ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ
Аннотация
Экологические проблемы, связанные с загрязнением грунтов нефтепродуктами, с годами приобретают все большую остроту и требуют эффективных и рациональных технико-экономических решений. Электрохимический метод представляет собой одно из таких решений, позволяющих восстанавливать нефтезагрязненные грунты. Проведенные экспериментально-теоретические исследования позволили разработать физико-химические и технологические основы нового ресурсосберегающего и энергоэффективного электрохимического процесса очистки грунтов от нефти, нефтепродуктов и высокоминерализованных вод непосредственно на месте загрязнения (in situ) без проведения трудоемких, высокозатратных земляных работ и применения специальных химических реагентов. Были теоретически получены, а затем экспериментально подтверждены закономерности снижения содержания нефтепродуктов в очищаемых грунтах различного типа с учетом рельефа местности при пропускании через них постоянного тока малой величины. Выявленные закономерности позволили предложить схемы размещения электродов, обеспечивающие равномерность очистки благодаря созданию электрического поля близкого к однородному даже с учетом неравномерного загрязнения отдельных участков очищаемой территории и ее рельефа. На основе таких схем разработаны установки эффективной очистки грунта с пониженным энергопотреблением для аппаратурной реализации электрохимического процесса. Для различных модификаций установок, выбираемых в зависимости от загрязненности и рельефа местности, предусмотрено применение единого источника электрической энергии. На участках с углублениями возможно использование монокатодных (катодоцентрических) схем, где в центре расположен один катод, а по периметру - аноды. Предложены методики расчета основных технико-энергетических и экономических показателей электрохимического процесса очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами, учитывающие силу электрического тока и напряжение, параметры и количество подключаемых электродов, свойства очищаемого почвенного массива, особенности распределения загрязняющих веществ по территории, требуемую степень очистки.
Для цитирования:
Мешалкин В.П., Шулаев Н.С., Кадыров Р.Р., Пряничникова В.В., Кулов Н.Н., Гарабаджиу А.В. Экспериментально-теоретические исследования электрохимической очистки нефтезагрязненных грунтов с учетом рельефа местности. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 3. С. 29-36. DOI: 10.6060/rcj.2022663.5.
Литература
Vocciante M., Dovì V.G., Ferro S. Sustainability in Elec-troKinetic Remediation Processes: A Critical Analysis. Sustainability. 2021. V. 13. P. 770. DOI: 10.3390/su13020770.
Shabanov E.A., Prostov S.M., Gerasimov O.V. Laboratory studies of the processes of electrochemical cleaning of soils in the bases of operated buildings and structures from oil products. Bulletin of the Tomsk state. architec-tural and civil engineering university. 2019. V. 21. N 4. P. 168–180 (in Russian). DOI: 10.31675/1607-1859-2019-21-4-168-180.
Meshalkin V.P., Shulaev N.S., Pryanichnikova V.V. Experimental and theoretical engineering of energy-efficient electrochemical process of soil remediation to remove oil contaminants. Doklady chemistry. 2020. V. 491. P. 15–19 (in Russian). DOI: 10.31857/S2686953520020053.
Korolev V.A., Nesterov D.S. Results of the international conference EREM-2017 - Electrokinetic cleaning of soils from pollution. Engineering survey. 2017. V. 10. P. 14–22 (in Russian). DOI: 10.25296/1997-8650-2017-10-14-22.
Lawrence M.Z., Kenneth J.W., Pamukcu S. Electrochemical Geo-Oxidation (ECGO) treatment of Massachusetts New Bedford Harbor sediment PCBs. Electrochimica Ac-ta. 2020. V. 354. P. 136690. DOI: 10.1016/j.electacta.2020.136690.
Cameselle C., Gouveia S., Cabo A. Enhanced Electrokinetic Remediation for the Removal of Heavy Metals from Contaminated Soils. Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 1799. DOI: 10.3390/app11041799.
Choudhury Sh.P., Kalamdhad A.S. Optimization of electrokinetic pretreatment for enhanced methane production and toxicity reduction from petroleum refinery sludge. Journal of Environmental Management. 2021. V. 298. P. 113469. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.113469.
Jamaly S., Giwa A., Hasan S.W. Recent improvements in oily wastewater treatment: Progress, challenges, and future opportunities. Journal of environmental sciences. 2015 V. 37. P. 15–30. DOI: 10.1016/j.jes.2015.04.011.
Rada E. Istrate I., Ragazzi M., Andreottola G., Torretta V. Analysis of Electro-Oxidation Suitability for Landfill Leachate Treatment through an Experimental Study. Sustainability. V. 5(9). P. 3960–3975. DOI: 10.3390/su5093960.
Shabanov E.A., Prostov C.M., Gerasimov O.V. Field studies of the processes of pollution by oil products and electrochemical cleaning of soils of the foundations of structures at an experimental site. Bulletin of the Tomsk state. architectural and civil engineering university. 2019. V. 21. N 5. P. 151–164 (in Russian). DOI: 10.31675/1607-1859-2019-21-5-151-164.
Prostov S., Shabanov E. Investigations of electrophysical monitoring in a full-scale experiment to clean soil con-taminated with oil. E3S Web of Conferences. 2020. V. 177. P. 1–9. DOI: 10.1051/e3sconf/202017704003.
Crognale S., Cocarta D., Streche C., D'Annibale A. Development of laboratory-scale sequential electrokinetic and biological treatment of chronically hydrocarbon-impacted soils. New Biotechnology. 2020. V. 58. P. 38–44. DOI: 10.1016/j.nbt.2020.04.002.
Haider F.U., Ejaz M., Cheema S.A., Imran Khan M., Zhao B., Liqun C., Salim M.A., Naveed M. Phytotoxicity of petroleum hydrocarbons: Sources, impacts and remediation strategies. Environmental Research. 2021. V. 197. 111031. DOI: 10.1016/j.envres.2021.111031.
Ferreira A.R., Guedes P., Mateus E.P., Jensen P.E., Ri-beiro A.B., Couto N. Hydrocarbon-Contaminated Soil in Cold Climate Conditions: Electrokinetic-Bioremediation Technology as a Remediation Strategy. Electrokinetic Remediation for Environmental Security and Sustainability. NY: John Wiley & Sons Ltd. 2021. P. 173–190. DOI: 10.1002/9781119670186.ch8.
Wang F., Stahl Sh. S. Electrochemical Oxidation of Organic Molecules at Lower Overpotential: Accessing Broader Functional Group Compatibility with Elec-tron−Proton Transfer Mediators. Accounts of Chemical Research. 2020. V. 53 (3). P. 561–574. DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00544.
Abdalrhman A.S., Ganiyu S.O., Gamal El-Din M. Degradation kinetics and structure-reactivity relation of naphthenic acids during anodic oxidation on graphite electrodes. Chem. Eng. J. 2019. V. 370. P. 997–1007. DOI: 10.1016/j.cej.2019.03.281.
Ferreira M.B., Sales Solano A. M., Santos E.V., Martínez-Huitle C.A., Ganiyu S.O. Coupling of Anodic Oxidation and Soil Remediation Processes: A Review. Materials. 2020. V. 13 (19). DOI: 10.3390/ma13194309.
Ganiyu S.O., Gamal El-Din M. Insight into in-situ radical and non-radical oxidative degradation of organic compounds in complex real matrix during electrooxidation with boron doped diamond electrode: A case study of oil sands process water treatment. Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 279. 119366. DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.119366.
Ganiyu S.O., Martinez-Huitle C.A. Nature, Mechanisms and Reac-tivity of Electrogenerated Reactive Species at Thin-Film Boron-Doped Diamond (BDD) Electrodes during Electrochemical Wastewater Treatment. ChemElectroChem. 2019. V. 6. N 9. P. 2379–2392. DOI: 10.1002/celc.201900159.
Ganiyu S.O., Oturan N., Trellu C., Raffy S., Cretin M., Causserand C., Oturan M.A. Electrochemical Abatement of Analgesic Antipyretic 4-Aminophenazone using Conductive Boron-Doped Diamond and Sub-Stoichiometric Titanium Oxide Anodes: Kinetics, Mineralization and Toxicity Assessment. ChemElectroChem. 2019. V. 6. N 6. P. 1808–1817. DOI: 10.1002/celc.201801741.
Trellu C., Chakraborty S., Nidheesh P.V., Oturan M.A. Environmental Applications of Boron-Doped Diamond Electrodes: 2. Soil Remediation and Sensing Applications. ChemElectroChem. 2019. V. 6. N 8. P. 2143–2156. DOI: 10.1002/celc.201801877.
Zhelovitskaya A.V., Dresvyannikov A.F. Electrode materials used to generate active radicals in wastewater treat-ment. Bulletin of the Technological University. 2017. V. 20. N 4. P. 107–112 (in Russian).
Zhou W., Rajic L., Chen L. Activated carbon as effective cathode material in iron-free Electro-Fenton process: Integrated H2O2 electrogeneration, activation, and pollutants adsorption. Electrochimical Acta. 2018. V. 296. P. 317–326. DOI: 10.1016/j.electacta.2018.11.052.
Ganiyu S.O., Martinez-Huitle C.A. The use of renewable energies driving electrochemical technologies for environmental applications. Curr. Opin. Electrochem. 2020. V. 22. P. 211–220. DOI: 10.1016/j.coelec.2020.07.007.
Ganiyu S.O., Martinez-Huitle C.A., Rodrigo M.A. Renewable energies driven electrochemical wastewater/soil de-contamination technologies: A critical review of funda-mental concepts and applications. Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 270. 118857. DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118857.
Meshalkin V.P., Shulaev N.S., Chelnokov V.V., Pryanichnikova V.V. Kadyrov R.R. Determination of electrical pa-rameters for the electrochemical treatment of soils contaminated with oil. IOP Conference Series: Materials Sci-ence and Engineering. 2019. V. 537. N 6. 062069 DOI: 10.1088/1757-899X/537/6/062069.
Streche C., Cocarta D., Istrate I., Badea A. Decontamina-tion of Petroleum-Contaminated Soils Using The Electro-chemical Technique: Remediation Degree and Energy Consumption. Scientific Reports. 2018. V. 8. DOI: 10.1038/s41598-018-21606-4.
Shulaev N.S., Pryanichnikova V.V., Kadyrov R.R. Regularities of electrochemical cleaning of oil-contaminated soils. Notes of the Mining Institute. 2021. N 252. P. 1–10 (in Russian). DOI: 10.31897/PMI.2021.6.16.
Shulaev N.S., Meshalkin V.P., Pryanichnikova V.V., Kadyrov R.R., Bykovsky N.A. Electrochemical cleaning of oil-contaminated soils taking into account the terrain. Ecology and industry of Russia. 2022. V. 26. N 2. P. 9–13 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2022-2-9-13.
Shulaev N.S., Pryanichnikova V.V., Kadyrov R.R., Bykovsky N.A., Ovsyannikova I.V. Impact of electric current on soils contaminated with oil products. Butlerov communications. 2020. V.61. N 2. P. 132–138 (in Russian). DOI: 10.37952/ROI-jbc-01/20-61-2-132.
