УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО ГРУНТА

Полезная модель относится к устройствам для очистки и восстановления грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.
Известно устройство для электрокинетической очистки грунта от органических загрязнений, включающее два катодных узла и расположенный между ними анодный узел, разделительную емкость с вакуумным насосом, транспортирующий насос, узел очистки, корректировочную емкость, дозирующий перистальтический насос и источник постоянного тока. В участках очищаемого грунта создают две катодные полости и расположенную между ними анодную полость, куда закачивают электролит и подводят к ним положительный и отрицательный потенциалы напряжения постоянного тока, после чего электролит и газовая фаза подаются из анодной полости в катодные и обратно. Осуществляют смешение выведенных из катодных полостей электролитов и газовых фаз, отделение смеси газовых фаз от смеси электролитов и удаляют отделенную смесь газовых фаз. Затем очищают смесь электролитов, корректируют ее состав и вводят в анодную полость. Указанную циркуляцию смеси электролитов осуществляют в непрерывном режиме до достижения необходимой степени очистки грунта, (патент РФ 2172531, В09С 1/00, опубликованный 20.08.2001 - Способ электрокинетической очистки грунтов от радиоактивных и токсичных веществ и устройство для его реализации для очистки грунта от органических загрязнений).
Основными недостатками данного устройства и способа является сложность введения в зону очистки и работы с жидким электролитом, необходимость постоянного контроля и коррекции состава смеси электролитов, а также высокие затраты на эксплуатацию очистного и насосного оборудования.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели (прототипом) является установка, реализуемая в способе очистки нефтезагрязненных грунтов путем пропускания через грунт электрического тока между установленными в грунт анодными и катодными электродами, отличающаяся тем, что в загрязненный грунт на глубину загрязнения погружают цилиндрические катоды, выполненные из стали, и аноды из графита, подключенные к источнику постоянного электрического тока и располагающиеся параллельными батареями, соединенные каждый своей шиной, расстояние между которыми определяется в зависимости от радиуса сечения цилиндрических электродов, напряжения, удельного сопротивления почвы и глубины загрязнения (патент РФ 2708016, кл. В09С 1/100, опубликованный 03.12.2019, бюл. №34).
Недостатком описанной установки является высокая материалоемкость и сложность в организации удаления загрязненной жидкости из прикатодных областей.
Задачей полезной модели является создание устройства - установки электрохимической очистки нефтезагрязненных грунтов с достижением следующего технического результата: уменьшение материалоемкости и организация удаления загрязненной жидкости (воды) за счет установки в центре загрязненного участка отрицательного электрода-катода, представляющего полую перфорированную металлическую трубку с установленной во внутренней области водоотводной арматуры, позволяющей откачивать загрязненную жидкость в емкость для сбора загрязненной жидкости.
Указанная задача решается тем, что установка электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта, состоящая из цилиндрического катода из графитовых анодов, подключенных к источнику постоянного электрического тока и погруженных в грунт на глубину загрязнения, отличающаяся тем, что отрицательный электрод-катод выполнен из стальной перфорированной металлической трубы с установленной во внутренней полости водоотводной арматуры для удаления загрязненной жидкости, а положительные электроды-аноды, выполненные из цилиндрических графитовых стержней, устанавливаются по периферии загрязненного участка на равноудаленном от катода расстоянии.
На фиг. 1 показан отрицательно заряженный электрод-катод.
На фиг. 2 представлена схема размещения электродов для осуществления очистки нефтезагрязненных почв и удаления загрязненной жидкости.
Предлагаемое размещение электродов позволяет создавать на нефтезагрязненном участке электрическое поле, близкое к однородному и обеспечивающее равномерную очистку от нефтепродуктов по всему объему грунта. Электрический ток, возникающий между анодами и катодом, при указанном размещении электродов определяется по формуле
где U - напряжение между анодами и катодом;
ρ - удельное сопротивление грунта;
N - число анодов;
- эффективная площадь канала электрического тока между анодом и катодом;
- межэлектродное расстояние;
ak
R - расстояние между центрами анодов и катода;
k,
a
dd - диаметры катода и анодов.
уд
уд
уд
уд
7
7
7
7
3
Известно, что для электрохимической очистки загрязненных грунтов от нефтепродуктов требуется затратить при пропускании электрического тока определенное количество электрического заряда для удаления 1 кг нефтепродуктов, в частности, для чернозема q=0,7⋅10 Кл/кг, глинистого грунта q=0,63⋅10 Кл/кг, суглинка q=0,93⋅10 Кл/кг, песчаного грунта q=1,34⋅10 Кл/кг (Пряничникова В.В., Шулаев Н.С., Быковский Н.А., Кадыров P.P. Особенности электрохимической очистки различных типов почв от нефтепродуктов// Бутлеровские сообщения, 2018, Т. 53, №3, с. 124-129). Следовательно, для каждого вида нефтезагрязненного грунта необходимое количество электрического заряда Q будет определяться концентрацией нефтепродуктов С[кг/м]
где V - объем нефтезагрязненного грунта.
Тогда время очистки будет пропорционально величине тока между анодами и катодом
С учетом соотношения (1) время обработки в зависимости от объема загрязненного грунта можно оценить по формуле
k
a
ak
из которой следует, что конструктивные параметры электродов (d, d, R) и глубина загрязнения существенно влияют на время обработки.
Установка на фиг. 2 содержит источник электрического тока, подключаемый к выводам 1; цилиндрические аноды 2, изготавливаемые из графита; катод 3, представляющий стальную цилиндрическую трубу, внутри которой устанавливается арматура 4 для удаления загрязненной жидкости.
Установка функционирует следующим образом: подается электрическое напряжение между электродами, возникает направленное движение положительно и отрицательно заряженных ионов (электрический ток), воздействующее на почву загрязненную нефтепродуктами. В следствие электрокинетических явлений часть нефтепродуктов в составе жидкой фазы совместно с поровым раствором, либо пластовыми водами перемещается к катоду и удаляется с помощью водозаборной арматуры, а другая часть подвергается окислению на анодах в почвенном массиве.
Окисление углеводородов происходит за счет кислорода, перекиси водорода и гидроксильных радикалов, образование которых инициируется электрохимическими процессами, происходящими в почве под действием электрического тока. Изготовление анодов из графита позволяет блокировать процессы коррозии и разрушения, а также интенсифицировать электроокислительные реакции.
Величину тока I и напряжения U при заданных размерах катода и анодов устанавливают, исходя из требуемой степени очистки и времени обработки грунта.
К основным преимуществам предлагаемой конструкции установки электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта относятся:
- простота схемы расположения анодов и катода на обрабатываемом участке;
- возможность удаления загрязненной жидкости концентрированно внутри катодного объема;
- высокая энергоэффективность за счет создания в межэлектродном пространстве электрического поля, близкого к однородному;
- удобство монтажа, демонтажа и транспортировки.
Полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость» и может быть использована в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности для очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами.