Спосіб ремедіації ґрунту

1. Спосіб ремедіації ґрунту, що включає електрокінетичну обробку ділянки ґрунту електричним струмом при постійній електричній потужності 23 4кВт/м ґрунту, який відрізняється тим, що ділянку додатково обробляють хімічними модифікаторами, які зміщують потенціал поверхні структурних частинок ґрунту в позитивну область. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як хімічні модифікатори використовують водні розчини аліфатичних спиртів ряду С2-С6 з масовою часткою 0,2-1,5 % або сульфат алюмінію Al2(SO4)3, або нітрат алюмінію Аl(NО3)3 з масовою часткою 0,1-1,0 %. Винахід належить до фізико-хімічних методів очистки ґрунту від забруднень і може бути використаний для ремедіації (відновлення) земельних ділянок. Відомий спосіб очищення ґрунту, який включає вилучення забруднення за допомогою постійного електричного струму при контрольованій напрузі на електродах [A.Li, R.F.Cheung, K.R.Reddy. Cosolvent-enchanced elektrokinetic remediation of soils contaminated with phenanthrene //J. Environ /Engineering. - 2000. - Vol. 126, №6. - P.P.527-533] [1]. Очищення ґрунту проводили в електрокінетичній колонці з використанням модельних забруднень: бутиламіну, тетрагідрофурану й фенатрену, в електричному полі постійного струму напруженістю 1В/см. Після 127 діб ступінь очищення ґрунту від фенантрену досягло лише 43%. Тому недоліком відомого способу є низький ступінь вилучення забруднення при значній тривалості процесу очистки, а також необхідність утилізації великої кількості забрудненої води, що осмотично просочилася через ґрунт під час очистки. Відомий також спосіб електрокінетичного очищення ґрунту шляхом накладання постійного електричного поля від зовнішнього джерела живлення із стабілізацією напруги [Ch.H.Weng, G.Yuan, Н.Н.Тu. Removal of trichhloreethylene from clay soil be series electrokinetic process //Practice Periodical of Hazardous, Toxic and Radioactive Waste Management. - 2003. - Vol. 7, №1. - P.25-30] [2], який включає електрокінетичну обробку ґрунту при фіксованих значеннях напруженості електричного поля 1 і 2В/см. Недоліком способу є те, що зі збільшенням напруги від 1 до 2В/см ступінь вилучення трихлоретилену зростає з 86,4 до 91,3%, при цьому витрати електроенергії збільшуються з 12,6 до 46,2кВт∙год./т ґрунту, тобто підвищення ступеня вилучення на 5% призводить до збільшення тривалості процесу в 3 рази. Таким чином, основним недоліком аналога є істотне збільшення тривалості очищення ґрунту при підвищенні ступеня вилучення забруднення. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю й результатом, що досягається, є спосіб електрокінетичного очищення ґрунту [Патент України №85944, МПК8 В09С1/00, Бюл. №5, опубл. 10.03.2009, бюл. №5] [3], який включає електрокінетичну обробку ґрунту, яку здійснюють при 3 постійній електричній потужності, рівній 2-4кВт/м ґрунту. У результаті виконання способу сумарна тривалість процесу очищення склала 54 доби при ступені очищення 94,4%. Тобто недоліком най (19) UA (11) 96805 (13) C2 (21) a200912460 (22) 02.12.2009 (24) 12.12.2011 (46) 12.12.2011, Бюл.№ 23, 2011 р. (72) КОРНІЛОВИЧ БОРИС ЮРІЙОВИЧ, ЗАВГОРОДНІЙ ВОЛОДИМИР АНДРІЙОВИЧ, СПАСЬОНОВА ЛАРИСА МИКОЛАЇВНА, МАКОВЕЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ЛАВРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) A. Li, R.F. Cheung, K.R. Reddy. Cosolventenchanced elektrokinetic remediation of soils contaminated with phenanthrene //J. Environ /Engineering. - 2000. - Vol. 126, № 6. - P.P. 527-533, 13 стор. UA 85944 C2 10.03.2009 RU 2172531 C1 20.08.2001 3 96805 ближчого аналогу є низький ступінь вилучення забруднення, тривалий термін електрокінетичної обробки та значні енерговитрати. В основу винаходу поставлена задача підвищення швидкості та ступеня вилучення із ґрунту катіонів важких металів та радіонуклідів за рахунок зміни величини потенціалу поверхні частинок ґрунту шляхом поєднання електрокінетичної очистки ґрунту електричним струмом постійної потужності 3 2-4кВт/м ґрунту з обробкою ділянки ґрунту хімічними реагентами. Поставлена задача вирішується тим, що у способі ремедіації ґрунту, який включає електрокінетичну обробку ділянки ґрунту електричним струмом при постійній електричній потужності 23 4кВт/м ґрунту, новим є те, що ділянку додатково оброблюють хімічними модифікаторами потенціалу поверхні структурних частинок ґрунту. Новим також є те, що як хімічні модифікатори потенціалу використовують реагенти, що зміщують потенціал поверхні структурних частинок ґрунту в позитивну область і ними є водні розчини аліфатичних спиртів ряду С2-С6 - з масовою часткою 0,21,5% або сульфату алюмінію Al2(SO4)3 чи нітрату алюмінію Аl(NО3)3 з масовою часткою 0,2-1,0%. Здійснення процесу ремедіації ґрунту струмом постійної потужності, але спільно з обробкою хімічними реагентами в пропорціях, що заявляються, веде до зміни величини потенціалу поверхні частинок ґрунту, що дозволяє подолати електростатичне та адсорбційне утримування катіонів забруднення на поверхні структурних частинок ґрунту та сприяє інтенсифікації електрокінетичного процесу, за рахунок чого, в порівнянні з відомим способом, скорочується тривалість процесу ремедіації при забезпеченні високого ступеня очищення, а також при зменшенні енерговитрат. Спосіб може бути реалізований наступним чином. На земельній ділянці, забрудненій важкими металами і радіонуклідами, бурять шурфи під електродні блоки - анодні та катодні. Електродні блоки складаються із циліндричних, жорстких фільтруючих елементів, обладнаних гідравлічною арматурою і електродами. Після установки блоків в шурфи, камери електродних блоків заповнюють електролітом, утворюючи електрокінетичну ванну: анод-аноліт - рідка фаза ґрунту - католіт-катод. 4 На електроди подають постійний струм заданої потужності від зовнішнього джерела живлення. Під дією електричного поля у ванні формуються електроміграційний та електроосмотичний потоки. В анодну камеру подають водний розчин реагентів, що заявляються. Іони названих реагентів включаються в електроміграційний та електроосмотичний потоки і в процесі руху крізь ґрунт взаємодіють з елементами його поверхні, зсуваючи поверхневий електричний потенціал в бік позитивної області, що призводить до послаблення сорбції катіонів забруднення, які переносяться в катодну камеру, звідки їх у складі католіту направляють в накопичувальну ємність. Надалі процес ремедіації ґрунту проводять в режимі, що заявляється, безперервно протягом 27 діб. Поточний контроль за вилученням забруднення із ґрунту проводять шляхом аналізу проб католіту методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на приладі марки С-115М1 відповідно до інструкції. Кількість забруднення (mn), вилученого за n діб визначають, користуючись співвідношенням: n mn  Q  kn   qn  Cn , 1 mn - маса забруднення, вилученого із проби за n діб, мг; n - кількість діб, за яку визначається mn; Q=const - об'єм католіту, що циркулює в като3 дній гілці електрокінетичної ванни, дм ; 3 qn - подобовий об'єм відібраного католіту, дм ; kn - вміст забруднення в католіті на n-ну добу, 3 мг/дм ; Сn - подобовий вміст забруднення в католіті, 3 мг/дм . Процес ремедіації вважають закінченим, коли кількість вилученого забруднення сягає 96 %. Ступінь очищення (К) визначають із виразу: K=[(a1-a2)/а,]-100%, де a1, a2 - вміст забруднення у вихідному та очи(d) щеному ґрунтах, відповідно, мг/кг ; де (d) означає «сухий ґрунт». Ступінь вилучення забруднення на прикладі міді (Сu) і тривалість процесу ремедіації ґрунту при різних режимах хімічної обробки наведено в таблиці 1. Таблиця 1 № п/п Тривалість ремедіації, діб Подобовий об'єм 3 ЕОПР, дм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2,98 2,82 2,44 1,80 1,40 1,68 1,65 1,38 1,55 1,60 Подобовий вміст міді, мг/дм В пробах ЕОПР 10,0 14,0 21,0 19,0 16,0 15,0 16,0 14,0 16,0 17,0 3 В пробах католіту 12,0 15,0 20,0 18,0 15,0 15,0 15,0 14,0 16,0 17,0 Кількість вилученого забруднення мг % 47,8 9,6 91,8 18,4 151 30,1 182 36,3 200 39,9 225 45,0 251 50,2 269 53,8 297 59,4 326 65,1 5 96805 Приклад виконання способу за винаходом. 