Устройство для очистки от загрязнений капиллярно-пористой среды

 

Использование: в технологии электроосмотической очистки капиллярно-пористых сред и может быть применено, в частности, для очистки почв и грунтов с нарушенной структурой от загрязнений тяжелыми металлами, фенолами, кислотами, нефтью и нефтепродуктами. Устройство включает камеру для размещения очищаемой среды с электродами - анодом и катодом, к которым подключен источник постоянного электрического тока, емкость с очищающей жидкостью в зоне анода и коллектор для отработанной жидкости, при этом камера для размещения очищаемой капиллярно-пористой среды выполнена расширяющейся в направлении от катода к аноду. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике электроосмотической очистки капиллярно-пористых сред и может быть применено, в частности, для очистки почв и грунтов с нарушенной структурой от загрязнений тяжелыми металлами, фенолами, кислотами, нефтью и нефтепродуктами и другими экологическими вредными материалами и веществами. Устройство целесообразно использовать в тех случаях, когда проведение электроосмотической очистки грунта ненарушенной структуры невозможно или нецелесообразно, например, в случае, если загрязнения содержатся в тонких слоях почвы или на участках, подача электроэнергии к которым затруднительна.

Известно устройство для очистки от загрязняющих материалов капиллярно-пористой среды, например грунта, включающее введенные в очищаемую среду полые перфорированные электроды - анод и катод, к которым подключен источник постоянного электрического тока, емкость с очищающей жидкостью и коллектор для сбора отработанной жидкости, образованный в полости катода. Очищающая жидкость из емкости подается по магистрали в анод, а отработанная жидкость из коллектора поступает в резервуар, см. [1], фиг.2.

Это устройство может применяться только для очистки грунта в естественных условиях.

Известно устройство для очистки от загрязнений капиллярно-пористой среды с электродами - анодом и катодом, к которым подключен источник постоянного электрического тока, см. [2].

В данном устройстве, принятом за прототип, площадь сечения неизменна в направлении от катода к аноду. Вследствие этого интенсивность электроосмотического потока постоянна во всем интервале между электродами, что не обеспечивает эффективного удаления жидкости, содержащей загрязнения, из катодной зоны .

Кроме того, происходит воздействие электрического поля только на ионы и не осуществляется его непосредственное воздействие на молекулы загрязняющих материалов. Это объясняется однородностью электрического поля, создаваемого в устройстве-прототипе, которое не оказывает силового воздействия на (постоянные и индицированные) диполи полярных и неполярных молекул.

Недостатком прототипа является также то обстоятельство, что плотность анодного тока имеет высокое значение, которое соответствует плотности катодного тока, обусловленной необходимостью обеспечения интенсивного удаления жидкости из очищаемой среды. Это может приводить к ускоренному растворению анода и преждевременному выходу устройства из строя.

В основу изобретения положено решение задачи создания такого устройства для очистки от загрязнений капиллярно-пористой среды, которое позволило бы повысить эффективность удаления жидкости, содержащей загрязнения, за счет повышения интенсивности электроосмотического потока в катодной зоне и обеспечения воздействия электрического поля как на ионы, так и на полярные и неполярные молекулы загрязняющего вещества. Кроме того, решается задача увеличения долговечности анода и устройства в целом за счет снижения плотности анодного тока.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для очистки от загрязнений капиллярно-пористой среды, включающем камеру для размещения очищаемой среды с электродами анодом и катодом, к которым подключен источник постоянного электрического тока, емкость с очищаемой жидкостью в зоне анода и коллектор для отработанной жидкости, камера для очищаемой капиллярно-пористой среды выполнена расширяющейся в направлении от катода к аноду; камера может быть выполнена в виде цилиндрического сектора; анод и катод имеют цилиндрические коаксиальные рабочие поверхности; камера может быть также выполнена конической, при этом анод и катод могут иметь сферические рабочие поверхности.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство вид спереди; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - устройство в аксонометрической проекции; на фиг. 4 - камера для размещения очищаемой среды с электродами в варианте устройства по пп. 4 и 5 формулы изобретения; на фиг. 5 - вид сверху на камеру по фиг. 4; на фиг. 6 - вариант камеры для размещения очищаемой среды с электродами, выполненной в виде полного цилиндра, в аксонометрической проекции Заявитель не выявил в результате анализа патентной и научно-технической литературы каких-либо сведений, порочащих новизну изобретения.

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения), объект приобретает следующие новые свойства (технический результат): создание неоднородного электрического поля, напряженность которого возрастает от анода к катоду обратно пропорционально площади поперечного сечения камеры для размещения очищаемой среды перпендикулярного направлению от анода к катоду, благодаря чему увеличивается плотность электрического тока в зоне катода и соответственно повышается интенсивность электроосмотического потока в этой зоне; обеспечение непосредственного воздействия электрического поля на полярные и неполярные молекулы загрязняющего вещества с силой согласно известной зависимости.

где - дипольный момент молекулы (постоянный или индуцированный электрическим полем); - градиент напряженности электрического поля, характеризующий степень его пространственной неоднородности; При этом плотность анодного тока значительно меньше плотности катодного тока (в сравнении с прототипом, имеющим камеру для очищаемой среды с таким же объемом и расстоянием между электродами), благодаря чему увеличивается срок службы анода.

Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Устройство в конкретном примере (фиг. 1-3) содержит электроды - анод 1 и катод 2, к которым подключен источник 3 постоянного электрического тока, содержащий силовой трансформатор и тиристорный выпрямитель. Анод 1 выполнен в виде перфорированной стальной пластины, имеющей цилиндрическую рабочую поверхность. Анод 1 установлен с возможностью извлечения в верхней части камеры 4 для размещения капиллярно-пористой среды, в данном примере грунта 5, загрязненного мазутом с концентрацией 60 г/кг. Катод 2 также выполнен в виде стальной перфорированой пластины, имеющей цилиндрическую рабочую поверхность, и установлен в нижней части камеры 4. Расстояние между электродами - 1 м, Под катодом 2 расположен коллектор 6 для отработанной жидкости. Камера 4 выполнена расширяющейся в направлении от катода к аноду. В данном примере камера 4 представляет собой цилиндрический сектор с углом α = 60^o. В частном случае возможно выполнение камеры 4 с углом α = 360^o, т.е. в виде полного цилиндра. Анод 1 сопряжен с емкостью 7 для очищающей жидкости 8. В данном примере емкость 7 выполнена заодно с камерой 4. Камера 4 с электродами 1 и 2, емкостью 7 и коллектором 6 шарнирно укреплена внутри несущей конструкции 9. Коллектор 6 посредством магистрали 10 соединен с цистерной для отработанной жидкости 11. В магистраль 10 включены центробежный насос 12 и центрифуга 13.

В емкости 7 очищающая жидкость 8 подается с помощью насоса 14 из резервуара 15.

Устройство работает следующим образом.

В камеру 4 загружают загрязненный грунт в количестве 0,5 м³, после чего устанавливают анод 1. Насосом 14 из резервуара 15 в емкость 7 подают очищающую жидкость. Подключают к аноду 1 и катоду 2 источник 3 постоянного электрического тока, в конкретном примере напряжением 220 В.

При протекании через влажный грунт электрического тока происходит электроосмотическое движение жидкости, интенсивность которого возрастает от анода к катоду, при этом увлекаются частицы загрязнения (мазута).

Отработанная жидкость проходит через перфорированный катод 2 в коллектор 6, с помощью центрифуги 13 отделяется мазут и затем жидкость насосом 12 подается в цистерну 11.

В данном примере обработка грунта проводилась в течение 20 сут при энергозатратах 50 кВт/ч.

Концентрация мазута в грунте после очистки составила 2 г/кг, то есть снизилась в 30 раз.

Вариант устройства по фиг. 4, 5 с конической камерой обеспечивает более высокую степень неоднородности электрического поля и соответственно большую интенсивность электроосмотического потока в катодной зоне. Однако в этом случае камера 4 имеет меньшую вместимость и происходит возрастание удельных энергозатрат.

Для повышения вместимости камеры 4 она может выполняться с расширением только в зоне катода.

Варианты устройства, представленные в данном изобретении аналогичны описанному выше.

Выбор того или иного варианта определяется с учетом требуемой производительности, степени и характера загрязнения среды.

Устройство может быть изготовлено в заводских условиях с использованием обычного оборудования и известных материалов. По мнению заявителя, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Реализация изобретения позволяет значительно повысить интенсивность очистки капиллярно-пористых сред от различных загрязнений, в том числе загрязнений тяжелыми металлами, фенолами, кислотами, нефтью, нефтепродуктами, а также и от комбинированных загрязнений

Формула изобретения

1. Устройство для очистки от загрязнений капиллярно-пористой среды, например грунта, включающее камеру для размещения очищаемой среды с электродами-анодом и катодом, к которым подключен источник постоянного электрического тока, емкость с очищающей жидкостью в зоне анода и коллектор для отработанной жидкости, отличающееся тем, что камера для размещения очищаемой капиллярно-пористой среды выполнена расширяющейся в направлении от катода к аноду.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера для размещения очищаемой капиллярно-пористой среды выполнена в виде цилиндрического сектора.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что анод и катод имеют цилиндрические коаксиальные рабочие поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера для размещения очищаемой капиллярно-пористой среды выполнена конической.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что анод и катод имеют сферические концентрические рабочие поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6