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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft das Schmelzen fester Materialien zur Erzeugung
eines verglasten und/oder kristallinen Materials durch Einleiten
einer Schmelze, indem ein elektrischer Strom durch einen planaren,
zwischen mehreren Elektroden befindlichen Anfangsweg und von dort
durch die umgebenden festen Materialien geleitet wird. Die festen
Materialien können
unberührte
oder ausgehobene Erde sein, Abfallmaterialien, die an einem Ort
zur Entsorgung zusammengetragen wurden, oder irgendwelche anderen
festen Materialien, die geschmolzen werden können und die Joulesche Erwärmung während der
Bearbeitung unterstützen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verglasung oder das Schmelzen von Erde und anderen festen Materialien
in situ ist wohlbekannt, wie aus den zahlreichen Patenten hervorgeht,
die unter anderem an das Battelle Memorial Institute vergeben wurden.
Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4 376 598, ausgestellt
am 15. März
1983, ein Verfahren zur Verfestigung von Erde und anderen, in der
Erde enthaltenen festen Materialien durch Hindurchleiten eines elektrischen
Stroms durch geschmolzene Materialien zwischen Elektroden. Es wird
ein anfänglicher,
elektrisch leitender Widerstandsweg zwischen den Elektroden bereitgestellt,
und das Anlegen des Stroms an die Elektroden wird solange fortgesetzt,
bis die festen Materialien zwischen den Elektroden geschmolzen sind.
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Der
elektrisch leitende Widerstandsweg (der "Anfangsweg") ist notwendig, um elektrische Leitung
zwischen den Elektroden zu erhalten, die ausreicht, zunächst hinreichend
Wärme zu
erzeugen, um die Erde und andere feste Materialien un mittelbar neben
dem Anfangsweg aufzuschmelzen und dann den Stromfluß auf diese
geschmolzenen Materialien zu übertragen.
Durch das Aufschmelzen wird die geschmolzene Erde oder andere Materialien
deutlich elektrisch leitfähiger
als im ungeschmolzenen Zustand. Die Elektrizität kann dann durch die geschmolzenen
Medien fließen,
wobei sie durch das Phänomen
der Jouleschen Erwärmung
in Wärme
umgewandelt wird, die dann in die benachbarten festen Materialien
geleitet wird und diese aufschmilzt. Dieses Aufschmelzen wurde bislang
an oder in der Nähe
der Oberfläche
der festen Materialien in einem horizontalen linearen Weg eingeleitet,
wobei der Schmelzbereich bei weiter angelegtem elektrischen Strom
nach außen
und nach unten wächst.
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Eine
Reihe verschiedener Verfahren zur Erstellung des elektrisch leitenden
Widerstandswegs wurden vorgeschlagen, etwa Wege mit Graphit oder
Natriumhydroxid, Opferwiderstandselemente (Metall-Widerstandsspule
oder -draht) und chemische Reagenzien zur Herbeiführung einer
stark exothermen chemischen Reaktion. In US-Patent Nr. 5 004 373
wird zur Einleitung der in situ-Verglasung eine Schnur aus dielektrischem Material
(wie etwa Glasfaser) mit einem leitenden Material (etwa Graphit)
imprägniert.
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Wie
in US-Patent Nr. 4 376 598 dargestellt, war der Anfangsweg eine
relativ kleine "Schicht" (2,5 cm tief und
2,5 cm breit) aus Graphit-Flocken in einem Graben zwischen den Elektroden.
Diese Graphit-Schicht war lediglich dazu vorgesehen, "einen leitfähigen Widerstandsweg
[zwischen den Elektroden] bereitzustellen, um die Temperatur der
Erde um den leitfähigen
Widerstandsweg herum auf ihre Schmelztemperatur anzuheben". Zwar wurde in Betracht
gezogen, daß die
Verglasung von Materialien so verlaufen würde wie im Patent '598 beschrieben,
doch tatsächlich
wurde gefunden, daß die
Bildung der Schmelzzone der in US-Patent Nr. 4 956 535 beschriebenen
näherkommt.
Anfangswege mit Graphit als Primärkomponente
(im allgemeinen in Form von Flocken) stellen nunmehr die bevorzugte
Methode zur Einleitung des Schmelzvorgangs dar.
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Man
weiß jetzt,
daß bei
einem horizontalen, linearen Anfangsweg, der nahe der Oberfläche des
Bodens wie im Stand der Technik gesetzt wird, die Schmelzzone so
verläuft
wie hierin in 1 ("Stand der Technik") und in 10 und 12 des
Patents '535 dargestellt.
Wie in 1 dargestellt, beginnt die Schmelzzone 10 mit
einem horizontalen linearen Anfangsweg 26 und nimmt mit
der Ausdehnung in alle Dimensionen "X" (seitlich
in der Ebene zwischen den Elektroden), "Y" (nach
unten) und "Z" (seitlich senkrecht
zur Ebene zwischen den Elektroden) die Form eines Ballons an. Das
Ergebnis ist eine geschmolzene zylindrische Masse mit halbkugelförmigen Enden.
Der hierin dargestellte Schmelzsumpf 10 zeigt das "Wachstum" des geschmolzenen
Bereichs mit wachsendem Schmelzsumpf. Wie in 1 (und in
den nachfolgenden Zeichnungen) dargestellt, schmilzt der Schmelzsumpf
daher nach und nach vom Beginn bei A und wächst dann nach unten und nach
außen
hin zu B, C, D und E. Die vorhergehenden Schmelzsümpfe (A-D)
sind lediglich zum Zweck der Veranschaulichung als diskrete Einheiten
gezeigt – tatsächlich nimmt
der Schmelzsumpf mit der Zeit an Größe zu, bis er einen einzigen
großen
geschmolzenen Bereich ergibt. Aus der Volumenabnahme und der Absenkung
erklärt
sich die Lage des letzten Schmelzsumpfs und der verfestigten Masse,
die ein wesentlich kleineres Volumen einnehmen als vorher durch
die ungeschmolzenen festen Materialien eingenommen wurde (Volumen A
+ B + C + D + E). Wie im Patent '535
dargestellt, waren zusätzliche
Elektroden notwendig, um der verglasten Masse Herr zu werden. Durch
Erfahrung wurde gefunden daß die
Wärmeleitung
vom geschmolzenen Volumen in benachbarte ungeschmolzene Materialien
in direkter Beziehung zur Oberfläche
des geschmolzenen Volumens steht.
