Спосіб ремедіації ґрунту

Спосіб ремедіації ґрунту, що включає електрокінетичну обробку ґрунту, який відрізняється тим, що обробку здійснюють при постійній електричній потужності, рівній 2-4кВт/м 3 ґрунту. Винахід відноситься до області фізико-хімічних методів очищення від шкідливих домішок і може бути використаний при електрокінетичному очищенні ґрунтів і глиновмістних шламів. Відомий спосіб ремедіації ґрунтів від забруднень при постійній контрольованій напрузі [A. Li, K.A. Cheung, K.R.Reddy. Cosolvent-enchanced elecrokinetic remediation of soils contaminated with phenanthrene// J. of En viron. Engineering. - 2000. Vol. 126, N 6. - P.527-533] [1]. Очи щення ґрунту проводили в колонці довжиною 19,1 см і внутрішнім діаметром 6,2см, при використанні в якості модельних забруднень бутиламіну, тетрагідрофурану і фенантрену. При постійній контрольованій напрузі 1В/см після 127 днів був досягнутий ступінь очищення від фенантрену 43%. Недоліком відомого способу [1] є низька інтенсивність процесу і пов’язана з цим велика тривалість очищення [1]. Відомий спосіб електрокінетичного очищення ґрунтів шляхом накладання постійного електричного поля від зовнішнього джерела живлення зі стабілізацією напруги [Ch. H.Weng, G. Yuan, H.H. Тu Removal of trichlorethylene from clay soil by series-electrokinetic process/YPractice Periodical of hazardous, Toxic and Radioactive Waste Management/- 2003/- Vol. 7, N 1/-P, 25-30] [2]. Спосіб полягає в наступному. Глинистий ґрунт, штучно забруднений трихлоретиленом у кількості 300мг/кг, оброблявся електрокінетично. Очищення проводилося при значеннях напруженості електричного поля 1 і 2В/см. Згідно з наведеними даними ефективність видалення забруднення залежить від прикладеної напруги. Підвищення напруженості поля від 1 до 2В/см збільшило ступінь вилучення трихлоретилену з 86,4 до 91,3%, однак при цьому витрати електроенергії зросли з 1260 до 4620кВт.год/т ґрунту. Питома електрична потужність, відповідно до наших розрахунків, при обробці за способом [1] складає 4,8-13,2кВт/т ґр унту. Недоліком відомого способу [2] є підвищена витрата електроенергії як наслідок нераціональної витрати електричної потужності при ремедіації. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною сутністю і результатом, що досягається, є спосіб електроремедіаційного очищення ґрунту [L.M. Ottosen, Н.К. Hansen. S. Laursen, A. Villumsen. Elecrodialytic remediation of soil polluted with copper from wood preservation industy// En viron. Sci. & Technol.- 1997/-Vol. 31, N 6/- P. 1711-1715] [3]. (19) UA (11) 85944 (13) C2 (21) a200707242 (22) 27.06.2007 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) МАКОВЕЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ЛАВРОВИЧ, UA, ЗАВГОРОДНІЙ ВОЛОДИМИР АНДРІЙОВИЧ, UA, СПАСЬОНОВА ЛАРИС А МИКОЛАЇВНА, UA, КОРНІЛОВИЧ БОРИС ЮРІЙОВИЧ, UA, КЛІЩЕНКО РОМАН ЄВГЕНІЙОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В.ДУМАНСЬКОГО Н АЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ, UA (56) RU 2005112453, B09C1/08, 10.09.2005 EP 0614709, B09B3/00, 14.09.94 US 5137608, C25C1/22, 11.08.1992 US, 6221237, B01D59/40, Apr. 24, 2001 US 5589056, C25F1/00, 31.12.1996 3 85944 Сутність способу полягає в наступному. Ґрунт класифікований авторами як піщаний суглинок, вологістю 17,4%, забруднений сполуками міді, оброблявся електрокінетично в лабораторному апараті. Довжина лабораторного апарату 15см, внутрішній діаметр 8см. Як електроди використовували пластини з платини. Розташування електродів -вертикальне. Електродні камери заповнювали електролітом 0,01M NaNO3. pH електроліту доводили до значення 3 додаванням HNO3. Живлення системи електричним струмом здійснювали в гальваностатичному режимі при двох значеннях густини струму 0,1 і 0,2мА/см 2, що відповідало силі струму на апараті 5 і 10мА відповідно. Тривалість очищення складала від 26 до 70 діб. Вміст Сu після 70 добового очищення знизився з 1360 до 200мг Cu/кг сухого ґрун ту. Відповідно до наших розрахунків був досягнутий ступінь очищення 85,3%. Таким чином, основним недоліком способу [3] є недостатньо високий ступінь очищення і велика тривалість процесу. Причиною, що перешкоджає досягненню необхідного технічного результату - високого ступеня очищення за нетривалий час обробки, є те, що режими живлення з фіксованими значеннями струму або напруги призводять до підвищення енерговитрат і /або збільшення часу обробки. Задача винаходу - розробка способу ремедіації ґрунту шляхом проведення процесу при постійній електричній потужності в діапазоні, який заявляється, що забезпечує оптимальне регулювання сили струму і напруги. Зазначене вище призводить до підвищення ступеня очищення при скороченні часу обробки. Поставлена задача вирішується способом ремедіації, що включає електрокінетичну обробку ґрунту, у якому, відповідно до винаходу, обробку здійснюють при електричній потужності рівній 24кВт/м 3 ґрунту. Нами встановлено, що проведення процесу ремедіації при постійній потужності створює умови для найбільш повного використання фізикохімічних параметрів ґрунту (електропровідність, вологість, температура, рН), що забезпечує оптимальні параметри очищення за рахунок інтенсифікації масопереносу забруднень у катодну камеру. Наведена сукупність істотних ознак способу є необхідною і достатньою для отримання забезпечуваного винаходом необхідного результату - досягнення високого ступеня очищення (93–95%), скорочення часу електроремедіації в 1,2-1,3 рази при зниженні витрати електричної енергії через зниження витрат на нагрівання ґрунту. Спосіб реалізується наступним чином. Установку для електроремедіації ґрунтів і глиновмістних шламів заповнюють завантаженням, що очищається. Геометричні розміри установки 0,5´0,2´0,5м, сумарний обсяг завантаження 0,02м 3, відстань між електродами 0,4м. Аноди виготовлені з титану ВТ-1, покритого МnО2, матеріал катодів - нержавіюча сталь 10Н18Х. Токопідвід здійснюється ізольованим мідним проводом. Як джерело живлення використовується однофазний стабілізатор постійної потужності LIDER PS 150 4 SQ -25. Параметри стабілізатора: споживана напруга 220В±10%, діапазон стабілізації 2-10кВт, похибка стабілізації - 1,4%. Діапазон використаних значень потужності в залежності від виду об’єкту, що очищається, і забруднення, що вилучається, вибирається в діапазоні 2-4кВт/м 3. Діапазон використаних напруженостей електричного поля складає 0,7-3,5В/см, густина струму змінюється в межах 1,1-5,7мА/см 2. Тривалість обробки при цьому складає 54-58 діб. Живлення електроремедіаційної системи електричним струмом здійснюється, відповідно до винаходу, джерелом живлення стабілізатором потужності. Стабілізатор підключається до електродів установки, контроль електричних параметрів системи в силовому електричному ланцюзі здійснюється амперметром, вольтметром і ваттметром. Після підключення електродів і виходу установки на режим (час виходу на режим 1-2,5год) здійснюється регулювання сили струму, напруги і задания необхідної постійної потужності. Анодні і катодні камери обладнані датчиками контролю рівня елек троліту і гідравлічними системами промивання реагентами - (HNO3, СН3СООН, ЕДТА), до яких входять насоси, напірні і буферні ємності, клапани, ротаметри і т.і. Перед вмиканням установки електродні камери заповнюють електролітом (HNO3 або СН3СООН). Після заповнення електродних камер вмикають електричний струм, за допомогою задавача потужності встановлюють необхідне значення потужності, контролюючи напругу і силу струму приладами. Наприклад, при напруженості поля 1В/см, і густині струм у 2,5мА/см, необхідна стабілізована потужність на 1м 3 завантаження складає 2,5кВт. Тепловиділення контролюють термометром, який вимірює температуру в об’ємі завантаження. Очищення проходить в температурному діапазоні 30-40°С. Ефективність очищення визначають аналізом елюату з катодної камери, а після закінчення експерименту також дослідженням залишкового вмісту забруднення в шарах грунту, що знаходяться на різних відстанях від катоду. Аналіз елюату та зразків після вилуговування проб грунту проводять широко вживаним атомно - абсорбційним методом [И.Хавезов, Д.