CZ2015280A3 - Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění - Google Patents
Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2015280A3 CZ2015280A3 CZ2015-280A CZ2015280A CZ2015280A3 CZ 2015280 A3 CZ2015280 A3 CZ 2015280A3 CZ 2015280 A CZ2015280 A CZ 2015280A CZ 2015280 A3 CZ2015280 A3 CZ 2015280A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- microwave
- decontamination
- applicator
- contaminated
- contaminated material
- Prior art date
Links
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011343 solid material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000009422 external insulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 20
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 13
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 150000003071 polychlorinated biphenyls Chemical class 0.000 description 5
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 4
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 239000003079 shale oil Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000001256 steam distillation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Způsob dekontaminace tuhých materiálů termickou desorpcí in-situ s použitím mikrovlnné energie, podle kterého se na tuhý kontaminovaný materiál in-situ působí mikrovlnnými pulzy v časovém rozmezí 0,5 až 100 vteřin v utěsněných otvorech napojených na kondenzační zařízení a vyhloubených ve vzdálenosti 0,5 až 5 m od sebe na ploše a v hloubce odpovídající místu dekontaminace. Zařízení k provádění způsobu obsahuje aplikátor (2) ve tvaru duté nádoby uložené v perforovaném plášti (6) pro uložení do otvoru v kontaminovaném materiálu, přičemž horní konec aplikátoru (2) je připojen na mikrovlnný generátor a prostor mezi aplikátorem (2) a pláštěm (6) je napojen na kondenzační a separační zařízení.
Description
Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu dekontaminace tuhých materiálů termickou desorpcí in-situ s použitím mikrovlnné energie, a zařízení k provádění tohoto způsobu.
I
Dosavadní stav techniky luhé materiály bývají zpravidla kontaminovány perzistentními chlorovanými organickými a ropnými látkami, které představují nežádoucí ekologickou zátěž. V řadě oblastí České republiky se vyskytují lokality, které jsou zamořeny různými nežádoucími kontaminanty, jako jsou polyaromatické a ropné uhlovodíky, polychlorované bifenyly (PCB), pesticidy a další. Vzhledem k rostoucí péči o životní prostředí je v současné době kladen důraz na zpracování tuhých odpadů a čištění kontaminovaných zemin obsahujících různé typy kontaminujících látek. Čištění je v současné době prováděno s pomocí širokého spektra fyzikálních, fyzikálně chemických, chemických a biologických postupů, mezi které se řadí i technika termické desorpce. Princip této techniky spočívá v ohřevu kontaminovaného materiálu na takovou teplotu, při které dochází k desorpci přítomných kontaminantů a v odvedení těchto kontaminantů z původního tuhého materiálu. Technika termické desorpce je určena zejména pro odstraňování perzistentních organických látek, jako jsou například polyaromatické uhlovodíky a polychlorované organické látky. Nevýhodou klasické termické desorpce je nutnost použití vysokých teplot blízkých teplotě varu vysoko vroucích kontaminantů 600 až 1000 °C a s tím spojených problémů jako je spékání, energetická náročnost, zachycení plynných produktů apod., jak uvádí americký patent US 5,244,310 (1993). Za účelem snížení vysokých dekontaminačních teplot byl do dekontaminačního procesu zařazen snížený tlak, jak uvádějí patenty US 4,842,448 (1989), US 5,076,727, US 5,190.405 (1993), tím však stouply energetické nároky dekontaminačního procesu a při nedokonalém ohřevu docházelo k mobilizaci kontaminovaných látek do podloží.
Jednou z možností je provedení konvenčního ohřevu kontaminovaného materiálu s použitím techniky termické desorpce v desorpčním zařízení. Toto desorpční zařízení a metodu lze v principu uvažovat v uspořádání ex-situ, kdy je kontaminovaný materiál přivážen
- 2do dekontaminačního zařízení, kde se provádí dekontaminace, jak je uvedeno v českém patentovém spise CZ 304205 (2013).
Dtuhá možnost spočívá v uspořádání in-situ, kdy je zdroj tepla instalován přímo do ložiska kontaminovaného materiálu v místě jeho výskytu. Tato varianta in-situ zde nabízí atraktivní možnosti bez nutnosti transportu kontaminovaných materiálů do dekontaminačního centra, čímž se celý proces významně zjednodušuje.
