Grundvattensanering

Grundvattensanering är den process som används för att behandla förorenat grundvatten genom att ta bort föroreningarna eller omvandla dem till ofarliga produkter. Grundvatten är vatten som finns under markytan och som mättar porutrymmet i underytan. Globalt hämtas mellan 25 procent och 40 procent av världens dricksvatten från borrhål och grävda brunnar . Grundvatten används också av bönder för att bevattna grödor och av industrier för att producera vardagliga varor. Det mesta grundvattnet är rent, men grundvattnet kan bli förorenat eller förorenat till följd av mänskliga aktiviteter eller till följd av naturliga förhållanden.

Människans många och olika aktiviteter producerar otaliga avfallsmaterial och biprodukter. Historiskt sett har bortskaffandet av sådant avfall inte varit föremål för många regulatoriska kontroller. Följaktligen har avfallsmaterial ofta slängts eller lagrats på landytor där de sipprar ner i det underliggande grundvattnet. Det förorenade grundvattnet är därför olämpligt för användning.

Nuvarande praxis kan fortfarande påverka grundvattnet, såsom överapplicering av gödningsmedel eller bekämpningsmedel , spill från industriell verksamhet, infiltration från avrinning i städer och läckage från deponier . Användning av förorenat grundvatten orsakar faror för folkhälsan genom förgiftning eller spridning av sjukdomar, och praxis för sanering av grundvatten har utvecklats för att lösa dessa problem. Föroreningar som finns i grundvattnet täcker ett brett spektrum av fysikaliska, oorganiska kemiska, organiska kemiska, bakteriologiska och radioaktiva parametrar. Föroreningar och föroreningar kan avlägsnas från grundvattnet genom att använda olika tekniker, och därmed få vattnet till en standard som står i proportion till olika avsedda användningsområden.

Tekniker

Grundvattensaneringstekniker spänner över biologiska, kemiska och fysiska reningstekniker . De flesta grundvattenreningstekniker använder en kombination av tekniker. Några av de biologiska behandlingsteknikerna inkluderar bioaugmentation , bioventing , biosparging , bioslurping och fytoremediation . Vissa kemiska behandlingstekniker inkluderar ozon- och syrgasinjektion, kemisk utfällning , membranseparation , jonbyte , kolabsorption, vattenhaltig kemisk oxidation och förbättrad återvinning av ytaktiva ämnen . Vissa kemiska tekniker kan implementeras med nanomaterial . Fysiska behandlingstekniker inkluderar, men är inte begränsade till, pump och behandling , luftgenomspolning och dubbelfasextraktion .

Biologisk behandlingsteknik

Bioaugmentation

Om en behandlingsstudie inte visar någon nedbrytning (eller en förlängd laboratorieperiod innan betydande nedbrytning uppnås) i föroreningar som finns i grundvattnet, kan inokulering med stammar som är kända för att kunna bryta ned föroreningarna vara till hjälp. Denna process ökar den reaktiva enzymkoncentrationen i bioremedieringssystemet och kan därefter öka nedbrytningshastigheten för föroreningar över de icke-förstärkta hastigheterna, åtminstone initialt efter inokulering.

Bioventilering

Bioventing är en på plats saneringsteknik som använder mikroorganismer för att biologiskt bryta ned organiska beståndsdelar i grundvattensystemet. Bioventilering ökar aktiviteten hos inhemska bakterier och arkéer och stimulerar den naturliga in situ biologiska nedbrytningen av kolväten genom att inducera luft- eller syreflöde in i den omättade zonen och, om nödvändigt, genom att tillföra näringsämnen. Under bioventilering kan syre tillföras genom direkt luftinjektion i kvarvarande förorening i marken. Bioventilering hjälper främst till med nedbrytningen av adsorberade bränslerester, men hjälper också till med nedbrytningen av flyktiga organiska föreningar (VOC) när ångor rör sig långsamt genom biologiskt aktiv jord.

Biosparging

Biosparging är en in situ saneringsteknik som använder inhemska mikroorganismer för att biologiskt bryta ned organiska beståndsdelar i den mättade zonen. Vid biosparging injiceras luft (eller syre) och näringsämnen (om det behövs) i den mättade zonen för att öka den biologiska aktiviteten hos de inhemska mikroorganismerna. Biosparging kan användas för att minska koncentrationer av petroleumbeståndsdelar som är lösta i grundvatten, adsorberas till jord under grundvattenytan och inom kapillärkanten .

Bioslurping

Bioslurping kombinerar element av bioventilering och vakuumförstärkt pumpning av fri produkt som är lättare än vatten ( lätt icke-vattenfasvätska eller LNAPL) för att återvinna fri produkt från grundvattnet och marken, och till biosanering av jordar. Bioslurpersystemet använder ett "slurp"-rör som sträcker sig in i det fria produktskiktet. Ungefär som ett sugrör i ett glas drar vätska, suger pumpen vätska (inklusive fri produkt) och jordgas upp i röret i samma processström. Pumpning lyfter LNAPLs, såsom olja, från toppen av grundvattenytan och från kapillärkanten (dvs ett område strax ovanför den mättade zonen, där vattnet hålls på plats av kapillärkrafter). LNAPL förs till ytan, där den separeras från vatten och luft. De biologiska processerna i termen "bioslurping" avser aerob biologisk nedbrytning av kolvätena när luft förs in i den omättade zonen förorenade marken.

Fytoremediation

I fytoremedieringsprocessen planteras vissa växter och träd , vars rötter absorberar föroreningar från grundvattnet med tiden. Denna process kan utföras i områden där rötterna kan tappa grundvattnet. Några exempel på växter som används i denna process är kinesisk stegormbunke Pteris vittata, även känd som bromsormbunken, är en mycket effektiv ackumulator av arsenik . Genetiskt förändrade bomullsträd absorberar bra kvicksilver och transgena indiska senapsväxter suger upp selen väl.

Permeabla reaktiva barriärer

Huvudartikel: Permeabla reaktiva barriärer

Vissa typer av permeabla reaktiva barriärer använder biologiska organismer för att sanera grundvattnet.

Teknik för kemisk behandling

Kemisk utfällning

Kemisk utfällning används vanligtvis vid rening av avloppsvatten för att avlägsna hårdhet och tungmetaller . I allmänhet innefattar processen tillsats av medel till en vattenhaltig avfallsström i ett omrört reaktionskärl, antingen satsvis eller med jämnt flöde. De flesta metaller kan omvandlas till olösliga föreningar genom kemiska reaktioner mellan medlet och de lösta metalljonerna. De olösliga föreningarna (fällningarna) avlägsnas genom sedimentering och/eller filtrering.

Jonbytare

Jonbyte för grundvattensanering utförs praktiskt taget alltid genom att vattnet leds nedåt under tryck genom en fast bädd av granulärt medium (antingen katjonbytarmedia och anjonbytarmedia) eller sfäriska pärlor. Katjoner undanträngs av vissa katjoner från lösningarna och joner undanträngs av vissa anjoner från lösningen. Jonbytarmedier som oftast används för sanering är zeoliter (både naturliga och syntetiska) och syntetiska hartser.

Koladsorption

Det vanligaste aktiva kolet som används för sanering kommer från bituminöst kol . Aktivt kol adsorberar flyktiga organiska föreningar från grundvatten; föreningarna fäster på den grafitliknande ytan av det aktiva kolet.

Kemisk oxidation

I denna process, som kallas In Situ Chemical Oxidation eller ISCO , levereras kemiska oxidanter i underytan för att förstöra (omvandlas till vatten och koldioxid eller till ogiftiga ämnen) de organiska molekylerna. Oxidanterna införs som antingen vätskor eller gaser. Oxidanter inkluderar luft eller syre, ozon och vissa flytande kemikalier som väteperoxid , permanganat och persulfat . Ozon och syrgas kan genereras på plats från luft och el och direkt injiceras i mark och grundvattenföroreningar. Processen har potential att oxidera och/eller förbättra naturligt förekommande aerob nedbrytning. Kemisk oxidation har visat sig vara en effektiv teknik för tät icke-vattenfas vätska eller DNAPL när den är närvarande.

Surfaktant förbättrad återhämtning

Förbättrad återvinning av ytaktiva ämnen ökar rörligheten och lösligheten för de föroreningar som absorberas i den mättade jordmatrisen eller finns som tät icke-vattenfas vätska . Ytaktivt medelsförbättrad återvinning injicerar ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen som är den primära ingrediensen i tvål och tvättmedel) i förorenat grundvatten. Ett typiskt system använder en utsugspump för att avlägsna grundvatten nedströms från injektionspunkten. Det utvunna grundvattnet behandlas ovan jord för att separera de injicerade ytaktiva ämnena från föroreningarna och grundvattnet. När de ytaktiva ämnena väl har separerats från grundvattnet återanvänds de. De ytaktiva medlen som används är giftfria, livsmedelsgodkända och biologiskt nedbrytbara. Surfaktantförstärkt återvinning används oftast när grundvattnet är förorenat av täta icke-vattenfasvätskor ( DNAPL). Dessa täta föreningar, som trikloretylen (TCE), sjunker i grundvattnet eftersom de har högre densitet än vatten. De fungerar sedan som en kontinuerlig källa för förorenande plymer som kan sträcka sig kilometervis inom en akvifär. Dessa föreningar kan bionedbrytas mycket långsamt. De finns vanligtvis i närheten av det ursprungliga utsläppet eller läckan där kapillärkrafter har fångat dem.

Permeabla reaktiva barriärer

Huvudartikel: Permeabla reaktiva barriärer

Vissa permeabla reaktiva barriärer använder kemiska processer för att uppnå grundvattensanering.

Fysisk behandlingsteknik

Pumpa och behandla

Pump and treat är en av de mest använda teknikerna för grundvattensanering. I denna process pumpas grundvatten till ytan och kopplas till antingen biologiska eller kemiska behandlingar för att avlägsna föroreningarna.

Luftspridning

Luftspridning är processen att blåsa luft direkt i grundvattnet. När bubblorna stiger, avlägsnas föroreningarna från grundvattnet genom fysisk kontakt med luften (dvs. strippning) och förs upp i den omättade zonen (dvs. jorden). När föroreningarna rör sig in i jorden, används vanligtvis ett system för utsugning av jordånga för att avlägsna ångor.

Dubbelfas vakuumextraktion

Dubbelfas vakuumextraktion (DPVE), även känd som flerfasextraktion, är en teknik som använder ett högvakuumsystem för att ta bort både förorenat grundvatten och jordånga. I DPVE-system installeras en högvakuumutsugsbrunn med sin skärmade sektion i zonen med förorenade jordar och grundvatten. Vätske-/ångutsugssystem trycker ner grundvattenytan och vattnet strömmar snabbare till utsugsbrunnen. DPVE tar bort föroreningar från ovan och under grundvattenytan. När vattenytan runt brunnen sänks från pumpning exponeras omättad jord. Detta område, som kallas kapillärkanten , är ofta mycket förorenat, eftersom det innehåller olösta kemikalier, kemikalier som är lättare än vatten och ångor som har flytt från det lösta grundvattnet nedanför. Föroreningar i den nyligen exponerade zonen kan avlägsnas genom ångextraktion. Väl över marken separeras och behandlas de extraherade ångorna och vätskefas organiska ämnen och grundvatten. Användning av tvåfas vakuumextraktion med dessa tekniker kan förkorta rengöringstiden på en plats, eftersom kapillärfransen ofta är det mest förorenade området.

Övervakningsbrunns oljeskumning

Övervakningsbrunnar borras ofta i syfte att samla in grundvattenprover för analys. Dessa brunnar, som vanligtvis är sex tum eller mindre i diameter, kan också användas för att avlägsna kolväten från föroreningsplymen i en grundvattenakvifer genom att använda en oljeskimmer av bältestil. Bältoljeskummare, som är enkla i design, används vanligtvis för att avlägsna olja och andra flytande kolväteföroreningar från industriella vattensystem.

En oljeskummare för övervakningsbrunnar sanerar olika oljor, allt från lätta eldningsoljor som bensin, lätt diesel eller fotogen till tunga produkter som olja nr. 6, kreosot och stenkolstjära. Den består av en kontinuerligt rörlig rem som löper på ett remskivasystem som drivs av en elmotor. Bandmaterialet har en stark affinitet för kolvätevätskor och för att sprida vatten. Bältet, som kan ha ett vertikalt fall på 100+ fot, sänks ner i övervakningsbrunnen förbi LNAPL/vattengränssnittet. När bandet rör sig genom detta gränssnitt, plockar det upp flytande kolväteföroreningar som avlägsnas och samlas upp på marknivå när bandet passerar genom en torkarmekanism. I den mån DNAPL- kolväten sätter sig i botten av en övervakningsbrunn och den nedre remskivan på remskimmern når dem, kan dessa föroreningar också avlägsnas med en övervakningsbrunns oljeskummare.

Vanligtvis tar bältesskummare bort mycket lite vatten med föroreningen, så enkla separatorer av damtyp kan användas för att samla upp eventuell kvarvarande kolvätevätska, vilket ofta gör vattnet lämpligt för dess återgång till akvifären. Eftersom den lilla elmotorn förbrukar lite elektricitet kan den drivas från solpaneler eller ett vindkraftverk , vilket gör systemet självförsörjande och eliminerar kostnaden för att driva el till en avlägsen plats.

Se även

• Giftiga torts
• Brunt fält
• CERCLA
• Grundvattenförorening
• Plym (hydrodynamik)
• Tillämpningar av grundvattensanering av nanoteknik

externa länkar

• EPA alternativa rengöringstekniker för underjordiska lagringstankar