УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ГРУНТОВ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

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 является то, что не учитывается возможность неравномерного загрязнения почв нефтепродуктами и необходимость создания различного по величине воздействия электрического поля.
Задачей полезной модели является создание устройства - установки электрохимической очистки нефтезагрязненных грунтов с достижением следующего технического результата: повышение эффективности электрохимической очистки почвы в областях с различной степенью загрязнения нефтепродуктами за счет изменения напряженности электрического поля при использовании одного источника питания.
Указанная задача решается тем, что установка электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта, состоящая из цилиндрических катодов и графитовых анодов, подключенных к источнику постоянного электрического тока, погруженных в грунт на глубину загрязнения параллельными батареями и соединяющихся каждый своей шиной, отличающаяся тем, что на участках с повышенной концентрацией нефтепродуктов цилиндрические электроды выполнены с радиусом сечения, вычисленным по формуле
п
где R - радиус сечения цилиндрических электродов в области повышенного загрязнения грунта;
o
R - радиус сечения цилиндрических электродов в остальной области обрабатываемого участка грунта;
п
С - концентрация загрязняющих веществ в области повышенного загрязнения;
о
С - концентрация загрязняющих веществ в остальной области;
l - расстояние между цилиндрическими электродами.
уд
уд
уд
уд
7
7
7
7
Установлено, 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
уд
Q=q⋅C.
При заданном напряжении U между электродами время очистки будет определяться величиной тока I
Ток между цилиндрическими электродами с радиусом сечения R, расположенными на расстоянии l, определяется соотношением
где ρ - удельное сопротивление грунта;
Н - глубина погружения электродов.
2
Для очистки участка площадью S потребуется 2S/l пар электродов. Следовательно, суммарный ток между электродами на участке площадью S составит
Таким образом, при заданном напряжении между электродами время обработки загрязненного участка определяется начальной концентрацией С нефтепродуктов и объемом очищаемого грунта V
Из последней формулы видно, что чем выше концентрация нефтепродуктов, тем больше времени потребуется для очистки грунта. Если загрязнение участков неоднородно, то есть существуют области с повышенной концентрацией, то для уменьшения времени обработки этих участков необходимо устанавливать на них цилиндрические электроды с большим радиусом сечения так, чтобы
Из этого следует, что радиус сечения цилиндрических электродов на участках с повышенной концентрацией нефтепродуктов будет определяться по формуле
Такое увеличение радиуса сечения цилиндрических электродов на участках с повышенной концентрацией позволит при заданном напряжении уменьшить время обработки и, следовательно, снизить энергозатраты на проведение электрохимической очистки всего нефтезагрязненного участка.
На фиг. 1 показан фрагмент установки (электродная пара) для очистки почв различной степени загрязнения.
На фиг. 2 представлена схема размещения электродов установки для осуществления очистки нефтезагрязненных почв различной степени загрязнения в полевых условиях электрохимической обработкой.
Установка содержит источник питания 1; катоды 2, изготавливаемые из стали; аноды 3, изготавливаемые из графита; защитную крышку 4; газоотводную арматуру 5 для отвода газообразных продуктов окисления углеводородов; арматуру 6 для отвода электрофоретического потока, содержащего нефтепродукты.
Установка функционирует следующим образом: подается электрическое напряжение между электродами возникает электрический ток воздействующий на почву, загрязненную нефтепродуктами, вследствие чего одна часть нефтепродуктов перемещается под действием возникающих электрокинетических явлений к катоду в составе жидкой фазы совместно с поровым раствором либо пластовыми водами и откачивается через трубку; а другая часть подвергается окислению на аноде и в почвенном массиве. Окисление углеводородов происходит за счет кислорода, перекиси водорода и гидроксильных радикалов, образование которых инициируется электрохимическими процессами, возникающими в почве под действием электрического тока. Газообразные продукты окисления отводятся через специальную арматуру и собираются для последующего разделения и утилизации. Изготовление анодов из графита позволяет блокировать процессы окисления и разрушения, а также интенсифицировать электроокислительные реакции.
Величину силы тока I и напряжения U устанавливают исходя из требуемой степени очистки и заданного времени обработки грунта.
Катоды и аноды соединяют отдельными шинами и погружают в грунт на глубину проникновения загрязнения Н.
При этом степень загрязнения грунта учитывается при подборе размеров электродов:
К основным преимуществам предлагаемой конструкции установки электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта относятся следующие:
- возможность одновременной очистки участков грунта с различной степенью загрязнения при использовании одного источника питания;
- высокая энергоэффективность;
- высокая производительность и эффективность очистки за счет оптимального размещения электродов;
- удобство монтажа, демонтажа и транспортировки.
Полезная модель соответствует критерию "промышленная применимость" и может быть использована в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности для очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами в различной степени на значительной глубине.