Устройство для биоэлектрической очистки грунта от органических загрязнений

 

Изобретение относится к биоэлектрическим средствам ликвидации нефтяных загрязнений и может быть использовано для очистки грунтов преимущественно нарушенной структуры (ех-situ). Устройство для биоэлектрической очистки грунта от органических загрязнений содержит анод и катод, установленные в очищаемой зоне и соединенные с источником постоянного тока, емкость для сбора жидкости у катода и систему подачи раствора нефтеокисляющих организмов. Устройство также снабжено датчиком температуры, установленным в области анода, и блоком включения-выключения источника постоянного тока, при этом датчик температуры соединен с входом этого блока. Технический эффект - создание устройства для биоэлектрической очистки грунта, которое обеспечивает благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, а также снижает потребление электроэнергии. 2 ил.

Изобретение относится к биоэлектрическим средствам ликвидации нефтяных загрязнений и может быть использовано для очистки грунтов преимущественно нарушенной структуры (ex-situ).

Известно устройство для очистки загрязненной почвы, содержащее введенные в почву и подпочвенный слой электроды, к которым подключен источник постоянного тока, см. авт. св. СССР 1708196 по кл. A 01 G 25/00 от 23.04.90. Устройство содержит емкость для промывной воды, выполненную в виде бассейна, ограниченного земляными валиками по периметру очищаемой площади.

Устройство обеспечивает связывание катионной части загрязнений (тяжелых металлов, радионуклидов) в глинах, а анионы связываются с обменным кальцием и дают труднорастворимые соединения. Это является следствием электроосмотического движения растворов в глинах.

Однако следует отметить, что устройство не обеспечивает эвакуацию загрязнителей. Оно лишь предотвращает их миграцию и уменьшает концентрацию тяжелых металлов и радионуклидов в зоне корнеобитания. То есть загрязнения вообще не удаляются, а переводятся в связанном виде из почвы в подпочвенный слой.

Известно устройство для очистки капиллярно-пористой среды, включающее введенные в очищаемую среду электроды - аноды и катоды, к которым подключен источник постоянного тока. Устройство содержит емкость для очищающей жидкости с распределительной системой в виде труб, которые выведены в зону очистки капиллярно-пористой среды через аноды; аноды выполнены в виде перфорированных труб; имеется коллектор для сбора выделяющейся у катодов жидкости, выполненный в виде емкости, сообщающейся с полостями катодов, представляющих собой перфорированные трубы, патент США 5074986 от 24.12.91.

При работе устройства под действием постоянного электрического тока возникает электроосмотическое движение жидкости, при этом осуществляется эффективная очистка почвы от тяжелых металлов и фенолов. С помощью устройства могут удаляться в той или иной степени свободно лежащие, не вошедшие в структуру грунта тяжелые фракции нефти. Загрязнения собираются в коллекторе и затем удаляются вместе с отработанной жидкостью.

Однако устройство по патенту США не обеспечивает удаление из очищаемой среды легких, средних и тяжелых фракций нефти, вошедших в структуру грунта. При этом очищающая жидкость после ее поступления в коллектор теряется вместе с загрязнителями. Повторное ее использование конструкцией этого устройства не предусмотрено. Если в качестве очищающей жидкости используется раствор реагентов, влияющих на загрязнители почвы в процессе ее очистки, то это обстоятельство обусловливает нерациональную трату этих реагентов.

Известно также устройство для очистки капиллярно-пористой среды, включающее введенные в очищаемую среду электроды - аноды и катоды, к которым подключен источник постоянного тока, емкость для очищающей жидкости с распределительной системой, выведенной в зону очистки капиллярно-пористой среды, и коллектор для сбора выделяющейся у катода жидкости; коллектор соединен посредством магистрали с распределительной системой, выведенной в зону очистки капиллярно-пористой среды, при этом емкость для очищающей жидкости содержит раствор нефтеокисляющих микроорганизмов. Магистраль, соединяющая коллектор для сбора выделяющейся у катода жидкости с распределительной системой, выведенной в зону очистки, может содержать фильтр. Электроды могут быть выполнены в виде горизонтальных перфорированных пластин, размещенных в открытом сверху корпусе, анод расположен над катодом, катод размещен над днищем корпуса, при этом коллектор для сбора выделяющейся у катода жидкости образован между катодом и днищем корпуса, см. патент RU 2100485 по кл. C 25 C 1/22 от 17.07.96.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Его недостатком является необходимость непрерывного пропускания электрического тока без учета температуры очищаемого грунта, это ведет к перегреву грунта и может вызвать гибель нефтеокисляющих микроорганизмов; кроме того, при непрерывном пропускании электрического тока реакция грунта вблизи анода изменяется в сторону повышения кислотности, а в зоне катода - в противоположную сторону, что неблагоприятно для микроорганизмов; существенным недостатком известного устройства является также избыточное потребление электроэнергии.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания устройства для биоэлектрической очистки грунта, которое обеспечило бы благоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов, а также снижение потребных затрат электроэнергии.

Согласно настоящему изобретению, эта задача решается за счет того, что устройство для биоэлектрической очистки грунта от органических загрязнении, содержащее анод и катод, установленные в очищаемой зоне и соединенные с источником постоянного тока, емкость для сбора жидкости у катода и систему подачи раствора нефтеокисляющих организмов, снабжено датчиком температуры, установленным в области анода, и блоком включения-выключения источника постоянного тока, при этом датчик температуры соединен с входом этого блока.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения исключается перегрев грунта; в перерывах при подаче электроэнергии происходит диффузионное выравнивание (восстановление) pH очищаемого грунта; тем самым обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов как с точки зрения оптимальной температуры, так и в отношении кислотности очищаемой среды.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 дана общая схема устройства; очищаемый грунт сложен в штабель на поверхности земли; на фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1, грунт сложен в штабель в котловане, из которого он был удален.

