СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОДЗЕМНОЙ ВОДЫ Российский патент 2001 года по МПК C02F9/14 C02F3/34 C02F103/06 

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.

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.

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.