Nevýhodou konvenční dekontaminační metody je pomalá rychlost a nízká účinnost dekontaminace. Vzhledem k nízké tepelné vodivosti kontaminovaných materiálů jsou zařízení používající konvenční ohřev energeticky značně náročná. Kromě toho je tento konvenční ohřev tuhých materiálů nehomogenní a vyžaduje provedení dekontaminace při vysokých teplotách, použitím sníženého tlaku, atp., jak je uváděno v řadě amerických patentů, například v US 5,244.310 (1993), US 5,01 1,329 (1991), US 4,435,292 (1984), US 5,190,405 (1993), US 4,842448 (1989), US 5,244,310 (1993) a US 5,103,578 (1992) a v dalších jako jsou japonské patenty JP 4,720,257 (2006), JP 4,398,699 (2010), evropské patenty EP 0459444 (1993). EP 1462187 (1993), německé patenty, DE 19856630 (2000), DE 19707883 (1998), DE 19602152 (1999), DE 10314489 (2004), kanadský patent CA 2,232,292 (1999) a další.
Jedním z možných řešení dekontaminace tuhých materiálů je náhrada konvenčního ohřevu ohřevem mikrovlnným se zaměřením na způsob provedení in- situ.
Tato navrhovaná technologie v provedení in-situ je do jisté míry velmi podobná těžbě ropy z břidlicových loží, jak je uvedeno v patentové literatuře, například v US 4,376,034 (1983), US 5,082,054 (1992), US4,140,179 (1979), US 4,140,180 (1979) a v mnoha dalších.
Jak je uvedeno výše, kromě zmíněného konvenčního ohřevu v provedení in-situ byl jako alternativní způsob ohřevu v nedávné minulosti představen mikrovlnný ohřev. Základní princip použití mikrovlnného ohřevu pro termodesorpční zpracování tuhých kontaminovaných materiálů je v rámci dosavadního stavu techniky známý a byl již popsán v patentových spisech např. v US patentech US 5,449,889 (1995), US 5,076,727 (1991), US 4,638,863 (1987), US 4,590,348 (1986), a US 5,370,477 (1991).
Dosud navržená technologie a dostupná zařízení pro mikrovlnnou termickou desorpci však vykazují významné problémy a nevýhody, které komplikují jejich případné využívání v oblasti zpracování odpadů a čištění kontaminovaných zemin. Nevýhodou je, že dekontaminační procesy pracují se vsádkovým dekontaminačním zařízením, kde není zajištěn rovnoměrný ohřev ozařované směsi. Další nevýhodou jak konvenčního ohřevu, tak částečně i mikrovlnného ohřevu jsou vysoké dekontaminační teploty až 400 °C, při kterých dochází
k destrukci kontaminantů až na plynné produkty, které se obtížně zachycují a zpracovávají. Tyto problémy spojené s vysokými dekontaminačními teplotami byly řešeny použitím sníženého tlaku nebo přítomností vody pro parní destilaci při použití konvenčního ohřevu, jak uvádí americký patent US 4,984,594 (1991).
U konvenčního ohřevu je navíc menší rychlost desorpce kontaminantů a nižší účinnost dekontaminace vstupního materiálu, což je spojeno s vyšším obsahem zbytkových kontaminantů ve vyčištěném materiálu. Dekontaminace zemin obecně zahrnuje odstranění, případně rozklad, toxických látek a odpadů, zejména chlorovaných organických látek, z kontaminovaných zemin. Za účelem dosažení a zpracování větší oblasti dekontaminované oblasti byl využit radiofrekvenční ohřev vzhledem k větší penetrační hloubce, jak uvádějí patenty US 4,973,811 (1990), US 4,620,593 (1986) a US 5,076,727 (1991). Dekontaminace zemin obecně zahrnuje odstranění, případně rozklad toxických látek a odpadů, zejména chlorovaných organických látek z kontaminovaných zemin.
Z výše uvedeného patentového přehledu je zřejmé, že i přes účinnější využití metody ex-situ mikrovlnné termické desorpce je tato metoda zatížena některými problémy, které brání jejímu rozšíření a využití v průmyslové praxi.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky odstraňuje do značné míry způsob dekontaminace tuhých materiálů termickou desorpcí v provedení in situ s použitím mikrovlnného záření a zařízení k jeho provádění. Podstata způsobu spočívá v tom, se na tuhý kontaminovaný materiál in-situ působí mikrovlnnými pulzy v časovém rozmezí 0,5^100 vteřin. Podstatné znaky způsobu podle vynálezu lze dále rozvíjet či konkretizovat následovně.
Mikrovlnnými pulsy se na kontaminovaný materiál působí v utěsněných otvorech napojených na kondenzační zařízení a vyhloubených ve vzdálenosti 0,5 γ 5 m od sebe na ploše a v hloubce odpovídající místu dekontaminace.
Mikrovlnné záření má frekvenci od 800 do 2500 MHz a výkon zářiče v rozmezí 0,05 až 1,0 kW/kg dekontaminovaného materiálu.