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Theoretisch
setzt sich eine Schmelze in vollkommen trockener, gleichförmiger Erde
gleichmäßig in alle Richtungen
X, Y und Z fort. Da sich die Schmelze in beide Richtungen (von einer
zwischen den Elektroden gezogenen Linie) in der "Z"-Dimension
fortsetzt, ist das seitliche Wachstum theoretisch das Zweifache
des Wachstums nach unten, und daraus ergibt sich ein theoretisches
Seitenverhältnis
(Verhältnis
von Tiefe zu Breite: Y/Z) von 0,5. Da die meisten aufzu schmelzenden
Materialien Flüssigkeiten
oder andere verdampfbare Stoffe (wie etwa Wasser im Boden) enthalten,
die durch den nach unten vordringenden Schmelzsumpf verdampft werden,
nimmt man jedoch an, daß die
relativ "kühlen" Dämpfe sich
an den Seiten des Schmelzsumpfs aufwärts bewegen, die Seiten kühlen und
die Geschwindigkeit des seitlichen Wachstums (Z) verlangsamen. Daher
nimmt die Geschwindigkeit des Abwärtswachstums eines Schmelzsumpfs
im Stande der Technik nominell schneller zu als die seitliche Wachstumsgeschwindigkeit,
so daß sich
ein tatsächliches
Seitenverhältnis
von bis zu 1,5 ergibt. Mit zunehmender Größe des Schmelzsumpfs führen jedoch
andere Faktoren im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung dazu, daß die Geschwindigkeit
des Schmelzens nach unten ("Y") gegenüber dem
Schmelzen nach außen
("Z") abnimmt (in 1 dargestellt
anhand der aufeinanderfolgenden Schmelzen A, B, C, D und E), und
schließlich
wird es unwirtschaftlich, das Schmelzen mit herkömmlichem Gerät mit der Absicht
fortzusetzen, die Schmelze nach unten auszudehnen, da die Geschwindigkeit
des (unerwünschten) Wachstums
in der "Z"-Dimension die Geschwindigkeit
des Wachstums in der gewünschten "Y"-Dimension
bei weitem übersteigt.
Somit ist die herkömmliche
Technologie auf das Arbeiten mit Seitenverhältnissen der Schmelze im Bereich
von etwa 1,0 bis 1,5 beschränkt.
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Bei
Anwendungen in großem
Maßstab
unter Einsatz von bis zu vier Megawatt Leistung und Anwendung der
Einleitungsprozedur des Standes der Technik mit linearem Anfangsweg
hat die Anmelderin beobachtet, daß, nachdem eine 4-Elektroden-Schmelze
etwa 20' (6,1 m)
Tiefe bei einer Breite von etwa 40-45' (12-13,7 m) erreicht hat, das Abwärtswachstum
der Schmelze sich so weit verlangsamt, daß eine Fortführung unwirtschaftlich
ist (ungenügend
Leistung zum Schmelzen einer weitaus größeren Masse verfügbar), und
derartige Schmelzen werden typischerweise zu diesem Zeitpunkt oder
früher
beendet. Bei Verwendung von handelsüblichem Großgerät besteht daher eine inhärente Grenze,
bis zu welcher Tiefe eine in situ-Verglasung ausgedehnt werden kann.
Natürlich
kann auch leistungsfähigeres
Gerät eingesetzt
werden, um noch größere, tiefere Schmelzen
zu erzeugen, doch gäbe
es auch bei solchem Gerät
eine eigene wirtschaftliche Grenze bei der Tiefe.
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Die
Anmelderin hat gefunden, daß bei
Anwendung der beispielsweise im Patent '598 offenbarten Verfahren die gegenwärtige praktische
Grenze der Schmelztiefe ("Y") bei Verwendung
von in situ-Verglasungsgerät
in kommerziellem Maßstab
(4 MW) etwa 20 Fuß (6,1
m) beträgt.
Mit einem Anfangsweg wie im Patent '598 offenbart beträgt bei dieser Tiefe die Schmelzbreite
("Z") etwa 20-22 Fuß (6,10-6,7
m) pro Elektrodenpaar oder etwa 45 Fuß (13,7 m) bei 4 Elektroden.
Sofern der zu verglasende Bereich nicht bei oder oberhalb etwa 20 Fuß (6,1 m)
unter der Oberfläche
liegt, ist es daher nicht wirtschaftlich, mit dem Schmelzen seitlich
fortzufahren, um die Tiefe der Schmelze minimal zu vergrößern. Es
können
zwar Wärmebarrieren
eingesetzt werden, um die seitliche Ausdehnung der Schmelze ("Z") zu begrenzen, doch sind solche Barrieren
schwierig zu bauen, arbeiten möglicherweise
nicht ordnungsgemäß und sind
teuer.
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Wie
bereits oben festgestellt, beginnen herkömmliche Schmelzen mit horizontalem
Anfangsweg sehr breit und flach und ergeben so ein sehr niedriges
Seitenverhältnis
(Tiefe/Breite), das sich mit dem Anwachsen der Schmelze in die Tiefe
erhöht.
Die Anmelderin hat beobachtet, daß das Seitenverhältnis von
herkömmlichen Schmelzen
bei Tiefen von kommerziellem Interesse kaum jemals größer ist
als etwa 1,0 oder höchstens
1,3. Mit herkömmlichem
Gerät ergibt
die größte durchführbare Schmelze
mit dem dichtesten Elektrodenabstand von 10 Fuß (3 m) mit horizontalem Anfangsweg
dazwischen eine Schmelze von etwa 20' (6,1 m) Breite und 20' (6,1 m) Tiefe pro
Elektrodenpaar.
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In
vielen Fälle
kann eine geformte Schmelzzone (mit einem Seitenverhältnis von > 1,5) wünschenswert
sein. Das ISV-Verfahren des Patents '535 ergibt eine Schmelze, die nach Belieben "wächst", während
mit der vorliegenden Erfindung eine Schmelze maßgeschneidert werden kann,
um entweder an die örtlichen
Gegebenheiten angepaßt
zu werden und/oder die Kosten zu verringern. Einer der größten Vorteile,
daß man
in der Lage ist, das Seitenverhältnis
der Schmelze zu steuern, ist die Minimierung des Überschmelzens
in der Breite.
