BRPI1002636A2

BRPI1002636A2 - electrokinetic remediation system

Info

Publication number: BRPI1002636A2
Authority: BR
Inventors: Maria Claudia Barbosa; Almeida Marcio De Souza Soares De; Ana Julia Pereira Pinto Mergulhao Silveira
Original assignee: Inst Alberto Luiz Coimbra De Pos Graduacao E Pesquisas De Engenharia Coppe Ufrj
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-03-27

Abstract

SISTEMA DE REMEDIAçãO ELETROCINéTICA. A presente invenção descreve um sistema de remediação eletrocinética, que consiste em um arranjo de eletrodos verticais e uma malha horizontal, um sistema de aquisição de dados e uma fonte de aplicação de corrente, a ser utilizado em processos eletrocinéticos para remediação de solos contaminados in situ, como processo primário, por exemplo, para extração de metais ou como técnica complementar em outros processos, por exemplo, na biorremediação.ELECTROKINETIC REMEDIATION SYSTEM. The present invention describes an electrokinetic remediation system consisting of a vertical electrode array and a horizontal mesh, a data acquisition system and a current application source for use in electrokinetic processes for remediation of contaminated soil in situ. as a primary process, for example for metal extraction or as a complementary technique in other processes, for example bioremediation.

Description

SISTEMA DE REMEDIAÇÃO ELETROCINÉTICAELECTROKINETIC REMEDIATION SYSTEM

Campo TécnicoTechnical Field

A inovação ora proposta apresenta um sistema de remediação eletrocinética, que consiste em um arranjo de eletrodos verticais e em uma malha horizontal, um sistema de aquisição de dados e uma fonte de aplicação de corrente, a ser utilizado em processos eletrocinéticos para remediação de solos contaminados in situ, como processo primário, por exemplo, para extração de metais ou como técnica complementar em outros processos, por exemplo, na biorremediação.The proposed innovation presents an electrokinetic remediation system, which consists of an arrangement of vertical electrodes and a horizontal mesh, a data acquisition system and a current application source, to be used in electrokinetic processes for remediation of contaminated soils. in situ as a primary process, for example for metal extraction or as a complementary technique in other processes, for example bioremediation.

Estado da ArteState of art

A figura 1 (adaptado de Alshawabkeh et al, 1999*) mostra um sistema convencional com dois tipos de arranjo, onde (A) representa os eletrodos positivos (anodos), (B) o eletrodo negativo (catodo), (C) as áreas de aplicação efetiva do campo elétrico gerado entre eles com a aplicação da diferença de potencial (ddp), e (D) as áreas não cobertas pelo campo elétrico. Nos dois arranjos todos os eletrodos são posicionados verticalmente dentro da massa de solo. Também existe o arranjo em linhas paralelas utilizando eletrodos verticais. O campo elétrico gerado tem linhas de ação horizontais em todos estes arranjos.Figure 1 (adapted from Alshawabkeh et al, 1999 *) shows a conventional system with two types of arrangement, where (A) represents the positive electrodes (anodes), (B) the negative electrode (cathode), (C) the areas effective application of the electric field generated between them by applying the potential difference (ddp), and (D) the areas not covered by the electric field. In both arrangements all electrodes are positioned vertically within the ground mass. There is also the arrangement in parallel lines using vertical electrodes. The generated electric field has horizontal lines of action in all these arrangements.

Um sistema diferente do convencional foi objeto de patente em 1994 pela Monsanto, DuPont, e General Electric (EUA), conhecido como Método Lasagna™. Este método consiste em utilizar como um dos conjuntos de eletrodos uma mistura de areia e carbono, que pode ser aplicada em um arranjo horizontal ou vertical. Nas figuras 2 e 3 (adaptados de Monsanto, 2004), são mostrados, respectivamente, na figura 2 o arranjo horizontal e na figura 3 o arranjo vertical, onde (A) representa os eletrodos constituídos da mistura de areia e carbono, (B) a zona de degradação dos contaminantes pela ação do campo elétrico gerado, (C) a região contaminada de solo, (D) o sentido do fluxo eletroosmótico e (E) o poço de extração da solução contendo os contaminantes. O campo elétrico é vertical no arranjo horizontal (figura 2) e é horizontal no arranjo vertical (figura 3).A non-conventional system was patented in 1994 by Monsanto, DuPont, and General Electric (USA), known as the Lasagna ™ Method. This method consists of using as one of the electrode sets a mixture of sand and carbon, which can be applied in a horizontal or vertical arrangement. Figures 2 and 3 (adapted from Monsanto, 2004) show, respectively, Figure 2 the horizontal arrangement and Figure 3 the vertical arrangement, where (A) represents the electrodes consisting of the sand and carbon mixture, (B) the contaminant degradation zone by the action of the generated electric field, (C) the contaminated soil region, (D) the direction of the electroosmotic flow and (E) the extraction well of the solution containing the contaminants. The electric field is vertical in the horizontal arrangement (figure 2) and is horizontal in the vertical arrangement (figure 3).

A melhoria apresentada em relação às demais referências existentes no estado da arte reside na configuração do sistema de aplicação do campo elétrico que é mais amplo e efetivo na sua utilização em campo. Ao invés de utilizar apenas, por exemplo, eletrodos verticais tanto para os anodos quanto para os catodos, se utiliza de uma malha de aço instalada na superfície como um dos pólos, gerando um campo elétrico tridimensional na massa de solo, e possibilitando, ainda, a inversão da polaridade, no que permite atender a uma variedade de aplicações de acordo com o contaminante envolvido, tanto para remoção em diferentes direções e profundidades, quanto para injeção de nutrientes com uma distribuição mais ampla na massa de solo, fator este importante para a biorremediação.The improvement presented in relation to the other existing references in the state of art lies in the configuration of the electric field application system that is broader and more effective in its field use. Instead of using only vertical electrodes for both anodes and cathodes, it uses a surface-mounted steel mesh as one of the poles, generating a three-dimensional electric field in the soil mass, and also enabling polarity inversion, which allows to meet a variety of applications according to the contaminant involved, both for removal in different directions and depths, and for nutrient injection with a wider distribution in soil mass, an important factor for bioremediation.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

O sistema proposto consiste da aplicação do campo elétrico em uma configuração de quatro ou mais eletrodos verticais e uma malha retangular horizontal para representar o eletrodo de polaridade oposta. A configuração da malha de eletrodo pode ser adaptada aos obstáculos presentes no campo em que for utilizado o dito sistema. O sistema consiste dos eletrodos confeccionados em materiais como o aço inox ou outros materiais equivalentes que possam apresentar resistência à corrosão e eficácia, um sistema de aquisição de dados, sendo o mesmo composto por módulos que permitem a aquisição externa com transmissão dos dados de forma direta e uma fonte de aplicação de corrente, onde uma ddp é aplicada através de uma fonte de alimentação simétrica digital entre os dois conjuntos de eletrodos produzindo um campo elétrico tridimensional no interior do solo, cuja extensão é determinada em função do arranjo, profundidade dos eletrodos verticais, extensão e abertura da malha.The proposed system consists of applying the electric field in a configuration of four or more vertical electrodes and a horizontal rectangular mesh to represent the opposite polarity electrode. The configuration of the electrode mesh can be adapted to the obstacles present in the field in which said system is used. The system consists of electrodes made of materials such as stainless steel or other equivalent materials that may have corrosion resistance and effectiveness, a data acquisition system, being the same composed of modules that allow the external acquisition with direct data transmission. and a current application source, where a ddp is applied via a digital symmetrical power supply between the two electrode assemblies producing a three-dimensional electrical field inside the ground, the extent of which is determined by the arrangement, depth of the vertical electrodes. , extension and opening of the mesh.

A figura 4 mostra em detalhes uma configuração do dito sistema, onde (A) representa a malha horizontal de eletrodo, (B) os eletrodos verticais de aço inox 316, (C) a fonte geradora da diferença de potencial entre os dois conjuntos de eletrodos, (D) representa os poços eletrolíticos onde são inseridos os eletrodos verticais, (E) a fronteira do campo elétrico gerado, (F) o sentido do fluxo eletroosmótico na configuração da figura, e (G) a injeção de nutrientes no caso de utilização dos sistema como técnica complementar de um processo de biorremediação.Figure 4 shows in detail a configuration of said system, where (A) represents the horizontal electrode mesh, (B) the 316 stainless steel vertical electrodes, (C) the source of the potential difference between the two electrode sets. , (D) represents the electrolytic wells where the vertical electrodes are inserted, (E) the boundary of the generated electric field, (F) the direction of the electroosmotic flux in the configuration of the figure, and (G) the nutrient injection in case of use. systems as a complementary technique to a bioremediation process.

