Способ рекультивации объектов, оказывающих негативное действие на окружающую среду

Название	Способ рекультивации объектов, оказывающих негативное действие на окружающую среду
Разработчик (Авторы)	Кошелев Алексей Васильевич, Тихомирова Елена Ивановна, Иващенко Юрий Григорьевич, Косарев Антон Валерьянович, Заматырина Екатерина Алексеевна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2633397
Дата регистрации	10.01.2017
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Область применения (класс МПК)	B09B 3/00 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано при ликвидации последствий деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия, производству химического оружия и высокотоксичных веществ; демонтаже предприятий оборонного и химического профиля, производивших высокотоксичные вещества, для рекультивации техногенных территорий и сельскохозяйственных угодий, ликвидации неорганизованных полигонов захоронения промотходов и т.п.

Известно, что ликвидация зданий, строений, сооружений и иных объектов, оказывающих прямое или косвенное негативное воздействие на окружающую среду, осуществляется в соответствии с требованиями в области охраны окружающей среды. При этом должны предусматриваться мероприятия по охране окружающей среды, восстановлению природной среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, обеспечению экологической безопасности. Отходы, получаемые при ликвидации зараженных зданий и сооружений, относятся к токсичным отходам. Размещение подобных отходов предусмотрено на организованных полигонах по захоронению токсичных промышленных отходов. Загрязненные почвы техногенных территорий, отнесенные к категории «чрезвычайно опасные», подлежат вывозу и утилизации на специализированных полигонах.

Известен способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта (патент РФ 2283705, кл. В09С, опубл. 2006 г.). На зараженный участок в траншеи укладывают дренажные трубы с отверстиями, которые сведены в единую систему и соединены с приемником, и осуществляют полив участка 5-10%-ным водным раствором этанола для прямой экстракции реакционных масс иприта из зараженной почвы с периодическим аналитическим контролем над зараженностью почвы. Отверстия в трубах выполняют в полуокружности с одной стороны сечения трубы, трубы обертывают стеклотканью и укладывают в траншеи на глубину до 35 см с шагом 40 - 40 см на всю длину зараженного участка. Способ позволяет очищать зараженную почву без выемки и транспортировки к месту захоронению. Недостатком способа является возможность проникновения значительного (более 50%) объема высокотоксичного раствора в горизонты грунтовых вод, т.к. дренажная система укладывается не по водоупорному слою.

Известен способ очистки грунта, загрязненного различными органическими и неорганическими загрязнителями, например нефтепродуктами, тяжелыми металлами и т.п., внесением в грунт глауконитсодержащего сорбента (патент РФ 2296016, кл. В09С, G21F, опубл. 2007 г.) до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте. При использовании этого способа загрязнитель остается в почве в составе сорбента и валовая концентрация токсичных веществ не изменяется, а соответственно, и категория опасности грунта.

Известен способ обезвреживания твердых отходов (патент РФ 2552831, кл. В09В 3/00, опубл. 2015 г.), включающий помещение отходов в барабанную сушилку, сушку их в барабанной сушилке, перемещение сухих отходов из барабанной сушилки в барабанную печь, их прокалку в барабанной печи, отведение газов, образованных в процессе обезвреживания, из барабанной сушилки и барабанной печи и выгрузку обезвреженных твердых отходов. Высокопроизводительный способ обезвреживания органических отходов. Недостатками способа являются дороговизна термического оборудования и значительные расходы топлива (газ, мазут и т.п.) для поддержания высокой температуры в печи (700°С-800°С) и камере дожигания отходящих газов (до 1300°С).

Известен способ обезвреживания строительных конструкций, загрязненных люизитом и продуктами его превращений (патент РФ 2299100, кл. В09В 3/00, опубл. 2007 г.), заключающийся в дроблении строительных материалов, орошении насыщенным раствором гидроксида кальция и дальнейшем смешении с цементным раствором и внесением в форму для получения бетонных изделий. Простой способ переработки загрязненных строительных материалов, но при превышении предельно-допустимых концентраций загрязнителя в изделии его необходимо вывозить на специализированный полигон захоронения токсичных отходов.

Известен способ, взятый за прототип, сноса и захоронения зданий (патент РФ 2393310, кл. E04G 23/08, опубл. 2010 г.), загрязненных токсичными и отравляющими веществами, и поточная линия для его осуществления. Предусмотрено захоронение обработанных раствором флокулянтов отходов в котловане-могильнике, который обустраивают рядом со сносимым объектом. Изъятая из котлована земля используется для планировочных работ. Предложенный способ минимизирует затраты на снос и захоронение зараженных зданий, однако полученные при разрушении зданий загрязненные строительные материалы и грунты должны быть в обязательном порядке вывезены на полигоны захоронения токсичных промышленных отходов либо детоксицированы на месте.