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Wollte
man beispielsweise ein Volumen von 20 Fuß (6,1 m) Tiefe und 10 Fuß (3 m)
Breite mit herkömmlicher
Technologie aufschmelzen, so müßte man
20' (6,1 m) breit
aufschmelzen, um eine Tiefe von 20' (6,1 m) zu erreichen. Bei einer solchen
Bearbeitung wird die zweifache Menge des beabsichtigten Materials geschmolzen,
so daß sich
Zeit und Kosten verdoppeln. Bei solchen Anwendungen ist es wünschenswert,
eine Schmelze mit einem Seitenverhältnis von 2,0 (zweimal so tief
als breit) durchzuführen.
Die Fähigkeit
zur Steuerung des Seitenverhältnisses
kann immense Auswirkung auf die Kosten einer Schmelze und damit
ihre kommerzielle Realisierbarkeit haben.
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Wie
in 2 dargestellt, sind viele Sondermülldeponien
in Form von Gräben 12 angeordnet,
wobei der Sondermüll
in einem "U"- oder "V"förmigen
Graben mit Erde begraben wird. Die Seitenwände des Grabens können mit
Stein 14 ausgekleidet sein. Die in situ-Verglasung ist
in solchen Fällen
möglicherweise
nicht kosteneffektiv oder es kann zu Sicherheitsproblemen kommen,
da die natürliche
Bildung des ballonförmigen Schmelzsumpfes 16 (wie
im Patent '535 dargestellt)
genau die entgegengesetzte Form aufweist, als in solchen Fällen erwünscht wäre. Da die
Schmelze zu den Seiten des Grabens hin abschließen kann, ist seitliche Bewegung
von Gasen 18, die unter dem Schmelzsumpf 16 erzeugt
werden, möglicherweise
durch die Seiten des Grabens eingeschränkt, und diese Gase werden
möglicherweise
durch die Schmelzzone 16 nach oben 20 gedrückt und
führen
dort zu Störungen
und Diskontinuitäten.
Solche "Blasen" können zu
erheblichen Problemen bei der Aufrechterhaltung einer effektiven
Schmelze und zu Eruptionen an der Oberfläche führen und gefährden so
die Unversehrtheit der Elektroden 22 und der Abgassammelvorrichtung 24,
die die Schmelze bedeckt. Solche Eruptionen sind heftig genug, um
Schmelzen und/oder Beschädigung
der Abdeckkomponenten 24 und anderer Einrichtungen im Zusammenhang
mit dem ISV-Verfahren herbeizuführen.
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Allgemein
wird die in situ-Verglasung heute mit Elektroden 28 durchgeführt, die
mit fortschreitendem Schmelzvorgang kontinuierlich in den Schmelzsumpf
geführt
werden (gegebenenfalls durch eine Manschette 30; 3).
So wie gegenwärtig
praktiziert, werden beim Inbetriebsetzen zunächst weder die Elektroden noch die
Manschetten bis auf die gewünschte
Endtiefe eingeschoben. So wie der Schmelzsumpf nach unten wächst, werden
die Elektroden nach unten nachgeführt. Dieser nächste Stand
der Technik ist in US-A-5 114 277 beschrieben.
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Daneben
hat es zahlreiche Versuche gegeben, unterirdische 'Wände" aus verglastem Material zu schaffen,
die als Barriere wirken. Derartige unterirdische Strukturen wurden
bislang noch nicht wirtschaftlich oder präzise aufgebaut, da das Seitenverhältnis so
klein ist (die Schmelzen sind zu breit), daß solche Strukturen unwirtschaftlich
werden. Eine 20' (6,1
m) tiefe Wand, die durch zwei Elektroden unter Anwendung herkömmlicher
Verfahren erzeugt wird, ergibt demnach eine 20' (6,1 m) breite (oder breitere) Schmelze – wobei wesentlich
mehr Zeit und Energie für
das Schmelzen als zur Erzeugung einer "Wand" erforderlich
sind. Für Anwendungen
mit Barrierewand sollte das Seitenverhältnis der Schmelze auf den
Bereich von 4 bis 20 eingeregelt werden können, was bei Anwendung der
Technologie im Stand der Technik unmöglich ist (maximal realisierbare
Seitenverhältnisse
im Bereich von 1,0 bis 1,5).
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Es
sind zahlreiche Erfindungen offenbart, die die Durchführung der
in situ-Verglasung
unterstützen sollen.
Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 4 762 991 eine Sonde, die
mehrere Sensoren überwacht,
die entlang dem erwarteten Weg einer ISV-Schmelze gesetzt sind.
Die Sonde empfängt
Temperatursignale von den Sensoren und übermittelt diese an eine entfernte
Stelle. Das US-Patent Nr. 5 024 556 offenbart ein System zur Förderung
der Zerstörung
flüchtiger
und/oder gefährlicher
Verunreinigungen bei der in situ-Verglasung durch Bildung einer
Kaltverschlusses über
der verglasten Masse.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
ein Verfahren – sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens – zum
Schmelzen fester Materialien, wobei ein Schmelzsumpf von genauerer
Größe und Form
und anschließend
ein abgekühltes
monolithisches Glas und/oder eine kristalline Masse erhalten werden
kann. Eine solche Steuerung der Schmelze kann erforderlich werden
aufgrund von physikalischen Einschränkungen bezüglich des Ortes, oder um einen
relativ kleinen Abschnitt einer unterirdischen Stelle wirksam zu
verglasen, oder um eine unterirdische "Wand" aufzubauen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert,
umfaßt
das herkömmliche
Bearbeitungsgerät
zur in situ-Verglasung mit wenigstens zwei Elektroden, die sich
anfangs nach unten durch den Boden bis auf eine Tiefe erstrecken,
die zur Erzeugung der gewünschten
Schmelzzone ausreicht. Elektrisch leitende Widerstandsmaterialien
sind zwischen wenigstens zwei der Elektroden über einen wesentlichen Teil ihrer
linearen Ausdehnung eingesetzt, um einen Anfangsweg zu bilden, womit
eine vertikal ausgerichtete Ebene aus Anfangswegmaterial zwischen
den Elektroden definiert wird. Wird Elektrizität an die Elektroden angelegt,
so werden die elektrisch leitenden Widerstandsmaterialien auf eine
Temperatur erhitzt, die höher
ist als der Schmelzpunkt der umgebenden Erde oder anderer fester
Materialien. Nach dem Schmelzen leitet die geschmolzene Erde die
Elektrizität
leichter, und durch die fortgesetzte Widerstandserwärmung der
Schmelze bildet die benachbarte Erde einen wachsenden "Schmelzsumpf" aus geschmolzenen
Materialien.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit jedem Material durchgeführt werden,
das durch Joulesche Erwärmung
geschmolzen werden kann, und insbesondere mit verunreinigter unberührter Erde,
mit Erde, die an einen Ort zur Behandlung bewegt wurde, mit einer
Mischung aus "in
situ"-Erde und festen Materialien
(wie etwa Fässer
oder andere Abfallprodukte), oder in irgendeiner anderen Form, wo
feste Materialien geschmolzen werden sollen.
