Способ обработки загрязненного материала - RU2133632C1

Описание

Изобретение имеет отношение к разработке процесса обработки загрязненного материала, в частности процесса обработки органических веществ и металлов, в особенности тяжелых металлов, загрязняющих сыпучие порошковые материалы, такие как грунт или почву, с использованием биохимических процессов.

Во всем мире значительные участки земли становятся загрязненными в результате промышленной деятельности, сброса отходов и других видов деятельности человека. Среди загрязняющих веществ можно в качестве примера указать на ртуть, кадмий, барий, хром, марганец и свинец, а также на такие радионуклиды, как актиниды и продукты деления. Такие загрязняющие вещества создают существенную угрозу качеству грунтовых вод и поэтому источникам питьевой воды, а также во многих случаях либо ограничивают возможность повторного использования земли, либо препятствуют такому использованию. Кроме того, в результате принятых недавно законодательных положений в США и аналогичного законодательства в странах Европейского Экономического Сообщества и в других странах, производители отходов несут возрастающую ответственность в судебном порядке и должны возмещать стоимость переработки отходов и очистки загрязненной территории, если они действовали недостаточно ответственно при обработке своих отходов. В результате существует растущая необходимость в создании технологии, которая позволяла бы разрешить проблемы загрязненных территорий.

До настоящего времени разработан целый ряд технологий оздоровления загрязненных почв. Среди примеров таких технологий можно упомянуть стабилизацию почвы, электромиграцию, остеклование, испарение, сжигание, промывку почвы, системы накачки и обработки земли, использование почвы при земледелии, биосанацию в фазе пульпы и т.п. Многие из известных технологий имеют ряд недостатков, в том числе:
а) отсутствие постоянного (долговременного) решения проблемы, например, перевод материала на токсичную свалку (место захоронения отходов), или ввод в матрицы, обладающие ограниченным сроком службы;
б) невозможность обработки широкого диапазона загрязняющих веществ, например грунтов, загрязненных металлами, в случае используемых обычно биологических процессов;
в) выработка больших объемов отходов или трудность осуществления контроля вторичных отходов, например, при стабилизации почвы и сжигании;
г) отсутствие селективности в вариантах обработки на месте и вне места расположения отходов на определенной площадке, например, в случае сжигания и промывки почвы;
д) высокая стоимость, например, в случае систем сжигания, остеклования, накачки и обработки;
е) ограниченная возможность повторного использования загрязняющих веществ, например, в системах стабилизации почв с введенными металлами. В частности, один из методов комплексной очистки от органических и металлических включений описывается в DE 4,117,515. Метод заключается в выщелачивании металлических элементов с использованием кислоты и последующей анаэробной очистке от органических загрязнителей. Однако, у этого метода есть отдельные недостатки, в том числе необходимость воссоздания нейтральных условий pH до начала первого этапа органической очистки.

В настоящем изобретении сделана попытка разрешить указанные проблемы путем использования биологических систем для не специфического оздоровления загрязненных металлами почв.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ деконтаминации (очистки) среды, содержащей порошковый материал, загрязненный одной или несколькими разновидностями органических веществ или одной или несколькими разновидностями металлов, который включает в себя операцию обработки массы этой среды при помощи процесса, в котором органический загрязнитель или загрязнители разрушаются за счет воздействия микробных агентов, с последующей обработкой этой массы при помощи полученной при помощи микробов серной кислотой, чтобы таким образом перевести в раствор и выщелачить сульфаты металлов; и обработку выщелаченного сульфата металла за счет процесса биоосаждения, при котором указанный сульфат преобразуется в нерастворимый сульфид или сульфиды металла. Преимущественно процесс также включает в себя следующие операции:
а) отделение сульфида водорода от нерастворимых сульфидов металла;
б) последующее окисление отделенного сульфида водорода для образования используемого повторно источника, содержащего серу ингредиента.

Процесс разрушения органических загрязнителей также может происходить за счет действия серной кислоты, полученной микробно на втором этапе процесса (на этапе удаления разновидностей металлов).

На первой стадии или стадии биологического разрушения процесса, pH подлежащей обработке среды преимущественно поддерживается на уровне от 4 до 9. Микроорганизмы, которые разрушают органические соединения, могут присутствовать в этой среде в виде имеющихся в природе разновидностей, например бактерий, имеющихся в почве, или их культур, которые могут быть добавлены в указанную среду. В любом случае желательно подводить питательные вещества, которые способствуют активности соответствующих разновидностей (микроорганизмов). Используемый микробный консорциум будет зависеть от типа присутствующего органического загрязнителя, что может быть определено в ходе предшествующего анализа указанной среды, причем питательные вещества также должны быть выбраны соответствующим образом. Обогащение среды за счет добавки различных типов микроорганизмов с целью разрушения присутствующих органических загрязнений описано ниже.

Органические загрязнения могут содержать, например, бензол, толуол, другие ароматические соединения, РАН или же любые другие известные органические загрязнители.

Подлежащая деконтаминации среда может содержать такой порошковый материал, как грунт, частицы породы, осадок, грунт от драги, пульпу, технологический осадок, шлаки от пиролитического процесса, печную пыль и т.п. Загрязняющие вещества могут содержаться на поверхности порошкового материала или находиться в связанном состоянии внутри частиц материала.

Различные разновидности металлов могут присутствовать в указанной среде, причем они могут быть преобразованы в различные сульфаты металлов с последующим биоосаждением в виде различных сульфидов металлов. Термин "разновидности металлов", использованный в настоящем описании, включает в себя металлы, их сплавы, соли металлов, металлоиды и содержащие металл соединения и комплексы.

Указанные загрязняющие разновидности металлов могут содержать:
i) актиниды или их радиоактивные продукты распада или же их соединения;
ii) продукты деления;
iii) тяжелые металлы или их соединения.

Актиниды относятся к элементам с номерами в периодической системе элементов от 89 до 104.

Термин "продукты деления", как он используется в настоящем описании, относится к элементам, которые образованы как прямые продукты ( или так называемые "фрагменты деления") в процессе деления ядерного топлива, а также к продуктам, образованным из таких прямых продуктов при бета-распаде или в результате внутренних переходов. Продукты деления включают в себя элементы в диапазоне от селена до церия.

Не радиоактивные тяжелые металлы, которые желательно отделить за счет применения способа в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя токсичные металлы, такие как никель, цинк, кадмий, медь и кобальт, а также другие известные загрязняющие вещества. Они обычно находятся в виде веществ, загрязняющих почву, или в виде водных отложений вблизи от промышленных предприятий, на которых используются химикаты, содержащие такие элементы, а также на свалках отходов. Металлические загрязнители, которые можно отделить в соответствии с настоящим изобретением, могут включать в себя смесь радиоактивных и не радиоактивных металлических загрязняющих веществ.

Порошковый материал преимущественно обрабатывается при помощи выщелачивания с биологически полученной серной кислотой, с использованием добавочного водного раствора.

В том случае, когда подлежащая деконтаминации среда включает в себя почву или грунт, то эти почва или грунт могут быть обработаны на месте нахождения или вне его. В последнем случае почва может быть предварительно обработана, например, с целью удаления или размалывания больших объектов, например, булыжников, камней и т.п. Подходящая смесь водного раствора, содержащего биологически полученную серную кислоту и/или источник серного материала, который биологически преобразуется в серную кислоту, может быть введена в почву или перемешана с ней. В случае необходимости могут быть добавлены и другие ингредиенты, такие как богатые азотом или фосфором материалы и воздух. Биоконверсия (биопреобразование) с образованием серной кислоты может осуществляться известным образом за счет присутствующих в почве микробов. Содержащие серу материалы могут включать в себя как элементарную серу, так и другие редуцированные формы серы. Может потребоваться некоторая добавка питающих веществ для способствования микробной деятельности, необходимой для разрушения органических загрязнителей. Точная природа этой добавки зависит от конкретного вида органического загрязнения в месте загрязнения и должна быть выбрана соответствующим образом.

В том случае, когда почва или другой порошковый материал, например, технологические отходы или шлаки, должны обрабатываться на месте их нахождения, они могут подвергаться обработке в одном или нескольких подходящих известных биореакторах. Упомянутые выше ингредиенты могут быть добавлены для способствования образованию кислоты.

В том случае, когда биоконверсия для создания ионов сульфата осуществляется в подлежащей обработке почве, она может осуществляться за счет действия имеющихся в природе окисляющих серу организмов, таких как Tiobacillus ferooxidans, Tiobacillus thiooxidans и Tiobacillus neapolitanus. Эти организмы могут присутствовать, например, в их консорциуме. Указанные организмы получают энергию, необходимую для их роста, за счет окисления редуцированных форм серы, в результате чего получают сульфаты и серную кислоту, или же за счет окисления двухвалентного железа в трехвалентное.

Если в почве имеется дефицит соответствующих микроорганизмов, или если порошковый материал должен быть обработан в отдельном биореакторе, то тогда эти микроорганизмы могут быть добавлены как смешанный консорциум, полученный из почвы с аналогичными условиями.

В дополнение к кислотному выщелачиванию, упомянутому ранее, освобождение металла может происходить в результате использования одного или нескольких из следующих механизмов:
а) прямая атака сульфидов металла;
б) электрохимический процесс (гальваническое преобразование), возникающий при контакте между двумя различными разновидностями металла, погруженными в подходящий электролит, например, серную кислоту; или
в) за счет эффекта окисления сульфата железа.

В качестве альтернативы биологическому получению кислоты на месте нахождения загрязнения, серная кислота, которая требуется для операции выщелачивания при способе в соответствии с настоящим изобретением, может быть получена химически или биохимически в отдельном биореакторе и введена в почву или другой порошковый материал после ее получения.

В ходе запуска процесса элементарная сера или серная кислота (вместо биологического производства на месте кислоты) могут быть использованы как источники кислоты для выщелачивания. После этого элементарная сера или комбинация элементарной серы и серной кислоты станут основным источником серы. Элементарная сера или серная кислота могут быть добавлены для восполнения потерь серы в системе, таких как возникающие при образовании сульфидов металлов.

Должно быть обеспечено просачивание (фильтрация) выщелачивающего раствора через порошковый материал и его дренаж со сбором. Собранный таким образом выщелачивающий раствор может быть затем или повторно рециркулирован через порошковый материал или закачен в реактор для осуществления этапа биоосаждения.

Этап биоосаждения, использованный в соответствии с настоящим изобретением, может быть аналогичен известному процессу восстановления сульфата. Такие процессы уже были ранее использованы, например, для обработки как отдельно, так и в сочетании, как сульфатов, так и тяжелых металлов, полученных из сточных вод. Так, например, в способе, описанном в EP 426254A, для преобразования анаэробно полученного ацетата используется как этанол в качестве подложки, так и метаногенные организмы. Кроме того, такие процессы идут в природе в различных анаэробных средах.

В процессе биоосаждения в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы имеющиеся в природе консорциумы скрытно восстанавливающих сульфат бактерий (SRB), которые преобразуют водные сульфаты металлов в сульфиды металлов. К микроорганизмам, ответственным за такое преобразование относятся разновидности Desulfovibrio и Desulfomonas, которые могут быть выращены в замкнутой системе биореактора. Эти организмы окисляют простые органические компоненты, такие как молочную кислоту и этанол, для получения энергии, необходимой для их роста. Однако при окислении могут быть использованы и более сложные источники углерода, например, фенольные соединения, а также другие органические материалы, выщелаченные из почвы в ходе биовыщелачивания. В результате указанного окисления сульфаты восстанавливаются в сульфиды и воду. Так как сульфиды большинства тяжелых металлов обладают низкой растворимостью в водных растворах, они выпадают в реакторе биоосаждения в осадок совместно с некоторой биомассой, в виде отстоя (полужидких отходов). Обычно сульфиды металлов отделяют в виде отстоя и продают для восстановления из них металлов, а в случае токсичных или радиоактивных металлов их дополнительно иммобилизуют в ходе последующего процесса.