Техническая проблема заключается в том, что при использовании сорбентов загрязнитель остается в почве в составе сорбента и, таким образом, его валовая концентрация не изменяется, а при прямой экстракции, без гидроизолирующего слоя, есть опасность проникновения загрязняющих веществ в грунтовые воды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является полное обеззараживание строительных материалов и грунта без вывоза их на специализированные полигоны захоронения при ликвидации последствий деятельности объектов по хранению и уничтожению химического оружия, производству химического оружия и высокотоксичных веществ, включая рекультивацию прилегающей территории.

Способ рекультивации объектов накопленного экологического ущерба заключается в следующем: разбор зданий и сооружений (включая фундамент) осуществляют механически с минимальным выбросом пыли. Последнее достигают организацией водного пылеподавления. Измельчение фрагментов конструкций производят в стандартных дробильных установках до размера не более 30 мм. Полученный щебень складируют на площадке с гидроизолирующим покрытием, построенной до начала разбора сооружений в непосредственной близости от зараженной территории.

Прилегающую к зданию зараженную почву извлекают и размещают на площадке с гидроизолирующим покрытием.

Строительство полигона по детоксикации осуществляют на месте полученного при изъятии грунта и строительных конструкций котлована. Стены и дно котлована выравнивают и гидроизолируют, дно формируют с уклоном в сторону специально оборудуемых коллектора с колодцем для сбора сточных вод и системой их подачи на станцию водоочистки.

На дно котлована ровным слоем укладывают зараженный щебень в качестве дренажа, а выше - загрязненный грунт. Уровень уложенного и выровненного грунта на 20 см ниже уровня окружающей почвы. Поверх уложенного грунта по всей площади собирают систему орошения. Рядом с котлованом во временном строении размещают станцию водоочистки, в которой готовят раствор для выщелачивания (экстракции) загрязнителей из почвы и щебня, а также осуществляют очистку сточных (продуктовых) вод. Процесс выщелачивания проводят специально подобранным растворителем путем непрерывного пролива содержимого котлована, при этом растворитель с загрязнителем и механическими примесями проходит многоступенчатую очистку на станции водоподготовки и после корректировки состава вновь подается на систему орошения до достижения безопасного уровня концентрации загрязнителя.

При наличии значительного количества зараженных производственных зданий, строений и земельных участков на территории ликвидируемого предприятия возможно многократное использование полигона. Сравнение предлагаемого способа и способа-прототипа представлено в таблице 1.

Таким образом, поставленная проблема изобретения решается тем, что на месте изъятого фундамента строения и прилегающего загрязненного грунта устраивают полигон детоксикации в виде котлована описанным выше способом, в котором происходит очистка грунта и измельченных строительных материалов от загрязнителей путем промывания (выщелачивания, экстракции) растворителем, сборе полученного раствора в колодце (через коллектор) с принудительной подачей его на станцию очистки растворителя.

Растворитель подбирают в лабораторных условиях для растворения конкретных загрязнителей с учетом состава зараженного отхода (грунта и строительных материалов) и способов очистки полученного раствора (Савич В.И., Белопухов С.Л., Никиточкин Д.Н., Филиппова А.В. Новые методы очистки почв от тяжелых металлов / Известия оренбургского государственного аграрного университета. - 2013. - №4(42); Надин А.Ф. Очистка воды и почвы от загрязнений / Экология и промышленность России. - 2011). Растворитель с загрязнителем и механическими примесями проходит на станции водоподготовки многоступенчатую систему очистку и, после корректировки состава, его вновь подают на систему орошения. Осуществляют периодический мониторинг концентрации загрязнителя в промывном растворе и грунте. Процесс выщелачивания заканчивают при достижении безопасного уровня концентрации загрязнителя (согласно СанПиН 2.1.7.1287-03) в почве и щебне. После промывания грунта нейтрализующим раствором (при необходимости) и чистой водой систему орошения разбирают и осуществляют подсыпку чистой плодородной почвой толщиной не менее 20 см. Восстанавливают первоначальный уровень почвы. Рекультивацию участка завершают посадкой зеленых насаждений и периодическим увлажнением.

Ниже приведены примеры выбора растворителей для очистки техногенных грунтов и загрязненных строительных материалов.