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Das
Seitenverhältnis
des Schmelzsumpfs der vorliegenden Erfindung läßt sich mit verhältnismäßiger Genauigkeit
steuern, so daß das
Verhältnis
der vertikalen Ausdehnung ("Y") zur Breitenausdehnung
("Z") des mit Hilfe des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung gebildeten Schmelzsumpfs in
einem Bereich von etwa 1 bis 20 gesteuert werden kann, womit sich
zeigt, daß der
Schmelzsumpf ohne wesentliches unerwünschtes seitliches Wachstum
des Schmelzsumpfs erzeugt und nach unten gesteuert werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
auch eine Vorrichtung, wie im unabhängigen Anspruch 11 definiert, in
Form wenigstens zweier vertikal ausgerichteter linearer Elektroden
und eines planaren Anfangswegs, der über einen wesentlichen Teil
der linearen Ausdehnung der Elektroden mit den Elektroden in Kontakt
steht. Mit dieser Vorrichtung wird sichergestellt, daß der Schmelzsumpf
tiefer beginnt, mit einem anfänglichen
Seitenverhältnis
von etwa 40-50, so daß die
gewünschte
Tiefe des Schmelzsumpfs nicht durch unerwünschtes und unwirtschaftliches
seitliches Wachstum eingeschränkt
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden klar anhand der folgenden
Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen, die die Erfindung
annehmen kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Schmelzsumpfs, der mit Hilfe
herkömmlicher
in situ-Verglasung erzeugt wurde und mit der Beschriftung "Stand der Technik" versehen ist;
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1A ist
eine Darstellung der Dimensionen eines Schmelzsumpfs;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines speziellen Typs einer Schmelzanwendung
und ist mit der Beschriftung "Stand
der Technik" versehen;
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3 ist
eine schematische Darstellung der Elektroden und des linearen Anfangswegs
eines herkömmlichen
in situ-Verglasungsverfahrens und ist mit der Beschriftung "Stand der Technik" versehen;
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3A ist
eine Schnittansicht des Anfangswegs von 3 längs der
Linien 3A-3A von 3;
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4 ist
eine schematische Darstellung der Elektroden und des planaren Anfangswegs
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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4A ist
eine Schnittansicht des Anfangswegs von 4 längs der
Linien 4A-4A von 4;
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5a ist
eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Schmelzsumpfanordnung
im Stand der Technik, wobei benachbarte Linien das Wachstum des
Schmelzsumpfs veranschaulichen;
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5b ist
eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Schmelzsumpfanordnung
der vorliegenden Erfindung, ähnlich
der von 5a;
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6 ist
eine schematische Darstellung eines Grundrisses einer Schmelzsumpfanordnung
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
ein Grundriß eines
4-Elektrodensatzes, wobei die vorliegende Erfindung mit dem Stand
der Technik verglichen wird;
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8 ist
eine schematische Darstellung einer Aufrißansicht der experimentellen
Vorrichtung von Beispiel 1;
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9 ist
eine Darstellung eines Grundrisses des verfestigten Schmelzsumpfs,
erzeugt mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung in Beispiel
2;
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10 ist
eine schematische Darstellung des Gebrauchs der vorliegenden Erfindung
in der gleichen Umgebung wie in 2 dargestellt;
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11a ist eine schematische Darstellung eines Aufrisses
eines Mehrelektrodensatzes des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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11b ist eine schematische Darstellung eines Grundrisses
der Ausführungsform
von 11a;
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12 ist
eine schematische Darstellung eines Grundrisses einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
eine schematische Darstellung eines Aufrisses einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14a ist eine schematische Darstellung eines speziellen
Typs einer Schmelze, die mit der Beschriftung "Stand der Technik" versehen ist;
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14b ist eine schematische Darstellung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung in der Umgebung von 14a; und
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15 ist
ein Graph, der einen Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung
und dem Stand der Technik zeigt.
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Beste Art
der Durchführung
der Erfindung
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So
wie hierin verwendet, gelten für
die folgenden Begriffe die folgenden Definitionen:
IN SITU-VERGLASUNG
(in situ vitrification, ISV): bedeutet Verglasung oder Schmelzen
von Materialien, so wie sie zur Zeit der Behandlung vorliegen. Solche
Materialien können
bezüglich
ihres Ablagerungs- oder Ursprungsorts unberührt sein, oder sie können ausgegraben
(ausgehoben) und zur Behandlung an einen anderen Ort verbracht worden
sein. Zwar denkt man bei dem Begriff "Verglasung" häufig
an die Herstellung von Glasprodukten und nicht an die Herstellung
eines verfestigten Glases oder einer kristallinen amorphen Masse, doch
umfaßt
der Gebrauch dieses Begriffs durch einen Fachmann auch Verfahren,
bei denen Materialien geschmolzen, aber nicht zu Glas werden.
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FESTES
MATERIAL: bedeutet Erdmaterialien, die durch Joulesche Erwärmung geschmolzen
werden können,
darunter Erde sowie Erde, die mit flüssigen Schadstoffen oder anderen
Abfällen
verunreinigt ist, oder eine Mischung aus Erde und festen gefährlichen
Abfällen,
wie sie typischerweise bei Sondermülldeponien, Sedimenten, Bergbaurückständen angetroffen
werden, sowie andere, überwiegend
anorganische Materialien.
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GEFÄHRLICHE
ABFÄLLE:
bedeutet Abfälle,
die einer Behandlung bedürfen,
jedoch getrennt, darunter solche Abfälle, die in der Industrie als
gefährliche,
radioaktive und gemischte Abfälle
definiert werden.
