CZ27238U1 - Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů - Google Patents

Description

Technické řešení se týká mobilního zařízení pro dekontaminaci znečištěných povrchů v životním prostředí ovlivněném činností člověka. Zařízení lze aplikovat na povrchy různých typů zemin, sedimentů nebo stavebních objektů kontaminovaných organickými toxikanty, jako jsou ropné látky, pesticidy nebo perzistentní polutanty. Podstatou řešení je přímá aplikace mikrovlnného ohřevu do určité hloubky znečištěného povrchu, vedoucí k mobilizaci kontaminantů, tím k jejich odstranění z vnitřní struktury materiálu, následné odsátí z povrchu a zachycení v systému zpracovávajícím tento výstupní procesní proud.

Dosavadní stav techniky

Řešení starých ekologických zátěží, stejně jako rychlá likvidace současných ekologických havárií, patří mezi prioritní oblasti technické péče o životní prostředí. Problematická jsou zejména znečištění málo těkavými organickými látkami, např. polycyklickým aromatickými uhlovodíky, polychlorovanými bifenyly nebo pesticidy, při jejichž odstraňování ze životního prostředí některé dostupné sanační techniky ve svém účinku selhávají nebo se neúměrně prodražují.

Pro zvýšení výkonnosti sanačních technologií lze využít tepelnou energii, kdy při zvýšení teploty kontaminovaného materiálu narůstá těkavost kontaminantů a lze je tak účinněji a rychleji odstranit. Známá je především ex-situ technologie termické desorpce, nicméně ve světě se používá i řada metod pro in-situ aplikace tepelné energie v kontaminovaných oblastech, např. vyhřívané vrty, vtláčení horké páry nebo vzduchu do podloží nebo aplikace odporového ohřevu, v případě povrchových kontaminací to pak mohou být různé vyhřívané pokrývky povrchu. Použití těchto technik s sebou z důvodu nízké tepelné vodivosti kontaminovaných materiálů přináší vysoké provozní náklady a technické problémy. Ohřev těchto materiálů je značně pomalý a neefektivní a především ve statické mocnině materiálu dochází ke vzniku vysokých teplotních gradientů.

Levnějším a účinnějším řešením, jak vyhřát znečištěný materiál, je pak aplikace mikrovlnného ohřevu, jež je důsledkem interakce elektromagnetického vlnění o frekvenci nej častěji 2,45 GHz s kapalnými nebo pevnými materiály. Tato interakce umožňuje objemový ohřev, jenž napomáhá rychlejšímu a efektivnějšímu dosažení zvýšené teploty v materiálu. Princip využití mikrovlnného ohřevu pro účely termické desorpce kontaminovaných materiálů je předmětem několika patentů, např. US 5 532 462, příp. mobilní zařízení využívající tohoto principu je v ČR chráněno užitným vzorem CZ 26360 Ul. Tento způsob sanace kontaminovaných území však vyžaduje odtěžbu často obrovského množství materiálu, jeho následnou předúpravu, přepravu a dávkování, což proces finančně značně zatěžuje. Využití mikrovlnného ohřevu přímo při in-situ dekontaminaci jez tohoto pohledu vzhledem k jeho vlastnostem racionální způsob, jak sanační práce zefektivnit. Tímto způsobem řešení pro podpovrchové kontaminace se zabývají patenty WO 9408739, US 5 449 889 nebo JP 2006150157, povrchovou dekontaminaci s využitím mikrovln řeší patent WO 03074204, který je však zaměřen na techniku aplikace mikrovln a nepopisuje systém zachycení par teplem mobilizovaných kontaminantů.

Podstata technického řešení

Předmětem předloženého technického řešení je kompaktní mobilní jednotka pro dekontaminaci znečištěných povrchů. Dekontaminační účinek jednotky na zasažené ploše spočívá v postupném odstranění kontaminantů z určité hloubky s využitím mikrovlnného ohřevu a posuvným kontinuálním nebo diskontinuálním pohybem jednotky po kontaminovaném povrchu.

Zařízení se skládá ze dvou dílčích vzájemně propojených a neoddělitelných technických celků mikrovlnné výkonové časti, jejíž funkcí je ohřev povrchové vrstvy kontaminovaného materiálu, a technologie zpracovávající vystupující směs procesních par a vzduchu, která zajišťuje separaci a zkoncentrování kontaminantů z nosné vzdušiny a dosažení legislativou stanovených emisních

- 1 CZ 27238 Ul limitů. Jednotlivé součásti zařízení jsou vzájemně propojeny a připevněny na nosném rámu tak, že tvoří jeden celek. Celistvou konstrukci lze přemisťovat mezi kontaminovanými lokalitami na vleku nebo nákladním automobilu a připojení konstrukce na podvozek opatřený koly umožňuje pohyb jednotky po kontaminované oblasti v průběhu její dekontaminace. Pro svoji funkci vyžaduje pouze přípojku elektrické energie pro napájení.

