Устройство для очистки капиллярно-пористой среды

 

Изобретение относится к электроосмотической технике и предназначено для очистки объектов окружающей среды, имеющих капиллярно-пористую структуру (почвы, грунты и др.), загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Устройство для очистки капиллярно-пористой среды включает электроды - анод и катод, к которым подключен источник постоянного тока, емкость для очищающей жидкости, в качестве которой используется раствор нефтеокисляющих микроорганизмов. Устройство может иметь емкость для очищаемой среды, в которой располагаются горизонтально анод над катодом, выполненные перфорированными, а коллектор образован днищем корпуса и размещенным над ним катодом. Использование изобретения обеспечивает эффективную очистку капиллярно-пористой среды, загрязненной как тяжелыми металлами, так и средними и легкими фракциями нефти. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроосмотической технике и предназначено для очистки объектов окружающей среды, имеющих капиллярно-пористую структуру (почвы, грунты, шламы и т.п.), загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Известно устройство для очистки загрязненной почвы, содержащее введенные в почву и подпочвенный слой электроды, к которым подключен источник постоянного тока [1] 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 глины.

Однако следует отметить, что устройство не обеспечивает эвакуацию загрязнителей. Оно лишь предотвращает их миграцию и уменьшает концентрирование 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 электрического 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 [2] Это устройство принято нами за прототип настоящего изобретения.

При работе устройства под действием постоянного электрического тока возникает электроосмотическое движение жидкости, при этом осуществляется эффективная очистка почвы от тяжелых металлов, уксусной кислоты, 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.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания такого устройства для очистки капиллярно-пористой среды, базирующегося на использовании электроосмотического эффекта, которое обеспечило бы многократное использование очищающей жидкости и позволило бы осуществить эффективную очистку капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для очистки капиллярно-пористой среды, включающем введенные в очищаемую среду электроды аноды и катод, 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.

Анализ уровня техники, включающий поиск по источникам патентной и научно-технической информации, позволяет ввиду отсутствия аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам изобретения, 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): обеспечивается циркуляция и соответственно многократное использование рабочей жидкости, что позволяет повторно использовать содержащиеся в ней очищающие капиллярно-пористую среду вещества, в данном изобретении - нефтеокисляющие микроорганизмы; благодаря тому, что емкость для очищающей жидкости содержит в качестве последней раствор нефтеокисляющих микроорганизмов, происходит эффективная очистка среды от нефти и нефтепродуктов до допустимого уровня; эффективность микробиологической очистки, в свою очередь, повышается ввиду воздействия на этот процесс электроосмотического движения жидкости, при этом обеспечивается диссипация микроорганизмов на заданную глубину по всей зоне очистки, увеличивается уровень содержания кислорода в этой зоне в связи с его выделением в процессе электролиза и благодаря интенсивной циркуляции очищающей жидкости.

Заявителем не установлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достижение указанного выше технического результата.

Эти обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие предложенного технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 вариант устройства по п.2 формулы с горизонтальным размещением электродов.

Устройство в конкретном примере реализации включает анод 1, выполненный в виде трубы с внутренним диаметром 50 мм, введенной в очищаемую среду, в частности в почву, на глубину 1 м. Находящаяся над поверхностью почвы часть анода 1 выполнена сплошной, погруженная в почву снабжена перфорацией. Катод 2 также выполнен в виде трубы, погруженной в почву на глубину 1 м и снабженной перфорацией в заглубленной в грунт части. Внутренний диаметр катода 2 80 мм. К аноду 1 и катоду 2 подключен источник 3 постоянного электрического тока с напряжением 300 В, состоящий из силового трансформатора и тиристорного выпрямителя. Соединение источника 3 с электродами осуществлено посредством токопроводов 4. Расстояние между анодом и катодом 1,5 м. Устройство содержит емкость 5 для очищающего раствора, которая снабжена распределительной системой 6, выведенной в зону очистки. Коллектором 7 для сбора выделяющейся у катода 2 жидкости служит верхняя часть катода 2, которая не имеет перфорации. Коллектор 7 посредством магистрали 8, в которую включены центробежный насос 9 и центрифуга 10, сообщается с распределительной системой 6. Емкость 5 содержит раствор 11 нефтеокисляющих микроорганизмов. В конкретном устройстве, описываемом в качестве примера реализации, использован раствор, содержащий консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов: Pseudomonas putida ПИ Ко-1 и Pseudomonas fluorescence ПИ-896 при массовом соотношении 5 и 9 мас. соответственно. В качестве минеральных добавок применены: аммофос 1 мас. и карбамид 2 мас. Биопрепарат разведен водой в концентрации 9 г/л, при этом титр водного раствора составляет 1·10¹¹ кл/мл. Температура раствора составляет 20-22^oC.

В варианте устройства по фиг.2 анод 1 и катод 2 выполнены в виде горизонтальных перфорированных пластин, размещенных в открытом сверху коробчатом корпусе 12. Анод 1 расположен сверху, катод 2 снизу. Расстояние между катодом 2 и днищем корпуса 12 составляет 150 мм. Коллектор 7 в этом случае образован между катодом 2 и днищем корпуса 12. Этот вариант устройства предназначен для очистки грунтов с нарушенной структурой. Очищаемый грунт размещен как между анодом 1 и катодом 2, так и над анодом 1. Расстояние между анодом и катодом составляет 1,2 м.

Устройство работает следующим образом. Из емкости 5 раствор 11 с нефтеокисляющими микроорганизмами поступает через распределительную систему 6 в зону очистки, частично непосредственно, частично через перфорированный участок анода 1, заглубленный в грунт. К аноду 1 и катоду 2 подключают источник 3 постоянного электрического тока. Создается электрическое поле с напряженностью 200 В/м.

В почве, загрязненной нефтью, имеются несмешивающиеся жидкости вода и нефть. На границе раздела "частицы грунта вода", "вода нефть" образуются двойные электрические слои. Движение ионов двойных электрических слоев приводит к перемещению границы раздела двух жидкостей. Ионы, движущиеся в воде, вовлекают в движение поровую влагу, содержащуюся в почве, раствор 11 с нефтеокисляющими микроорганизмами, а также частично нефть. Таким образом создается упорядоченное электроосмотическое движение раствора 11 с микроорганизмами и нефти от анода к катоду. Сначала в катодах 2 собирается поровая влага. Затем происходит распределение по всей зоне очистки раствора 11 с нефтеокисляющими микроорганизмами. Микроорганизмы разлагают углеводороды нефти на углекислый газ и воду. Под действием электроосмотических сил они в процессе работы устройства собираются в полости катодов 2 и в коллекторе 7, откуда с помощью насоса 9 по магистрали 8 снова подаются в распределительную систему 6. В случае необходимости раствор очищается от загрязнений с помощью центрифуги 10.

Описанный цикл повторяется до того момента, когда будет достигнута требуемая степень очистки почвы. Раствор 11 нефтеокисляющих микроорганизмов в процессе работы устройства может периодически обогащаться с доведением его концентрации до исходных значений.

Вариант устройства по фиг. 2 работает аналогичным образом. Раствор 11 орошает грунт, расположенный над анодом 1, и затем через перфорацию в аноде 1 проникает в грунт, находящийся между анодом 1 и катодом 2. В результате электроосмотических процессов жидкость с нефтеокисляющими микроорганизмами собирается в коллекторе 7 между катодом 2 и днищем корпуса 12 и снова подается в распределительную систему 6.

После окончания процесса очистки грунт удаляют и на его место укладывают следующую порцию грунта, подлежащего очистке.

Предложенное устройство обеспечивает циркуляцию очищающей жидкости - раствора нефтеокисляющих микроорганизмов, при этом происходит многократное использование этого раствора и соответственно экономится микробиологический препарат. Устройство обеспечивает эффективную очистку капиллярно-пористой среды, загрязненной как тяжелыми, так и средними и легкими фракциями нефти.

Устройство может быть изготовлено с применением обычных конструкционных материалов в заводских условиях, что определяет, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Устройство для очистки капиллярно-пористой среды, содержащее анод и катод, установленные в очищаемой среде и соединенные с источником постоянного тока, емкость с очищающей жидкостью и соединенную с ней распределительную систему, размещенную над зоной очистки капиллярно-пористой среды, коллектор сбора жидкости у катода, отличающееся тем, что коллектор соединен с распределительной системой посредством магистрали, а в качестве очищающей жидкости емкость содержит раствор нефтеокисляющих организмов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено емкостью для капиллярно-пористой среды, в которой горизонтально расположены анод над катодом, выполненные в виде перфорированных пластин, а коллектор образован днищем корпуса и размещенным над ним катодом.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что коллектор соединен с распределительной системой посредством центрифуги.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2