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ANFANGSWEG:
bedeutet ein elektrisch leitendes Widerstandsmaterial, das zwischen
wenigstens zwei Elektroden eingesetzt wird, um die Schmelze des
festen Materials einzuleiten. Zwar sind in vielen Fällen herkömmliche
Materialien wie etwa Graphit-Flocken oder mit Glasfritten gemischte
Graphit-Flocken die bevorzugte Ausführungsform, doch sollte klar
sein, daß jedes
Material mit den gewünschten
elektrischen Widerstandseigenschaften (wie in einigen Fällen auch
Muttererde) verwendet werden kann.
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Aus
den vorstehenden Definitionen sollte klar sein, daß die Definition
der in situ-Verglasung
(ISV) nicht auf die Situation beschränkt ist, wo eine relativ unberührte Stelle
beispielsweise mit einer gefährlichen
chemischen Freisetzung verunreinigt ist. Zu dieser Definition zählen auch
solche Stellen mit vergrabenen Abfällen, solche Stellen, an denen
die verunreinigte Erde oder ein anderes festes Material ausgehoben
und an eine nachgeordnete Stelle zur Behandlung verbracht worden
ist, und dergleichen. Zur Vereinfachung der Beschreibung soll im
folgenden immer dann, wenn der Begriff "Boden" verwendet wird, darunter zu verstehen
sein, daß er
jede Ausführungsform
umfaßt,
bei der ein festes Material einer in situ-Verglasung unterzogen
wird.
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Wie
in 4 dargestellt, liegen bei der breitesten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wenigstens zwei lineare Elektroden 40 vor
(entweder ummantelt oder nicht ummantelt), die in den Boden 42 und unter
die Oberfläche
desselben eingeschoben sind. Zwar wird das Verfahren der vorliegenden
Erfindung im Zusammenhang mit vertikal ausgerichteten Elektroden
und Anfangswegen dargestellt, doch sei klar, daß auch andere Geometrien möglich sind
(etwa Elektroden, die in spitzem Winkel zur Erdoberfläche in die
Erde eingeschoben werden). Ebenso sei klar, daß die obere Ausdehnung des
planaren Anfangswegs nicht auf Bodenhöhe sein muß – der Anfangsweg kann auch
in einem vorbestimmten Abstand unter dem Boden beginnen und von
dort aus nach unten verlaufen.
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Eine
Sicherheitsabdeckung 44 und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 46 sind
hierin schematisch gezeigt; diese sind dem Durchschnittsfachmann
wohlbekannt und bedürfen
keiner weiteren Beschreibung. Im Gegensatz zu den Verfahren im Stand
der Technik, wo die Elektroden minimal in den Boden eingeschoben und
dann mit fortschreitender Schmelze in diese nachgeschoben werden
(3), werden die Elektroden 40 der vorliegenden
Erfindung ein erhebliches Stück
weit in den Boden eingeschoben, normalerweise bis zur vollen Tiefe
des planaren Anfangswegs. Zwischen die Elektroden werden elektrisch
leitende Widerstandsmaterialien 48 (der Anfangsweg) eingesetzt.
An Ort und Stelle nimmt der Anfangsweg eine Planare Form an und quert
einen wesentlichen Teil der linearen Ausdehnung ("Y") der Elektroden. So wie hierin verwendet
muß "planar" nicht flach sein,
d.h., der planare Anfangsweg kann mit einer Krümmung oder einer anderen unregelmäßigen Form
zwischen den Elektroden versehen sein. Die größere Gesamtfläche des
Anfangswegs erlaubt den Durchgang von wesentlich mehr während des
Betriebs zuzuführender
elektrischer Leistung als bei linearen Anfangswegen, wie aus dem
Vergleich der 3 und 4 hervorgeht.
Die lineare (vertikale) Ausdehnung 50 ("Y" von 1a)
des Anfangswegs 48 bestimmt die Abmessungen des endgültigen Schmelzsumpfs.
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Im
Gegensatz zum Schmelzsumpf von 1 des Standes
der Technik ist der Schmelzsumpf der vorliegenden Erfindung in 5. schematisch dargestellt. (Man beachte,
daß die
Ausrichtung der Elektroden von 5 90
Grad von der von 1 ist, d.h., 1 ist
eine Ansicht längs
der "Z"-Achse, während 5 eine Ansicht längs der "X"-Achse
ist.) Während
ein Schmelzsumpf im Stand der Technik im allgemeinen ein Seitenverhältnis (das
Verhältnis
von Tiefe zu Breite) von weniger als 1,0 aufweist, hat ein Schmelzsumpf
der vorliegenden Erfindung normalerweise ein Seitenverhältnis im
Bereich von 1,0 bis 20. Mit einer Ausdehnung des Anfangswegs von "Y" in 5 wird
die Tiefenausdehnung stets größer als "Y" sein (es gibt etwas Wachstum von den
Elektroden nach unten), während
die Breitenausdehnung "Z" 52 so gesteuert
werden kann, daß sie wesentlich
kleiner ist. Da das Schmelzen immer zuerst unmittelbar neben dem
Anfangsweg eintritt, korreliert die "Y"-Ausdehnung
des Schmelzsumpfs typischerweise mit der vertikalen Ausdehnung des
Anfangswegs. Nach dem Abkühlen
umfaßt
der Schmelzsumpf einen kristallinen und/oder Glasmonolithen mit
annähernd
der Größe und Form
des letzten Schmelzsumpfs. Die "X"-Ausdehnung (Breite) 54 von 6 des
Schmelzsumpfs ist typischerweise etwas größer als die Ausdehnung zwischen
den beiden Elektroden. Zwar kann ein gewisses Wachstum in der "X"-Ausdehnung über die Ausdehnung des Elektrodenabstands
hinaus erwartet werden, doch ist ein solches Wachstum voraussehbar,
so daß es
die Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Erfindung nicht beeinflußt.
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7 zeigt,
daß es
mit der vorliegenden Erfindung möglich
ist, die Form einer Schmelze zu gestalten, um einen Ort genauer
und kosteneffektiver zu sanieren. Im Falle, daß eine zu sanierende Stelle
eine im wesentlichen rechteckige oder quadratische Form umfaßt (dargestellt
durch den Umriß 56),
wäre bei
der herkömmlichen
Technologie im Stand der Technik ein 4-Elektrodensatz (57a,
b, c, d) erforderlich, wobei ein im wesentlichen kreisförmiger Schmelzsumpf 58 entstünde. Bei
der vorliegenden Erfindung erzeugt ein gleichartiger 4-Elektrodensatz
jedoch zwei getrennte Schmelzsümpfe
(59, 61), die zu einer ungefähr rechteckigen Form 63 zusammenschmelzen.
Wie aus dem Grundriß von 7 ersichtlich
ist, erspart der Schmelzsumpf 63 der vorliegenden Erfindung
das Schmelzen von zusätzlichem
Material (wie bei 65) und erhöht so die Kosteneffektivität des Verfahrens.
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Das
erfindungsgemäße Material
für den
Anfangsweg besteht vorzugsweise aus einer Kombination aus Graphit-Flocken
und Glasfritten. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann jedoch jedes
elektrisch leitende Material mit dem gewünschten Widerstandswert für die gewünschte Schmelzengröße als Material
für den
Anfangsweg verwendet werden. Wie nachstehend ausführlicher
erklärt,
hat die Anmelderin gefunden, daß bei
bestimmten Anwendungen eine Anfangswegmischung etwa 50% Graphit-Flocken
und 50% Glasfritten umfassen kann und in einem solchem Fall einen
optimalen Widerstand zum Schmelzen der umgeben den Erde ergibt. Erwartungsgemäß wird das
optimale Material für
den Anfangsweg je nach den unterschiedlichen Anwendungen der Erfindung
verschieden sein – die
Ausgestaltung ergibt den gewünschten
Widerstand für
den elektrischen Fluß zum
Zwecke des Aufheizens, um die gewünschte Schmelzgeometrie bereitzustellen.
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Die
Elektroden – und
damit der Anfangsweg – sind
in den meisten Fällen
vertikal in dem zu behandelnden festen Material ausgerichtet. Bei
relativ schmalen Schmelzen (Z-Richtung) können Elektroden und Anfangsweg
von Beginn an in der Nähe
der vollen Zieltiefe positioniert werden, wodurch es möglich wird,
die umgebenden festen Materialien fast unmittelbar nach der Einleitung
des Vorgangs in voller Tiefe zu schmelzen. Aufgrund der Einleitung
in der vollen Tiefe sind die Ausdehnungen "X" und "Z" an den untersten Bereichen des Schmelzsumpfs
viel kleiner als beim herkömmlichen
Schmelzen von oben nach unten, wo der Schmelzsumpf seitlich wächst, während er
sich nach unten bis zur Zieltiefe ausweitet.
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Der
verbesserte Anfangsweg der vorliegenden Erfindung bietet eine Reihe
von Vorteilen gegenüber dem
herkömmlichen
ISV-Betrieb. Geht man von einer Zieltiefe von mehr als ein paar
Fuß (0,6
m) aus, zum Beispiel etwa 20 Fuß (6,1
m), so ist das Schmelzen mit der vorliegenden Erfindung weitaus
schneller und mit besserem Wirkungsgrad beendet als bei der herkömmlichen
ISV. Bei der herkömmlichen
ISV muß man
bis auf volle Kraft hochfahren, da mit größer werdender Schmelze ein
höherer
Strom auf den sich ausdehnenden Schmelzsumpf angewandt wird. Mit
der vorliegenden Erfindung ist Vollastbetrieb viel schneller möglich, so
daß sich
das durchschnittliche Schmelzleistungsniveau erhöht und die Gesamtzeit des Schmelzzyklus
um 10-20% verringert wird.
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Die
Anmelderin hat auch gefunden, daß die Durchführung von
Schmelzen mit planarem Anfangsweg energieeffizienter ist als bei
Schmelzenausführungen
im Stand der Technik. Der verbesserte Energiewirkungsgrad ergibt
sich daraus, daß bei
dem hohen Seitenverhältnis
der vorliegenden Erfindung weniger Wärme an die Bodenoberfläche verlorengeht
als bei niedrigen Seitenverhältnissen
des Standes der Technik festzustellen ist (der Schmelzsumpf wächst nicht
so stark zu den Seiten). Auch dies trägt zur Kosteneffektivität der vorliegenden
Erfindung bei.
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Die
Kontrolle der Form der Schmelze wird bei den meisten Verglasungs-
oder Schmelzanwendungen in den Vordergrund treten, bei denen maximale
Schmelzsumpfbreite ("Z") nicht erwünscht ist.
Von größtem Nutzen
ist vermutlich die Möglichkeit,
die Betriebskosten erheblich zu senken: da die Schmelze gezielter durchgeführt und
besser eingegrenzt werden kann, kommt es weniger zu "Überschmelzen", und die Einsparungen
an Zeit und Energie, in Verbindung mit schnellerem Umsatz des Geräts, kann
die Gesamtkosten um 25-50% im Vergleich zum Stand der Technik verringern.
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Die
Bedeutung der vorliegenden Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels
noch klarer.
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BEISPIEL 1
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Es
wurde ein Groß-ISV-Test
durchgeführt,
um die Durchführbarkeit
der vorliegenden Erfindung in einer wirklichen in situ-Umgebung
zu bestimmen. An einem Ort außerhalb
von Spokane, WA, USA, bereitete die Anmelderin eine relativ unberührte Stelle
unter Verwendung des kommerziellen in situ-Verglasungsgeräts der Anmelderin
vor. Es wurden herkömmliche
feste Graphit-Elektroden mit einem Durchmesser von 12 inch (30 cm) verwendet.
Nach dem Aushub wurden Sonotubes mit Elektroden darin (beladen mit
einer Mischung aus 1 Teil Glasfritten auf 2 Teile Graphit-Flocken)
in einem Abstand von 15' (4,6
m) gesetzt. Der planare Anfangsweg wurde aufgebaut durch Aufeinanderstapeln
mehrerer Rohre mit einem Durchmesser von 3'' (7,6
cm) zwischen den Elektroden. Es wurden 16 Rohre aufeinandergestapelt,
um einen Anfangsweg mit 4' (1,2
m) Höhe
und 3'' (7,6 cm) Dicke zu
bilden, und die Erde wurde beim Aufeinanderstapeln der Rohre wieder
verfüllt.
Die Rohre des Anfangswegs wurden jeweils mit 3 Teilen Glasfritten
auf 2 Teile Graphit-Flocken gefüllt.