Пример 1. Грунт и строительный материал, загрязненные пестицидами, собраны с места ликвидированного склада хранения устаревших пестицидов. По предварительным данным, на складе хранился ртутьсодержащий пестицид гранозан. Поэтому собранный отход анализировали на содержание ртути. Отобранная проба весом 100,00 г была тщательно измельчена в фарфоровой чашке фарфоровым пестиком до размера частиц менее 0,5 мм. Содержание ртути определяли по МВИ ПНД Ф 16.1:2:2.2.80-2013(М 03-09-2013) «Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовой доли общей ртути в пробах почв, грунтов, в том числе тепличных, глин и донных отложений атомно-абсорбционным методом с использованием анализатора ртути РА-915 М». Определили содержание ртути в пробе в количестве 7,12 мг/кг, что существенно выше предельно-допустимой концентрации (2,1 мг/кг).

Три пробы по 10 г заливали 100 мл следующих растворов:

Образец №1. Раствор гипохлорита натрия (5%), подкисленный соляной кислотой до рН 3-4;

Образец №2. Раствор азотной кислоты (5%);

Образец №3. Дистиллированная вода.

Результаты остаточного содержания ртути в образцах после промывки через сутки представлены в таблице 2.

Результаты, представленные в таблице 2, иллюстрируют эффективность применения раствора азотной кислоты для очистки грунта от ртути до уровня ниже ПДК.

Пример 2. Выбор концентрации раствора азотной кислоты для очистки от свинца техногенного отхода, состоящего из грунта и строительного материала, взятых с территории ликвидируемого предприятия химической промышленности. Отобранная проба весом 100,00 г была тщательно измельчена в фарфоровой чашке аналогично вышеописанной в первом примере. Содержание свинца определяли по МВИ содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98. Средство измерения ICP-MS HP 4500. Определили содержание свинца в количестве 655 мг/кг. Предельно-допустимая концентрация свинца в почве - 30 мг/кг. Для выщелачивания (экстрагирования) свинца выбрана азотная кислота как наиболее дешевый и доступный реагент. Навески по 10 г исходного грунта заливались растворами азотной кислоты различной концентрации (1%, 5%, 10%, 20%) объемом 100 мл. Время экстрагирования - 1 и 4 суток. В промытых образцах грунта свинец практически отсутствовал. В таблице 3 приведены данные по составу промывочных растворов через сутки.

В таблице 4 приведены данные по составу промывочных растворов через четверо суток.

По представленным в таблицах 3 и 4 результатам следует, что наименее концентрированный раствор азотной кислоты эффективно выщелачивает свинец из почвы, при этом выход железа - минимальный, а продуктовый раствор получается прозрачным и неокрашенным. При использовании более концентрированных растворов азотной кислоты продуктовый раствор получается мутным (коллоидным) и сильно окрашенным. Вывод: для данного типа зараженной свинцом почвы оптимален однопроцентный раствор азотной кислоты. Для восстановления раствора азотной кислоты используются катионообменные смолы. При прохождении через ионообменные смолы катион металла обменивается на ион водорода, для чего используются катиониты в Н⁺-форме.

Формула изобретения

1. Способ рекультивации объектов, оказывающих негативное действие на окружающую среду, заключающийся в разборе зданий и сооружений с минимальным выбросом пыли и формировании котлована, получаемого при изъятии грунта и разрушении строительных конструкций, отличающийся тем, что полную детоксикацию строительных материалов и грунта осуществляют совместно методом выщелачивания в котловане, дно которого формируют с уклоном в сторону коллектора с колодцем для сбора сточных вод и системой их подачи на станцию водоочистки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что демонтаж зданий и сооружений, выемку грунта и последующее измельчение строительных конструкций проводят одновременно с мероприятиями по пылеподавлению.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность котлована для очистки грунта и измельченных строительных материалов от загрязнителей гидроизолируют, дно выкладывают ровным слоем щебня в качестве дренажа.

4. Способ по п. 1, 2, отличающийся тем, что в качестве дренажного щебня используют измельченные до размера не более 30 мм демонтируемые строительные конструкции и материалы.

5. Способ по п. 1, 2, отличающийся тем, что выщелачивание проводят растворителем путем непрерывного пролива содержимого котлована, при этом растворитель с загрязнителем и механическими примесями проходит многоступенчатую очистку на станции водоподготовки и после корректировки состава вновь подается на систему орошения до достижения безопасного уровня концентрации загрязнителя.

Изобретение "Способ рекультивации объектов, оказывающих негативное действие на окружающую среду" (Кошелев Алексей Васильевич, Тихомирова Елена Ивановна, Иващенко Юрий Григорьевич, Косарев Антон Валерьянович, Заматырина Екатерина Алексеевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога