Укупорка подводных отходов на месте - In situ capping of subaqueous waste

Укупорка подводных отходов на месте (ISC) это не удаление восстановление техника для загрязненных осадок который включает в себя оставление отходов на месте и их изоляцию от окружающей среды путем помещения слоя почвы и / или материала поверх загрязненных отходов, чтобы предотвратить дальнейшее распространение загрязнитель. Покрытие на месте обеспечивает эффективный способ восстановления загрязненной территории. Это вариант, когда накачать и лечить становится слишком дорогим, а территория вокруг участка представляет собой систему с низким энергопотреблением. Дизайн крышки и характеристики окружающих областей имеют равное значение и определяют осуществимость всего проекта. Существует множество успешных примеров, и в будущем будет еще больше, по мере того, как технология расширяется и становится все более популярной.[1][2] Укупорка на месте использует методы, разработанные в химия, биология, геотехническая инженерия, инженерия окружающей среды, и экологическая геотехника.

Вступление

Загрязняющие вещества находящиеся в отложениях, по-прежнему представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека. Некоторые из прямых воздействий на водную жизнь, которые могут быть связаны с загрязненными отложениями, включают «развитие раковых опухолей у рыб, подвергшихся воздействию полициклические ароматические углеводороды в отложениях ».[1] Эти отложения с высокой степенью риска необходимо устранить. Обычно есть только четыре варианта исправления:

  1. Неудаленные технологии[2]
    1. Локализация на месте (закрытие на месте)
    2. Лечение на месте
  2. Технологии удаления[2]
    1. Удаление и сдерживание
    2. Удаление и лечение

Колпачок может состоять из множества разных материалов, включая, помимо прочего, песок, гравий, геотекстиль, и несколько уровней этих параметров.[1]

Загрязняющие вещества из осадка могут попасть в окружающую среду разными способами. Эти способы включают, но не ограничиваются ими, адвекцию, диффузию, бентосные организмы перемешивание и переработка верхнего слоя загрязненного осадка, а также его повторное взвешивание под действием различных субаквальных сил.[1] Укупорка на месте (ISC) может устранить все эти неблагоприятные эффекты с помощью трех основных функций:

  1. Изоляция загрязненного осадка от донной среды; это предотвращает распространение загрязнителя по пищевой цепочке.[2] Эта изоляция загрязнителя является наиболее важным фактором снижения рисков воздействия.[3]
  2. Предотвращение ресуспендирования и переноса загрязнителя, называемое стабилизацией отложений.[1][2]
  3. Снижение потока растворенных загрязняющих веществ в толщу воды, также известное как химическая изоляция.[2][3]

Четвертой, хотя и не необходимой, функцией колпачка на месте должно быть «поощрение ценностей среды обитания». Это не должно быть основной целью, за исключением чрезвычайных обстоятельств. Это может быть достигнуто путем изменения поверхностных характеристик кепки, чтобы «поощрять желательные виды или препятствовать появлению нежелательных видов».[3]

Очевидным преимуществом использования укупорки на месте является то, что отходы не будут нарушены, и это предотвращает дальнейшее загрязнение окружающей территории из-за перемещения загрязнителя при удалении. К сожалению, долгосрочные эффекты ISC не изучались, поскольку это новая технология.[2]

Укупорка на месте оказалась эффективной во многих местах. Например, в нескольких местах внутри Японии «покрытие на месте отложений, насыщенных питательными веществами, песком» очень хорошо зарекомендовало себя в сохранении качества воды за счет уменьшения «высвобождения питательных веществ (азота и фосфора)» и истощения запасов кислорода на дне. отложения.[4]