Восстановление серной кислоты, поступающей в фазу биоосаждения, например, в реактор, из фазы выщелачивания металла, будет приводить к получению сульфида водорода и к последующему восстановлению в концентрацию серной кислоты. Это будет приводить к поддержанию в рамках реактора биоосаждения величины pH, близкой к нейтральной, и, в результате, к оптимальной величине pH для активности SRB. Кроме того, главным образом нейтральное значение pH будет способствовать сохранению сульфида водорода в растворе, за счет чего поддерживается достаточно низкий восстановительно - окислительный потенциал жизнеспособности SBR, например, < 300 мВ.

Поддержание восстановительно-окислительного потенциала указанным методом является общеизвестным. Однако хотя эта методика и была использована ранее (например, в EP 436254A) для поддержания желательного значения pH в реакторе, она ранее не использовалась в виде буфера против втекающих потоков при таких низких значениях pH, как 1,0, что может встречаться при операции выщелачивания кислоты, описанной здесь.

В результате получения в ходе биоосаждения сульфида водорода и сульфидов металлов, из процесса биоосаждения могут вытекать три различных потока продуктов:
а) полужидкие отбросы (отходы), содержащие осажденные сульфиды металлов и биомассу;
б) водный сульфид водорода и растворимые сульфиды металлов, совместно с компонентами биомассы;
в) газообразный сульфид водорода.

Газообразный сульфид водорода может быть выделен при помощи средств вентиляции, предусмотренных вблизи верхней части реактора. Водный сульфид водорода и другие растворимые сульфиды могут быть выделены из полужидких отходов.

Отстой сульфидов металлов может быть выделен отдельно через соответствующее дренажное отверстие в реакторе. Этот отстой может быть осушен (обезвожен) и использован для получения металлов, или же может быть обработан в ходе соответствующего процесса капсулирования, например, при биологически усиленной фиксации металла.

Извлеченный газообразный и водный сульфид водорода является ценным источником повторно используемой серы и может быть использован в ходе процесса биохимического окисления, описанного далее.

В ходе начальных операций этапа выщелачивания металла в способе в соответствии с настоящим изобретением, поступающий на биоосаждение продукт выщелачивания будет обладать главным образом нейтральным pH. Поэтому часть этого раствора может быть использована для растворения потока газообразного сульфида водорода, полученного при биоосаждении.

Два водных потока сульфида водорода, исходящих из операции биоосаждения, могут быть использованы отдельно или в сочетании, и могут быть окислены в пределах замкнутой системы биореактора. Система биореактора может содержать консорциум встречающихся в природе окисляющих сульфид организмов. Среди примеров известных микроорганизмов, окисляющих растворимые сульфиды, можно указать на разновидности Thiobacillus thioparus, Т. neapolitanus, Т. dentificans и Thiomicrospira. Для окисления сульфида существуют две возможности:
а) прямое окисление в серную кислоту и/или в сульфаты;
б) окисление в элементарную серу, которая в случае необходимости может быть добавлена, например, распылена на зараженной почве, для получения серной кислоты.

Окисление в элементарную серу требует ограниченного по кислороду пространства, однако его преимуществом является получение лишенного сульфида раствора с нейтральным pH, который может быть использован для растворения потока газообразного сульфида водорода, полученного при биоосаждении. Раствор серной кислоты, полученный при прямом окислении, может быть использован различным образом при последующем контакте с загрязненной почвой.

Как упоминалось ранее, способ в соответствии с настоящим изобретением может быть расширен для включения в него одной или нескольких операций для удаления органических загрязняющих веществ из указанной загрязненной среды, причем это может быть осуществлено при помощи процесса санации (оздоровления), который применяется аналогично тому, как используется процесс удаления металлов. Как правило, известны различные микроорганизмы, которые разлагают различные разновидности органических соединений; соответствующие микробные консорциумы могут быть выбраны в соответствии с типом (типами) подлежащих деструкции соединений, однако обычно такие консорциумы присутствуют в загрязненном материале. Перед проведением обработки проводят анализ загрязненного материала, чтобы убедиться в том, что соответствующий консорциум уже присутствует, или в том, что он должен быть добавлен. Далее приведены примеры стратегий деструкции, которые могут быть применены.

Как результат интереса к данной проблеме и в результате ранее проведенных исследований по изучению микробиологической деструкции органических загрязнителей, к настоящему времени появилось множество известных стратегий.

Использованные стратегии в существенной степени зависят от кислорода, который может работать либо как предпочтительный акцептор электронов, либо может быть ферментно встроен в молекулу.

Алканы могут быть разрушены аэробно микроорганизмами, принадлежащими к различным родам, в том числе: Pseudomonas, Nocardia, Myсobacteria, Flavobacteria. Деструкция таких соединений первоначально вызывает внедрение кислорода в молекулу при помощи фермента монооксидазы. Последующее преобразование результирующих жирных кислот в альдегиды и карбоновые кислоты вызывает дальнейшее окисление по пути бета-окисления (Gottschalk, 1986).

Алкены и алкины могут быть разложены аэробно или анаэробно. Механизм осуществления аэробной деструкции аналогичен механизму для алканов. Однако более реактивная природа двойных и тройных связей также позволяет осуществлять начальную деструкцию молекулы при анаэробных условиях, при протекании реакции гидрации или эпоксидации. В этом случае последующее окисление протекает при бета-окислении.

Галогенированные алифатические соединения подвержены как аэробной, так и анаэробной деструкции. Однако обычно более высокие галогенированные соединения более подвержены анаэробной деструкции.

Циклические и ароматические соединения также подвержены как аэробной, так и анаэробной деструкции. При аэробных условиях первоначальная атака вызывает внедрение серии атомов кислорода в молекулу при помощи ферментов оксигеназы. Последующая деструкция протекает при помощи орто- или методеления, при котором дополнительный фермент диоксигеназы осуществляет разрыв кольца. Галогенированные соединения деградируют при помощи аналогичного механизма. Микроорганизмы, задействованные в такой деструкции, включают в себя: разновидности Alcaligenes, Pseudomonas и Corynebacteria, которые способны разлагать полихлорированные бифенилы (Unterman и др., 1988), а также разновидности Flavobacteria, которые способны разлагать пентахлорфенол (Frick и др., 1988).

При анаэробных условиях замененные ароматические соединения восстанавливаются в циклогексан. Разрыв кольца при этом осуществляется гидрацией. Ароматические соединения с более чем одним атомом хлора восстановительно дегалогенируются ранее преобразования в циклогексан.

Галогенированные соединения - в особенности такие, которые обладают более чем одной функциональной галогеновой группой, также подвержены восстановительной дегалогенизации. При этом указанные соединения ведут себя как акцепторы электронов; в результате атомы хлора удаляются из молекулы и заменяются атомами водорода. Высоко галогенированные соединения, например, гексахлорэтан, являются в высокой степени окисленными и обладают более высоким электронным сродством, чем молекула кислорода. По мере успешного осуществления кругов дегалогенизации и падения электронного сродства, становится возможным использование альтернативных акцепторов электронов, таких как кислород и нитрат, в результате чего происходит управление условиями и группами организмов, которые способны осуществлять деструкцию. Примеры организмов, задействованных в восстановительном дехлорировании, включают в себя разновидности: Pseudomonas, Alcaligenes и Clostridia.

