Коротко: прежде чем выбирать способ — провести специацию (секв. экстракции или XRF/XANES), измерить pH, Eh, ОВ(органическое вещество), глубину воды; выбор зависит от химической формы металлов (растворимые ионы, оксиды/сульфиды, органометаллы) и риска миграции в грунтовые воды.
Рекомендованные химические методы (механизм → примеры реагентов → доступность/риск вторичного загрязнения):
1) Иmmобилизация / стабилизация (низкий риск миграции, дешевле; предпочтительно при удалённой подземной воде)
- Механизм: перевод в малорастворимые фазы.
- Реагенты: фосфаты → образование стабильных фосфатов (для Pb: образование пироморфита) — $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$ / фосфатные удобрения; известь/гашёная известь — $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$; сульфиды/серосодержащие соединения — $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{S}$, $\mathrm{FeS}$; биоуголь/активированный уголь/тиоль-функционализированные сорбенты — $\mathrm{biochar}$, $\mathrm{AC}$; цементная стабилизация (S/S) — портландцемент.
- Доступность: $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$, фосфаты, биоуголь — широко доступны; специализированные сорбенты дороже.
- Риски: повышение pH (известь/цемент) — вред почвенной биоте; фосфаты — риск эвтрофикации воды при выщелачивании; сульфиды могут окисляться и вновь мобилизовать металлы; цемент меняет гидрологию почвы.
2) Превращение восстановлением / осаждением (для окисленных форм: Cr(VI), As(V) и т.д.)
- Механизм: восстановление до менее подвижной формы и осаждение гидроксидов/сульфидов.
- Примеры: восстановление $\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{6+}$ с помощью $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$ или нулевого железа ($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^0$, ZVI); реакция (пример):
$$\mathrm{Cr}{\mathrm{O}}_4^{2-}+3\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+8{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+3\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$ - Доступность: $\mathrm{FeS}{\mathrm{O}}_4$, $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^0$ — доступны; ZVI часто применяется in situ.
- Риски: образования растворимых промежуточных продуктов; выделение H_2 при некоторых реакциях; последующая окисляемость продуктов.
3) Химическая выщелачивающая обработка / промывка почвы (при необходимости удаления металлов из почвы)
- Механизм: перевод металлов в раствор с последующей очисткой раствора.
- Реагенты: кислоты (серная, хлорводородная), комплексообразователи — $\mathrm{EDTA}$ (персистентен), биодеградируемый $\mathrm{S},\mathrm{S}-\mathrm{EDDS}$, $\mathrm{NTA}$, поверхностно-активные вещества, иониты.
- Доступность: кислоты и $\mathrm{EDTA}$ — широко; $\mathrm{S},\mathrm{S}-\mathrm{EDDS}$ дороже.
- Риски: сильная мобилизация → загрязнение грунтовых вод; образование трудноочищаемых комплексных сточных вод; $\mathrm{EDTA}$ долго разлагается — перенос металлов в водоносные горизонты.
- Митигирование риска: локализованная промывка с сбором и обработкой вымыва (осаждение, ионный обмен, мембраны).
4) Электрокинетическая ремедиация (особенно на плотных глинистых грунтах)
- Механизм: перемещение ионов к электродам; можно добавлять реагенты к электродам (кислоты, восстановители, комплексоны).
- Доступность: требует оборудования.
- Риски: коррозия, образование кислых/щелочных зон, потребность в обработке электролита.
5) Окислительно-восстановительная обработка органометаллов / связанного органикой металла
- Механизм: разрушение органических связей → перевод в неорганическую форму → последующая стабилизация/удаление.
- Реагенты: Fenton-реакция (${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ + $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$), пероксид, озон.
- Риски: образование токсичных промежуточных органических веществ; выделение тепла.
6) Специфично для ртути и органортути
- Механизм: стабилизация в малорастворимые сульфиды ($\mathrm{HgS}$) или сорбция на тиол-активированные материалы.
- Реагенты: элементная сера, сульфиды, активированный уголь с тиоль-группами.
- Риски: мобилизация при окислении; меркурий органический требует разрушения органической молекулы.
7) Хемофитотехника (химически активированная фиторемедиация)
- Механизм: использование растений для извлечения после обработки chelant’ами (для ускорения экстракции) или фосфатами для стабилизации.
- Реагенты: $\mathrm{EDDS}$ (предпочтительней биодеградируемый), слабые кислоты.
- Доступность: дёшево, но длительно.
- Риски: chelants мобилизуют металлы и могут попасть в подземные воды; требуется контроль и утилизация биомассы.
Практическая последовательность действий (рекомендуемая):
1. Спеациация металлов и анализ почвенных параметров (pH, Eh, OM, CEC).
2. Если грунтовые воды под угрозой или присутствуют растворимые формы → приоритет: выемка/смыв с обработкой сточных вод или электрокинетика; использовать биодеградируемые комплексоны ($\mathrm{S},\mathrm{S}-\mathrm{EDDS}$) вместо $\mathrm{EDTA}$ при возможности.
3. Если угроза переноса мала и требуется долгосрочная фиксация → стабилизация: фосфаты (Pb), сульфиды (Cd, Zn, Cu), ZVI/Fe-соли для Cr/As, биоуголь для широкого спектра.
4. Обязательна очистка и утилизация побочных растворов/фильтрата и мониторинг (pH, подвижность металлов).
Кратко о выборе по формам:
- Растворимые ионные формы (${\mathrm{M}}^{2+}$, ${\mathrm{M}}^{\mathrm{n}+}$) → выщелачивание + очистка или стабилизация гидроксидами/фосфатами/сульфидами.
- Оксиды/гидроксиды → кислотное выщелачивание либо восстановление/осаждение.
- Сульфиды (нерастворимые) → обычно стабильны; избегать окисления.
- Органометаллы (метилртуть и пр.) → окисление/разложение (Fenton, термическая обработка) + последующая стабилизация.
Вывод: нет универсального решения — комбинировать методы, минимизировать использование персистентных комплексонов ($\mathrm{EDTA}$), отдавать предпочтение доступным и менее рискованным реактивам ($\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$, фосфаты, ZVI, биоуголь), при промывке/химобработке обязательно собирать и обрабатывать выходные воды.