Оценка сайта

Лечебные цели

Очень важно оценить сайт и цели конкретного проекта, чтобы определить, является ли ISC правильной техникой для использования. Во-первых, важно выяснить, удовлетворит ли ISC все желаемые цели по исправлению положения. Чтобы определить, будет ли ISC соответствовать целям исправления, важно взглянуть на три основные функции, ранее перечисленные для ISC. Для первой функции важно понимать, что «способность ISC изолировать водные организмы от загрязняющих веществ зависит от» осаждения новых загрязняющих веществ из отложений, оседающих на крышке. Если загрязненный осадок откладывается обратно на верхнюю часть колпачка, тогда был построен колпачок для разделения загрязненных слоев. Таким образом, «ISC следует рассматривать только в том случае, если был реализован контроль источников». Стабилизация загрязненных отложений может быть проектной функцией, если целью восстановления является предотвращение негативного воздействия на окружающую среду из-за «повторного суспендирования, переноса и повторного осаждения» загрязненных отложений. в другие отдаленные районы.Кроме того, если желательна цель исправления, то целью ISC может быть изоляция загрязненной почвы от окружающей среды, таким образом контролируя среду загрязненной почвы и вызывая возможное разложение загрязнителя.[1]

Критерии

Оценка на месте, чтобы увидеть, является ли ISC хорошим методом восстановления, основана на нескольких критериях: окружающая физическая среда, текущие и долгосрочные гидродинамические условия, геотехнические и геологические условия, гидрогеологические условия, характеристика отложений на месте, а также текущие и длительные -срочное пользование водными путями.[2]

Важны многие физические свойства окружающей среды, в которой будет размещаться крышка. Некоторые вещи, которые следует учитывать при построении крышки, включают «размеры водного пути, глубину воды, характер приливов, ледяные образования, водную растительность, переходы через мосты и близость земель или морских сооружений».[1] Лучше всего, если область вокруг ISC будет ровной для простоты установки.

Гидродинамические условия

Не менее важны и гидродинамические условия. Лучше всего, если проекты по перекрытию на месте будут выполняться в водотоках с низким потреблением энергии, таких как гавани, ручьи с низким потоком или устья.[2] Среда с высокой энергией и большим потоком может повлиять на долговременную стабильность крышки и со временем вызвать вероятную эрозию. Токи тоже важны. Течения меняются вдоль водяного столба, и изменение течения может отрицательно повлиять на размещение ISC. Важно учитывать долгосрочное воздействие эпизодических событий, таких как приливные потоки, на скорости придонных течений. Необходимо провести моделирование, чтобы определить, изменит ли установка крышки на месте существующие гидродинамические условия.[1]

Геотехнические и геологические условия

Перед установкой крышки на месте необходимо изучить геотехнические и геологические условия из-за возможного оседания под крышкой. Если предполагается, что оседание будет значительным, возможно, придется проектировать конструкцию крышки толще, чем первоначально предполагалось, чтобы оседание не нарушало целостность крышки.[1]

Перед размещением важно учитывать гидрогеологические условия. Важно определить участки разгрузки, т.е. участки, где путь потока грунтовых вод имеет восходящий компонент.[5] Этот выброс может вызвать смещение колпачка на месте или привести к перемещению защитной оболочки к поверхностным водам, что приведет к снижению эффективности колпачка на месте.[1]

Характеристика отложений

Перед тем, как приступить к строительству и проектированию ISC, необходимо получить типичные характеристики отложений. Эти тесты на отложениях включают: «визуальную классификацию, естественное содержание воды / концентрации твердых частиц, индексы пластичности (Пределы Аттерберга ), общий органический углерод (TOC) содержание, гранулометрический состав, удельный вес, и Единая система классификации почв (USCS) ».[1]

Использование водных путей

Важно понимать, каковы текущие виды использования водных путей и как на них может повлиять установка заглушки на месте. Некоторые виды использования водных путей, на которые может повлиять строительство заглушки на месте, включают, помимо прочего, «навигацию, борьбу с наводнениями, отдых, водоснабжение, ливневую воду или сброс сточных вод, развитие набережной и инженерный переход». Установка колпачка на месте может ограничить некоторые из этих действий из-за важности сохранения целостности колпачков в течение длительного периода времени, любое использование, которое может вызвать смещение колпачка, должно быть ограничено. Кроме того, строительство колпачка на месте Ограничение на месте приведет к уменьшению глубины воды, что ограничит размер судов, которые могут пересекать этот район. Эти ограничения на водном пути могут также иметь социальные и экономические последствия, которые необходимо учитывать.[1]

Нормативные стандарты

Важно знать все действующие нормативные стандарты для желаемого местоположения ISC. Все ISC должны соответствовать требованиям Закон о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA) и Закон о контроле за токсичными веществами (TSCA), хотя способность укупорки на месте соответствовать этим стандартам в долгосрочной перспективе не была успешно исследована и изучена из-за отсутствия данных.

Дизайн крышки

Дизайн крышки, который включает состав и размеры компонентов, вероятно, является наиболее важным аспектом укупорки на месте. Конструкции крышек «должны быть совместимы с доступными методами строительства и размещения», а также соответствовать трем вышеупомянутым критериям. Конструкции крышек обычно занимают небольшие площади с небольшими объемами загрязнений. Колпак обычно состоит из множества слоев гранулированного материала, броневого камня и геотекстиля. В настоящее время лабораторные испытания и модели различных вовлеченных процессов (адвекция, диффузия, биотурбация, консолидация, эрозия), ограниченный полевой опыт и данные мониторинга приводят к конструкции крышки. Поскольку данные и полевой опыт ограничены, при проектировании колпачка на месте используется консервативный подход. В этом подходе используется идея о том, что множество различных компонентов являются аддитивными, и ни один из компонентов крышки не выполняет двойную функцию, хотя на практике компонент может выполнять двойную функцию.[1]

Шесть этапов дизайна крышки

Шесть основных этапов проектирования крышки на месте, представленные Palermo et al. перечислены ниже:[1]

  1. Определите возможные защитные материалы и совместимость с загрязненными отложениями на участке.
  2. Оценить биотурбационный потенциал местного бентоса и спроектировать компонент крышки для физического отделения загрязнителей донных отложений от бентосной среды.
  3. Оцените потенциальную эрозию в месте покрытия из-за течений, волн, промывки гребного винта и спроектируйте компонент крышки для стабилизации загрязненных отложений и других компонентов крышки.
  4. Оцените потенциальный поток загрязнителей отложений и спроектируйте компонент крышки для уменьшения потока растворенных загрязнителей в толщу воды.
  5. Оцените потенциальные взаимодействия и совместимость между компонентами крышки, включая уплотнение сжимаемых материалов.
  6. Оцените эксплуатационные соображения и определите ограничения или дополнительные меры защиты, необходимые для обеспечения целостности крышки.

Подбор материалов

Определение материалов следует оценивать в начале проекта, поскольку они обычно представляют наибольшие затраты для проекта. Таким образом, если необходимые материалы будут стоить слишком дорого, проект может оказаться вообще невыполнимым.[1]В большинстве случаев используются гранулированные материалы. Они могут включать, но не ограничиваются, «карьерный песок, естественные отложения или почвенные материалы».[1] Исследования показали, что мелкозернистые материалы и песчаные материалы могут быть эффективными при строительстве крышки на месте.[6] Кроме того, было показано, что мелкозернистые материалы действуют как лучшие химические барьеры, чем песчаные шапки.[7] Таким образом, мелкозернистый материал является лучшим укупорочным компонентом, чем промытый на заводе песок. Важно контролировать количество органического материала в крышке, потому что бентосные организмы проявили интерес к роению в любых рыхлых мелкозернистых отложениях, содержащих органическое вещество.[1] Повышенные уровни органического вещества в песках показали увеличение задержки гидрофобных органических загрязнителей через колпачок и способствуют деградации загрязнителя.[3] Таким образом, необходим тщательный баланс органических веществ.

Геомембраны

Геомембраны может служить множеству целей в конструкции крышки, в том числе «обеспечивать барьер для биотурбации; стабилизировать колпачок; уменьшить поток загрязняющих веществ; предотвращать смешивание материалов крышки с нижележащими отложениями; способствовать равномерной консолидации и; уменьшить эрозию укупорочных материалов ».[1] Геомембраны использовались для стабилизации в двух проектах вместе с гранулированной средой для ISC, построенного в Река Шебойган и в заливе Эйтрейм, Норвегия.[8] Хотя геомембраны, кажется, имеют огромные преимущества, возникла проблема подъема и вздутия, и не было проведено много исследований для оценки того, что вызывает подъем геомембран от поверхности.[9] Необходимы дальнейшие исследования для определения общей эффективности геосинтетика для химической изоляции.[1]

Бронирование кепки

Камень для бронирования, который представляет собой любой камень, который используется для «защиты» остальной части колпачка на месте, может использоваться для защиты от эрозии и должен учитываться при проектировании колпачка.[1][3] Долговечность крышки зависит, прежде всего, от ее способности противостоять внешним силам, в основном гидравлическим.[3] Есть три основных подхода, которые можно использовать для обеспечения долгосрочной стабильности кэпа:

  1. Верхний слой должен быть достаточно армированным, чтобы выдерживать различные гидравлические силы.[3]
  2. Закрывайте более глубокий слой, поскольку гидравлические силы обычно уменьшаются с уменьшением глубины.[3]
  3. Постарайтесь контролировать гидравлические силы, чтобы ограничить их влияние на покровный слой с волнорезами, дамбами, средствами управления навигацией и т. Д.[3]

Биотурбация

Биотурбация определяется как нарушение и перемешивание донных отложений бентосными организмами. Многие водные организмы живут на или в донных отложениях и могут значительно увеличить «миграцию загрязняющих веществ из отложений за счет прямого движения частиц отложений, увеличивая площадь поверхности отложений, контактирующих с водной толщей, и в качестве пищи для эпибентосный или же пелагический организм, пасущийся на бентосе. "Глубина биотурбации в морской среде больше, чем в пресноводной среде. Чтобы предотвратить и уменьшить воздействие биотурбации на колпачок, колпачок должен быть спроектирован с жертвенным слоем, обычно толщиной всего несколько сантиметров. толщиной (5–10 см). Предполагается, что этот слой полностью смешан с окружающей средой и должен предотвратить дальнейшее проникновение бентосных организмов в местную шапку. Толщина жертвенного слоя должна основываться на изучении местных условий. организмов и их поведение в окружающих отложениях вблизи зоны сооружения крышки, поскольку известно, что некоторые бентосные организмы роют норы на глубине 1 м и более. Известно, что присутствие броневого камня ограничивает колонизацию глубоко роющих бентосных существ. Другой метод предотвращения нарушения целостности конструкции крышки бентосными организмами заключается в выборе гранулированной среды, которую местные бентические организмы находят непривлекательной и о которых не знают. n легко колонизировать эту поверхность, тем самым ограничивая возможность роста бентосных организмов на крышке.

Следует учитывать уплотнение крышки на месте при условии, что выбранный материал для крышки «представляет собой мелкозернистый гранулированный материал». Следует учитывать уплотнение нижележащего материала из-за «адвекции поровой воды вверх в крышка во время консолидации ".[1]

Эрозионные эффекты

Следует тщательно учитывать эрозию. Чтобы определить уровень защиты от эрозии, важно посмотреть на «потенциальную серьезность воздействия на окружающую среду, связанного с эрозией шапки и потенциальным рассеиванием загрязнителей отложений в экстремальном событии» (например, 100-летнем событии). Недостаточно спроектированная крышка на месте может быть повреждена эрозией, что приведет к выбросу загрязняющих веществ. Чрезмерно спроектированный колпачок приведет к чрезвычайно высоким расходам.[1][3]

Строительство

Поскольку конструкция крышки напрямую влияет на способность крышки работать на месте, важно тщательно спланировать ее. Важно отметить, что «многие загрязненные отложения представляют собой чрезвычайно мягкие отложения, которые могут быть легко нарушены, могут быть смещены или дестабилизированы из-за неравномерного размещения, и могут иметь недостаточную несущую способность для поддержки некоторых материалов крышки». [3]

Есть два основных принципа создания крышки на месте:

  1. Размещение на суше: это предполагает использование оборудования у берега или работу в узких каналах. Колпак сконструирован с использованием стандартного строительного оборудования, такого как «экскаваторы-погрузчики, грейферы, сбрасываемые с грузовиков и / или разбрасываемые бульдозерами». Основным ограничением этого метода является доступность оборудования.[2]
  2. Размещение трубопровода или баржи: это включает размещение крышки на месте с баржей или трубопроводом. Использование различных типов оборудования для размещения компонентов крышки на дне океана или озера. Обычно это желательный метод при работе в глубоких районах или на море.[2]

Мониторинг

Пять шагов для программы мониторинга

Fredette et al. описывает пять шагов для разработки программы физического / биологического мониторинга для проектов ISC:[10]

  1. Определение целей мониторинга для конкретного объекта
  2. Определение элементов плана мониторинга
  3. Предсказание ответов и разработка проверяемых гипотез
  4. Определение схемы и методов отбора проб
  5. Определение вариантов управления

Таким образом, очень важно внедрить программу мониторинга в начале строительства. Программа краткосрочного мониторинга должна использоваться для мониторинга крышки на месте во время строительства и сразу после строительства. Эта программа мониторинга должна включать частые испытания, чтобы данные в реальном времени предоставлялись, чтобы можно было быстро вносить изменения в общую конструкцию крышки. Следует разработать долгосрочную программу мониторинга, чтобы предоставить данные об общей эффективности конструкции крышки и убедиться, что она соответствует всем требуемым нормам и не подвергается чрезмерному разрушению. Этот долгосрочный мониторинг необходимо оценивать только на ежегодной или двухгодичной основе, если не будет обнаружена проблема; тогда потребуется более частое тестирование.[1]

Во время мониторинга важно запланировать плановое обслуживание. Это может включать в себя размещение материала, равного прогнозируемому количеству материала, удаленного из-за эрозии.[1]

Тематические исследования

Хотя ISC - относительно новая процедура восстановления, несколько групп использовали ее с большим успехом.

Сайт суперфонда General Motors

В Массена, Нью-Йорк, на Дженерал Моторс Сайт суперфонда, Печатная плата -Загрязненные почвы неоднократно подвергались дноуглубительным работам, но на некоторых участках все еще сохранялись высокие уровни загрязнения (> 10 ppm). Эти области были закрыты, приблизительная площадь 75000 квадратных футов (7000 м2), с трехслойным ISC, состоящим из 6 дюймов песка, 6 дюймов гравия и 6 дюймов броневого камня.[1]

Река Манистик, Мичиган

В Река Манистик, Мичиган Осадки, загрязненные ПХБ, были закрыты пластиковым вкладышем толщиной 40 мм на площади 20 000 квадратных футов (1900 м 2).2) с различной глубиной до 15 футов.[1]

Река Шебойган, Висконсин

В реке Шебойган, штат Висконсин, отложения, загрязненные ПХБ, были закрыты слоем песка и броневого камня. Это было сделано в мелководных районах, где было возможно прямое размещение.[11]

Проект по восстановлению аккумуляторных батарей Marathon

В Холодная весна, Нью-Йорк, в река Гудзон, осадок был загрязнен кадмием и никелем с завода по производству аккумуляторов. Поверх загрязненного участка был посажен слой геосинтетической глины (GCL) и 12-дюймовое покрытие из супеси.[2]