Podstata zařízení k provádění způsobu pak spočívá v tom, že obsahuje aplikátor ve tvaru duté nádoby uložené v perforovaném plášti pro uložení do otvoru v kontaminovaném materiálu, přičemž horní konec aplikátoru je připojen na mikrovlnný generátor a prostor mezi
- 4“ aplikátorem a pláštěm je napojen na kondenzační a separační zařízení. Plášť je s výhodou opatřen vnější izolací.
Pod pojmem pulzní mikrovlnný režim se rozumí mikrovlnné záření generované ve formě pulzů, tj. kdy kontinuální záření je programově přerušováno nastaveným režimem. Současným působením mikrovlnných pulzů s vlhkostí tuhého materiálu in-situ dochází k uvolnění kontaminantu molekulami vody, které azeotropicky strhávají kontaminanty hluboko pod jejich bodem varu.
Výhodou této technologie je rovnoměrné rozptýlení mikrovlnného pole a tím i homogenní ohřev kontaminovaného materiálu v podstatně větším objemu, což představuje značné energetické úspory ve srovnání s konvenční technologií. Další výhodou pulzní techniky je jednoduché provedení a vysoká účinnost dekontaminace při rozšíření mikrovlnné energie v kontaminovaném materiálu a tím účinnější proces dekontaminace generováním mikrovlnné energie formou pulzů umožňující provádět dekontaminaci termickou desorpcí přímo v místě výskytu kontaminovaných materiálů. Technologie zahrnuje použití mikrovlnného zdroje energie, jehož vlnovod zakončený aplikátorem má formu sondy, která se umístí do provedeného vrtu. Vlhká kontaminovaná zemina je zahřívána působením mikrovln na teplotu 70 i 120 °C. Ohřev zeminy lze doplnit působením vlhkého vzduchu vytvořením podmínek k jeho pronikání do okolí sondy a strhávajícího kontaminanty uvolněné působením mikrovlnného ohřevu. Tuto metodu umělého zvlhčování je vhodné použít, není-li zemina dostatečně vlhká.
Způsob a zařízení podle vynálezu nejsou závislé na nákladný transport materiálu do dekontaminačního centra, kde by jinak byl fyzikálními nebo chemickými metodami zbavován toxických látek. Metoda in-situ se proto jeví jako velmi vhodná pro dekontaminaci zamořených lokalit zvláště při využití mikrovlnné techniky ohřevu.
Zařízením může být v principu pojízdná jednotka, obsahující elektrocentrálu na naftový pohon a generátor mikrovln, které se zavedou vlnovodem spolu s aplikátorem přímo do vyhloubeného vrtu. Mikrovlnným ohřevem se kontaminanty odpaří a separátně zkondenzují. Je možné použít snížený tlak.
Příklad provedení vynálezu
Do vyhloubeného vrtu o hloubce 2 až 30 m a podle obsahu chlorovaného kontaminantu jako jsou polychlorované bifenyly (PCB) se zasune mikrovlnná sonda (obr. 1)
- 5 ' generující mikrovlnné pulzy v pravidelných dvouvteřinových intervalech mikrovlnným generátorem o výkonu 6 kW. Zařízení sondy 1 je složeno z mikrovlnného aplikátoru 2, který je přírubou napojen na mikrovlnný generátor, respektive jeho vlnovod. Sonda je opatřena externí izolací 4 a je následně utěsněna za účelem možného vytvoření vakua. Odvod par 3 se provádí za sníženého tlaku otvory v plášti 6 prostřednictvím expandéru a kondenzačního zařízení umístěných spolu s generátorem mikrovln mimo sondu L Délka sondy je nastavitelná pomocí spojů 5. Kontaminovaná zemina se umístěním vnějšího pláště a vytvořením mikrovlnných pulzů rovnoměrně pro hřívá na teplotu do 150 °C. Konec dekontaminačního procesu se projeví úbytkem kondenzátu a klesající teplotou reakční zóny.
Průmyslová využitelnost
Vynález lze využít k řešení problémů v oblasti životního prostředí a je zaměřen na sanaci lokalit kontaminovanými perzistentními organickými látkami, jako jsou například polyaromatické a polychlorované uhlovodíky (PCB), pesticidy, ropné látky a podobné toxické látky.
Claims (4)
1. Způsob dekontaminace tuhých materiálů termickou desorpcí in-situ s použitím mikrovlnné energie, vyznačující se tím, že v kontaminovaném materiálu se na ploše a v hloubce odpovídající místu dekontaminace vyhloubí ve vzdálenosti 0,5 f 5 m od sebe otvory, které se utěsní a napojí na kondenzační zařízení a v takto utěsněných otvorech se na tuhý kontaminovaný materiál působí mikrovlnnými pulsy v časovém rozmezí 0,5 100 vteřin.
2. Způsob podle nároku ^vyznačující se tím, že mikrovlnné záření má frekvenci od 800 do 2500 MHz a výkon zářiče v rozmezí 0,05 až 1,0 kW/kg dekontaminovaného materiálu.
3. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoli nároku 1 nebo 2^ vyznačující se tím, že obsahuje aplikátor (2) ve tvaru duté nádoby uložené v perforovaném plášti (6) pro uložení do otvoru v kontaminovaném materiálu, přičemž horní konec aplikátoru (2) je připojen na mikrovlnný generátor a prostor mezi aplikátorem (2) a pláštěm (6) je napojen na kondenzační a separační zařízení.
4.
Zařízení k provádění způsobu podle nároku 3 vyznačující se tím, že plášť (6) je opatřen vnější izolací (4).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-280A CZ306379B6 (cs) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-280A CZ306379B6 (cs) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015280A3 true CZ2015280A3 (cs) | 2016-12-28 |
| CZ306379B6 CZ306379B6 (cs) | 2016-12-28 |
Family
ID=57793926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-280A CZ306379B6 (cs) | 2015-04-27 | 2015-04-27 | Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306379B6 (cs) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4140179A (en) * | 1977-01-03 | 1979-02-20 | Raytheon Company | In situ radio frequency selective heating process |
| US4376034A (en) * | 1979-12-17 | 1983-03-08 | Wall Edward T | Method and apparatus for recovering carbon products from oil shale |
| US5299887A (en) * | 1992-10-21 | 1994-04-05 | Ensley Donald L | In-situ process for remediating or enhancing permeability of contaminated soil |
| US5449889A (en) * | 1992-10-30 | 1995-09-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Apparatus, system and method for dielectrically heating a medium using microwave energy |
| CZ304205B6 (cs) * | 2012-04-19 | 2014-01-02 | Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky | Způsob dekontaminace tuhých materiálů |
| CZ26360U1 (cs) * | 2013-07-29 | 2014-01-20 | Ústav Chemických Procesů Akademie Věd České Republiky | Zařízení pro pokládku topných kabelů a kabelových vedení |
| CZ27238U1 (cs) * | 2014-06-24 | 2014-08-04 | Vysoká škola chemicko - technologická v Praze | Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů |
-
2015
- 2015-04-27 CZ CZ2015-280A patent/CZ306379B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ306379B6 (cs) | 2016-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5209604A (en) | Soil decontamination | |
| Guemiza et al. | Treatment technologies used for the removal of As, Cr, Cu, PCP and/or PCDD/F from contaminated soil: A review | |
| KR100925129B1 (ko) | 열적으로 강화된 토양 정화 방법 | |
| US5152341A (en) | Electromagnetic method and apparatus for the decontamination of hazardous material-containing volumes | |
| CA2123410C (en) | Heating to detoxify solid earthen material having contaminants | |
| US10751770B2 (en) | Remediation of contaminated soil and water using enhanced stimulators | |
| AU2021208710B2 (en) | PFAS processing | |
| Lombi et al. | Remediation of polluted soils | |
| Acierno et al. | Microwaves in soil remediation from VOCs. 1: Heat and mass transfer aspects | |
| CZ2015280A3 (cs) | Způsob dekontaminace tuhých materiálů a zařízení k jeho provádění | |
| JP4280166B2 (ja) | 汚染土壌の無害化処理方法及びアプリケーター | |
| Siveris et al. | Application and efficiency of vitrification and electrokinetic techniques in soil remediation | |
| Prodan et al. | Application of thermal desorption as treatment method for soil contaminated with hazardous chemicals | |
| Nobbs et al. | Contaminated site investigation and remediation of chlorinated aromatic compounds | |
| KR101481440B1 (ko) | Dnapl 오염 토양 복원방법 | |
| JP4088380B2 (ja) | 汚染土壌の浄化方法 | |
| US5931600A (en) | Thermal desorption and destruction of dense non-aqueous phase liquid in fractured bedrock | |
| Bassey | Remediation of typical Nigerian crude oil contaminated soils using microwave heating | |
| Bashiri et al. | Remove soil contaminants by heat treatment | |
| JP2004243195A (ja) | 汚染土壌の浄化方法 | |
| RU2308104C1 (ru) | Способ обработки почвы, зараженной остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка | |
| Idirisooriya et al. | Assessment of selected quality parameters of top soil and surface water in the vicinity of the laboratory wastewater pits of the Department of Chemistry, University of Ruhuna, Matara | |
| Dhol | An investigation of a photochemical approach for the remediation of PCB-contaminated soils. | |
| Johnson | On-Site Remediation Alternatives. | |
| Atamanczuk | Zastosowanie mikrofal w procesie odnowy skazonych gruntow. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210427 |