаются друг от друга своим химическим составом и присутствуют в подземном слое в форме смесей. Модульная платформа согласно настоящему изобретению дополнительно может быть выполнена с возможностью обработки упомянутых выше загрязняющих веществ и их смесей, скопившихся в приповерхностной зоне земли в любой из твердой (например, твердые частицы), жидкой (например, растворенные загрязняющие вещества) и газообразной (например, остаточный газ) форм.

Решение с модульной платформой, раскрытое в настоящем документе, легко масштабируется и может быть настроено для обработки пораженных участков различных размеров и с различными уровнями загрязнения. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность как восстановления участков относительно небольших размеров, загрязненных отдельными компонентами, так и обширных территорий, имеющих скопления различных загрязняющих веществ и их смесей в приповерхностной зоне, которые иначе трудно или невозможно обработать «in-situ». Поскольку настоящее изобретение предназначено, в частности, для применения «in-situ», оно особенно подходит для участков, экскавация на которых нежелательна и/или невозможна.

Выражение «определенное количество» используется в контексте настоящего описания для обозначения любого положительного целого числа от одного (1). Выражение «множество» относится в настоящем описании к любому положительному целому числу от двух (2), например, к двум, трем или четырем.

Выражение «рекультивационная обработка» используется в настоящем описании для обозначения комплекса действий, направленных на удаление, разрушение и/или нейтрализацию загрязняющих веществ, присутствующих в окружающей среде и, в целом, отрицательно влияющих на здоровье человека и окружающую среду. Выражение «подземный слой» используется в настоящем описании для обозначения любого вида слоя или среды, например, твердого, жидкого и газообразного, изначально находящегося под поверхностью земли.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 в аксонометрии показана модульная система 10 для рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах конкретного участка рекультивации согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 схематично проиллюстрирована примерная компоновка модульных блоков в системе 10.

На фиг. 3А и 3В схематично проиллюстрированы различные варианты осуществления способа согласно одному из аспектов настоящего изобретения.

Подробное раскрытие вариантов осуществления

Далее подробно раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Одинаковые номера позиций использованы для обозначения на различных чертежах одних и тех же компонентов. В частности, использованы следующие номера позиций для обозначения таких компонентов, как:

10 - система для рекультивационной обработки;

11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h, 11i - модульные блоки, предусмотренные в системе 10;

12 - типовая конфигурация устройства, образующего примерный модульный блок;

13 - корпус;

14 - управляющий терминал;

15, 15а - соединительные порты;

21, 21а - трубопроводная сеть;

22, 22а - откачная скважина и закачная скважина, соответственно;

23 - текучая среда, по существу, не содержащая загрязняющие вещества и доставляемая на участок рекультивации;

23а - питательные вещества, восстановительные агенты и промывочные жидкости, доставляемые на участок рекультивации;

31 - дополнительный источник воды;

41 - участок рекультивации;

42 - текучая среда/грунтовые воды, содержащие загрязняющие вещества.

На фиг. 1 представлен вариант осуществления модульной системы 10, основанный на концепции настоящего изобретения, согласно одному из аспектов изобретения. Система 10 предпочтительно выполнена с возможностью осуществления рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах заданной, ограниченной в пространстве территории, также именуемой «участком рекультивации». Система 10 предпочтительно предназначена для технологии рекультивационной обработки «in-situ». Система 10 также может быть выполнена с возможностью осуществления рекультивационной обработки на месте работ и вне места работ.

Выражение «in-situ» используется в настоящем описании для обозначения того, что рекультивационная обработка происходит непосредственно на участке рекультивации без экскавации и переноса основного материала с указанного участка. Термины «на месте работ» и «вне места работ», в свою очередь, относятся к технологиям рекультивации, которые предусматривают или по меньшей мере не исключают процедуры выемки/экскавации загрязненного подземного слоя до фактического выполнения процесса рекультивации (например, выкапывание участка хранения отходов, предназначенного для восстановления). Дополнительное отличие состоит в том, что рекультивационные процессы «in-situ» и на месте работ происходят непосредственно на загрязненном участке (в результате, участок рекультивации территориально соответствует загрязненной территории), а процесс рекультивации вне места работ предусматривает обработку загрязненного подземного слоя, откуда-либо привезенного на участок рекультивации. Таким образом, при обработке вне места работ участок рекультивации территориально отделен от фактического местонахождения загрязнения.

Соответственно, обработка «in-situ» может быть применена как на открытой местности, так и на застроенной территории, а обработка на месте работ и вне места работ может быть предпочтительно применена на открытой местности.

Система 10 предпочтительно выполнена с возможностью рекультивационной обработки подземных слоев, в частности, почвы, грунтовых вод и подземных скоплений газообразной среды. Как упомянуто выше, понятие «подземный слой» применяют для обозначения слоев или среды, изначально находящихся под поверхностью земли, и, таким образом, включающих в себя слои и среду, которые были выкопаны и/или перенесены на участок рекультивации из другого места, что предусматривается, например, технологией рекультивации на месте работ и/или вне места работ. В настоящем описании понятие «почва» следует толковать в его самом широком смысле, включающем различные типы почв, камней, песка и т.д., причем понятие «грунтовые воды» относится к любой воде, находящейся под поверхностью земли, например, выявляемой в водоносных пластах, пространствах между частичками почвы и камнями, и т.д.

Система 10 дополнительно применяется для удаления загрязняющих веществ из подземных скоплений газообразной среды, выявленных в естественных полостях и впадинах, а также в искусственных подземных структурах, например, метро, подвалах и т.д. Возможные сферы применения включают в себя удаление ядовитых газов, например, радона, из подземных структур.

Наличие системы 10 особенно пригодно для рекультивационной обработки, предусматривающей удаление, разрушение и/или нейтрализацию загрязняющих веществ, скопившихся в подземном слое в любой форме из твердой, жидкой и газообразной форм. Таким образом, система 10 может быть выполнена с возможностью удаления твердых частиц, растворенных загрязняющих веществ и остаточного газа (газа пор), накопленного в пространствах между частицами почвы и коллекторной породы.

Система 10 содержит определенное количество соединенных между собой модульных блоков, причем их количество и порядок расположения/компоновка в системе можно регулировать в зависимости от выбранной стратегии рекультивации и с учетом таких факторов, как геопозиционирование и размер пораженной территории, типа почвы и степени загрязнения, а также состава и концентраций загрязняющих веществ. На фиг. 1 проиллюстрирован вариант осуществления, содержащий девять модульных блоков или модулей, обозначенных номерами позиций 11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h и 11i (11а - 11i). Каждый модульный блок 11а - 11i образует отдельный, независимый объект и выполнен с возможностью осуществления характерной, заданной функции, относящейся в рекультивационной обработке загрязненного подземного слоя. Каждый модуль 11а - 11i предпочтительно выполнен в виде автономного объекта, содержащего внутри себя все части, необходимые для завершенности заданной функции, присвоенной ему.

В настоящем документе каждый модульный блок 11а - 11i в системе 10 выполнен в виде устройства 12, предназначенного для осуществления своей собственной функции. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения к выбранным функциям, осуществляемым модулями 11а - 11i, относятся, помимо прочего, откачку, фазовое разделение, адсорбция, разложение, например, биологическое разложение, фильтрация, перекачка, отгонка газом, в том числе отгонка воздухом, электрокинетическое разделение и закачка. Типовое устройство 12, показанное на фиг. 1, выполнено в виде реактора, однако, для специалиста в данной области техники должно быть очевидным, что упомянутые перечисленные сферы применения требуют использования устройств, соответствующим образом спроектированных и реализованных, например, насосов, фильтров, газоотбойников, различных разделителей, нагнетателей и экстракторов.

Таким образом, в самой простой реализации система 10 может содержать два модульных блока, например, для откачки и адсорбции газа, однако, чем более сложной является пораженная территория и план рекультивации, тем больше ограничений накладывается на подрядчиков/поставщиков услуг по рекультивации, соответственно. Количество модульных блоков предпочтительно являются регулируемым (то есть, не постоянным). Таким образом, для более сложных территорий система 10 может содержать до 15-20 модулей, однако, большинство участков может быть укомплектовано 7-13 модулями.

Система 10 предпочтительно содержит корпус 13, выполненный так, чтобы обеспечить отдельный доступ к каждому модульному блоку 11a - 11i, через боковые дверцы, например (фиг. 1). Корпус 13 может быть дополнительно разделен на отсеки, так что количество отсеков соответствует количеству модулей. Альтернативно, корпус 13 может иметь общее внутреннее пространство.

Расположение соединенных между собой модульных блоков 11а - 11i в системе 10 предпочтительно является последовательным, причем модульные блоки 11а - 11i расположены рядом друг с другом в один ряд. В предпочтительной конфигурации положение каждого модуля 11а - 11i в системе 10 является изменяемым. Таким образом, положения некоторых модулей, таких как 11e и 11g, например, можно менять внутри системы 10 (фиг. 1). Кроме того, система 10 обеспечивает возможность временного выключения/блокировки некоторых из модулей 11а - 11i в случае, если функции, выполняемые ими, не требуются. Такая опция обеспечивает дополнительную гибкость для покупателя и/или конечного пользователя системы 10 с фиксированной конфигурацией. И все же, система 10 может быть спроектирована и собрана по специальным техническим требованиям заказчика для удовлетворения его потребностей и требований.

Каждый модульный блок 11а - 11i дополнительно выполнен с возможностью замены другим модульным блоком 11а - 11i, который называется «сменным модулем». Такой сменный модуль может быть выполнен с возможностью осуществления той же самой функции, что и тот модульный блок, который он заменяет, как, например, в случае замены поврежденного модуля. В таком случае примерный модуль 11d будет заменен соответствующим сменным модулем 11d. Альтернативно, сменный модуль может быть выполнен с возможностью осуществления другой функции по отношению к той, что осуществляет заменяемый модуль. Например, в данной ситуации модуль 11d будет заменен примерным сменным модулем 11e. Такая опция является особенно удобной, когда в ходе рекультивационной обработки обнаруживаются некоторые новые факторы, которые обязательно нужно учитывать. По аналогии, в ходе процесса рекультивации новые модули могут быть добавлены или удалены.

Раскрытые выше опции взаимозаменяемости и сменности отдельных модулей в системе 10 могут быть получены путем обеспечения наличия стандартизованных соединительных элементов для всех модульных блоков 11a - 11i, или, альтернативно, за счет обеспечения соответствующих адаптеров.

На фиг. 2 проиллюстрирована примерная компоновка модульных блоков в системе 10, причем отдельным модулям 11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11h и 11g присвоены заданные, характерные функции. В рассматриваемом примере, модуль 11а выполнен с возможностью откачки или восстановления текучей среды, содержащей загрязняющие вещества, например, грунтовых вод, из скважины 22. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, модуль 11а может быть выполнен с возможностью, например, откачки газа, как будет раскрыто далее. Из модуля 11а текучая среда, содержащая загрязняющие вещества, в рассматриваемом случае - грунтовые воды, направляется в модуль 11b, выполненный в виде устройства фазового разделения для удаления скоплений жидкостей в неводной фазе (ЖНВФ). Модуль 11b с фиг. 2 может быть выполнен с возможностью отделения ЖНВФ с плотностью ниже, чем у воды (легкие жидкости в неводной фазе, ЛЖНВФ), таких как топливо (бензин, керосин, нефтяное топливо, реактивное и дизельное топливо), или жидкостей ЖНВФ с плотностью выше, чем у воды (плотные жидкости в неводной фазе, ПЖНВФ), таких как органические растворители (трихлорэтилен, трихлорэтан, четыреххлористый углерод, толуол, терпентин), органические антисептики, жидкий битум и пестициды. На данной стадии из системы 10 удаляют отработанное масло и растворители для последующей ликвидации. После выхода из модуля 11b жидкость входит в модуль 11с, выполненный в виде местного реактора, такого как биореактор. Биореакторы используют процессы микробиологического разложения для обработки газообразных, жидких или твердых отходов. Система 10 может содержать биореактор любого подходящего типа, работающего в аэробных или анаэробных условиях и представляющего собой, помимо прочего, ядерный реактор с псевдоожиженным слоем катализатора, реактор вращательного типа или реактор с неподвижным слоем катализатора. По аналогии, возможно использование любых подходящих микроорганизмов/бактерий.

Частично очищенная текучая среда выходит из биореактора 11с и далее проходит через модуль 11d предварительной фильтрации, предпочтительно выполненный в виде фильтра закачки, работающего под повышенным давлением. Вариант осуществления настоящего изобретения, представленный на фиг. 2, дополнительно содержит модуль 11е адсорбции текучей среды, расположенный рядом с фильтром 11d. При этом, модуль 11d реализован в виде модуля жидкостной адсорбции; однако, при условии, если система 10 изготовлена специально для работы с газообразной средой, модуль 11d может быть реализован в виде модуля адсорбции газа. Адсорбция представляет собой процесс, в котором вещество переходит из жидкой или газообразной фазы на поверхность твердого тела и прилипает к нему. Модуль 11е может быть выполнен в виде система адсорбции углем, например, в которой текучая среда, содержащая загрязняющие вещества (в рассматриваемом случае, грунтовые воды) прокачивается через один или несколько резервуаров, содержащих активированный уголь, поглощающий растворенные органические загрязняющие вещества. Адсорбция углем подходит для удаления широкого разнообразия загрязняющих веществ из жидкой и газообразной среды, например, бензола, толуола, этиленбензола, ксилона и хлорированных растворителей. Модуль 11е адсорбции обеспечивает полное удаление твердых частиц из обработанной среды.