Mikrovlnná výkonová část je tvořena minimálně jedním průmyslovým generátorem mikrovln o frekvenci 915 nebo 2450 MHz a výkonu minimálně 750 W, který je připojen buď přímo, nebo nepřímo pomocí vlnovodu k otevřenému aplikátoru. Výkon průmyslového generátoru mikrovln lze kontinuálně nebo stupňovitě regulovat. Otevřený aplikátor má tvar jehlanu, prip. kuželu, nebo komolého jehlanu, resp. komolého kuželu, a slouží k aplikaci mikrovln na povrch znečištěného materiálu. Boční stěny otevřeného aplikátoru a vlnovodu jsou vyrobeny z materiálu odrážejícího mikrovlny. Mikrovlnné záření je přiváděno do aplikátoru v jeho svrchní části směrem kolmo kjeho základně, která je tvořená těsnicí a tepelně izolační deskou z materiálů vůči mikrovlnám transparentních. Jednoduchý sklopný a aretační mechanismus v místě přichycení mikrovlnné výkonové části na konstrukci jednotky umožňuje aplikovat mikrovlnný ohřev také v jiném než horizontálním směru. Okraje u základny otevřeného aplikátoru jsou s výhodou dále opatřeny prvky zabraňujícími šíření mikrovln do okolního prostředí. Součástí otevřeného aplikátoru je také výstup pro odtah směsi procesních par a vzduchu, který je napojen na odsávací zařízení, které zajišťuje transport této procesní směsi do dalších prvků technologie odstraňující kontaminanty z této vzdušiny. S výhodou lze v bočních stěnách otevřeného aplikátoru umístit také bezkontaktní senzor pro měření teploty a otvor pro vstup vodního proudu, který zajišťuje zchlazení povrchu materiálu na konci tepelného procesu.

Podstatou technologie zpracovávající vystupující směs procesních par a vzduchuje použití filtru pevných částic stržených odsátím z povrchu materiálu, dále tepelného výměníku, kde dochází ke kondenzaci par kontaminantů, a adsorbéru s aktivním uhlím sloužícím k adsorpci zbytkového neodstraněného množství kontaminantů. Jednotku lze doplnit vhodným typem absorbéru par kontaminantů do absorpčních kapalin. Vzdušina je po jejím vyčištění výfukem vypouštěna do ovzduší.

Výhody uvedeného technického řešení spočívají v možnosti rychlého a snadného přemístění kompletní konstrukce dekontaminacní technologie do místa sanačního zásahu a v rychlé a účinné dekontaminaci znečištěného území bez nutnosti vytěžení kontaminovaného materiálu a jeho úpravy, prip. následného zpracování. Mikrovlnný ohřev je ve srovnání s klasickým způsobem ohřevu rychlejší a efektivnější, čímž lze dosáhnout nezanedbatelné energetické úspory, s pomocí mikrovln se materiál ohřeje do větší hloubky, lze tak dekontaminovat větší množství materiálu. Navíc vyšší rychlosti dekontaminace a vyššího hloubkového dosahu technologie lze dosáhnout navýšením výkonu a velikosti jednotlivých částí zařízení. Výhodou tohoto technického řešení je také jednoduchost jeho aplikace a provozní bezpečnost. Bezprostředně po provedení mikrovlnami podporovaného dekontaminačního zásahu s pomocí uvedeného zařízení lze ohřátý materiál pomocí postřiku vodou zchladit a dosáhnout tak některých původních fyzikálních vlastností tohoto materiálu. Vzdušina působící jako nosný plyn pro mobilizované páry kontaminantů skrz jednotlivé kroky technologie je tímto technickým řešením vyčištěna pod úroveň legislativou stanovených emisních limitů.

Přehled obrázku na výkrese

Součásti zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů jsou schematicky objasněny na přiloženém výkresu, kde je na Obr. 1 znázorněn příklad technického řešení pri pohledu z boku. Příklady provedení technického řešení

Mobilní dekontaminacní zařízení představující kompaktní celek na podvozku je tvořeno průmyslovým generátorem I mikrovln o frekvenci 2450 MHz, kterým je magnetron o maximálním

-2CZ 27238 Ul výkonu 6 kW s regulovatelným krokem nastavení po 10 W, připojený přímo k otevřenému aplikátoru 2, který je opatřen těsnicí a tepelně izolační deskou 3 tvořenou z teflonu pokrytého z jedné strany vrstvou tepelně izolující skelné vaty, otvorem pro chlazení povrchu materiálu proudem vody, 1Č senzorem pro měření povrchové teploty a odtahem 4 směsi procesních par a vzduchu. Otevřený aplikátor 2 s příslušenstvím a připojeným magnetronem 1 je připevněn na nosném rámu Π. jednoduchým sklopným a aretačním mechanismem 5. Přes odtah 4 směsi procesních par a vzduchu je otevřený aplikátor 2 systémem trubek a hadic propojen s filtrem 6 pevných částic, absorbérem 7 par kontaminantů tvořeným scrubberem, svazkovým tepelným výměníkem 8, odsávacím zařízením 9, kterým je vakuová pumpa, a adsorbérem 10 s aktivním uhlím. Zařízení je dále vybaveno systémem kontroly teploty procesního proudu v jednotlivých jeho částech a tlakoměry kontrolujícími tlak v zařízení. Všechny součásti zařízení jsou připevněny na nosném rámu 11 připevněném na podvozku, který je možné připojit za běžné dopravní prostředky.

