FI97281C - Menetelmä saastuneen maa-aineen puhdistamiseksi ja menetelmässä käytettävä laitteisto - Google Patents

Description

97281

Menetelmä saastuneen maa-aineen puhdistamiseksi ja menetelmässä käytettävä laitteisto 5

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää saastuneen aineen, kuten mullan, hiekan, kiven ja vanhojen kaatopaikkojen puhdistamiseksi, sekä menetelmässä käytettävää, esim. liikku-10 vaa laitteistoa.

Viime vuosina on yhteiskunnan huomio yhä enemmän kohdistunut sen menettelytavan ympäristövaikutuksiin, jota käytettiin ja käytetään jätteiden hävittämisessä. Nyt on herätty 15 huomaamaan pintavesien, kuten jokien (erityisesti Reinin), järvien, kuten suurten yhdysvaltalaisten järvien, sekä myös meren ja valtameren saastuminen, joissa mm. öljyn aiheuttama saastuminen on usein toistuva ongelma. Myöhäisempi on huomio, joka kohdistuu maan saastumiseen. On olemassa lu-20 kuisia esimerkkejä teollisuusjätteistä, joita on hävitetty kaivamalla tynnyreitä maahan tai johdettu suoraan luontoon muulla tavoin, josta on aiheutunut mittavia raivaustöitä. Sellaisten "edellisten polvien" saasteiden lisäksi voi yhä huolellisemmista turvallisuusjärjestelyistä huolimatta ta-25 pahtua onnettomuuksia, joissa haitallisia, ympäristöä tuho-: avia ja myrkyllisiä aineita päätyy luontoon. Esimerkkeinä tällaisista onnettomuuksista voidaan mainita öljyn saastuttamat rannikkoalueet esim. laivojen yhteentörmäyksissä tai haaksirikoissa, sekä öljysaasteet esim. liikenneonnetto-30 muuksissa. Ympäristön saasteita on torjuttu eri tavoin, mutta mikään tähän asti ehdotetuista menetelmistä ei ole tuonut kiinnostavaa ratkaisua ongelmaan, ottaen huomioon kustannukset ja mahdollisuudet nopeaan käynnistämiseen.

35 Nykyisin tunnetaan useita tapauksia, joissa on löydetty saastuneita alueita, esim. kaivettaessa rakennuksen pohjaa on löydetty vanha kaatopaikka. Sellaisten saasteiden 2 97281 poistamiseksi nykyään tavallisesti käytettävässä menetelmässä kaikki saastunut maa kaivetaan ylös ja täytetään tynnyreihin. Nämä tynnyrit lähetetään erikoistuneeseen polttolaitokseen , Tanskassa esim. Kommunekemi-laitokseen, 5 jossa kaikki aine poltetaan valvotuissa oloissa, jotka varmistavat korkeat palamislämpötilat. Korkea palamislämpötila on välttämätön, koska alemmissa lämpötiloissa syntyy dioksiineja, jotka tunnetusti ovat erittäin myrkyllisiä. Tämä menetelmä on tietysti erittäin hankala, koska siinä 10 tarvitaan paljon vaarallistakin työtä kaivettaessa, tynnyreitä täytettäessä, kuljetuksessa, tynnyreiden avaamisessa ja polttolaitokseen syötettäessä. Suurien ainemäärien kuljettaminen on erittäin kallista, ja polttolaitoksella tarvitaan suuri kapasiteetti. Käytännössä on 15 miltei mahdotonta kuljettaa aine takaisin sille paikalle, josta se kaivettiin, osaksi kuljetuskustannusten vuoksi ja osaksi, koska sellainen palauttaminen edellyttäisi polttamisen jälkeen käsillä olevan aineen lisäkäsittelyä.

20 Silloin kun kyseessä on rajallisempi saastuminen, käytetään nykyisin menetelmää, jossa kustannuksia kuljetuksessa ja polttamisessa voidaan vähentää. Tässä menetelmässä luodaan valvottu varasto kaivannon muodossa, joka varustetaan tiiviillä kalvolla, jonka päälle saastunut aine lai-25 tetaan. Sellaisen kaivannon yhteydessä on pakko kerätä, tarkastaa ja mahdollisesti käsitellä aineen läpi suotau-tuva sadevesi. Varastoa on siis koko ajan valvottava, ja sitä on usein jatkettava monta vuotta.

30 Molemmat edellä mainitut menetelmät ovat kalliita, koska usein kyseessä ovat suuret määrät saastunutta ainetta, joka on kaivettava ja kuljetettava. Menetelmässä, jossa ainetta käsitellään polttolaitoksessa, on ongelmana, että usein kyseessä on erittäin heterogeeninen aine, joka voi-35 makkaasti kuluttaa laitosta, esim. pyörivän uunin muurausta. Ongelmana voi myös olla heterogeenisen jätteen palamisen säätäminen, koska jäte usein saattaa sisältää esim.

3 97281 tervajäämiä, fenoliyhdisteitä ja usein varsin suuria määriä polyaromaattisia hiilivetyjä. Jotta varmistettaisiin, ettei savukaasuihin pääse myrkyllisiä aineita, kuten dioksiineja, on palamisen oltava erittäin tasaista, ja tasai-5 sen palamisen varmistaminen on erittäin kallista ja vaikeata kyseessä olevien heterogeenisten aineiden osalta.

Julkaisusta EP 0.161.698 tunnetaan menetelmä maan, esim. maaöljytuotteiden puhdistamiseksi ekstrahoimalla pesuris-10 sa vesipitoisen nesteen avulla, jonka pH-arvo on sovitettu saasteeseen, jonka jälkeen tapahtuu ekstrahointiaineen ja saastekomponenttien erottaminen. Tässä menetelmässä erotetaan ensin karkeat aineet maasta, käyttäen seulalait-teita. Tämä merkitsee sitä, että osa saasteista kulkee kar-15 keamman aineen mukana, eikä sitä siten poisteta. Sen jälkeen sekoitetaan maa ja neste. Sitten faasit erotetaan ja käytetty neste puhdistetaan vaahdottamalla uudelleen käyttöä varten. Menetelmä vaatii raskaan laitteen maan ja veden sekoittamista varten, sekä vaahdotuslaitoksen. Lisäk-20 si julkaisussa mainituista tuloksista käy ilmi, että sillä saavutetaan vain osittainen puhdistaminen.

Julkaisusta EP 0.059.020 tunnetaan menetelmä saasteiden ekstrahoimiseksi maasta veden, alkoholien tai bensiinija-25 keiden avulla. Menetelmässä johdetaan maahan pistettyjen putkien kautta ekstrahointiainetta suoraan saastuneeseen alueeseen. Tarvittaessa suoritetaan ensin saastuneen alueen rajaaminen maanpinnasta vettä läpäisemättömään kerrokseen saakka. Sellaisellakin rajaamisella on olemassa 30 vaarana, että saasteiden ja ekstrahointiaineen leviämisen yhteydessä tapahtuu lisää saastumista. Suuret turvalli-·, suusjärjestelyt ovat siten välttämättömiä, ja ennakolta on suoritettava laajoja tutkimuksia saasteen laadun ja maarakenteen osalta. Lisäksi tarvitaan suuria määriä ekstra-35 hointiainetta.

4 97281

Julkaisusta WO 86/03134 tunnetaan menetelmä bitumin erottamiseksi murretusta tiepäällysteestä ekstrahoimalla, edullisesti tolueenilla useammassa vaiheessa, jota seuraa tislaus ja liuottimen talteenottaminen kondensoimalla. Me-5 netelmä on muodostettu asvaltin uudelleen käyttämistä ajatellen, eikä siinä siis eroteta kaikkia niitä yhdisteitä, joita normaalisti esiintyy saasteissa. Bitumiaine esiintyy kiinteässä muodossa. Tämän menetelmän toteutuksessa on välttämättä käytettävä suhteellisen mutkikasta laitosta, 10 koska toisaalta käytetään höyryä suuressa paineessa ja toisaalta tyhjöä ja kuumuutta.

Patenttijulkaisusta GB 2.022.444 tunnetaan menetelmä öl-jypitoisen jätteen käsittelemiseksi vastavirtaekstrahoin-15 tireaktiolla useammassa kammiossa käyttäen liuotinta, kuten petrolia, ts. liuotinta, joka on vettä kevyempää. Siinä käytetään pyörivää säiliötä, jossa jokaisessa kammiossa on siipi tai kauha, jolla varmistetaan jätteen ja ekstrahoin-tiaineen välinen kosketus. Kyseessä on mekaanisesti mut-20 kikas prosessi, jossa aineen on oltava vesipitoisena lietteenä. Menetelmä on siis suunniteltu vesipitoisia jätteitä varten, eikä sitä voida käyttää saastuneen maan puhdistamiseen.

25 Julkaisusta EP 0.172.056 tunnetaan menetelmä öljypitoisen hiekan ja soran huuhtomiseksi, jossa suoritetaan huuhtelu liuotinyhdisteellä, joka voi sisältää petrolia ja pinta-aktiivisia aineita. Huuhtelun jälkeen erotetaan liuotin ja öljytuote. Tämä erottaminen tapahtuu monimutkaista laitet-30 ta käyttäen, joka sisältää hydrosykloneita ja flokkuloin-tilaitoksen. Menetelmä ei sovellu sellaisten saasteiden poistamiseen, jotka sisältävät paljon polymeeriyhdistei-tä.

35 Julkaisusta WO 82/04440 tunnetaan menetelmä öljyn tai bitumin erottamiseksi öljyhiekasta tai tervahiekasta, jossa liuottimena käytetään kloorattua hiilivetyä, esim. mety- 5 97281 leeniikloridia, ja jälkikäsittelyä nesteellä, kuten vedellä tai alkoholilla. Jälkikäsittelyssä saavutetaan helposti öljypitoisen liuoksen erottaminen hiekasta, johtuen liuottimen vaikutuksesta hiekan jyvien pintaan. On myös 5 mahdollista käsitellä ensin vedellä ja sen jälkeen ekst-rahointiaineella, mutta pidetään edullisena, että vesikä-sittely tapahtuu viimeiseksi. Menetelmää toteutettaessa käytetään mutkikasta laitteistoa, koska hiekka-aines tavallisesti on esijauhettava ja sekoitettava mekaanisesti 10 käsittelynesteisiin. Lisäksi käytetään liuottimen tal-teenottamiseksi sentrifugointia tai nesteyttämistä.

Julkaisusta EP 0.170.593 tunnetaan menetelmä maan puhdistamiseksi käyttäen lämmitysväliainetta, kuten vesihöyryä. 15 Tämä menetelmä toteutetaan paikan päällä ruiskuttamalla vesihöyryä maahan pistettyjen keihään muotoisten putkien läpi. Maasta ajetut haihtuvat saasteet kerätään tyhjökel-lon avulla. Saastuneen maan käsittely korkeampaan lämpötilaan johtaa suureen energian kulutukseen. Lisäongelmana 20 on saasteiden leviäminen viereisille alueille tyhjökellon käytöstä huolimatta. Lisäksi tätä menetelmää on vaikeata hallita. Lopuksi tässä menetelmässä ei poisteta haihtumat-tomia tai heikosti haihtuvia aineita, kuten asvalttia, tervaa tai vastaavia.

25

Lisäksi tunnetaan eri menetelmiä öljyn, bitumin ja bitu-mipitoisen öljyn talteen ottamiseksi öljyhiekasta, terva-hiekasta ja vastaavista ekstrahoimalla. Sellaisia menetelmiä on kuvattu esim. US-julkaisuissa 4.424.112, 4.424.113, 30 4.532.024, 2.596.793, 4.387.016, 3.475.318 ja 1.514.113.

Nämä menetelmät koskevat kuitenkin toivottujen aineiden talteen ottamista, eivätkä ne siten sovellu erilaisten saasteiden poistamiseen. Lisäksi näitä menetelmiä ei ole suunniteltu eivätkä ne sovellu saaste jäämien poistamiseen, 35 sillä viimeisten jäämien poistaminen tekisi nämä menetelmät erittäin kalliiksi.

6 97281

Tunnetaan myös saasteiden poistaminen siten, että maata ainoastaan lämmitetään. Tällöin eivät kuitenkaan kaikki saasteet poistu. Mikäli aine sisältää esim. PCB:tä, kloo-riparafiineja, jne., voi kohtuullisella kuumentamisella, 5 esim. alle 1200 Celsiusasteeseen, esiintyä sellaisten yhdisteiden osittaista hajoamista. Tällöin muodostuneet hajoamistuotteet voivat vaikuttaa haitallisesti ympäristöön, koska ne voivat olla esim. erittäin myrkyllisiä, ja tämä ympäristövaikutus voi ylittää alunperin esiintyvien saas-10 teiden ympäristöä kuormittavat vaikutukset.

Lisäksi tunnetaan biologinen saasteiden hävittäminen, joka kuitenkin on erittäin paljon aikaa vievä prosessi. Sen lisäksi biologisia menetelmiä voidaan soveltaa vain öljyn 15 heikommin saastuttamiin aineisiin. Silloin kun kyseessä ovat raskasmetalli- ja muut saasteet, jotka saattavat kertyä organismeihin, on biologisessa puhdistuksessa suoritettava raskasmetallien ja vastaavien muiden aineiden erottaminen myöhemmin. Tällöin tapahtuu ainoastaan saasteiden 20 siirtyminen organismeihin, eikä näiden saasteiden todellista poistamista tapahdu. Biologiset saasteen torjuntamenetelmät ovat hyvin paljon tilaa vieviä, ja ne riippuvat erittäin paljon eri tekijöistä, kuten saasteen laadusta, lämpötilasta ja kosteudesta.

25 * Nyt on osoittautunut, että vesiliukoiset aineet, vesihöyryn avulla tislattavat aineet, sekä ekstrahoitavissa ja/tai sidottavissa olevat aineet, jotka ovat hydrofobisia/veteen liukenevia, voidaan poistaa saastuneesta aineesta yksin- 30 kertaisella menetelmällä, joka toteutetaan yksinkertaisella tavalla varustetussa säiliössä olosuhteissa, jolloin • energiaa kuluu vain vähän, ja jolloin mikään käytetyistä käsittelyaineista ei jää luontoon.

35 Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että 1) syötetään aine säiliöön, jossa on elimet höyryn ja nes- 7 97281 teen syöttämistä ja jakamista varten sekä elimet juoksevan aineen poistamista varten, 2) syötetään höyryä ja poistetaan höyryä, vettä, ilmaa ja eräitä epäpuhtauksia, 5 3) ekstrahoidaan aine syöttämällä ekstrahointiainetta ja poistamalla jäljelle jäänyt vesi, ekstrahointiaine ja epäpuhtaudet , 4) puhdistetaan puhdistettua ainetta höyryllä, ja 5) poistetaan puhdistettu, kuiva tai hieman kostea aine 10 säiliöstä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä menetellään siis seuraa-valla tavalla. Saastunut aine kerätään saastuneelta alueelta ilman edeltävää lajittelua tai sen fyysistä hajot-15 tamista, ja se voidaan sellaisenaan syöttää säiliöön. Saastuneen aineen keräämistä varten voidaan käyttää esim. tavallista kumipyörin tai telaketjuin varustettua kuormaa-jaa, joka raapii aineen kokoon ja tuo sen kuorma-autoon tai suoraan säiliöön, käytettäessä siirrettävää laitteis-20 toa.

Aineen lajittelu ei ole välttämätöntä, koska esim. levä, kivet tai sora eivät vaikuta haitallisesti menetelmään.

25 Säiliössä ainetta ensin käsitellään höyryllä, jolloin ai-: ne lämmitetään esim. välille noin 10°C alle ja noin 20°C

yli, käytetyn ekstrahointiaineen kiehumispisteen suhteen, erityisesti noin 10 °C yli, ja läsnäoleva ilma poistetaan. Tätä seuraavan ekstrahoinnin yhteydessä on tärkeätä, että 30 ilma on sitä ennen poistettu. Muussa tapauksessa voi tapahtua haitallisia ekstrahointiaineen ja ilman välisiä reaktioita. Kun ekstrahointiaineena käytetään halogenoi-tua hiilivetyä, kuten esim. metyyleenikloridia, voisi laitteistossa läsnäolevan ilman yhteydessä muodostua vety-ha-35 logeenihappoa, kuten suolahappoa, vapaata halogeenia, kuten klooria ja fosgeenia ja vastaavia halogeeniyhdisteitä. Vety-halogeenihapon, kuten suolahapon muodostuminen

< * I

8 97281 merkitsee korroosiovaaraa, joka puolestaan merkitsee sitä, että asetetaan vaatimuksia soveltuvalle rakenneaineen valinnalle. Sen lisäksi eri reaktiot johtavat siihen, että ekstrahointiainetta menee hukkaan. Lopuksi eräät mai-5 nituista reaktiotuotteista ovat erittäin myrkyllisiä aiheuttaen merkittävän myrkytysvaaran. Höyrykäsittely avaa ainetta, valmistaen sitä seuraavaan ekstrahointiin, mm. varmistaen ekstrahointiaineen paremman jakautumisen. Ekst-rahointiaine muuttuu aineen kanssa adiabaattisesti lämpöä 10 vaihtaen juoksevasta muodosta kaasumuotoon, jolloin tapahtuu voimakas tunkeutuminen kaikkialle, jopa pieniin huokosiin ja taskuihin. Hienojakoinen aine, kuten savi joka muutoin liettyisi ja kulkeutuisi mukana vesipitoisessa ekstrahoinnissa sitoen vetyä veden kanssa, sakkautuu poh-15 jalle ja välttää saman käsittelyn kuin muu aine. Ensimmäisessä höyrykäsittelyssä tapahtuu siis myös joidenkin vesiliukoisten orgaanisten yhdisteiden poistamista, niiden kulkeutuessa mukana veden tislautuessa.

20 Ensimmäisen höyrykäsittelyn jälkeen syötetään ekstrahoin-tiainetta. Aluksi, kun säiliössä oleva aine on suhteellisen lämmintä, tapahtuu paisuntahaihdutus. Veden ja ekstrahointiaineen atseotrooppinen seos tislautuu ja vie mukanaan myös saastekomponentteja, kuten polymeeriainei-25 ta, jotka muutoin eivät liukene veteen eikä ekstrahointi-: aineeseen.

Ekstrahointiainetta edelleen lisättäessä lämpötila laskee, ja puhdas ekstrahointiaine ekstrahoi ekstrahoitavissa ole-30 via aineita. Ekstrahointia jatketaan, kunnes säiliössä oleva aine on saavuttanut toivotun puhtausasteen. Ekstrahointiaine voidaan helposti erottaa vedestä, ja se voidaan tislaamalla puhdistaa uudelleen käyttöä varten. Eräässä keksinnön suoritusmuodossa ekstrahointiainetta puhdiste-35 taan jatkuvasti koko ekstrahointiprosessin ajan. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa annetaan saman ekstrahointi-aineannoksen kiertää säiliön läpi, kunnes ekstrahointiaine • · < 9 97281 ei enää pysty oleellisesti ottamaan lisää saasteaineita. Jos säiliössä oleva aine ei ole saavuttanut toivottua puhtautta sellaisen käsittelyn jälkeen, menettely toistetaan ekstrahointiaineen uudella annoksella. Ekstrahointiainet-5 ta kierrätettäessä voidaan edullisesti erottaa siitä vettä.

Käytännössä säiliöitä voi olla useampia, jolloin ekstra-hointiaine voidaan syöttää suoraan säiliöstä toiseen tai 10 kierrättää sitä annoksittain ensimmäisen säiliön läpi, jotta se sitten siirrettäisiin edelleen seuraavaan säiliöön. Tällä tavalla voidaan ekstrahointiaine käyttää paremmin hyväksi, esim. vaiheittaisella vastavirtaekstrahoinnilla.

15 Koska aine pysyy samassa säiliössä koko puhdistuksen ajan, on suhteellisen halpaa suorittaa ekstrahointiprosessi riittävän monta kertaa ja/tai riittävän kauan, jotta varmistettaisiin ympäristöä saastuttavien aineiden täydellinen poistaminen. Verrattuna muihin tunnettuihin menetelmiin 20 on esim. saasteiden viimeisten 10% osuuden poistaminen halvempaa esillä olevalla menetelmällä.

Sopivaa ekstrahointiainetta, esim. metyleenikloridia, käyttäen tapahtuu suurimolekyylisten polymeeriaineiden 25 poistumista niitä sitomalla ja/tai hajottamalla.

Ekstrahoinnin jälkeen ainetta käsitellään jälleen höyryllä, jolloin tapahtuu puhdistus. Puhdistuksen yhteydessä tapahtuu uudestaan atseotrooppista tislausta, jolloin 30 ekstrahointiaine sekä saastuneita aineita, esim. ekstra-hointiprosessissa sitoutuneet aineet, poistetaan tai mah-: dollisesti temmataan aerosoleina kaasuvirtauksen mukaan.

Tämän käsittelyn jälkeen aine on kuivassa tai hieman kos-35 teassa tilassa, ja ekstrahointiaine on siitä kokonaan poistettu. Aine on nyt niin hyvin puhdistettu, että se voidaan viedä takaisin paikalle, josta se on kaivettu.

10 97281

Keksinnön mukaisessa menetelmässä muodostunut saasteainei-ta sisältävä ekstrahointiaine voidaan edullisesti tislata ja käyttää uudelleen. Tällöin varmistetaan vähäinen ekst-rahointiaineen käyttö, ja vältetään käytetyn ekstrahoin-5 tiaineen poistamisongelmat.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan ekstrahointi suorittaa edullisesti yhdessä tai useammassa vaiheessa, jolloin jokaisessa vaiheessa käytetään piirissä kiertävää 10 ekstrahointiaineen annosta, josta vesi edullisesti jatkuvasti voidaan erottaa. Ekstrahointiaine voidaan jokaisen vaiheen jälkeen siirtää uuteen säiliöön, niin että ekstrahointi suoritetaan vaiheittaisena vastavirtaekstrahoin-tina. Tällöin saavutetaan käytetyn ekstrahointiaineen hy-15 vä hyödyntäminen.

Ekstrahointi voidaan myös suorittaa puhdistamalla ekstra-hointiainetta jatkuvasti. Tällöin varmistetaan se, että menetelmä voidaan toteuttaa yksinkertaisella laitteistol-20 la, ts. laitteistolla jota voidaan käyttää helposti ja halvalla.

Käytetty ekstrahointiaine on edullisesti liuotinainetta tai liuotinaineseosta, joka ei liukene veteen ja jonka omi-25 naispaino oleellisesti poikkeaa veden ominaispainosta si-’· ten, että se edullisesti on suurempi. Tällöin saavutetaan se, että ekstrahointiaine helposti voidaan erottaa vedestä. Ekstrahointiaineen on myös oltava helposti haihtuvaa, niin että se helposti voidaan erottaa liunneista saaste-30 aineista tislauksen yhteydessä.

Erityisen edulliset ekstrahointiaineet käsittävät hiili-disulfidin ja halogenoituja hiilivetyjä, erityisesti me-tyleenikloridin. Näillä liuotinaineilla on edellä maini-35 tut ominaisuudet. Hiilidisulfidi soveltuu erityisen hyvin rikkipitoisten saastekomponenttien ekstrahointiin. Mety-leenikloridi, CH2CI2, on erityisen hyvin soveltuva ekst-

« I

11 97281 rahointiaine, sillä se voidaan helposti erottaa vedestä ja myös orgaanisista aineista, koska silla on alhainen kiehumispiste, n 42°C, ja se on raskaampaa kuin vesi, ominaispainon ollessa 1,3 g/cm3. Se on käytössä taloudellis-5 ta, koska sillä on alhainen höyrystymislämpö. Sen lisäksi se voi sitoa polymeeriaineita, mikä helpottaa sellaisten poistamista. Metyleenikloridi vaikuttaa edullisesti hie-nojakeisten savihiukkasten saostumiseen, niin että ne eivät huuhtoudu pois ekstrahoinnin aikana. Metyleenikloridi 10 on helppo poistaa täydellisesti höyryllä puhdistaen, niin että maahan ei jää mitään saastuttavia jätteitä.

Saastuneen aineen ensimmäisessä höyrykäsittelyssä säiliössä saastunut aine lämmitetään edullisesti välille noin 10°C 15 alle ja noin 20°C yli, käytetyn ekstrahointiaineen kiehumispisteen suhteen, erityisesti noin 10 °C yli. Tällöin varmistetaan aineen hyvä avautuminen ja valmistelu seuraa-vaan ekstrahointiin, kuten edellä on mainittu.

20 Höyryn ja ekstrahointiaineen syöttönopeutta säiliöön voidaan edullisesti säätää ottaen huomioon saastuneen aineen fyysiset ominaisuudet ja saasteen määrän.

Ekstrahointiaine, edullisesti metyleenikloridia, erote-25 taan vedestä esim. gravimetrisella erotuksella. Tämä tapahtuu johtamalla metyleenikloridi ja veden sekoitus säiliöön (erotusastia), jossa kevyt jae, vesi, poistetaan ylhäältä ja raskas jae (metyleenikloridi) poistetaan alhaalta. Erotusnopeutta voidaan nostaa johtamalla sekoituk-30 sen virtaus kevyesti pakatun, esim. hienoja lasilankoja käsittävän aineen läpi, jolloin lankojen pinta kerää emul-goituneet pienemmät pisarat suuremmiksi pisaroiksi, jolloin faasien erotusnopeus kasvaa.

35 Saastekomponentteja sisältävän ekstrahointiaineen puhdistamiseksi se johdetaan tislausyksikköön, jossa se yksinkertaisesti tislataan suoran hÖyrysisäänpuhalluksen yh- 12 97281 teydessä, jolloin tapahtuu atseotrooppinen tislaus, jossa ekstrahointiaine erotetaan jäännösaineista ja jolloin se jäähdytyksen jälkeen sekä veden erottamisen jälkeen toisessa erotusastiassa johdetaan varastosäiliöön, josta se 5 uudelleen voidaan ottaa käyttöön.

Likainen vesi, joka on kerätty ennen tislausyksikköä sijoitettuun erotusastiaan, siirretään säiliössä olevan aineen loppuvaiheeseen liittyvän puhdistuksen yhteydessä 10 tislausyksikköön. Myös toiseen erotusastiaan kertynyt vesi voidaan siirtää tislausyksikköön. Tislausyksikköön siirretty vesimäärä muodostaa emulsion tislausyksikköön jääneen jäännösaineen kanssa. Ilman tätä lisäveden siirtämistä esiintyisi jäännösaine tavallisesti kiinteässä tai 15 sitkeäjuoksevassa muodossa. Veden lisäämisellä varmiste taan, että kertyneet saastekomponenetit esiintyvät juoksevassa muodossa, joka esim. voidaan polttaa tarkoitukseen soveltuvassa laitoksessa, hyväksikäyttäen aineen palami-senergiaa.

20 Näin ollen ei synny saastepitoista jätevettä, joka muodostaisi ongelman poistamisen osalta.

Tislausyksikkö voidaan edullisesti muodostaa sellaiseksi, 25 että on mahdollista ottaa talteen joukko saastekomponent-: . teja. Siten on mahdollista ottaa talteen kloorattuja hii livetyjä ja öljyä puhtaassa, käyttökelpoisessa muodossa.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu hyvin esim. vanho-30 jen kaatopaikkojen, öljyn saastuttamien rannikoiden ja muiden saastuneiden alueiden saastuneen aineen, kuten mullan, hiekan, soran, kiven, saven, jne., sekä öljynporauksesta maalla ja vedessä peräisin olevan porausmudan ja -liejun puhdistamiseen.

Esimerkkeinä saasteaineista, jotka voidaan poistaa keksinnön mukaisella menetelmällä, voidaan erityisesti mainita i| all i liiti i.i t iti 35 13 97281 öljypohjaiset ja tervapohjäiset tuotteet, kuten hiilivedyt, mukaan lukien polyaromaattist hiilivedyt, terva ja fenolit. Esimerkkeinä yhdisteistä, jotka myös poistetaan, voidaan mainita klooratut hiilivedyt ja esterit. Myös po-5 lymeerejä voidaan poistaa, sillä polymeeriyhdisteet sitoutuvat tai liukenevat käsittelyssä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetän vain pieniä määriä vettä, joka lisätään höyryn muodossa. Tämä vesimäärä 10 yhdistetään saastekomponenttien tiivisteeseen, joka usein sinällään on kiinteätä ja siten vaikeasti käsiteltävää ainetta. Prosessivettä lisäämällä siitä muodostuu juoksevaa ainetta, joka tavallisesti sisältää noin 50 painoprosenttia vettä.

15

Saastekomponenttien koostumuksesta riippuen tämä vesipitoinen, juokseva saastetiiviste voidaan joko lähettää poltettavaksi tai se voidaan käsitellä uudelleen käyttöä varten.

20

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa laitteistolla, jolle on tunnusomaista se, että se käsittää kier-topiirin, johon järjestyksessä sisältyy säiliö, jossa on elimet höyryn ja nesteen syöttämiseksi ja jakamiseksi se-25 kä elin juoksevan aineen poistamiseksi, ensimmäinen elin : veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi, tislausyksik- kö, jäähdytin, toinen elin veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi, sekä varastoaäiliö.

30 Laitteisto voi edullisesti käsittää lisäksi piirin, jossa ekstrahointiaine voidaan johtaa juoksevan aineen pois-toelimestä nesteen syöttö- ja jakamiselimeen. Tämä piiri . sisältää siis säiliön sekä pumpun. Sellaisella piirillä voidaan kierrättää ekstrahointiainetta, kunnes se ei enää 35 pysty oleellisesti ottamaan lisää saasteita. Ensimmäinen elin veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi voi edullisesti sisältyä mainittuun lisäpiiriin, niin että vesi 97281 14 voidaan erottaa ekstrahointiaineesta ennen kuin se syötetään takaisin säiliöön.

Elimet veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi voidaan 5 edullisesti muodostaa gravimetriseksi erotuslaitteeksi. Sellainen erotuslaite soveltuu hyvin veden ja ekstrahointiaineen erottamiseen, silloin kun nämä eivät voi sekoittua, ja kun niillä on oleellisesti poikkeavat ominaispainot .

10

Gravimetrinen erotuslaite voi edullisesti sisältää suuri-pintaista ainetta, edullisesti löyhästi pakattuja lankoja, esim. lasilankoja. Aineen suuri pinta voi hajottaa adheesion avulla erotettavana olevien aineiden emulsion, 15 keräten pienet pisarat suuremmiksi pisaroiksi, jotka on helpompi erottaa gravimetrisesti.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan edullisesti toteuttaa siirrettävällä laitteistolla. Tällöin vältetään pit-20 kät, kalliit ja vaaralliset kuljetukset, ja maa voidaan palauttaa sinne, mistä se on kaivettu, niin että suoritetun puhdistustehtävän jälkeen on poistettu vain saasteai-neet, eikä tätä varten ole tarvittu turhaa täyttötyötä alueen palauttamiseksi ennalleen.

25 *: Keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa selitetään seuraavassa lähemmin piirustuksen yhteydessä.

Piirustuksessa kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön 30 mukaisen menetelmän toteuttavaa laitteistoa.

. Kuten kuviossa 1 on esitetty, käsittää keksinön mukainen laitteisto säiliön 2, joka on varustettu elimellä 4 höyryn syöttämistä varten sekä elimellä 6 ekstrahointiaineen 35 syöttämistä varten. Säiliö 2 on muotoiltu siten, että syötetty höyry ja ekstrahointiaine jakaantuu säiliöön järjestettyyn saastuneeseen aineeseen. Sen jälkeen kun saastu- · !i im liiti i i i n 15 97281 nut aine on järjestetty säiliöön 2, syötetään höyryä tu-loaukosta 4, jolloin aine lämpiää lämpötilaan, joka on noin 10°C käytetyn ekstrahointiaineen kiehumispisteen yläpuolella. Poistoaukosta 8 poistetaan höyryä, kondensaattia ja 5 joitakin saasteaineita. Poistoauksota 8 tämä aine johdetaan ensimmäiseen erottimeen 10, johon se kerätään. Varastosäiliöstä 24 johdetaan ekstrahointiainetta johtoelimen 16 kautta säiliöön 2 syöttöelimen 6 kautta. Kun ekstrahointiainetta syötetään, tapahtuu aluksi ekstrahointiai-10 neen paisumishöyrystyminen, kun säiliössä 2 oleva aine kuumentaa sen. Jatkettaessa ekstrahointiaineen syöttämistä se jatkuvasti jäähtyy, niin että ekstrahointiprosessi jatkuu juoksevalla ekstrahointiaineella. Poistoaukosta 8 poistetaan ekstrahointiaineen, veden ja saastekomponenttien 15 seos. Ekstrahointia jatketaan syöttämällä ekstrahointiainetta jatkuvasti, kunnes säiliössä 2 oleva aine on saavuttanut toivotun puhtauden.

Tämän käsittelyn jälkeen säiliöön 2 syötetään uudestaan 20 tuloaukosta 4 höyryä aineen puhdistamiseksi. Puhdistamisen aikana poistetaan säiliössä 2 olevasta aineesta ekst-rahointiaine sekä lisää saastekomponentteja poistoaukosta 8. Puhdistamisen jälkeen voidaan aine ottaa pois säiliöstä 2 kuivan tai hieman kostean, ilman saastekomponentteja 25 olevan aineen muodossa. Aine soveltuu siis hyvin sijoitettavaksi takaisin sinne, josta se on kaivettu.

Poistoaukosta 8 poistettu ekstrahointiaineen, veden ja saastekomponenttien seos johdetaan ensimmäiseen erottimeen 30 10, jossa vesi poistetaan ekstrahointiaineesta. Sen jäl keen ekstrahointiaine johdetaan tislauslaitteeseen 18, jossa siihen kohdistetaan suora tislaus samanaikaisesti höyryä syöttämällä johdolla 26. Tisle poistetaan tislaus-laitteesta 18 atseotrooppina, joka jäähdytetään jäähdyt-35 timessä 20 ja johdetaan toiseen erottimeen 22, jossa erotetaan vettä. Sen jälkeen puhdas ekstrahointiaine johdetaan 16 97281 varastosäiliöön 24, josta se voidaan käyttää uudelleen johtoelimen 16 ja syöttöelimen 6 kautta.

Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa ekstrahointiainetta 5 käytetään annoksittain, antamalla ekstrahointiaineen kiertää pumpun 12 avulla, kunnes se on vastaanottanut sopivan määrän saasteaineita. Sellaisessa ekstrahointiaineen kierrätyksessä on edullista, että esnimmäinen erotin 10 on sijoitettu jälleenkierrätyspiiriin. Kun ekstrahointiai-10 neen annos on kiertänyt tällä tavalla, se voidaan puhdistaa edellä kuvatulla tavalla ja siirtää varastosäiliöön 24, jonka jälkeen tarvittaessa voidaan syöttää uusi ekst-rahointiaineannos.

15 Puhdistamisen aikana erottimessa 10 oleva vesi johdetaan tislauslaitteeseen. Voidaan myös siirtää toiseen erotti-meen 22 kertynyt vesi tislauslaitteeseen. Tislausproses-sin päätyttyä on tislauslaitteessa 18 jäännösaineena saas-tekomponenttien vesiemulsio. Tällä emulsiolla on 20 suhteellisen pieni vesipitoisuus, ja se soveltuu siis hyvin, sen jälkeen kun se on poistettu johdolla 28, poltettavaksi polttolaitoksella, jossa käytetään hyväksi saas-tekomponenttien palamisenergiaa.

25 Kuviossa 1 on havainnollisuuden vuoksi esitettu vain yksi säiliö 2. Käytännössä siinä voi olla useampia säiliöitä kytkettynä, joko rinnakkain tai sarjaan.

Keksinnön mukainen laitteisto voidaan esim. suunnitella 30 siirrettäviksi yksiköiksi tai konttikokoon.

.· Näistä yksiköistä voi esim. kaksi olla käyttöyksiköltä, jotka sisältävät tislausyksikön, vedenerottimen, varastosäiliön ja höyrygeneraattorin. Nämä kaksi käyttöyksik-35 köä voivat palvella useampia säiliöitä, jotka voivat olla konttikokoa.

• · il ' itu m» 11 * Ä* 17 97281

Keksintöä valaistaan seuraavassa eräiden esimerkkien avulla. Esimerkeissä käytetään kuviossa 1 esitettyä laitteistoa laboratoriomittakaavassa. Säiliöön 2 mahtuu noin 12 kg. Yksivaiheisessa puhdistuksessa käytettiin 11 litran 5 annosta ekstrahointiainetta, ja tätä annosta kierrätettiin pumpulla 12. Useampivaiheisessa ekstrahoinnissa suoritettiin ensimmäinen ekstrahointi kuten edellä 11 litralla ekstrahointlainetta, kun taas seuraavat vaiheet suoritettiin niin, että varastosäiliöstä 24 syötettiin noin 7 1 10 ekstrahointiainetta, kun taas vastaava määrä käytettyä ekstrahointiainetta tiivistettynä johdettiin tislausyk-sikköön 18 tislaamalla tapahtuvaa puhdistusta varten sekä varastosäiliöön siirtämistä varten edellä kuvatulla tavalla. Höyrypuhdistuksissa ennen ekstrahointia ja sen jälkeen 15 käytettiin höyryä, jonka lämpötila oli 115 - 120°C.

Esimerkki 1

Vanhalla asvalttiaineella saastunutta maata puhdistettiin 20 laboratoriolaitteistolla. Maa sisälsi bitumipitoisia tuotteita 11,9 grammaa kuivaa määkilogrammaa kohti (g/kg). Maa puhdistettiin höyryllä, ekstrahoitiin yhdessä vaiheessa käyttäen metyleenikloridia, ja puhdistettiin lopuksi höyryllä. Käsittelyn jälkeen bitumipitoisten aineiden pitoi-25 suus oli 2,3 g/kg, jota vastaten 80,7% saasteesta oli pois- · tettu.

Esimerkki 2 30 Asvalttiaineilla saastunut maanäyte puhdistettiin laboratoriolaitteistolla. Maa sisälsi bitumipitoisia sideainei-

« I

.· ta 12,3 g/ kg kuivaa maata. Maa puhdistettiin höyryllä, jonka jälkeen se ekstrahoitiin neljässä vaiheessa mety-leenikloridillä, ja puhdistettiin lopuksi höyryllä 7 mi-35 nuutin ajan niin, että maan lämpötila oli 45 - 50°C. Tämän vähän energiaa vaativan käsittelyn jälkeen bitumipitoisten aineiden pitoisuus puhdistetussa maassa

»I

18 97281 oli alle 0,1 g/kg kuivaa maata, joka vastaa sitä, että jo neljän ekstrahointivaiheen jälkeen oli poistettu enemmän kuin 99,2% saasteista. Loppuvaiheen 7 minuutin höyrypuh-distus vaikuttaa siihen, että metyleenikloridia olevan 5 ekstrahointiaineen jäännöspitoisuus siinä oli 2 ppm, joka osoittaa, että käytännössä voidaan suorittaa täydellinen poistaminen noin 15 minuutin höyrypuhdistuksella, jolloin poistaminen tapahtuu erityisen suotuisalla pienellä energian kulutuksella. Maan kosteuspitoisuus höyrypuhdistuk-10 sen jälkeen on suuruusluokkaa 15 - 17%, ja maa voidaan palauttaa puhdistettuna epäpuhtauksista tällä kosteuspitoisuudella .

Esimerkki 3 15

Tervatuotteilla (hiilitervapikeä, juoksevia hiiliterva-tuotteita, jne.) saastunutta kaasulaitoksen pohjamaata laboratoriolaitteistolla. Terva-aineiden pitoisuus oli 56 -68 g/kg maata, joka on erittäin vakava saastumisaste.

20 Suoritettiin maan höyrypuhdistus, ekstarahointi 5 vaiheessa metyleenikloridilla ja loppuhöyrypuhdistus noin 55°C:seen, sekä maan kosteuspitoisuuteen noin 17%. Saas-tekomponenttipitoisuus puhdistetussa maassa oli 0,1 g/kg maata, vastaten sitä, että poistettiin 99,8% saasteesta 25 käyttäen viittä ekstrahointivaihetta. Tässä oli kyseessä erittäin vaikea saaste, kuten hiilitervakomponentit. Lsäk-si on niin, että vain vähiten ongelmalliset, hyvin vaikeasti haihtuvat komponentit jäivät aineeseen, kun taas kaikki vaarallisemmat ja helposti haihtuvat komponentit on 30 poistettu. Niinkin kriitisessä saastumistapauksessa, kuin maassa olevien vanhojen tervatuotteiden osalta, voidaan siis maa puhdistaa niin tyydyttävällä tavalla, että maa noin 17% vesipitoisuudella voidaan palauttaa paikalleen.

:l sit-f mu i i i si 35 19 97281

Esimerkki 4

Kyseisessä esimerkissä puhdistettiin laboratoriolaitteistolla dieselöljyn saastuttamaa maanäytettä. Maa puhdistet-5 tiin höyryllä, jonka jälkeen se ekstrahoitiin kolmessa vaiheessa metyleenikloridilla, ja puhdistettiin lopuksi niin, että maan lämpötila oli noin 50°C ja vesipitoisuus 16%. Dieselöljyn määräksi saastuneessa maassa mitattiin 11,6%, kun taas puhdistetussa maassa mitattiin 0,1%, joka vastaa 10 sitä, että kolmessa vaiheessa poistettiin 99,2% saasteesta. Tämä maa voidaan palauttaa melkein riippumatta siitä, mihin tarkoitukseen kyseistä aluetta tullaan käyttämään, jo 4 - 5 puhdistusvaiheen jälkeen.

15

Esimerkeissä 1-4 kuvatulla tavalla saavutetaan hyvin halpa ja tehokas puhdistus. Se voidaan helposti suorittaa saastuneella alueella tai sen lähellä, jolloin kuljetus-20 kustannuksia voidaan pienentää tai ne voidaan kokonaan poistaa.

Claims (10)

97281

1. Menetelmä saastuneen maa-aineen puhdistamiseksi, tunnet-5 tu siitä, että: 1. syötetään aine säiliöön, jossa on elimet höyryn ja nesteen syöttämistä ja jakamista varten sekä elimet juoksevan aineen poistamista varten, 2. syötetään höyryä ja poistetaan juoksevaa ainetta, mukaan 10 lukien höyryä, vettä, ilmaa ja eräitä epäpuhtauksia, 3. ekstrahoidaan aine syöttämällä ekstrahointlainetta ja poistamalla jäljelle jäänyt vesi, ekstrahointiaine ja epäpuhtaudet , 4. puhdistetaan puhdistettua ainetta höyryllä, ja 15 5) poistetaan puhdistettu, kuiva tai hieman kostea aine säiliöstä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstrahointi suoritetaan yhdessä tai useammassa 20 vaiheessa, jolloin jokaisessa vaiheessa käytetään ekstra-hointiaineannosta, joka kiertää piirissä, jossa siitä edullisesti jatkuvasti poistetaan vettä, ja jolloin ekstrahointiaine jokaisen vaiheen jälkeen siirretään toiseen, saastunutta ainetta sisältävään säiliöön, tai puhdistetaan uu-25 delleen käyttöä varten.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstrahointi suoritetaan ekstrahointlainetta jatkuvasti puhdistaen ja uudelleen käyttäen. 30

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstrahointiaine on liuotin tai liuo-tinseos, joka on helposti haihtuvaa, veteen liukenematonta, ja jolla on ominaispaino, joka oleellisesti poikkeaa veden 35 ominaispainosta, edullisesti suurempi ominaispaino. 97281

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ekstrahointiaine on hiilidisulfidi tai halogenoi-tu hiilivety, edullisesti metyleenikloridi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että aineen lämpötila vaiheen 2) höy-rykäsittelyn jälkeen on välillä 10°C alle ja 20°C yli vaiheessa 3) käytetyn ekstrahointiaineen kiehumispisteen, edullisesti noin 10 °C yli. 10

7. Laitteisto jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän käyttämistä varten, tunnettu siitä, että se käsittää kiertopiirin, johon järjestyksessä sisältyy säiliö (2), jossa on elimet (4, 6) höyryn ja nesteen syöttä- 15 miseksi ja jakamiseksi sekä elin (8) juoksevan aineen poistamiseksi, ensimmäinen elin (10) veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi, tislausyksikkö (18), jäähdytin (20), toinen elin (22) veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi, sekä varastosäiliö (24). 20

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi piirin, jossa ekstrahointiaine voidaan johtaa juoksevan aineen poistoelimestä (8) nesteen syöttö- ja jakamiselimeen (6), joka piiri käsit- 25 tää säiliön (2) sekä pumpun (12) ja edullisesti myös ensimmäisen elimen (10) veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tun-30 nettu siitä, että elin tai elimet (10, 22) veden ja ekstrahointiaineen erottamiseksi on muodostettu gravimetrisi-na erotuslaitteina.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laitteisto, 35 tunnettu siitä, että se on siirrettävä laitteisto. 22 97281