В отличие от удаления металлов, механизм, который использован для деструкции органических загрязнителей почвы или грунта, является очень специфичным для данного места, поэтому его следует выбрать в соответствии с конкретными присутствующими в данном месте загрязнителями. Однако существуют и некоторые общие характеристики процесса:
1. Деструкционный процесс может быть оптимизирован для восстановления и/ или устранения ряда органических соединений, в особенности VOC (летучих органических соединений) и PAH, при аэробных и анаэробных условиях. Эти соединения будут минерализоваться в CO₂ или в H₂O.

2. За исключением источника сульфата и, возможно, в анаэробной среде, питательные вещества, которые требуются для способствования росту деструктурированных организмов, будут такими же, как и при биовыщелачивании металла, и будут требоваться в таких же концентрациях.

3. Близкие к нейтральным pH условия потребуются для увеличения до максимума типов деструктурированных организмов, которые могут расти.

4. Для деструкции органики потребуются такие же типы машин для обработки почвы, что и при удалении металлов.

В некоторых случаях органические загрязнители присутствуют совместно с металлическими загрязнителями и их следует обрабатывать ранее существенного подкисления, так как оно может оказывать неблагоприятное воздействие на микроорганизмы, необходимые в операции деструкции органики.

В связи с указанным, деструкция органики может производиться в ходе операции в рамках способа в соответствии с настоящим изобретением, ранее выщелачивания металлов. Дополнительная деструкция органики может происходить при выщелачивании металлов. В зависимости от требований на степень деструкции органических загрязнителей, система может работать аэробно, анаэробно или при их комбинации. Однако при анаэробной работе задерживается подкисление загрязненного материала. Кроме того, если имеются значительные количества органических загрязнителей, может потребоваться задержка процесса подкисления до тех пор, пока не произойдет достаточная органическая деструкция. Например, для галогенированных соединений, таких как трихлорэтилен, анаэробные условия могут поддерживаться для того, чтобы позволить осуществить восстановительное дехлорирование в винил хлорид, который может быть затем минерализован при анаэробных условиях. После осуществления деструкции большей части органики может быть запущена система удаления металла. Кроме того, некоторые из организмов, использованных при удалении металла, способны осуществлять разложение определенных органических загрязнителей; например, фенольные соединения могут быть разложены разновидностями Desulfobacteria.

Операция обработки органики, при ее применении для почвы и аналогичных назначений, может быть осуществлена либо на месте первоначального нахождения загрязнений, либо вне этого места, в зависимости от потребности, а также в зависимости от того, что требуется при операции выщелачивания металла. При проведении процессов вне места нахождения загрязнений, раствор вводят в контакт с вырытой почвой над непроницаемым основанием, причем выщелачивающий раствор собирают и рециркулируют, с последующей аэрацией, если это необходимо.

При проведении процессов на месте нахождения загрязнений, обработка почвы или грунта, загрязненных органикой, может потребовать инжекции или распыления питательных веществ в загрязненной зоне, при этом выемка грунта исключается. В том случае, когда необходима аэрация питательного раствора для осуществления деструкции загрязнителей, в загрязненную зону может быть введен воздух или же к питательному раствору может быть добавлен окислитель, например, перекись водорода. Продукт выщелачивания может быть собран либо в траншеях, либо с применением системы восстановительных скважин, и затем использован повторно. В результате настоящее изобретение позволяет с успехов выводить из загрязненной среды как металлические, так и органические загрязнители, с использованием единственной многооперационой системы биообработки. Так как источник серы может быть, по меньшей мере частично, использован повторно, то это позволяет повторно использовать технологический раствор, поэтому процесс может быть обычно проведен в циклической системе. Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами по сравнению с известными ранее процессами: 1). Оно обеспечивает постоянное решение проблемы загрязнения. 2). При его использовании имеется возможность одновременной обработки металлических и органических загрязнителей. 3). Имеются в наличии системы обработки на первоначальном месте нахождения загрязнений и вне этого места, которые могут быть выбраны соответствующим образом. 4). Объем потоков вторичных отходов минимален, поэтому минимальна стоимость их обработки. 5). Сведено к минимуму использование сильных химикатов, которые могут повредить окружающей среде. 6). Имеется возможность повторного использования некоторых металлических загрязнителей.

Далее будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертеж.

На чертеже упрощенно показано поперечное сечение участка почвы, который должен быть обработан на месте для его оздоровления при помощи способа в соответствии с настоящим изобретением и при помощи оборудования, использованного в этом способе.

Как показано на чертеже, участок почвы, который должен быть обработан, содержит слой 1 грунта, который лежит над водоносным пластом 3, лежащим ниже горизонта 2. Слой 1 включает в себя область загрязнения металлами 4, которая получена за счет миграции загрязнителей из отстойника для отходов 5, предусмотренного на поверхности слоя 1. Область 4 простирается в область водоносного слоя (пласта) 3. Контрольная скважина б проходит через область 4 и позволяет производить измерения степени загрязнения области 4. Заранее определяют глубину и размеры области загрязнения 4 с использованием известной техники анализа. Уровень поверхности грунта на чертеже показан позицией 18.

Питательные вещества из источника 22 и кислота (на определенной стадии процесса) могут быть введены в подходящую транспортирующую жидкость, например в аэрированную воду, и могут быть внесены в основание пустого отстойника 5. Такое внесение производится при помощи распылителя 7. Этот раствор вводится также через соответствующим образом расположенные инжекционные скважины 8 и через галерею инфильтрации 9, так что раствор просачивается через материал в загрязненной области 4. Первоначально производят выбор питательных веществ для способствования росту соответствующих микроорганизмов, способных осуществлять органическое разложение при условии наличия главным образом нейтральной величины pH, с использованием одного или нескольких описанных выше методов. Добавка питательных веществ в дальнейшем уточняется для способствования окислению почвы. В ходе этой второй фазы обработки может быть также введена и перемешана с почвой элементарная сера, причем такой ввод осуществляют в зонах полости загрязнения, таких как основание отстойника 5, что дополнительно способствует биовыщелачиванию на месте разновидностей металлов.

Для того, чтобы способствовать развитию и поддержанию аэробных условий в пределах загрязненной области 4, производят подачу воздуха от воздуходувки 21, соединенной с рядом вентиляционных скважин 10 (одна из которых показана на чертеже), либо для того, чтобы продувать воздух через загрязненную область 4 в слое 1, либо для того, чтобы вводить воздух в грунтовую воду в водоносном слое 3, или же для ввода воздуха в оба указанных слоя. Кроме того, можно изменять степень добавки питательных веществ, чтобы избежать создания анаэробных условий в загрязненной области 4. Район в слое 1 и в водоносном пласте 3, в который подаются питательные вещества и кислота, показан на чертеже позицией 20. Этот район совпадает с загрязненной областью 4 в слое 1 и в водоносном пласте 3.

При проведении обработки происходит разрушение органических веществ и кислотное выщелачивание металла в области 4 в соответствии с описанным ранее. Этот процесс может продолжаться недели и месяцы до тех пор, пока почва в загрязненной области 4 не станет главным образом свободной от загрязняющих органических веществ и металлов, что определяют время от времени путем проведения соответствующих анализов.

Продукты разрушения органических веществ и обработки выщелачиванием металла собирают в одном из участков водоносного пласта 3, который имеется в природе или искусственно создается в направлении X, а затем их выводят на поверхность через слой 1 при помощи ряда восстановительных скважин 11 (одна из которых показана на чертеже) с использованием соответствующих насосов (не показаны). Уровень 2 водоносного пласта 3 может регулироваться добавкой воды через галерею инфильтрации 24, чтобы содействовать образованию потока в направлении X.

Собранная жидкость после этого может быть направлена по одному из следующих путей:
а) в буферный резервуар 12 для аэрации и добавки соответствующих питательных веществ перед повторным вводом в загрязненную почву. Этот путь является основным на начальной стадии процесса;
б) в реактор биоосаждения 13;
в) в контактор газ - жидкость 14 для отделения сульфида водорода от газообразных потоков, получаемых в результате биоосаждения.

Жидкость втекает в основание реактора 13 и течет в нем вверх. В ходе перемещения жидкости присутствующие в реакторе 13 восстанавливающие сульфат организмы преобразуют втекающий сульфат в сульфиды, в соответствии с указанным ранее.

Газообразный поток, полученный при биоосаждении в реакторе 13, проходит через контактор газ - жидкость 14, подключенный к реактору 13. Контактор 14 позволяет осуществить восстановление сульфида водорода. Вытекающий из контактора 14 газовый поток пропускается через второй скруббер (газоочиститель) 19 и выпускается в атмосферу.

Полученный в результате биоосаждения отстой, содержащий нерастворимые сульфиды, собирают в основании реактора 13 и переводят при помощи трубопровода 15 в установку для проведения отдельной обработки, например, для фиксации металла с биологическим содействием, или же этот отстой обезвоживают, собирают и направляют в другое место для восстановления металла. Жидкость, которую получают при обезвоживании отстоя, может быть либо возвращена для повторного использования в процессе биоосаждения, либо подвергнута дальнейшей обработке и сбросу.

Полученная в результате биоосаждения жидкость, содержащая растворенные сульфиды, экстрагируется и комбинируется с водным потоком сульфидов, который получают из контактора газ - жидкость 14. Комбинированный водный поток сульфидов после этого закачивают через контактор газ - жидкость 16 в реактор окисления сульфида 17. Контактор 16 позволяет осуществлять повторное растворение любого сульфида водорода, выделенного из кислоты в реакторе 17, в щелочной вытекающей жидкости.

В пределах реактора окисления 17 содержащий сульфид раствор полностью перемешивается с соответствующими микроорганизмами и окисляется в сульфат указанным ранее образом. Полученный при этом кислотный раствор затем переводится в буферный резервуар или биореактор 12, где может быть дополнительно добавлена элементарная сера из источника серы 23, если это требуется; в реакторе 12 происходит окисление в серную кислоту при помощи микроорганизмов, вводимых из реактора 17, ранее повторного введения в загрязненный материал в почве 1 указанным выше образом (через скважины 8, галерею 9 и распылитель 7). Вводимые содержащие серу материалы и питательные вещества образуют струю 20.

Можно видеть, что процесс обработки с удалением металла является циклическим, причем металлические загрязнения в участке 3 слоя почвы 1, в ходе различных циклов процесса удаления металла, постепенно выщелачиваются при помощи раствора щелока, содержащего биологически образованную серную кислоту, и восстанавливаются в нерастворимый сульфид, образованный в реакторе биоосаждения 13.

Часть серы восстанавливается за счет окисления сульфидов в реакторе окисления 17 и повторно используется при кислотном выщелачивании почвы с металлическими загрязнениями.

Реферат

Изобретение относится к обработке материалов, загрязненных органическими веществами и металлами. Первоначально обрабатывают загрязненный материал микробными агентами, разрушающими органические загрязнения. Обработку ведут в аэробных условиях при нейтральном значении pH. Затем материал обрабатывают серной кислотой в аэробных условиях и при кислотном значении pH. При этом металлы переходят в растворимые сульфаты. Биологически осаждают сульфаты металлов в анаэробных условиях с получением нерастворимых сульфидов. Реализация способа позволяет проводить обработку загрязненного материала без вывоза его на свалку. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула