CZ290306B6 - Zařízení pro odstraňování těľkých kovů ze zeminy nebo kalů - Google Patents

Abstract

Za° zen sest v nejm n ze dvou samostatn²ch jednotek, z nich ka d je tvo°ena elektrodou, p°ipojenou k jednomu z p l zdroje elektrick ho proudu a um st nou v elektrodov komo°e, napln n elektrolytem a zapu t n v zemin nebo kalu s odstupem od, do zeminy nebo kalu zapou t n komory druh jednotky, p°i em ka d komora m svoji st nu opat°enu alespo jednou membr nou m ni e iont s voliteln²m n bojem a je uspo° d na ve vn j komo°e napln n druh²m elektrolytem, p°i em ve vn j st n vn j komory je upravena alespo jedna druh membr na m ni e iont s voliteln²m n bojem, a st na komory je upravena nepropustn pro elektrolyt.\

Description

(57) Anotace:

Zařízení sestává nejméně ze dvou samostatných jednotek, z nichž každá je tvořena elektrodou, připojenou k jednomu z pólů zdroje elektrického proudu a umístěnou v elektrodové komoře, naplněné elektrolytem a zapuštěné v zemině nebo kalu s odstupem od, do zeminy nebo kalu zapouštěné komory druhé jednotky, přičemž každá komora má svoji stěnu opatřenu alespoň jednou membránou měniče iontu s volitelným nábojem a je uspořádána ve vnější komoře naplněné druhým elektrolytem, přičemž ve vnější stěně vnější komory je upravena alespoň jedna druhá membrána měniče iontů s volitelným nábojem, a stěna komory je upravena nepropustně pro elektrolyt.

Zařízení pro odstraňování těžkých kovů ze zeminy nebo kalů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro odstraňování těžkých kovů ze zeminy nebo kalů, prostřednictvím elektrokinetického procesu, při němž se užívá elektrického proudu k unášení těžkých kovů směrem k elektrodám, kde mohou být těžké kovy koncentrovány v roztoku elektrolytu, z něhož mohou být následně odstraňovány.

Dosavadní stav techniky

Potřeba čištění zeminy a ploch znečištěných těžkými kovy je velká a zvyšuje se úměrně s poznáváním rizik, jež tyto zamořené plochy vytvářejí pro vnější prostředí jak z krátkodobého, tak dlouhodobého hlediska.

Čištění zemin či kalů je však velmi složitý a drahý proces. Znamená to, že v nejvíce ohrožených oblastech musí být zemina či kal odstraněny a uloženy za sledovaných podmínek s ohledem na bezpečnost určitého vnějšího prostředí. Jinými slovy, znečištěný materiál je izolován a tedy problém čištění je odložen na pozdější dobu. Důsledkem toho existuje značný požadavek na systém čištění, který je vhodný pro odstraňování těžkých kovů ze zemin či kalů.

V současné době se k čištění zemin či kalů využívá tzv. elektrokinetického způsobu, při kterém se elektrickým proudem unáší těžké kovy, existujících vdané zemině v podobě iontů, směrem k elektrodám, kde může být daný kov koncentrován a posléze odstraněn.

V praxi to znamená, že dvě elektrody jsou umístěny v oddělených komorách a uloženy ve vhodné vzdálenosti od sebe v zemině. Při připojení elektrického proudu k elektrodám se pozitivní ionty těžkého kovu pohybují směrem k záporné elektrodě a negativní ionty těžkého kovu se pohybují směrem ke kladné elektrodě.

