ES1277374U - Equipo de desorción térmica de contaminantes en suelos mediante campos electromagnéticos - Google Patents

Abstract

Equipo para la desorción de contaminantes en suelos, que comprende: - Unidad de regulación de potencia, para la optimización del consumo eléctrico y del rendimiento (1). - Unidad transformadora de generación de alto voltaje (2). - Unidad generadora, emisora y distribuidora de campos electromagnéticos (3). - Unidad generadora de aspiración o vacío (4). - Unidades de filtración (carbón activo, resinas intercambiadoras u otros) (5). - Unidad de condensación (6). - Unidad de adquisición de datos y control (7). - Sistema de chimeneas introducidas a lo largo de sondeos realizados en el emplazamiento, de material cerámico y/o metálico, ranuradas, en las profundidades más adecuadas, para una distribución precisa y eficiente de campos electromagnéticos (8). - Sondeo y equipamiento para la monitorización del proceso de descontaminación (incluye sondas de temperatura, presión, humedad, O2 y otros gases), a distintas profundidades y con conexión a un sistema informático de control y registro de datos (9).

Description

DESCRIPCIÓN

Equipo de desorción térmica de contaminantes en suelos mediante campos electromagnéticos

Sector de la técnica

La presente invención pertenece al campo de la ingeniería ambiental, y en concreto, se refiere a un dispositivo para desorción térmica de contaminantes en suelos in situ, basado en la generación de campos electromagnéticos, que posibilitan condiciones de baja temperatura y alta eficiencia energética y una elevada penetración en la zona contaminada.

Estado de la técnica

La contaminación de los suelos y, específicamente, la originada por contaminantes orgánicos y por metales pesados, constituye un problema ambiental de primer orden que requiere el desarrollo de estrategias de descontaminación que aúnen eficiencia, sostenibilidad ambiental y bajos costes tecnológicos y operativos.

La desorción de contaminantes en suelos mediante campos electromagnéticos, en el rango de microondas, constituye una de dichas estrategias, y su estudio es relativamente reciente. En concreto, la desorción térmica está enfocada principalmente a la descontaminación de suelos afectados por compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles, hidrocarburos aromáticos policíclicos, PCB, pesticidas, además de distintos contaminantes inorgánicos como mercurio, plomo, cadmio o arsénico. Los procedimientos de desorción térmica se fundamentan en la separación física de suelo y contaminante, ya sea por calentamiento directo o indirecto, y se pueden aplicar de forma in situ y de forma ex situ.

Las técnicas desarrolladas in situ actúan sobre los contaminantes en el lugar en el que se localizan los suelos afectados; los tratamientos ex situ, sin embargo, requieren la excavación previa del suelo y su transporte para su posterior tratamiento en un emplazamiento existente o implementado al efecto. Tanto el RD 9/2005 como la Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados enfatizan la prioridad de las técnicas in situ siempre que sean viables.

Las principales ventajas del empleo de microondas son la rapidez con la que el tratamiento por microondas calienta las matrices contaminadas, en comparación con la remediación térmica convencional, así como la posibilidad de alcanzar un calentamiento homogéneo. Se trata de una tecnología poco invasiva y que requiere una superficie de intervención muy limitada sobre el suelo objeto de descontaminación.

El inconveniente del empleo de bajas temperaturas es la limitada capacidad de volatilización de los hidrocarburos recalcitrantes; sin embargo, una eventual descontaminación completa de los suelos sería asimismo posible, siempre que se aplicaran altas potencias de microondas y/o con tiempos de residencia largos.

Explicación de la invención

El equipo que se describe en este documento posibilita la descontaminación in situ de suelos en condiciones de baja temperatura. Esto permite una elevada eficiencia energética, así como preservar las características morfológicas y fisicoquímicas de los suelos tratados, lo que posibilita la generación de sinergias con técnicas fisicoquímicas de descontaminación, y facilita la aplicación posterior de técnicas biológicas "blandas” basadas en biorremediación y fitorremediación. Es decir, el suelo tratado mediante campos electromagnéticos, a baja temperatura (90-320°C), mantiene su estructura original, así como la capacidad de soportar una futura actividad biológica, una vez finalizado el tratamiento de desorción. La técnica recogida en este documento implica por tanto un tratamiento mínimamente invasivo del suelo. La distribución de los campos electromagnéticos es optimizada mediante la conexión de la campana de amplificación a un sistema de chimeneas que facilitan la penetración de los campos electromagnéticos en los niveles contaminados del suelo, y que constituyen el elemento clave de la invención. La función de las chimeneas es dirigir de forma precisa los campos generados hacia el nivel contaminado y se disponen a lo largo de sondeos realizados en el emplazamiento contaminado, que comunican la superficie con los niveles contaminados. La función de la campana y el sistema de chimeneas es doble ya que permiten, a la vez, canalizar hacia la superficie los volátiles generados en el proceso de calentamiento para su tratamiento posterior. El diseño interno de campana y chimeneas se ajustará en función de la potencia de trabajo y condiciones del emplazamiento contaminado.

Los distintos tramos de las chimeneas se construirán en materiales transmisores o absorbedores de los campos electromagnéticos generados. Cada opción se aplicará en distintos tramos de la chimenea en función de las condiciones de contaminación; es decir, tipo de suelo, tipo de contaminante, profundidad de la zona contaminada, grado de dispersión del contaminante y condiciones de humedad del suelo, entre otras.

Las chimeneas serán fabricadas en material permeable (bien por su naturaleza o por la aplicación de ranuras), o bien estanco, según las profundidades requeridas para la acción de los campos electromagnéticos. La permeabilidad o estanqueidad del material se refiere tanto a los campos electromagnéticos como a los contaminantes desorbidos.

Los materiales con los que están fabricadas las chimeneas pueden ser de tipo cerámico o metálico, o bien una combinación de ambos, en función de las condiciones del emplazamiento contaminado y del tipo de contaminante. Así mismo, estos materiales pueden tener distinto grado de excitabilidad de sus espines, como son el nitruro de silicio, mullita, alúmina, carburo de silicio, magnesia, silicato cálcico, así como aleaciones de acero, aluminio, magnesio y cobre, dopados con los anteriores materiales cerámicos.

Este equipo es asimismo susceptible de alimentación por energías renovables (solar, eólica, biomasa residual, y otras).

El proceso por el que se lleva a cabo la descontaminación in situ de suelos comprende, básicamente, las siguientes etapas:

En una primera etapa, una vez introducidas las chimeneas en el suelo a descontaminar se emitirán y amplificarán microondas, que serán transportadas a la profundidad requerida. Posteriormente, las microondas inducirán el calentamiento del terreno y tendrá lugar una volatilización de los contaminantes, que serán extraídos, filtrados y condensados.

Descripción del dibujo

El dispositivo consta de las siguientes unidades, tal como se recoge en la Figura 1 adjunta (página 6):

1. Unidad de regulación de potencia, para la optimización del consumo eléctrico y del rendimiento.

2. Unidad transformadora de generación de alto voltaje.

3. Unidad generadora, emisora y distribuidora de campos electromagnéticos.

4. Unidad generadora de aspiración / vacío.

5. Unidades de filtración (carbón activo, resinas intercambiadoras, otros).

6. Unidad de condensación.

7. Unidad de adquisición de datos y control.

8. Sistema de chimeneas dispuesto a lo largo de sondeos realizados en el emplazamiento, de material cerámico y/o metálico, el cual estará ranurado para una distribución precisa de campos electromagnéticos en las profundidades más adecuadas según la presencia de contaminantes.

9. Sondeo para la monitorización del emplazamiento tratado. Incluye, para diferentes profundidades, la instalación de sondas de temperatura, presión, humedad, O2 y otros gases, y la conexión al correspondiente sistema informático de control y registro de datos.

El procedimiento de desorción in situ de contaminantes en suelo, se caracteriza por las siguientes etapas:

A) Análisis y evaluación previa de las condiciones de contaminación del suelo.

B) Perforación e instalación de las chimeneas generadoras de microondas.

C) Emisión y amplificación de microondas.

D) transporte del campo de microondas a la profundidad requerida.

E) Inducción del calentamiento.

F) Volatilización de los contaminantes.

G) Extracción de los contaminantes.

H) Filtración y condensación de los contaminantes.

Exposición detallada de un modo de realización de la invención

La aplicación in situ del dispositivo requiere una evaluación previa de las condiciones de contaminación del suelo mediante la realización de los correspondientes sondeos geotécnicos. Los resultados de dicha evaluación definirán las condiciones de diseño final de las chimeneas en lo referente a su longitud y porosidad. Los sondeos de evaluación realizados, o al menos parte de ellos, podrán emplearse para la ubicación operativa de las chimeneas, cuyas dimensiones serán por tanto compatibles con las de los sondeos.

Tras la instalación del equipo, se seleccionará la potencia de trabajo en función de los resultados de la evaluación relativos a la tipología del suelo y a la naturaleza y concentración de los contaminantes orgánicos.

Posteriormente, se activará el equipo, y la emisión de campos electromagnéticos comenzará a distribuirse a través de la campana de distribución, que se encuentra apoyada en la superficie del terreno y, por tanto, en el sistema de chimeneas conectado a la campana.

Los campos electromagnéticos generados actúan sobre la masa del suelo contaminado elevando su temperatura, lo que se pretende tenga lugar de la manera más homogénea posible. Una vez alcanzada la temperatura de volatilización, se activa la unidad de aspiración, generando una caída de presión en la campana de distribución, favoreciendo así la desorción a menores temperaturas.

La monitorización permite adaptar las características técnicas de acuerdo con la penetración de las ondas electromagnéticas dentro del suelo, analizando la variación en tiempo y profundidad de la temperatura generada, ya que los patrones desiguales de la temperatura en el suelo son otra problemática importante por tratar en los procesos in situ.

En superficie, la unidad o campana distribuidora posee una rejilla regulable que permite la generación de una corriente ascendente y el barrido de los compuestos volatilizados. Dichos compuestos son transferidos al filtro para su inmovilización o al condensador para su recuperación.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Equipo para la desorción de contaminantes en suelos, que comprende:

• Unidad de regulación de potencia, para la optimización del consumo eléctrico y del rendimiento (1).

• Unidad transformadora de generación de alto voltaje (2).

• Unidad generadora, emisora y distribuidora de campos electromagnéticos (3).

• Unidad generadora de aspiración o vacío (4).

• Unidades de filtración (carbón activo, resinas intercambiadoras u otros) (5).

• Unidad de condensación (6).

• Unidad de adquisición de datos y control (7).

• Sistema de chimeneas introducidas a lo largo de sondeos realizados en el emplazamiento, de material cerámico y/o metálico, ranuradas, en las profundidades más adecuadas, para una distribución precisa y eficiente de campos electromagnéticos (8).

• Sondeo y equipamiento para la monitorización del proceso de descontaminación (incluye sondas de temperatura, presión, humedad, O2 y otros gases), a distintas profundidades y con conexión a un sistema informático de control y registro de datos (9).

2. Equipo según Reivindicación 1, caracterizado porque las chimeneas de canalización de los campos electromagnéticos y gases, tienen su extremo superior incorporado a la unidad distribuidora de campos electromagnéticos y finalizan en un tubo común, que se comunica con la unidad de filtración de gases.

3. Equipo según Reivindicación 2, caracterizado porque las chimeneas están fabricadas en material cerámico o metálico, o en una combinación de ambos, en función de las condiciones del emplazamiento y del tipo de contaminante.

4. Equipo según Reivindicación 3, caracterizado porque las chimeneas están fabricadas en materiales con distintos grados de excitabilidad de sus spines electromagnéticos.

5. Equipo según Reivindicación 3, caracterizado porque las chimeneas están fabricadas en material ranurado / permeable, o estanco, según las profundidades requeridas para una acción más precisa y eficiente de los campos electromagnéticos.

6. Equipo según Reivindicación 3, caracterizado porque las chimeneas disponen en su interior de elementos cerámicos y/o metálicos con diferentes grados de activación electromagnética.

7. Equipo según Reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de filtración dispone de filtros específicos (carbón activo, resinas intercambiadoras, otros), para la inmovilización de los diferentes tipos de contaminantes volátiles existentes en el emplazamiento.