СПОСОБ ОЧИСТКИ ГРУНТА ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК C25C1/22 B09C1/00 

Изобретение относится к области электроосмотической очистки капиллярно-пористых сред, в частности грунтов, загрязненных нефтью, нефтепродуктами, фенолами и другими органическими веществами.

Известен способ очистки грунта от органических загрязнений путем введения в грунт электродов и подачи к ним постоянного электрического тока (см., например, авт. св. СССР N 1708196, кл. A 01 G 25/00, 1990). При этом в зону очистки вводят специальный раствор для промывки. Благодаря электроосмотическому движению растворов обеспечивается связывание катионной части загрязнений в глинах, а анионов - с обменным кальцием (с образованием трудно растворимых соединений). Однако эвакуации загрязнителей при этом не происходит (загрязнения лишь переводятся в связанном виде из почвы в подпочвенный слой). Благодаря реализации способа лишь предотвращаются миграция и увеличение концентрации тяжелых металлов и радионуклидов.

Известен также способ очистки грунта от органических загрязнений, например нефтепродуктов, путем введения в очищаемый грунт электродов, подачи к электродам постоянного электрического тока и введения в зону очистки очищающего раствора (см. патент США N 5074986, кл. C 25 C 1/22 (U.S.CI-204/130), 1991.

Недостаток этого способа обусловлен тем, что он не обеспечивает удаления из очищаемой среды легких, средних и тяжелых фракций нефти, прочно связанных с частицами грунта.

Известен способ очистки грунта от органических загрязнений, например нефтепродуктов, путем введения в очищаемый грунт электродов, подачи к электродам постоянного электрического тока и введения в зону очистки очищающего раствора, содержащего микроорганизмы - деструкторы нефти (см. заявку на выдачу патента РФ N 96115093/02 (021565), кл. C 25 C 1/22, 1996, решение о выдаче патента от 05.01.1997 г.). При реализации этого способа повышается эффективность очистки и обеспечивается многократное использование рабочей жидкости. Данное техническое решение принято за прототип.

Основным недостатком данного способа является то обстоятельство, что загрязнения разлагаются в зоне очистки под действием микроорганизмов лишь частично. Значительную часть загрязнений отделяют от раствора, удаленного из полости катодов (электродов, подключенных к отрицательному полюсу источника тока), с помощью центрифуги. При этом возникают проблемы транспортировки, утилизации или ликвидации этих загрязнений. Кроме того, при подаче электрического тока к электродам происходит разложение воды с выделением кислорода на анодах (электродах, подключенных к положительному полюсу того же источника). Электрические силы увлекают поток жидкости с кислородом к катоду, однако ввиду диффузионных процессов происходит локализация кислорода на поверхности грунта в зоне скважины. Таким образом, выделяющийся вследствие электролиза кислород не распределяется равномерно по всему объему зоны очистки. Это ухудшает условия питания аэробных микроорганизмов и снижает эффективность процессов окисления органических загрязнений. Кроме того, очищающий раствор, циркулируя между анодами и катодами, периодически подвергается в приэлектродных зонах воздействию среды с резко различными значениями водородного показателя (pH). Это негативно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов и снижает эффективность очистки.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания такого способа очистки грунта от органических загрязнений, в котором обеспечивалось бы их полное разложение в зоны очистки и предотвращалось попадание очищающего раствора в зоны с повышенными или пониженными значениями pH.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе очистки грунта от органических загрязнений, например нефтепродуктов, путем введения в очищаемый грунт электродов, пропускания между электродами через грунт постоянного электрического тока и введения в зону очистки очищающего раствора, например раствора окисляющих загрязнение микроорганизмов, направление пропускаемого между электродами через грунт постоянного электрического тока периодически меняют; в зоне очистки обеспечивают условия жизнедеятельности микроорганизмов путем поддержания температуры в пределах 15-40^oC; в зону очистки может периодически подаваться воздух под давлением, при этом отфильтровывают возникающие испарения органических загрязнений; в зону очистки могут быть введены вещества (например, водный раствор перекиси водорода), выделяющийся в процессе их разложения кислород.

В результате анализа имеющихся у заявителя источников патентной и научно-технической информации не выявлены какие-либо аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения) объект приобретает следующие важные новые свойства (технический результат):
- благодаря периодической перемене полярности очищающий раствор и почвенная влага совершают многократные колебательные перемещения между электродами; при этом загрязненный раствор не выносится из зоны очистки; загрязнения, содержащиеся в нем, с течением времени разлагаются до минимальных значений, что устраняет проблему их утилизации или ликвидации;
- многократный колебательный процесс в зоне очистки способствует повышению ее эффективности благодаря как механическому перемешиванию влаги в грунте, так и более равномерному распределению кислорода по всей зоне очистки;
- поскольку очищающий раствор, содержащий микроорганизмы, в основном не попадает в зоны с экстремальными значениями pH, увеличивается время активной деятельности микроорганизмов и возрастает эффективность способа в целом.

Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достижение указанного выше технического результата. Это обусловливает, по мнению заявителя, соответствие предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дана схема, иллюстрирующая реализацию предложенного способа.

В зону очистки грунта, загрязненного в конкретном примере бензином и дизельным топливом с общей концентрацией 5 г/кг, вводят электроды. Глубина загрязнения 0-1,5 м, площадь загрязнения 14 м². Электроды разбиты на две группы 1 и 2, по шесть электродов в каждой, длина электрода 1,5 м, диаметр 50 мм. Электроды изготовлены из ферросилидового сплава, характеризующегося весьма малым коэффициентом анодного растворения. Расстояние между соседними электродами внутри группы 1 и группы 2 составляет 1,2 м, а расстояние между электродами группы 1 и электродами группы 2 составляет 2 м.

Источник 3 постоянного тока состоит из силового трансформатора и тиристорного выпрямителя. Выходное напряжение 150 В. Электроды соединены с источником 3 постоянного тока через блок коммутации 4, позволяющий менять полярность.

Очищающий раствор из резервуара 5 попадает по магистрали 6 в пластмассовые трубы 7, размещенные между электродами обеих групп. Трубы 7 снабжены перфорацией в нижней части, диаметр труб составляет 40 мм.

Для подачи воздуха в зону очистки используют компрессор 8, который сообщается с трубами 7 через магистраль 6.

Способ реализуют следующим образом. В зону очистки из резервуара 5 подают очищающий раствор, содержащий в конкретном примере широко известный биопрепарат "Путидойл" в количестве 50 л концентрацией микроорганизмов 1 - 10 г/л с титром 1•10⁸ - 1•10¹² кл/мл. При этом вентиль 10 открыт, а вентиль 9 закрыт. Раствор проходит через магистраль 6 и поступает в трубы 7, а затем проходит через их перфорацию в грунт. К электродам подключают источник питания 3: в начале, например, к электродам группы 1 подсоединяют положительный полюс, а к электродам группы 2 - соответственно отрицательный полюс источника питания.

Вблизи поверхности соприкосновения поровой влаги, присутствующей в грунте, со стенками поры всегда существует двойной электрический слой, то есть две системы разноименно заряженных частиц, анионов и катионов. Эти системы зарядов представляют собой обкладки двойного электрического слоя. Одна из этих обкладок, образованная анионами, адсорбционно связана со стенками поры и практически не может смещаться относительно них под действием электрического поля. Другая "диффузионная" обкладка, образованная катионами, расположена в жидкости, заполняющей пору, и способна перемещаться под действием электрических сил, создаваемых с помощью электродов. В результате перемещения ионов возникает электроосмотический поток жидкости, состоящий из почвенной влаги и очищающего раствора. Этот поток увлекает органические загрязнения в направлении от электродов группы 1 к электродам группы 2. Особенностью электроосмотического процесса является высокая эффективность в тонкопористых глинистых грунтах.

Через некоторое время (в конкретном примере - через семь суток) с помощью блока 4 коммутации меняют полярность электродов групп 1 и 2. При этом электроосмотический поток также меняет свое направление. Через семь суток полярность снова меняют и таким образом процесс продолжался в конкретном примере 60 сут.

Ток изменялся в пределах 7-20 A, температура в зоне очистки возросла с 16 до 35^oC и поддерживалась постоянно с небольшими (1-2^oC) колебаниями около этого значения.

В результате обработки концентрация нефтепродуктов была снижена до значений, не превышающих 80 мг/кг, после чего процесс был остановлен.

Для повышения эффективности процесса окисления и удаления углеводородных пленок, которые образуются на поверхности грунтовой влаги, скапливающейся, например, над катодными электродами, периодически (2 раза в сутки по часу) в зону очистки подавался воздух от компрессора 8 с давлением 1-2 ат. При этом вентиль 9 был открыт, а вентиль 10 закрыт. Возникающие испарения углеводородов отфильтровывали с помощью угольных фильтров, тем самым предотвращая попадание этих испарений в атмосферу. Если аэрация недостаточна, например, на больших глубинах, то для повышения эффективности окисления в зону очистки вводят вещества, выделяющие в процессе их разложения кислород. Для этого может быть, например, использован 10-20% раствор перекиси водорода.

Для реализации предложенного способа применяются обычное промышленное оборудование, любые известные биопрепараты, содержащие микроорганизмы - деструкторы нефти, нефтепродуктов и других органических веществ.

Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к средствам очистки грунтов от органических загрязнений. Способ предусматривает введение в грунт электродов, пропускание между электродами через грунт постоянного электрического тока и введение в зону очистки очищающего раствора, например окисляющих загрязнение микроорганизмов; направление подаваемого к электродам постоянного электрического тока периодически меняют; в зону очистки периодически подают воздух под давлением; в зону очистки вводят вещества, выделяющие в процессе их разложения кислород. Изобретение обеспечивает полное разложение загрязнений в зоне очистки, исключает необходимость их транспортировки и ликвидации, повышает эффективность процесса очистки. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки грунта от органических загрязнений, например нефтепродуктов, путем введения в очищаемый грунт электродов, пропускания между электродами через грунт постоянного электрического тока и введения в зону очистки очищающего раствора, например раствора окисляющих загрязнение микроорганизмов, отличающийся тем, что направление пропускаемого между электродами постоянного электрического тока периодически меняют. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне очистки обеспечивают условия жизнедеятельности микроорганизмов путем поддержания температуры в пределах 15 - 40^oC. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зону очистки периодически подают воздух под давлением, при этом отфильтровывают возникающие испарения органических загрязнений. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зону очистки вводят вещества, выделяющие в процессе их разложения кислород. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в электродные скважины периодический подают воздух, обеспечивающий удаление углеводородных пленок, для предотвращения попадания углеводородных пленок в атмосферу над поверхностью скважин устанавливают угольные фильтры.