Existuje však rozdíl v pohyblivosti iontů, které se uvolňují z elektrodového procesu a iontů těžkého kovu, jež jsou vázány v zemině. Ionty z elektrodového procesu jsou nejméně vázané a mají tím největší pohyblivost. Důsledkem toho je pak to, že značná část proudu je při tomto postupu použita k předávání iontů z jedné elektrodové komory do druhé, a jen menší část proudu je využita k odstraňování těžkých kovů ze zeminy či kalu. Tento známý způsob není tedy nijak zvláště účinný, vzhledem k ekonomickým nákladům na odstraňování a ukládání zeminy kontaminované těžkými kovy, takže není v praxi vůbec používán.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky eliminuje zařízení pro odstraňování těžkých kovů ze zeminy nebo kalů, sestávající nejméně ze dvou samostatných jednotek, z nichž každá je tvořena elektrodou, připojenou k jednomu z pólů zdroje elektrického proudu a umístěnou v elektrodové komoře, naplněné elektrolytem a zapuštěné v zemině nebo kalu s odstupem od, do zeminy nebo kalu zapuštěné, komory druhé jednotky, podle tohoto vynálezu, jehož podstatou je to, že každá komora má svoji stěnu opatřenu alespoň jednou membránou měniče iontů s volitelným nábojem aje uspořádána ve vnější komoře naplněné druhým elektrolytem, přičemž ve vnější stěně vnější komory je upravena alespoň jedna druhá membrána měniče iontů s volitelným nábojem.

Pro zařízení podle vynálezu je dále podstatné i to, že stěna komory je upravena nepropustně pro elektrolyt, a že vnější komora je potrubím spojena se sběrnou jímkou, v níž jsou uspořádány separační elektrody, pro separaci ze zeminy.

Výhodou tohoto zařízení je zejména to, že elektrický proud je zde využíván zcela efektivně, tj. výhradně pro přepravu v zemině vázaných iontů k elektrodám, a ne jako u známých zařízení k přepravě iontů mezi elektrodami.

Zařízení podle tohoto vynálezu tak umožňuje čistit produkty zamořené (kontaminované zeminy či kaly) těžkými kovy se spotřebou energie, jež je zejména výhodná v porovnání s jinými formami čištění, přičemž současně zajišťuje značnou úroveň čisticího efektu a tím možnost dosáhnout překvapivě vysokého stupně vyčištění.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno v následujícím textu za pomoci výkresů, na nichž je na obr. 1 znázorněna konstrukce v zemině uložené elektrodové jednotky v částečném řezu a na obr. 2 připojení v zemině uložené elektrodové jednotky na sběrnou jednotku těžkých kovů.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro odstraňování těžkých kovů ze zeminy nebo kalů, sestává nejméně ze dvou samostatných jednotek 1, z nichž každá je tvořena elektrodou 2, připojenou k jednomu z pólů zdroje elektrického proudu a umístěnou v elektrodové komoře 3, naplněné elektrolytem 4 (např. roztokem dusičnanu sodného) a zapuštěné v zemině 12 nebo kalu s odstupem od, do zeminy 12 nebo kalu zapuštěné, elektrodové komory 3 druhé jednotky L Na obr. 1 je znázorněna jedna z těchto jednotek i, jejíž elektroda je připojena na záporný pól zdroje elektrického proudu. Uvnitř a nebo v boční stěně 5 elektrodové komory 3 je upevněna membrána 6 měniče iontů, jež má volitelný náboj. V popisovaném případě je kladný. Tato membrána 6 může být vyrobena z jakéhokoli vhodného podpůrného a chemicky odolného materiálu, jenž není elektricky vodivý. Elektrodová komora 3 může být celá vytvořena z materiálu membrány 6 pouze v případě, že tento materiál má adekvátní pevnost. Použitým materiálem mohou být známé pórovité (lehčené) keramické materiály a podobné materiály. Membrány 6 měniče iontů s volitelným nábojem jsou v kontaktu s druhým elektrolytem 7, jenž se rozprostírá okolo vnější stěny 5 elektrodové komory 3. Tento druhý elektrolyt 7 je obsažen v uzavřené vnější komoře 9, jež vytváří vnějšek dané jednotky L Elektrolyt 4 upravený okolo elektrody 2 je oddělen od cirkulujícího roztoku druhého elektrolytu 2· Vnější komora 9 má alespoň část své vnější stěny 10 tvořenu druhými membránami 11 měniče iontů s volitelným nábojem, jež jsou v tomto příkladě záporně nabité. Podobně jako v případě elektrodové komory 3 mohou i zde druhé membrány 11 formovat celou vnější stěnu 10 vnější komory 9.