3 0,5м ґрунту, що містить 31,6% мулу і глини та 14% вологи, забруднювали точково сполуками міді (CuSO4∙2H2O) на глибині 0,3м і на ділянці площею 2 1м . Розрахована концентрація міді в активній зоні (d) ґрунту складала в середньому 112мг/кг . Загальна маса забрудненого ґрунту складала 4,3кг, а маса міді - 500мг. Вилучення міді із ґрунту здійснювали електрокінетично. Електродні блоки діаметром 75мм та довжиною 500 мм встановлювали вертикально в попередньо вибурені в ґрунті шурфи глибиною 500мм. Катодні блоки встановлювали симетрично з обох боків від анодного блоку на відстані 450мм. Камери катодних блоків заповнювали 3М розчином оцтової кислоти, а анодних - 1,5% розчином пропілового спирту С3Н7-ОН. Як катоди використовували стрижні із нержавіючої сталі марки 10Н18Х діаметром 14мм, довжиною 550мм; як аноди - пластини з титану марки ВТ-1 розмірами 520×30×8 мм, покриті діоксидом марганцю. Як джерело живлення використовували стабілізатор потужності постійного струму марки Lider PS 150 CQ-25. Діапазон використаних величин напруженості електричного поля 0,5-3,5В/см; 2 густини струму 1,1-5,5мА/см . Тривалість обробки 27 діб. 6 Анодні і катодні камери обладнані датчиками контролю рівня електроліту і гідравлічними системами, до яких входять насоси, електричні клапани та буферні ємності. Перед під'єднанням електродів до джерела електричного живлення, електродні камери заповнювали реагентами: анодні - водним розчином пропілового спирту (1,5%), а катодні - 3М розчином оцтової кислоти. Потім вмикали електричний струм. За допомогою регулятора потужності встановлювали необхідні електричні параметри процесу. Температуру ґрунту контролювали термометром, не допускаючи її підвищення за межу 40°С. Ефективність очищення визначали аналізом проб католіту, а після закінчення експерименту дослідженням зразків ґрунту, взятих на різних відстанях від катоду. Аналіз елюату та зразків ґрунту проводили атомно-абсорбційним методом. Процес очищення контролювали шляхом періодичного (1 раз на добу) відбору проб католіту і проводили до досягнення вмісту міді в елюаті, рівному 483 мг, що за ступенем очистки складає 96,8%. При цьому температура ґрунту не перевищувала 31°С. Сумарна тривалість очищення складала 27 діб. Дані про хід вилучення міді наведені в таблиці 2. Таблиця 2 № п/п Тривалість ремедіації, діб Подобовий об'єм 3 ЕОПР, дм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 1,56 1,48 1,43 1,45 1,43 1,50 1,46 1,49 1,39 1,30 1,32 1,44 1,31 1,28 1,19 1,25 1,22 Подобовий вміст міді, мг/дм В пробах ЕОПР 17,0 16,0 14,0 14,0 11,0 10,0 8,50 6,50 6,20 3,70 3,74 3,37 3,00 2,62 2,25 1,87 1,50 Аналогічно проводили очистку ґрунту з використанням інших реагентів, що заявляються. Використання способу, що заявляється, скорочує Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 3 В пробах католіту 17,0 16,0 14,0 14,0 11,0 10,0 8,00 6,00 5,00 3,80 4,49 4,12 3,74 3,37 3,00 2,62 2,25 Кількість вилученого забруднення мг % 352 70,4 374 74,9 391 78,3 412 82,3 423 84,6 436 87,3 446 89,1 452 90,5 460 91,9 463 92,5 469 93,7 473 94,6 476 95,2 479 95,8 481 96,2 483 96,6 484 96,8 тривалість процесу ремедіації в 1,5-2,0 рази при забезпеченні ступеня очищення ґрунту до 94-96%. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601