Устройство содержит анод 1 и катод 2, установленные в очищаемый грунт 3 и соединенные с источником 4 постоянного тока через блок 5 включения-выключения источника 4 питания. В области анода 1 размещен датчик 6 температуры, соединенный с управляющим входом блока 5. Блок 5 представляет собой управляемое реле.

Система подачи раствора нефтеокисляющих микроорганизмов (в конкретном примере использован раствор, содержащий консорциум микроорганизмов Pseudomonas Putida и Pseudomonas fluorescence при массовом соотношении 5 и 9 мас. % соответственно, биопрепарат разведен водой в концентрации 10 г/л, литр водного раствора составил 1•10^'' кл/мл, температура исходного раствора составила 22 - 25^oC) включает емкость 7 с насосом 8, соединенные между собой магистралью 9. Выход насоса 8 соединен магистралью 10, снабженной вентилем 11, с трубопроводом 12, который соединен с инъекторами 13, 14 и 15, введенными в очищаемый грунт 3. Парогенератор 16 снабжен магистралью 17 с вентилем 18, введенной в грунт 3. Нижний инъектор 15 снабжен сливным патрубком 19, снабженным вентилем 20. Патрубок 19 выведен в накопительную емкость 21. Из емкости 21 через магистраль 22 с помощью насоса 23 откачивается отработанный раствор, который по магистрали 24 подается в сепаратор 25. Сепаратор 25 соединен магистралью 26 с резервуаром 27. Резервуар 27 магистралью 28 соединен с входом насоса 29, выход которого посредством магистрали 30 с вентилем 31 соединен с магистралью 12.

Устройство работает следующим образом.

В конкретном примере осуществлялась очистка грунта, загрязненного бензином и дизельным топливом, в осенне-зимний период при температуре воздуха от +2 до -20^oC. Грунт после экскавации был уложен в штабель высотой 2,7 м. Ширина штабеля составила 9 м, длина 25 м, углы откоса -50^o. Гидроизоляция штабеля выполнена полиэтиленовой пленкой толщиной 2 мм. Поверхность штабеля покрыта полиэтиленовой пленкой с воздушными пузырьками для теплоизоляции грунта. Сверху штабель накрыт брезентом. Напряжение источника 4 постоянного тока -200В. Начальная концентрация нефтепродуктов составляла 4500 мг/кг.

В условиях низких температур (ниже 3 - 5^oC) производят предварительный разогрев грунта 3 паром. Пар подают от парогенератора 16 по магистрали 17 в грунт 3. После нагрева грунта до температуры выше 10^oC из емкости 7 с помощью насоса 8 подают раствор нефтеокисляющих микроорганизмов в инъекторы 13, 14 и 15, снабженные перфорацией в зоне грунта 3. Затем включают источник 4 постоянного тока. Под влиянием электрического тока осуществляется электроосмотическое перемещение поровой влаги раствора и содержащихся в нем микроорганизмов от анода 1 к катоду 2. Температура грунта повышается. При достижении температуры грунта заданного значения (25 - 35^oC) датчик 6 выдает сигнал на блок 5 включения-выключения источника 4 постоянного тока. При отключении источника 4 происходит диффузионное выравнивание (восстановление) значений pH в очищаемой зоне, температура грунта несколько понижается. Раствор микроорганизмов и поровая влага вследствие электроосмотического и гидравлического переносов движутся сверху вниз, попадают через перфорацию в инъектор 15 и через сливной патрубок 19 при открытом вентиле 20 попадают в емкость 21, откуда с помощью насоса 23 закачиваются в сепаратор 25. Очищенный раствор поступает из сепаратора 25 в резервуар 27, где контролируется и при необходимости обогащается микроорганизмами и питательными веществами. Восстановленный раствор с помощью насоса 29 снова подается через инъекторы 13, 14 и 15 в очищаемый грунт 3. При снижении температуры ниже минимальных значений (15 - 25^oC) датчик 6 включает источник 4 постоянного тока, цикл повторяется.

Обработка грунта производилась в течение 120 суток. За это время через грунт прошло 300 м³ раствора. При отключенном парогенераторе 16 через магистраль 17 с помощью компрессора (не показан) осуществляют аэрацию очищаемого грунта 1-3 ч в сутки при давлении 0,2 бар. При отключенном компрессоре из магистрали 17 с помощью вакуумного насоса (не показан) в течение 10 ч ежедневно осуществлялась экстракция паров летучих фракций загрязнителей при давлении вакуума 0,3 бар. Адсорбция экстрагированных паров осуществлялась с помощью активированного графита.

Удельные затраты электроэнергии составили 60 кВт•ч/м³ (против 100 кВт•ч/м³ в устройстве-прототипе).

Концентрация загрязнителей в конце обработки составила 80 мг/кг.

Штабель очищаемого грунта может быть сформирован также в котловане, откуда он был извлечен (фиг. 2) - сливная система условно не показана. При этом электроды и инъекторы могут быть извлечены из грунта после окончания обработки без повторной экскавации грунта.

Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Устройство для биоэлектрической очистки грунта от органических загрязнений, содержащее анод и катод, установленные в очищаемой зоне и соединенные с источником постоянного тока, емкость для сбора жидкости у катода и систему подачи раствора нефтеокисляющих организмов, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком температуры, установленным в области анода, и блоком включения - выключения источника постоянного тока, при этом датчик температуры соединен с входом этого блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2