Během provozu je daná jednotka 1 ponořena v produktu, jehož čištění je požadováno, a jímž může být zemina nebo kal, či sedimenty, či čisticí rezidua a atp., které jsou zamořeny těžkými kovy. Jednotka 1 může být napojena na sběrnou jednotku 13 (viz obr. 2), k cirkulaci roztoku druhého elektrolytu 9. Během provozu budou ionty těžkého kovu, obsažené v roztoku druhého elektrolytu 9, koncentrovány ve sběrné jednotce 13 tak, že při míjení separačních elektrod 14, jež jsou ve sběrné jednotce 13 umístěny, dojde v důsledku jejich náboje k jejich strhávání na příslušnou separační elektrodu 14. Tak jsou těžké kovy odstraněny z roztoku druhého elektrolytu 7, který je recirkulován zpět do jednotky L

-2CZ 290306 B6

Když jsou jednotky 1 podle tohoto vynálezu umístěny v produktu, jehož čištění je vyžadováno, je do nich zaváděn elektrický proud a roztok druhého elektrolytu 7 tak, jak bylo popsáno výše. Zařízení pak elektrokinetickým způsobem čistí těžkými kovy kontaminované zeminy 12, přičemž při tomto způsobu je kontaminovaný produkt oddělen od elektrodových komor 3 tak, že membrána 6 měniče kationů brání anionům (-) z elektrodové komory 3 se zápornou elektrodou 2 procházet ven do kontaminovaného produktu, kterým může být zemina 12, ale ve stejném momentě umožňuje kationům (+) těžkého kovu aby procházely zdaného kontaminovaného produktu, například zeminy 12, k elektrodové komoře 3 se zápornou elektrodou 2. Ve stejném momentě membrána 6 měniče anionů brání kationům (+) z elektrodové komory 3 s kladnou elektrodou 2 procházet do zeminy 12, ale dovoluje průchod anionů (-) těžkého kovu ze zeminy 12 k elektrodové komoře 3 s kladnou elektrodou 2 v jednotce L

Tímto je zajištěno nej lepší možné využití elektrického proudu, což činí tento způsob, ale zejména zařízení, konkurence schopné, ve srovnání s jinými známými zařízeními k čištění zemin 12 či kalů kontaminovaných těžkými kovy.

K tomu může být ještě dodáno, že srážení těžkých kovů, jež umožňuje zařízení podle tohoto vynálezu, je tak efektivní, že tyto mohou být znovu použity, což též přispívá pozitivním způsobem k ziskovosti daného zařízení.

Dále je možno poznamenat, že dané jednotky 1 mohou být opatřeny několika oddělenými roztoky elektrolytů 4, 7 a iontově volitelnými membránami 6, 11, čímž se umožňuje čištění kontaminovaných zemin 12 či kalů od zvolených specifických kovových iontů.

Toto zařízení pak může být použito též společně s jinými způsoby čištění, a to například ve spojení s biologickým čištěním, kde teplo vyvíjené tímto zařízením je využíváno k podpoře daného biologického čisticího procesu.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro odstraňování těžkých kovů ze zeminy nebo kalů, sestávající nejméně ze dvou samostatných jednotek (1), z nichž každá je tvořena elektrodou (2), připojenou k jednomu z pólů zdroje elektrického proudu a umístěnou v elektrodové komoře (3), naplněné elektrolytem (4) a zapuštěné v zemině (12) nebo kalu s odstupem od, do zeminy (12) nebo kalu zapuštěné, komory (3) druhé jednotky (1), vyznačující se tím, že každá komora (3) má svoji stěnu (5) opatřenu alespoň jednou membránou (6) měniče iontů s volitelným nábojem a je uspořádána ve vnější komoře (9) naplněné druhým elektrolytem (7), přičemž ve vnější stěně (10) vnější komory (9) je upravena alespoň jedna druhá membrána (11) měniče iontů s volitelným nábojem.
2. 2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že stěna (5) komory (3) je upravena nepropustně pro elektrolyt (4).
3. 3. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že vnější komora (9) je potrubím spojena se sběrnou jímkou (13), v níž jsou uspořádány separační elektrody (14), pro separaci ze zeminy (12) nebo kalu odstraněných těžkých kovů, přičemž výpusť sběrné jímky (13) je prostřednictvím vratného potrubí se zařazeným čerpadlem spojena s vnější komorou (9).