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In Übereinstimmung
mit anderen Anfahrvorgängen
unter Anwendung der vorliegenden Erfindung beobachtete die Anmelderin,
daß das
elektrische Betriebsverhalten bei diesem Beispiel außergewöhnlich reibungslos
war, während
es bei den Anfahrvorgängen
im Stand der Technik häufiger
zu unberechenbaren Änderungen
der elektrischen Parameter kam, die beim Anfahren sorgfältig von
Hand kontrolliert werden müssen. Der
Test lief über
einen Zeitraum von etwa 24 Stunden, währenddessen eine planare wandförmige Schmelze bis
auf eine Tiefe von 5' (1,5
m) mit einer Breite von durchschnittlich 2' (0,6 m) erzeugt wurde (Seitenverhältnis von
etwa 2,5). Das verglaste Volumen zeigte nahezu senkrechte Seitenwände. Der
Wirkungsgrad der Stromnutzung belief sich auf 1 kWh/Tonne (1,1 kWh/t)
abgekühlter
Masse. Nach der Erfahrung der Anmelderin hätte eine herkömmliche
Schmelze mehrere Tage benötigt,
um eine Tiefe von 5' (1,5
m) zu erreichen, und hätte
eine übermäßig breite
Schmelze zwischen etwa 4' (1,2
m) und 5' (1,5
m) bei erheblich niedrigeren Energiewirkungsgraden ergeben.
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ERGEBNISSE:
Nach Abschalten des Stroms und Abkühlenlassen der verfestigten
Masse 70 (9) wurde die Ausdehnung der
Masse vermessen. Die Gesamtausdehnung "X" 74 war
etwa 15' (4,6
m) – die
Entfernung zwischen den Elektroden 72. In der "X"-Ausdehnung war kein Wachstum über die
Elektroden hinaus zu verzeichnen. Die Höhe ("Y"-Ausdehnung)
der Masse reichte von 55'' (138 cm) bis 58'' (147 cm), und die Breite der Schmelze
("Z"-Ausdehnung) 76 belief
sich auf 16'' (41 cm) bis 30'' (76 cm). Bei diesem Test wurden keine
Anstrengungen zur Optimierung des Energiewirkungsgrads unternommen.
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DISKUSSION:
Es zeigt sich, daß das
Verfahren der vorliegenden Erfindung eine große Breite an ISV-Ausführungsformen
zur Behandlung fester Materialien mit einer Reihe von möglichen
Abmessungen bietet, die bislang nicht zur Verfügung standen. Mit der vorliegenden
Erfindung können
Schmelzen zu weitaus niedrigeren Kosten und mit erhöhter Sicherheit
gestaltet und durchgeführt
werden. Bei der Behandlung von Abfällen beispielsweise, die in
Gräben
vergraben sind wie in 2 angegeben, ermöglicht die
vorliegende Erfindung das "Ausspülen" von Dämpfen an
den Seiten des Schmelzsumpfs ohne Störung des Sumpfs wie es bisher
der Fall war. Wie in 10 dargestellt, können die
Dämpfe 80 aus
der Flüssigkeit 82 am
Boden des Schmelzsumpfs 84 innerhalb des Grabens 86 entweichen.
Da das Seitenverhältnis
des Schmelzsumpfs wesentlich größer ist
als beim herkömmlichen
ISV-Verfahren, überspannt
der Schmelzsumpf den Graben nicht bis zu den Seiten, ehe er den
Boden des Grabens erreicht. Dies ist besonders hilfreich, wenn Seitenwände aus
Stein vorhanden sein können.
Bei Optimierung kann erwartet werden, daß der Energiewirkungsgrad von erfindungsgemäß hergestellten
Schmelzen 0,7 oder weniger beträgt.
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Ein
massiver Monolith kann aufgebaut werden durch Einleitung aufeinanderfolgender,
nebeneinanderliegender Schmelzen (11).
Bei dieser Ausführungsform
können
aufeinanderfolgende Elektrodensätze 90, 92, 94 bereitgestellt
werden, wobei die jeweiligen Schmelzsümpfe 96, 98, 100 zusammenschmelzen,
um einen relativ kubischen Block 102 zu bilden, ohne die
mit dem Stand der Technik verbundene "Ballon"-Form und die damit einhergehende unbeabsichtigte
Verglasung von benachbarter, nicht verunreinigter Erde. Alternativ
können
relativ dünne
Wände (12)
aufgebaut werden durch Hintereinanderschalten von aufeinanderfolgenden Elektrodensätze 104, 106, 108,
um einzelne benachbarte Wände 110, 112, 114 zu
bilden, die zusammenschmelzen. Solche Wände können gerade, segmentiert (im
allgemeinen gebogen) oder zu geschlossenen Formen angeordnet werden,
die unter anderem für
unterirdische Barrieren verwendet werden, um die Wanderung von Schadstoffen
zu verhindern, oder als "Gewölbe" um einen diskreten
Schadstoffbereich, um im wesentlichen den betroffenen Bereich einzugrenzen.
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Mit
Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können noch
andere Formen aufgebaut werden. Wie in 13 dargestellt,
können
beispielsweise mehrere planare Anfangswege übereinander angeordnet werden,
um aus mehreren hart gewordenen Schmelzsümpfen 116, 118, 120 eine
senkrechte Wand aufzubauen. Eine solche Ausgestaltung kann verwendet
werden, wenn es impraktikabel oder unzweckmäßig ist, die Wand in einer
einzigen Schmelze aufzubauen, wenn die gewünschte Tiefe die praktischen
Beschränkungen für die Schmelztiefe
der vorliegenden Erfindung übersteigt,
oder wenn Beschränkungen
bezüglich
des Leistungsniveaus des verfügbaren
Geräts
bestehen. Für
eine solche Ausführungsform
können
Ein- oder Mehrelektrodensätze
verwendet werden.