Цалев. Атомно-абсорбційний аналіз. -Л.: Хімія, 1983. - 144с.] [4] на атомноабсорбційному спектрофотометрі С-115-М1. Приклад виконання за винаходом Установку для злектроремедіації ґрунтів і глиновмістних шламів заповнюють ґрунтом Київського регіону, охарактеризованого як суглинок, вологістю 19,5%, що забруднений сполуками міді. Вміст Сu 2350мг/г сухого ґрунту. Маса оброблюваного ґрунту 48кг. В ущільнене завантаження вміщують електроди, змонтовані в електродних камерах, відстань між електродами 0,4м. Аноди виготовлені з титану ВТ-1, покритого МnО2, матеріал катодів нержавіюча сталь 10Н18Х. Електродні камери заповнюють фоновим електролітом - 30% розчином HNO3, і витримують деякий час для встановлення гідродинамічної рівноваги між електролітом в електродних камерах і ґрунтовим розчином, а також для виявлення витоків електроліту. Час витримки 15год. Після встановлення гідродинамічної рівно 5 85944 ваги установку підключають до джерела електричного струму. Як джерело живлення використовують однофазний стабілізатор постійної потужності LIDER PS 150 SQ-25. Стабілізатор підключають до електродів установки, контроль електричних параметрів системи в силовому електричному ланцюзі здійснюється амперметром, вольтметром і ваттметром. Після підключення електродів і виходу установки на режим (час виходу на режим 1,5год) здійснюється регулювання сили струму, напруги і встановлення необхідної постійної потужності. У процесі очищення підтримували потуж 6 ність 2,5кВт.год. Очищення проводили при температурі 31°С. Для регулювання ходу очищення, періодично 1 раз на добу відбирали проби електроліту з катодної камери. Процес очищення проводили до вмісту міді в ґрунті рівному 132мг/кг ґрунту, що відповідає ступеню очищення ґрунту 94,4%. Сумарна тривалість очищення шламу від міді при обраній постійній потужності складала 54 доби. Витрата електроенергії складала 840кВт.год/м 3 ґрунту, через те, що в процесі очищення підтримували оптимальну температур у 31°С ( таблиця, приклад 2). Таблиця № пп Вміст міді, мг/кг ґрунту після до очистки очистки Cu Сu 1 2 3 4 2350 2350 2350 2350 146 132 125 116 5 6 7 2350 2350 2350 288 118 115 8 1360 200 Споживана електрична Температура потужність, ґрунту, °С КВт/м ґрунту за винаходом 2 30 2,5 31 3 33 4 37 позамежні значення 1 27 1 28 5 42 за способом [3] – – Аналогічно прикладу за винаходом були проведені досліди з очищення грунту, забрудненого сполуками Сu, при значеннях електричної потужності, як у діапазоні, що заявляється, так і при значеннях поза межами заявленого діапазону (табл. пр.1-6). В якості ґрунту, забрудненого сполуками міді, було використано ґрунт Київського регіону, що був схарактеризований нами як суглинок. Початкова вологість ґрунту складала 19,8%, початкове значення рН дорівнювало 7,6. Встановлено, що значення електричної потужності, які заявляються, забезпечують досить високий ступінь очищення при оптимальній тривалості процесу і низькій витраті електроенергії через малі побічні витрати на нагрівання (температура ґрунту складала 30-37°С) (табл. пр.1-4). Проведення процесу ремедіації при електричній потужності нижчій заявленої, наприклад, 1кВт/м 3 ґрунту, знижує ступінь очищення при збереженні тривалості (різко підвищується залишковий вміст Сu у ґрунті) (табл. пр.5). Слід зазначити, що при збільшенні тривалості електроремедіації Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко Ступінь очистки, % Тривалість очистки, діб Витрата ел. енергії кВт.год/м 3 ґрунту 93,8 94,4 94,5 95,1 54 54 55 58 672 840 1080 1728 90,7 92,8 95,1 56 70 58 384 1425 2160 85,3 70 до 70 діб ступінь очищення підвищується, однак, при цьому зростають енерговитрати, що робить очищення економічно недоцільним (табл. пр.6). Верхня межа електричної потужності обмежена тим, що зростання електричної потужності до 5кВт/м призводить до збільшення витрати електроенергії внаслідок зростання побічних витрат на нагрівання ґрунту (табл. пр.7). Як видно з наведених даних, запропонований спосіб ремедіації ґрунту, у порівнянні з відомим способом [3] дозволяє: - істотно підвищити ступінь очищення - з 85,3% до 93,8-95,1%, тобто на 8,3-9,8%; - значно зменшити витрати часу на процес ремедіації з 70 діб до 54-58 діб, тобто в 1,2-1,3 рази; - проводити процес у найбільш сприятливому температурному діапазоні (30-40°С), що дозволяє знизити енерговитрати на нагрівання ґрунту, а отже знизити витрати електроенергії на процес ремедіації. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601