Способ очистки загрязненной подземной воды

 

Изобретение относится к способам очистки загрязненных подземных вод антропогенными загрязнителями, а также после подземного выщелачивания. Сущность изобретения: определяют слагающие породы зоны загрязнения, отбирают пробы загрязненной подземной воды из одной и более скважин, расположенных в зоне загрязнения, определяют в них концентрации загрязняющих компонентов, вводят в пробу питательную среду с минеральной и органической составляющей для выделения сульфатредуцирующих бактерий СРВ и наращивают биомассу выделенных СРБ. Производят также отбор по меньшей мере одной пробы антропогенного загрязнителя данной подземной воды, фоновой подземной воды и слагающих породы, смешивают данные пробы и через промежуток времени определяют в полученной смеси концентрации загрязняющих компонентов. Затем вводят биомассу в одну и более скважину. Расход биомассы и количество скважин определяют по результатам сравнения загрязняющих компонентов в смеси и загрязненной подземной воде. Дополнительно в по меньшей мере одну скважину вводят феррисоединение для создания отрицательных значений окислительно-восстановительного потенциала. В качестве органической составляющей питательной среды используют ряд, образованный водным раствором глины при соотношении твердого к жидкому 0,001 - 0,003, водным раствором природных углеводных полимеров при соотношении твердого к жидкому 0,001 - 0,005 или их смесью. В качестве органической составляющей питательной среды используют высшие углеводные полимеры. В качестве высших углеводных полимеров используют ряд, образованный растительными остатками, древесными опилками, камышом, осокой, бытовыми отходами. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки за счет сокращения "лаг-фазы" жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий и затрат на процесс очистки. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам очистки подземных вод, загрязненных антропогенными загрязнителями, а также после подземного выщелачивания.

Известен способ очистки загрязненной подземной воды, включающий закачку через скважины в зоне загрязнения культурной жидкости с сульфатредуцирующими бактериями и источником органического питания (см. патент РФ N 1838598, кл. C 02 F 3/34, 1993).

Такой способ имеет низкую эффективность очистки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки загрязненной подземной воды по патенту Российской Федерации N 2107042 (опубл. 20.03.98), включающий определение слагающих породы зоны загрязнения, отбор пробы загрязненной подземной воды из одной и более скважин, расположенных в зоне загрязнения, определение в пробе концентраций загрязняющих компонентов, введение в пробу питательной среды с минеральной и органической составляющими для выделения сульфатредуцирующих бактерий, наращивание биомассы выделенных сульфатредуцирующих бактерий и введение биомассы в загрязненную подземную воду через одну и более скважин.

Сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают основной макрозагрязнитель сульфаты (SO₄^2-) до сероводорода, последний связывает в нерастворимую сульфидную (или дисульфидную) минеральную форму металлы [железо, медь, свинец, цинк, ртуть, никель, кобальт, кадмий и др.] и, обуславливая снижение окислительно-восстановительного потенциала (Eh, мв) до отрицательных значений, восстанавливает селен, уран, молибден, мышьяк, рений, ванадий, нитраты (NO₃^-) при этом восстанавливаются до молекулярного азота. В результате бактериальной сульфатредукции происходит подщелачивание среды, что сопровождается осаждением алюминия, хрома, бериллия, марганца; щелочноземельные и щелочные металлы (кальций, магний, натрий, калий) связываются в новообразованные нерастворимые карбонаты и алюмосиликаты.

Однако данный способ имеет низкую эффективность очистки, т.к. отсутствуют благоприятные условия для жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Кроме того, имеют место значительные эксплуатационные затраты на большие количества биомассы и скважин.

Изобретением решается задача повышения эффективности очистки за счет сокращения "лаг-фазы" жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий и затрат на процесс очистки.

"Лаг-фаза" (лаг-период) - задержка роста сульфатредуцирующих бактерий (СРВ), связанная с приспосабливанием к новым условиям среды и синтезом адаптивных ферментов.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе очистки загрязненной подземной воды, включающем определение слагающих породы зоны загрязнения, отбор пробы загрязненной подземной воды из одной и более скважин, расположенных в зоне загрязнения, определение в пробе концентраций загрязняющих компонентов, введение в пробу питательной среды с минеральной и органической составляющими для выделения сульфатредуцирующих бактерий, наращивание биомассы выделенных сульфатредуцирующих бактерий и введение биомассы в загрязненную подземную воду через одну и более скважину, производят отбор по меньшей мере одной пробы соответственно антропогенного загрязнителя данной подземной воды, фоновой подземной воды и слагающих породы, смешивают данные пробы и определяют в полученной смеси концентрации загрязняющих компонентов, которые сравнивают с концентрациями загрязняющих компонентов в загрязненной подземной воде и по результатам сравнения определяют расход биомассы и количество скважин, при этом дополнительно в по меньшей мере одну скважину вводят феррисоединение для создания отрицательных значений окислительно-восстановительного потенциала. В качестве органической составляющей питательной среды используют ряд, образованный водным раствором глины при соотношении твердого к жидкому от 0,001 до 0,003, водным раствором природных углеводных полимеров при соотношении твердого к жидкому от 0,001 до 0,005 или их смесью и высшие углеводные полимеры. В качестве высших углеводных полимеров используют ряд, образованный растительными остатками, древесными опилками, камышом, осокой, бытовыми отходами. Отличительными признаками предложенного способа являются определение концентраций загрязняющих компонентов в смеси, полученной в результате смешения проб антропогенного загрязнителя, фоновой подземной воды и слагающих породы и сравнение с концентрациями загрязняющих компонентов в загрязненной подземной воде, на основании которого делается вывод о расходе биомассы и количестве скважин и введение в по меньшей мере одну скважину феррисоединения. Это позволяет повысить эффективность очистки за счет сокращения "лаг-фазы" жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий и количества скважин. Феррисоединение создает благоприятную окислительно-восстановительную обстановку (потенциал) для жизнедеятельности СРБ.

Экспресс-тест (загрязненная подземная вода + фоновая подземная вода + слагающие породы) осуществляется для определения роли физико-химических процессов в миграции загрязняющих веществ в водоносном пласте, т.к. в водоносном пласте загрязненные воды взаимодействуют с чистыми природными подземными водами и породами водоносного горизонта. В результате перемещающиеся в водоносном пласте загрязненные подземные воды могут изменять свой первоначальный состав: некоторые компоненты частично удаляются из воды (в результате сорбции, осаждения и пр.), а другие - увеличивают свою концентрацию в результате выщелачивания солей из породы. Вещества, не подвергающиеся физико-химическим изменениям в подземных водах, могут перемещаться в пласте неопределенно долгое время.

Определение взаимодействия в системе фильтрующаяся загрязненная вода - породы водоносного горизонта - чистые подземные воды является критерием принятия решения по использованию технологии.

Данные экспресс-теста оцениваются, в основном, по поведению самого большого по массе загрязнителя - сульфатов (SO₄^2-). Возможны следующие результаты: 1. Компонент-загрязнитель (SO₄^2- и другие) нейтрален к водоносным породам. В этом случае соотношение загрязняющего компонента в смеси и загрязненной подземной воды (C) будет равно 1.

2. Компонент-загрязнитель (SO₄^2- и другие) будет поглощаться породой (вследствие химической или физической сорбции). В этом случае C < 1.

3. Количество компонента-загрязнителя (SO₄^2- и другие) будет увеличиваться, последнее означает, что компонент-загрязнитель (SO₄^2- и другие) содержался в породе и переходит в смесь (в результате растворения или ионного обмена), при этом C > 1.

Способ очистки загрязненной подземной воды осуществляется следующим образом.

Очистке подвергались подземные воды, антропогенным загрязнителем которых явилось химическое предприятие.

Определяли слагающие породы зоны загрязнения (аллювиальные отложения и трещиноватый мел).

Из одной и более скважин, расположенных в зоне загрязнения, отбирали пробу загрязненной подземной воды и определяли в ней концентрации загрязняющих компонентов. Затем в данную пробу вводили питательную среду с минеральной и органической составляющей для выделения сульфатредуцирующих бактерий (СРБ). Для этого в емкость вносили небольшое количество загрязненной подземной воды и заполняли ее питательной средой, содержащей 0,1-0,5 г/л азотно-фосфорного питания для СРБ в виде фосфорнокислого аммония (NH₄)₂HPO₄. В качестве органической составляющей питательной среды использовали высшие углеводные полимеры. В течение 5-7 дней производили наращивание биомассы выделенных СРБ. Предварительно также отбирали по меньшей мере одну пробу соответственно антропогенного загрязнителя данной подземной воды по направлению потока подземной воды, фоновой подземной воды и слагающих породы. Смешивали данные пробы и определяли в полученной смеси концентрации загрязняющих компонентов. В таблице 1 приведены концентрации загрязняющих компонентов в загрязненной подземной воде и полученной смеси.

Из приведенных данных видно, что в смеси увеличивается концентрация сульфат-иона и некоторых других элементов, т.е. при движении загрязненной воды по направлению движения подземного потока возможно увеличение концентрации сульфат-иона (SO₄^2- и другие), что свидетельствует о выщелачивании последнего из водоносных пород (C > 1). Кроме того, повышение в смеси окислительно-восстановительного потенциала негативно может сказаться на развитии СРБ, приводящем к увеличению "лаг-фазы" микроорганизмов. Расход биомассы и количество скважин определяли по результатам сравнения концентраций сульфат-иона (SO₄^2-) и загрязненной подземной воды. Биомассу выделенных СРБ в загрязненную подземную воду вводили в количестве 0,1% от загрязненного перового объема (при C = 1 расход биомассы составляет 0,08% от загрязненного порового объема, при C < 1 - 0,05%) через скважины перехвата загрязненной подземной воды (в количестве 2-х). Для снижения значений окислительно-восстановительного потенциала в скважины вводили феррисоединение в виде железных квасцов.

Результаты очистки загрязненной подземной воды в сопоставлении с прототипом приведены в таблице 2.

Предложенный способ очистки загрязненных подземных вод имеет более высокую эффективность очистки за счет приемов, направленных на создание благоприятных условий для жизнедеятельности СРБ.

Формула изобретения

1. Способ очистки загрязненной подземной воды, включающий определение слагающих породы зоны загрязнения, отбор пробы загрязненной подземной воды из одной и более скважин, расположенных в зоне загрязнения, определение в пробе концентрации загрязняющих компонентов, введение в пробу питательной среды с минеральной и органической составляющими для выделения сульфатредуцирующих бактерий, наращивание биомассы выделенных сульфатредуцирующих бактерий и введение биомассы в загрязненную подземную воду через одну и более скважину, отличающийся тем, что производят отбор по меньшей мере одной пробы соответственно антропогенного загрязнителя данной подземной воды, фоновой подземной воды и слагающих породы, смешивают данные пробы и определяют в полученной смеси концентрации загрязняющих компонентов, которые сравнивают с концентрациями загрязняющих компонентов в загрязненной подземной воде и по результатам сравнения определяют расход биомассы и количество скважин, при этом дополнительно в по меньшей мере одну скважину вводят феррисоединение для создания отрицательных значений окислительно-восстановительного потенциала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической составляющей питательной среды используют ряд, образованный водным раствором глины при соотношении твердого к жидкому 0,001 - 0,003, водным раствором природных углеводных полимеров при соотношении твердого к жидкому 0,001 - 0,005 или их смесью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической составляющей питательной среды используют высшие углеводные полимеры.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве высших углеводных полимеров используют ряд, образованный растительными остатками, древесными опилками, камышом, осокой, бытовыми отходами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2