Очищенная среда, в настоящем документе называемая текучей средой, по существу, не содержащей загрязняющие вещества, может быть затем направлена в подземный слой посредством модуля 11g закачки. Под выражением «текучая среда, по существу не содержащая загрязняющие вещества» понимают текучую среду, имеющую максимальный уровень содержания загрязняющих веществ, допустимый нормами в области здравоохранения и стандартами качества окружающей среды. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, в указанную текучую среду, по существу, не содержащую загрязняющие вещества, дополнительно подают питательные вещества и восстановительные агенты, необходимые для полного восстановления участка рекультивации. Питательные вещества и восстановительные агенты могут быть добавлены в текучую среду, по существу, не содержащую загрязняющие вещества, на ее пути к модулю 11g из дополнительного коллектора, например, соединенного с контейнером для химикатов и питательных веществ (не показан). Предпочтительно, питательные вещества и восстановительные агенты могут быть добавлены в определенных дозах и смешаны с текучей средой, по существу, не содержащей загрязняющие вещества, прямо в модуле 11g.

В варианте по фиг. 2 модуль 11g закачки выполнен с возможностью закачки «in-situ». Закачка «in-situ» обычно требует наличия, в пределах участка рекультивации, определенного количества закачных скважин с подходящим нисходящим оборудованием, закачными насосами и т.д. Помимо доставки питательных веществ и восстановительных агентов в подземный слой, закачка «in-situ» дополнительно обеспечивает введение в него промывочных жидкостей для разрушения загрязняющих веществ на месте. Таким образом, путем введения химических окисляющих веществ, таких как пероксид, озон и перманганат, можно обеспечить быстрое и полное разложение органических растворителей и других проблемных загрязняющих веществ с высокой скоростью (более 90 процентов).

Система 10 по фиг. 2 дополнительно содержит модуль 11f воздушного барботажа, выполненный с возможностью доставки сжатого газа, например, воздуха или кислорода, в подземный слой, тем самым, способствуя массовому переносу кислорода в грунтовые воды, что, в свою очередь, приводит к удалению и/или разложению загрязняющих веществ, растворенных в грунтовых водах, присутствующих в виде жидкости в неводной фазе или поглощенных в структуре почвы. Механизмы предусматривают воздушный барботаж летучих органических соединений (ЛОС), испарение уловленных и поглощенных фазовых загрязняющих веществ и аэробное биологическое разложение. Доставка кислорода в почву повышает активность внутренних бактерий и стимулирует естественное биологическое разложение «in situ». Указанная технология называется биовентилированием и особенно подходит при биологическом разложении адсорбированных остатков топлива, но также применима при разложении ЛОС.

Химикаты, вводимые в почву и водоносный пласт с помощью модуля 11g закачки, и воздух/кислород, доставляемый туда с помощью модуля 11f воздушного барботажа, эффективно разрушают проблемные загрязняющие вещества, присутствующие под землей, с распадом их до воды и углекислого газа. Модуль 11f воздушного барботажа также используется для закачки воздуха в диафрагменные насосы (например, пневматические диафрагменные насосы), используемые в модуле 11а откачки жидкости.

Дополнительно или альтернативно, система 10 может содержать модуль биобарботирования (не показан) для введения в приповерхностную зону газов, отличных от воздуха и кислорода, например, метана, углекислого газа или оксида азота.

Благодаря наличию модульной системы 10, в которой каждый модуль 11a - 11i предназначен для осуществления заданной, характерной функции, можно обеспечить рекультивацию подземного слоя, загрязненного смесью загрязняющих веществ, отличающихся друг от друга своим химическим составом. Таким образом, система 10 может быть с успехом применена для восстановления участков, загрязненных различными кислотами, спиртами, альдегидами и кетонами, аммиаком, креозотом, хлорфенолами, неочищенной нефтью, бензином/топливными углеродами, гликолями, фенолами, полиароматическими углеводородами, хлорированными растворителями, поверхностно-активными веществами, а также цианидами, взрывчатыми веществами, полихлоридными дифенилами, пестицидами, гербицидами, фунгицидами, смолами, веществами для пропитки лесоматериалов и их смесями. Кроме того, система 10 может быть предназначена для удаления, разрушения и/или нейтрализации упомянутых выше загрязняющих веществ, скопившихся в подземном слое в любой форме из твердой (например, твердые частицы), жидкой (например, растворенные загрязняющие вещества) и газообразной (например, остаточный газ) форм.

В одном их предпочтительных вариантов система дополнительно содержит по меньшей мере один управляющий терминал 14 (фиг. 3А, 3В) для считывания и контроля рабочего состояния каждого модульного блока 11a - 11i в режиме реального времени. Управляющий терминал 14 предпочтительно оснащен пользовательским интерфейсом, например, графическим пользовательским интерфейсом в виде дисплейного экрана, предпочтительно - сенсорного экрана. Управляющие терминалы 14 могут быть предусмотрены локально для каждого модульного блока 11a - 11i. Альтернативно, система 10 может содержать централизованный управляющий терминал 14, который осуществляет сбор и передачу данных между отдельными модулями 11a - 11i, причем централизованный управляющий терминал 14 реализован посредством определенного количества датчиков и приемопередатчиков (не показаны).

Независимо от распределенной или централизованной локализации управляющего терминала (или терминалов), каждый модуль 11a - 11i дополнительно содержит определенное количество датчиков (не показаны) для обнаружения и измерения в режиме реального времени множества величин, таких как давление, температура, концентрация, скорость течения, уровень заполнения и т.д. Информация, полученная с помощью указанных датчиков, автоматически передается в управляющий терминал 14 (локальный или централизованный) и может быть использована для контроля рабочего состояния каждого модуля 11a - 11i и идентификации потенциально аномального или неожидаемого поведения любого из указанных модулей. Такая полуавтоматическая конфигурация является предпочтительной; однако, полностью автоматические решения, обеспечивающие, помимо считывания и контроля, также изменение рабочего состояния модульных блоков, не исключаются. Изменение рабочего состояния предусматривает включение/отключение отдельных модулей, модификацию параметров системы (давление, температура, концентрация реагентов) и/или подачу/удаление дополнительных материалов и реактивных веществ применительно к каждому модулю. Управляющий терминал 14 может быть дополнительно соединен, проводным или беспроводным способом, с центральным управляющим терминалом/процессором (не показан), предусмотренным в виде локального и удаленного компьютера, например, в том числе, персонального компьютера, портативного или планшетного компьютера, мобильного телефона, смартфона, персонального цифрового помощника и т.д.

В предпочтительной конфигурации управляющий терминал 14 и/или центральный управляющий терминал/процессор (не показан) дополнительно выполнены с возможностью согласования рабочего состояния и функции каждого модуля 11a - 11i в системе 10 для обеспечения взаимодействия указанных модулей во время исполнения программы рекультивационной обработки. Такое согласование предпочтительно выполняют в режиме реального времени. Под «программой рекультивационной обработки» в настоящем описании понимают комплекс действий, выполняемых последовательно каждым модульным блоком 11a - 11i в системе 10 в течение заданного периода времени. Например, приведенное выше описание фиг. 2 касается выполнения отдельной программы рекультивационной обработки. Программу обычно повторяют несколько раз до завершения восстановления пораженного участка.

Данные, полученные в режиме реального времени от каждого модуля 11f - 11i посредством управляющего терминала (или терминалов), дополнительно используются для оценки и оптимизации программ рекультивационной обработки и/или соответствующих стратегий, предварительно установленных для каждой пораженной территории в проекте по оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС) (фиг. 2). Непрерывная обратная связь, получаемая от системы 10 в режиме реального времени, обеспечивает более эффективное управление проектами рекультивации, находящимися в работе.

Кроме того, система 10 содержит по меньшей мере двухпозиционный переключатель для ручного запуска команды переключения. Предпочтительно, каждый модуль 11а - 11а в системе оснащен двухпозиционным переключателем.

Система 10 может быть дополнительно выполнена с возможностью непрерывного или прерывистого функционирования.

Дополнительные примерные конфигурации системы 10 представлены в таблице 1.

В дополнение к раскрытым выше модулям, примерные варианты, приведенные в таблице 1, содержат модульные блоки, использующие технологии для обработки и обогащения подземной газообразной среды, например, остаточного газа, скопившегося в пространствах между частицами почвы и коллекторной породы. Систему 10 можно дополнительно отрегулировать для работы со скоплениями газа, находящимися в естественных полостях и впадинах, а также в искусственных подземных структурах, например, метро, подвалах, погребах и т.д.

Электрокинетическая обработка «in-situ» представляет собой процесс, в котором электрическое поле создается в почвенном слое путем подачи тока (обычно постоянного тока низкого напряжения) к электродам, расположенным в почве. Технология обеспечивает возможность мобилизации и концентрации как и органических, так и неорганических загрязняющих веществ на электродах, а также возможность их последующего удаления из почвы с помощью общепринятых способов. Наличие модуля электрокинетического отделения в системе 10 (например, конфигурация I, таблица 1) естественно требует наличия на участке рекультивации упомянутых выше электродов, расположенных в почве.

Наличие подающих насосов в некоторых отдельных модулях означает наличие между ними различных устройств, которые требуют перекачки среды, например, реакторов, фильтров, систем извлечения и т.д.

Благодаря взаимозаменяемости, сменности, а также количественному и функциональному многообразию модульных блоков 11a - 11i, система 10 обеспечивает чрезвычайно гибкий инструмент для реализации любой из существующих технологий рекультивации, в частности, технологий рекультивации «in-situ» и/или на месте работ, таких как, например, обработка почвы паровой экстракцией, химическое оксидирование, промывка почвы, технология откачки с очисткой («pump-and-treat»), биовосстановление, воздушный барботаж, биовентилирование и электрокинетическое отделение. Кроме того, система 10 позволяет, путем объединения упомянутых выше технологий, надежным и эффективным образом разрабатывать и реализовывать на практике стратегии рекультивации, изготовленные по специальным техническим требованиям заказчика и разработанные под конечного пользователя. Следует понимать, что модули 11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h и 11i (11a - 11i), показанные на фиг. 1 и 2, с учетом их количества, схемы расположения и функциональных возможностей, служат лишь в иллюстративных целях и не ограничивают никоим образом настоящее изобретение. Поскольку технологии рекультивации «in-situ» продолжают развиваться, модули 11a - 11i могут быть выполнены с возможностью осуществления практически любой функции, желаемой и необходимой для конкретного загрязненного участка 41.

На фиг. 3А и 3В схематично проиллюстрированы примерные варианты осуществления способа, согласно другому аспекту настоящего изобретения, для рекультивации загрязненного подземного слоя в пределах заданного, ограниченного в пространстве участка 41. Таким образом, со ссылкой на фиг. 3А раскрыта рекультивация «in-situ» загрязненных грунтовых вод в пределах участка 41 с помощью определенного количества вертикальных скважин за счет использования принципов технологии очистки и закачки, причем текучая среда 42 (грунтовые воды), содержащая загрязняющие вещества, извлекается из приповерхностной зоны путем откачки. Со ссылкой на фиг. 3В раскрыта рекультивация загрязненного подземного слоя на месте работ, осуществляемая с помощью определенного количества горизонтальных соединенных между собой скважин. Компоновка/способ по фиг. 3А пригодны для рекультивации любых участков (на открытой местности и/или на застроенной территории), а компоновка/способ по фиг. 3В особенно подходят для восстановления участков на открытой местности, которые возможно были подвержены процедурам выемки/экскавации грунта до фактического процесса рекультивации, например, мест хранения отходов.

Способы по фиг. 3А и 3В начинаются с того, что обеспечивают систему 10 в подходящей конфигурации и соединяют ее с определенным количеством откачных (восстановительных) скважин 22 и закачных скважин 22а, расположенных в пределах участка 41. Конфигурация системы 10, выбор и соединение модулей 11a - 11i между собой, а также количество и параметры скважин 22, 22а предпочтительно определяют на основе результатов предварительной диагностики и анализа участка с точки зрения геопозиционирования, состава почвы и свойств загрязняющих веществ. Обычно, стратегия рекультивации создается для каждого участка/проекта, причем на основании такой стратегии может быть создана программа рекультивационной обработки для системы 10.

Таким образом, на фиг. 3А показано определенное количество откачных и закачных скважин 22, 22а, выполненных в виде отдельных, индивидуальных стволов с соответствующим оборудованием; причем на фиг. 3В показаны скважины 22, 22а, выполненные в виде горизонтальных наклонно направленных столов, соединенных между собой. Фактически, установка, необходимая для надлежащего функционирования горизонтальных скважин (с учетом функций извлечения, нагнетания и т.д.), надлежащим образом предварительно смонтирована в инфраструктуре скважины. Дополнительно или альтернативно, компоновка по фиг. 3В может иметь горизонтальные скважины 22, 22а с закрепленными концами, расположенные на различных подземных уровнях (не показаны).

Система 10 может быть собрана на месте работ из отдельных модулей, на основе упомянутой выше стратегии рекультивации, или система в стандартной (неподвижной) конфигурации может быть использована, при условии, что она содержит все модули, необходимые для выполнения программы рекультивационной обработки. На фиг. 3А проиллюстрировано наличие одной откачной скважины 22 и шести закачных скважин 22а в пределах участка 41 рекультивации; однако количество скважин 22, 22а на участке 41 может по существу меняться. Бурение скважин 22, 22а и оснащение их соответствующим нисходящим оборудованием осуществляется заранее. Глубина скважины может отличаться на разных участках рекультивации, а также в пределах одного участка 41. Как правило, глубина скважины варьируется от 2 до 15 метров; и все же, при необходимости, могут быть предусмотрены решения с более глубокими скважинами. Расстояние между закачными скважинами и/или между откачными скважинами находится в диапазоне от 0,5 до 25 метров, в зависимости от целого ряда параметров, таких как тип почвы, наличие грунтовых вод, их течение и/или скорость, уровень загрязнения и т.д.

Таким образом, система 10 соединена со скважинами 22, 22а посредством трубопроводной сети 21, 21а (фиг. 3А, 3В). Система 10 предпочтительно содержит соединительные средства 15, 15а, реализованные в виде набора подходящих соединительных портов и адаптеров, для соединения с указанной трубопроводной сетью 21, 21а. Таким образом, соединительные средства 15 содействуют соединению системы 10, через трубопроводную сеть 21, с откачной скважиной 22 (фиг. 3А) или с определенным количеством откачных скважин 22 (фиг. 3В); причем соединительные средства 15а содействуют соединению системы 10 через трубопроводную сеть 21а с определенным количеством закачных скважин 22а (фиг. 3А, 3В).

Система 10, соединенная со скважинами 22, 22а через трубопроводную сеть 21, 21а, может использовать воду, полученную напрямую с участка 41 рекультивации, что исключает необходимость в коллекторах для городского водопотребления. Однако, в случае если участок 41 уже содержит коллектор для городского водопотребления, он может быть соединен с трубопроводной сетью 21а, и использован в качестве дополнительного источника 31 воды.

Помимо упомянутых выше откачных и закачных скважин 22, 22а, может быть выбурено определенное количество контрольных скважин (не показаны).

Как только установка на месте работ готова к использованию, запускается программа рекультивационной обработки. Как показано на фиг. 3А и 3В, программа рекультивационной обработки может быть начата с извлечения текучей среды 42, содержащей загрязняющие вещества (в данном случае, грунтовой воды), например, путем откачки, из подземного слоя в систему 10 через откачную скважину (скважины) 22. После приема текучей среды 42, содержащей загрязняющие вещества, в систему 10, ее подвергают ряду процессов обработки, путем последовательного пропускания через определенное количество соединенных друг с другом модульных блоков 11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h, 11i в системе 10. Таким образом, текучая среда 42 может проходить через все модули или только через выбранные модули, в зависимости от стратегии рекультивации и программы рекультивационной обработки, как раскрыто выше. В последнем случае, очевидно, что неактивные модули должны быть отключены во время выполнения конкретной программы рекультивационной обработки, а активные модули должны быть оснащены соответствующими соединителями/адаптерами. Таким образом, система 10 выполнена с возможностью очистки текучей среды 42, путем удаления, разрушения и/или нейтрализации загрязняющих веществ, присутствующих в ней, до степени, когда максимальный уровень содержания загрязняющих веществ в указанной текучей среды удовлетворяет или не превышает нормы в области здравоохранения и стандарты качества окружающей среды.

Как упомянуто выше, программа рекультивационной обработки предпочтительно осуществляется в системе 10 посредством комплекса действий, формируемых последовательно с помощью определенного количества соединенных друг с другом модульных блоков 11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h, 11i (всех или выбранных), причем каждый блок выполнен с возможностью осуществления характерной, заданной функции, относящейся к удалению загрязняющих веществ из текучей среды 42. Завершение программы обеспечивает получение текучей среды 23, по существу, не содержащей загрязняющие вещества, и именуемой текучей средой, имеющей максимальный уровень загрязнения, не выходящий за пределы норм в области здравоохранения и стандартов качества окружающей среды. В примере с фиг. 2, текучая среда 23 была получена в модуле 11е адсорбции текучей среды.

Со ссылкой на фиг. 3А, 3В текучая среда 23 далее подается из системы 10 в подземный слой через определенное количество закачных скважин 22а. Таким образом, способы по фиг. 3А, 3В обеспечивают непрерывную рециркуляцию текучей среды. В одном из предпочтительных вариантов, до доставки текучей среды 23 в подземный слой, указанную текучую среду можно смешать с питательными веществами, восстановительными агентами и промывочными жидкостями 23а, для того, чтобы доставить указанные соединения в подповерхностную зону. Смешивание упомянутых выше соединений с текучей средой 23 может быть осуществлено отдельными порциями или непрерывно.

При выполнении программы рекультивационной обработки в системе 10 целесообразно, чтобы по меньшей мере давление и скорость течения контролировались для всех активных модульных блоков 11a - 11i посредством управляющего терминала (терминалов) 14.

В другом предпочтительном варианте осуществления программа рекультивационной обработки начинается с доставки питательных веществ, восстановительных агентов и промывочных жидкостей 23а из системы 10 в подземный слой через закачные скважины 22а до обработки текучей среды 42, содержащей загрязняющие вещества. Такая реализация способа особенно подходит, если/когда текучая среда (например, вода или грунтовая вода) отсутствует или не предназначена для введения в процесс до закачки упомянутых выше реагентов. В данном варианте, текучая среда, содержащая загрязняющие вещества, последовательно принимаемая из подземного слоя в систему 10 через откачную скважину 22, уже в определенной степени вступила в реакцию с предварительно введенными соединениями. Как только текучая среда 42 поступает в систему, ее очищают раскрытым выше способом. Полученная в результате текучая среда 23, по существу не содержащая загрязняющие вещества, далее поступает из системы 10 в подземный слой через закачную скважину (скважины) 22, причем указанная текучая среда 23 опционально смешивается с дополнительными порциями питательных веществ, восстановительных агентов и промывочных жидкостей 23а.

Действительно, количество, схема расположения и функции каждого модульного блока 11a - 11i в системе 10 могут меняться в зависимости от выбранного способа рекультивации и других факторов, широко прописанных стратегией рекультивации и программой рекультивационной обработки.

Повторяя раскрытую выше программу определенное количество раз и/или в течение определенного периода времени, можно обеспечить полное или по меньшей мере частичное удовлетворительное восстановление участка 41 рекультивации. Полное восстановление предполагает удаление 99,9% загрязняющих веществ, присутствующих в подземном слое на участке рекультивации, а удовлетворительное восстановление предполагает регулирование максимального уровня загрязнения до значений, которые соответствуют упомянутым выше нормам в области здравоохранения и стандартам качества окружающей среды. Естественно, графики выполнения рекультивации можно регулировать на основе результатов наблюдения, полученных в режиме реального времени из системы 10.

В частности, способ «in-situ», раскрытый в настоящем описании (фиг. 3А), предпочтительно происходит без экскавации и переноса основного материала с участка рекультивации. Таким образом, указанный способ особенно подходит для рекультивации застроенных территорий, таких как жилые, рекреативные, промышленные и/или коммерческие районы с постройками и/или зданиями любых типов на их поверхности. Способ также пригоден для рекультивации пустых участков, не имеющих зданий.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что с развитием технологии основные идеи настоящего изобретения охватят различные модификации и эквивалентные компоновки, подпадающие под сущность и объем его защиты. Таким образом, настоящее изобретение и его варианты осуществления не ограничиваются раскрытыми выше примерами, наоборот, они могут, в целом, варьироваться в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе (10) для рекультивационной обработки in-situ загрязненного подземного слоя в пределах заданного, ограниченного в пространстве участка и к соответствующему способу. Система (10) содержит определенное количество соединенных между собой модульных блоков (11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h, 11i), причем каждый из указанных модульных блоков представляет собой отдельное, независимое устройство, выполненное с возможностью осуществления характерной заданной функции, относящейся к рекультивационной обработке загрязненного подземного слоя. При этом обеспечена возможность регулирования количества и порядка расположения указанных модульных блоков в системе (10). Способ рекультивационной обработки загрязненного подземного слоя в пределах участка (41) рекультивации заключается в том, что систему (10) соединяют с определенным количеством скважин (22, 22а), расположенных в пределах участка (41) рекультивации, посредством трубопроводной сети (21, 21а); подают питательные вещества, восстановительные агенты и промывочные жидкости (23а) из системы (10) в подземный слой через определенное количество закачных скважин (22а); принимают текучую среду (42), содержащую загрязняющие вещества, из подземного слоя в систему (10) через определенное количество откачных скважин (22); удаляют загрязняющие вещества, присутствующие в текучей среде (42), за счет пропускания указанной текучей среды (42) через определенное количество соединенных между собой вышеуказанных модульных блоков (11а, 11b, 11с, 11d, 11е, 11f, 11g, 11h, 11i) в системе (10) для получения текучей среды (23), по существу, не содержащей загрязняющие вещества. Применение системы (10) осуществляют в пределах участка (41) рекультивации, причем подземный слой представляет собой любое из следующего: почву, грунтовые воды и подземные скопления газовой среды. Обеспечивается исключительная гибкость с точки зрения реализации различных существующих технологий рекультивации, в частности технологий рекультивации in-situ, непосредственно на месте выполнения работ и посредством одного единственного устройства/системы. Кроме того, изобретение позволяет реализовать специализированные стратегии рекультивации надежным и экономически эффективным способом, с минимальными затратами времени. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Формула