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Es
können
unterirdische Schichten vorliegen, wobei eine diskrete, stark verunreinigte
organische Schicht 130 in horizontaler Ausrichtung abgelagert
ist, wie in 14a graphisch dargestellt. Wenn
ein herkömmlicher
Schmelzsumpf 132 mit niedrigem Seitenverhältnis und
breiter Untergrenze 134 die Schicht berührt, so wird eine große Menge
an organischem Material schnell verdampft (bei 136) und übersteigt
womöglich
die Kapazität
des Abgasbehandlungssystems 46 zur Behandlung der freigesetzten
Gase. Außerdem
wird durch den langen Weg der Dämpfe
zur Durchquerung des unteren Teils der Schmelze 132 die
Wahrscheinlichkeit erhöht,
daß ein
Teil der Dämpfe
nach oben durch die Schmelze dringt und so die vorstehend festgestellten Probleme
verursacht. Der Schmelzsumpf 138 der vorliegenden Erfindung
(in 14b in rechtem Winkel zur Ausrichtung
von 14a angeordnet) greift dagegen
die organische Schicht 130 mit einer relativ kleinen Untergrenze 140 an,
und sobald er durch die Schicht hindurch ist, sind die seitlichen
Grenzen 142 des Schmelzsumpfs ebenfalls klein genug, um
eine leicht zu handhabende Menge an verdampftem organischen Material 144 zu
ergeben.
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15 zeigt
graphisch die mathematische Beziehung zwischen dem Seitenverhältnis (Tiefe/Breite) und
den einzelnen Tiefen und Breiten, und liefert ein Verfahren zur
Ermittlung der Tiefe des planaren Anfangswegs, die zur Erzeugung
einer Schmelze mit der gewünschten
Tiefe und dem gewünschten
Seitenverhältnis erforderlich
ist. Mit dem auf der Ordinate aufgetragenen Seitenverhältnis und
der auf der Abszisse aufgetragenen Tiefe kann die Breite der Schmelze,
die diesen Bedingungen genügt,
aufgefunden werden wie durch die Breitenlinien 2', 5', 10' und 15' (0,7 m, 1,5
m, 3 m, 4,6 m) der Schmelze gezeigt, die vom Ursprung ausgehen. Es
können ähnliche
Linien für
jede gewünschte
Breite der Schmelze gezeichnet werden. Um den Gebrauch der eingezeichneten
Breitenlinien der Schmelze zu verstehen, mache man sich zum Beispiel
klar, daß eine 10' (3 m) breite
Schmelze mit einer Tiefe von 30' (9
m) ein Seitenverhältnis
von 3 erfordert. In ähnlicher
Weise ist bei einer 10' (3
m) tiefen Schmelze mit einer Breite von 5' (1,5 m) ein Seitenverhältnis von
2 erforderlich.
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Zwar
kann das Diagramm von 15 von Ingenieuren verwendet
werden, um das für
eine bestimmte Schmelze erforderliche Seitenverhältnis anzugeben, doch müssen diese
Angaben mit den inhärenten
Wachstumseigenschaften von Schmelzen in den behandelten Medien gekoppelt
werden, um die Tiefe eines planaren Anfangswegs zu bestimmen, die
für eine
spezielle Schmelze anzuwenden ist. Ein solches Koppeln ist durch die
gekrümmten
Linien im Diagramm gezeigt, die für 8' (2,4 m) und 12' (3,6 m) tiefe Schmelzen planarer Anfangswege
in typischer Siliciumdioxid-basierter Erde stehen – die Linien
8' (2,4 m) und 12' (3,6 m) stehen für die Anfangstiefe
des planaren Anfangswegs. Ähnliche
Linien können
für Anfangswege
mit anderen Tiefen konstruiert werden.
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ANSCHAUUNGSBEISPIEL I
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Ist
eine 10' (3
m) tiefe Schmelze mit einem Seitenverhältnis von 2 (z.B. 5' (1,5 m) breit)
gewünscht,
so würde
ein Ingenieur eine planare Schmelze mit einem 8' (2,4 m) tiefen planaren Anfangsweg
verwenden. Eine solche planare Schmelze würde 8' (2,4 m) tief mit einem sehr hohen Seitenverhältnis beginnen
und zu dem Zeitpunkt, an dem sie bis zu einer Tiefe von 10' (3 m) geschmolzen
ist, auf eine Breite von 5' (1,5
m) anwachsen, womit das Ziel – gewünschte Tiefe
und gewünschtes
Seitenverhältnis – erreicht
wäre.
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ANSCHAUUNGSBEISPIEL II
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Wird
eine 15' (4,5
m) tiefe und 7' (2,1
m) breite Schmelze gewünscht,
so kann diese nicht mit einem 8' (2,4
m) tiefen planaren Anfangsweg bewerkstelligt werden, kann aber erreicht
werden durch Verwendung eines 12' (3,6
m) tiefen planaren Anfangswegs. Der 12' tiefe Anfangsweg würde zunächst eine Schmelze mit sehr
hohem Seitenverhältnis
ergeben und sich zu dem Zeitpunkt, an dem er bis zu einer Tiefe
von 15' (4,6
m) geschmolzen ist, auf 7' (2,1
m) verbreitern und die Zielabmessungen mit einem Seitenverhältnis von
etwa 2,1 erreichen.
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ANSCHAUUNGSBEISPIEL III
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Wird
eine wandartige Schmelze von 10' (3 m) Tiefe und 2' (0,6 m) Breite
gewünscht,
so kann ein 9' (2,7
m) tiefer Anfangsweg verwendet werden. Zu dem Zeitpunkt, an dem
die Schmelze bis auf eine Tiefe von 10' (2 m) gewachsen ist, ist sie auf
eine Breite von etwa 2' (0,6 m) angewachsen.
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Es
zeigt sich, daß die
planaren Anfangswege Schmelzen erheblich unter ihrem Ausgangspunkt
ergeben können,
was jedoch zu Lasten des Seitenverhältnisses und des Wirkungsgrads
der Schmelze geht. In dem obigen ANSCHAUUNGSBEISPIEL II könnte beispielsweise
ein 8' (2,4 m) tiefer
Anfangsweg für
eine 15' (4,6 m)
tiefe Schmelze verwendet werden, doch wäre das Seitenverhältnis nur
etwa 1,3. Wird ein höheres
Seitenverhältnis
gewünscht,
so ist ein tieferer Anfangsweg erforderlich. Mit dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung wurde die Anmelderin in die Lage versetzt,
ein mathematisches Modell für
diese Beziehun gen auf der Grundlage der tatsächlichen Schmelzeigenschaften
verschiedener zu behandelnder Medien zu entwerfen.
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Zwar
wurde eine Reihe von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hierin gezeigt und beschrieben, doch
wird dem Fachmann klar sein, daß viele
weitere Änderungen
und Abwandlungen an der offenbarten Erfindung vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, so wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert
ist.