Zařízení je s využitím běžné nákladní přepravy dopraveno na lokalitu se zeminou kontaminovanou směsí chlorovaných pesticidů, kde je vyloženo na znečištěnou plochu. Magnetron 1 s pomocí otevřeného aplikátoru 2 tvaru jehlanu o rozměrech základny 70x70 cm ohřeje postupně povrch materiálu o ploše této základny na teplotu 100 °C, poté za plného výkonu postupně odpařuje přítomnou vodu ve znečištěné matrici, která s sebou strhává páry kontaminantů. Postupně se takto prohřeje a vysuší povrchová vrstva zeminy do hloubky, ve které se nalézá kontaminace, až nad teplotu 150 °C, při které se účinně odstraní převážná část kontaminantů. Ohřev kontaminované vrstvy pod povrchem o ploše základny otevřeného aplikátoru 2 trvá 1 až 2 hodiny podle aktuálního složení a struktury kontaminovaného materiálu. V průběhu ohřevu jsou vakuovou pumpou 9 odsávány vznikající páry kontaminantů společně se vzduchem, vodní párou a pevnými částicemi strženými z povrchu a unášeny přes další prvky technologie zpracovávající tento procesní proud. Ten je nejprve zbaven hrubých pevných částic pomoci filtru 6 a dále jsou z proudu odstraňovány páry kontaminantů ve scrubberu 7 jejich absorpcí do vhodného kapalného média, kondenzací pomocí svazkového tepelného výměníku 8 a adsorpcí v adsorbéru 10 s aktivním uhlím. Do ovzduší je následně výfukem 12 vypouštěna vyčištěná vzdušina splňující legislativou stanovené emisní limity. Povrch materiálu je na konci procesu zchlazen proudem vody, zbylé vygenerované páry jsou odsáty a po zchladnutí povrchu na teplotu okolí se zařízení posune na vedlejší znečištěnou plochu a proces se opakuje. V případě prokázané nedostatečné dekontaminační účinnosti se proces aplikuje na kontaminované ploše opakovaně.

Průmyslová využitelnost

Popsané zařízení představuje inovativní sanační techniku, kterou lze aplikovat v místech lokálního povrchového znečištění, jako jsou staré ekologické zátěže nebo současné kontaminace vzniklé náhodnými úniky nebezpečných organických látek. Mezi typické lokality nasazení uvedeného zařízení patří např. současné a bývalé průmyslové areály nebo vojenské a zemědělské objekty, které jsou kontaminované nebezpečnými organickými těkavými a málo těkavými látkami. Do cílových polutantů se řadí zejména různé ropné produkty, organické pesticidy, polycyklické aromatické uhlovodíky nebo polychlorované bifenyly.

Claims (5)

1. Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů, vyznačující se tím, že je tvořeno mikrovlnnou výkonovou částí a technologií zpracovávající vystupující směs procesních par a vzduchu, které jsou připevněné na společném nosném rámu (11).

-3 CZ 27238 Ul

2. Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů podle nároku 1, vyznačující se tím, že umožňuje pohyb po znečištěném povrchu.

3. Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že jeho mikrovlnná výkonová část obsahuje průmyslový generátor (1) mikrovln o

5 frekvenci 915 nebo 2450 MHz připojený přímo nebo vlnovodem k otevřenému aplikátoru (2), který je opatřen těsnicí a tepelně izolační deskou (3) a odtahem (4) směsi procesních par a vzduchu.

4. Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů podle nároku laž3, vyznačující se tím, že výkon průmyslového generátoru (1) mikrovln je minimálně 750 W a je kontinuit) álně nebo stupňovitě regulovatelný.

5. Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů podle nároku laž4, vyznačující se tím, že otevřený aplikátor (2) má tvar jehlanu nebo kužele, případně komolého jehlanu nebo komolého kužele, a jeho připevněním k nosnému rámu (11) sklopným a aretačním mechanismem (5) ho lze naklápět a fixovat do různých poloh.

15 6, Zařízení na dekontaminaci znečištěných povrchů podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že otevřený aplikátor (2) je napojen přes odtah (4) směsi procesních par a vzduchu na technologii zpracovávající vystupující směs procesních par a vzduchu, která se skládá z filtru (6) pevných částic, absorbéru (7) par kontaminantů, tepelného výměníku (8), odsávacího zařízení (9) a adsorbéru (10) s aktivním uhlím a je ukončena výfukem (12) vyčištěné vzdušiny.