Сайт суперфонда Galaxy / Spectron

В Элктон, Мэриленд, обнаружен загрязненный осадок с избыточным количеством летучая органика компоненты и плотные жидкости в неводной фазе, в результате возникают сильные выделения. Система заглушек, построенная над загрязненными отходами, включала рабочий мат из геотекстиля, GCL, усиленный холстом полипропиленовый вкладыш, геотекстильную подушку и габионовый мат.[2]

Будущие исследования

В настоящее время необходимо оценить четыре основных направления исследований:

  1. «Исследование судьбы и переносного поведения конкретных загрязнителей, которые не ведут себя так, как это принято в нынешних подходах к оценке предельных значений (например, ртуть)» [3]
  2. «Исследование процессов судьбы, связанных с физическими, химическими и биологическими градиентами внутри кепки» [3]
  3. "Исследование влияния транспортных процессов при содействии неводная фаза жидкость (НАПЛ ) или миграция газа »[3]
  4. «Исследование поправок к ограничениям, которые могут стимулировать процессы секвестрации или деградации» [3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z Палермо, М., Мэйнорд, С., Миллер, Дж., И Рибл, Д. 1998. "Руководство для На месте Подводное покрытие загрязненных отложений, EPA 905-B96-004, Национальное бюро программ Великих озер, Чикаго, Иллинойс.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Шарма, Х., Редди, К. 2004. Геоэкологическая инженерия, Восстановление площадок, локализация отходов и новые технологии управления отходами, стр. 938–958.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Рейбл, Д. 2003. «Восстановление на месте посредством укупорки: состояние и исследовательские потребности», Департамент гражданского строительства Техасского университета. Остин, Техас.
  4. ^ Земан А. Дж., Силлс С., Грэм Дж. Э. и Кляйн К. А. 1992. Подводное покрытие загрязненных отложений: аннотированная библиография, вклад NWRI № 92-65, Национальный научно-исследовательский институт водных ресурсов, Берлингтон, Онтарио.
  5. ^ Фриз, Р.А. и Черри, Дж. 1979; Грунтовые воды
  6. ^ Брэннон, Дж. М., Хоппель, Р. Э., Стерджис, Т. К., Смит, И., и Ганнисон, Д. 1985. «Эффективность улавливания при изоляции загрязненного грунта от биоты и вышележащих вод», Технический отчет, D-85-10, Экспериментальная станция инженеров водных путей армии США, Виксбург, штат Миссисипи.
  7. ^ Suszkowski, D. J. 1983. «Исследования по укрыванию загрязненного грунта от дноуглубительных работ, проводимые Инженерным корпусом округа Нью-Йорк». В материалах 7-го ежегодного совещания экспертов США / Японии, 134–145. Экспериментальная станция инженеров водных путей армии США: Виксбург, штат Миссисипи.
  8. ^ Инстансы. D. 1994. «Контроль загрязнения норвежского фьорда с помощью геотекстиля», Пятая Международная конференция по геотекстилям, геомембранам и связанным с ними продуктам, Сингапур, 5–9 сентября 1994 года.
  9. ^ Кук и др., 1993. Восстановление и управление озерами и водохранилищами, Второе издание, Lewis Publishers, Токио.
  10. ^ Фредетт Т.Дж., Нельсон Д.А., Клауснер Дж.Э. и Андерс Ф.Дж., 1990. «Руководство по физическому и биологическому мониторингу участков захоронения вынутого грунта», Технический отчет D-90-12, Экспериментальная станция инженеров водных путей армии США, Виксбург, Скучать.
  11. ^ Эледер Б. 1992. Демонстрационный проект по перекрытию / бронированию реки Шебойган, представленный на семинаре по укрыванию загрязненных отложений, 27–28 мая 1992 г., Чикаго, Иллинойс.