Em um protótipo da presente invenção, os eletrodos verticais foram constituídos de barras circulares de aço inox 316 com 6mm de diâmetro e 75cm de comprimento. A malha foi também constituída do mesmo material e em formato retangular com dimensões externas de 30 χ 45 cm. Sua estrutura interna possuía quatro barras, sendo duas na direção de 30 cm e duas na direção de 45 cm com espaçamento entre elas de 10 e 15 cm respectivamente.In a prototype of the present invention, the vertical electrodes consisted of 6mm diameter and 75cm long 316 stainless steel circular bars. The mesh was also made of the same material and in rectangular shape with external dimensions of 30 χ 45 cm. Its internal structure had four bars, two in the 30 cm direction and two in the 45 cm direction with 10 and 15 cm spacing respectively.

Os eletrodos verticais foram inseridos em poços de tubo PVC com Vi polegada de diâmetro e 75cm de comprimento contendo furações em uma das extremidades ao longo de 20 cm e com espaçamento de 5cm entre si. Os poços foram cravados na massa de solo e a malha instalada horizontalmente na superfície. Após a montagem dos eletrodos foi aplicada uma ddp através de uma fonte de alimentação simétrica digital entre os dois conjuntos de eletrodos produzindo um campo elétrico tridimensional no interior do solo, cuja extensão foi determinada pelo arranjo, profundidade dos eletrodos verticais, extensão e abertura da malha. O intuito do recobrimento do poço com tubos de PVC foi o monitoramento dos parâmetros investigados e injeção/remoção de substâncias químicas ao longo do processo, além de evitar possíveis "fechamentos" dos poços devido ao fluxo gerado.The vertical electrodes were inserted into Vi-inch diameter 75 cm long PVC tube wells with holes at one end over 20 cm and spaced 5 cm apart. The wells were driven into the soil mass and the mesh installed horizontally on the surface. After electrode assembly, a ddp was applied through a digital symmetrical power supply between the two electrode sets producing a three-dimensional electric field inside the ground, the extent of which was determined by the arrangement, depth of the vertical electrodes, extension and mesh opening. . The purpose of the well covering with PVC pipes was the monitoring of the investigated parameters and injection / removal of chemicals along the process, besides avoiding possible "closures" of the wells due to the generated flow.

As dimensões acima propostas e o formato da malha não devem ser considerados como limitadores ao escopo da presente invenção, pois o arranjo proposto foi utilizado em caráter experimental e teve como objetivo principal a validação do sistema, no que ficou ratificado através dos resultados apresentados, sua eficácia e utilização para qualquer aplicação de campo, ou seja, dentre as vantagens oferecidas pelo dito sistema é que a malha pode ser construída no próprio local e seu desenho pode ser adaptado no campo à presença de árvores, postes e quaisquer outros obstáculos.The dimensions proposed above and the mesh format should not be considered as limiting the scope of the present invention, since the proposed arrangement was used experimentally and had as its main objective the validation of the system, which was ratified through the results presented, its effectiveness and use for any field application, that is, among the advantages offered by this system is that the mesh can be built on site and its design can be adapted in the field to the presence of trees, poles and any other obstacles.

Claims

1. ELECTROKINETIC REMEDIATION SYSTEM characterized by the application of the electric field in a vertical electrode configuration and a horizontal or otherwise rectangular mesh, made of materials such as stainless steel or other equivalent materials which may exhibit corrosion resistance and effectiveness, a system data acquisition and a current application source.

System according to Claim 1, characterized in that said horizontal rectangular mesh is preferably made of stainless steel.

A system according to claim 1, characterized in that said data acquisition system is composed of modules, which allow external acquisition with direct data transmission.

A system according to claim 1, characterized in that said current supply source is a digital symmetrical power supply between the two electrode assemblies.

A system according to claim 4, characterized in that ddp is applied between the two electrode assemblies.

System according to Claims 4 and 5, characterized in that it produces the applied ddp, a three-dimensional electric field inside the ground.

A system according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the extent of the three-dimensional electric field within the ground is determined by the arrangement, depth of the vertical electrodes, extension and opening of the mesh.