FI98297C - Menetelmä hapanta humusta sisältävän sedimentin päällä olevan happaman vesikerroksen neutraloimiseksi - Google Patents

Description

98297

Menetelmä hapanta humusta sisältävän sedimentin päällä olevan happaman vesikerroksen neutraloimiseksi

Keksintö koskee menetelmää hapanta humusta sisäl-5 tävän sedimentin päällä olevan happaman vesikerroksen neutraloimiseksi esim. järvissä, lammissa tai joissa.

Järvien tai jokien veden happamoituminen on vahingollista vesistöllisessä mielessä, sillä se muuttaa biotooppia perusteellisesti. Se on usein tulos ihmisen 10 toiminnasta, kuten esimerkiksi happosateista ja eräistä happamista vesipäästöistä, mutta se voi olla peräisin myös luonnosta, ja aiheutua esim. vesien kulkiessa happamien maakerrosten läpi.

Tavanomainen keino järvien tai jokien biotoopin 15 korjaamiseen on veden happamuuden neutraloiminen emäksisellä aineella, kuten natriumhydroksidilla tai natrium-karbonaatilla, joka levitetään veden pinnalle (OPD - The Chemical Marketing Newspaper - April 5, 1971 - sivut 5 ja 41 : "Soda Ash Helps Sweeten Up the Susquehanna 20 River"). Tällä tunnetulla menetelmällä on kuitenkin yksi epäedullinen piirre, sillä sen vaikutus on lyhytaikainen, joten käsittely pitää siis toistaa usein.

Tämään haitan poistamiseksi on ehdotettu myös, että käytettäisiin hyväksi järvien sedimentin sisältämien hu-25 musperäisten materaalien ominaisuuksia, käyttämällä niitä protoneita sitovina kationinvaihtajina. Tätä varten on ajateltu, että sedimenttiin injektoitaisiin in situ aika ajoin natriumkarbonaatin vesiliuosta kationinvaihtajan regeneroimiseksi (Hydrobiologia - voi. 92 (1982) - Dr. W. 30 Junk Publishers (The Hague) - G.K. Lindmark: "Acidified lakes : sediment treatment with sodium carbonate - a remedy ?" - sivut 537 - 547). Tämä tunnettu menetelmä edellyttää kuitenkin monimutkaista ja kallista laitteistoa, ja sen toteutus on vaikeaa, jopa mahdotonta syvien järvien 35 kohdalla. Lisäksi sen vaikutus on hidas, sillä protonien 2 98297 neutralointi ei ole tehokasta muuten kuin sedimentin hu-musperäisen aineen kanssa kontaktissa.

Keksinnön tarkoituksena on parantaa näitä tunnettujen menetelmien epäkohtia esittämällä uusi menetelmä, jon-5 ka avulla voidaan helposti ja taloudellisesti saada aikaan nopea, tehokas ja kestävä järvien ja jokien vesien neutraloituminen .

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että käytetään vesiliukoista natriumyhdistettä sisältäviä 10 kappaleita, jolloin natriumyhdiste on kiinteä vesikerrok-sen lämpötilassa ja se on valittu natriumhydroksidista ja natriumsuoloista, jotka on johdettu hapoista, lukuunottamatta vetyhappoja, jolloin kappaleet pudotetaan vesiker-rokseen, niin että osa kappaleiden sisältämästä natriumyh-15 disteestä liukenee vesikerrokseen kappaleiden pudotessa ja siten neutraloi veden happamuuden paikallisesti in situ, ja toinen osa kappaleiden sisältämästä natriumyhdisteestä vajoaa sedimenttiin, liukenee siihen osaan vettä, joka tunkeutuu sedimenttiin ja muuttaa happaman humuksen nat-20 riumpitoiseksi humuksesi, niin että tämä pystyy neutraloimaan veden happamuuden ioninvaihdolla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä natriumyhdisteen pitää olla kiinteänä vesi kerroksen lämpötilassa, ja ainakin osittain liukoista vesikerrokseen. Se voi olla nat-25 riumhydroksidia, tai haposta johdettu suola lukuunottamatta vetyhappojen suoloja. Suositellaan sellaisia heikkojen happojen suoloja, joiden pH tavallisessa vesiliuoksessa on suurempi kuin 2. Edullisia ovat epäorgaanisten happojen suolat, erityisesti natriumkarbonaatti, natriumbikar-30 bonaatti ja natriumseskvikarbonaatti. Edullisin on natriumkarbonaatti .

Natriumyhdistettä sisältävät kappaleet voidaan lisätä vesikerrokseen kaikilla sopivilla tavoilla. Esimerkiksi järven, lammen tai joen ollessa kyseessä ne voidaan 35 kaataa veteen lajittelemattomana rannalta tai laivasta.

Il 3 98297 Tämä takaa kappaleiden parhaan mahdollisen homogeenisen jakautumisen sedimenttikerrokseen.

Keksinnön mukaisesti kappaleet neutraloivat vesi-kerroksen happamuuden kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä 5 vaiheessa vajoamisen aikana kappaleet liukenevat asteittain vesikerrokseen, ja liuennut natriumyhdiste neutraloi paikallisesti in situ veden happamuutta. Toisessa vaiheessa se osa kappleista, joka vajoaa sedimenttiin, ja hautautuu sinne, liukenee asteittain sedimenttiin imeytyneeseen 10 veteen, ja muodostunut liuos reagoi happaman humusperäisen aineen kanssa muuttaen tämän natriumia sisältäväksi humukseksi kationinvaihtoreaktiolla (tapauksessa, jossa natriumyhdiste on natriumkarbonaatti) : 15 2 R-H + 2 Na+ + CO3— - 2 R-Na + H20 + CO2 jossa R-H tarkoittaa hapanta humuspitoista ainetta, ja R-Na natriumia sisältävää humuspitoista ainetta.

Natriumpitoinen humus voi siis osallistua vesiker-20 roksen happamuuden neutralointiin ioninvaihdolla: R-Na + H+ - R-H + Na+ .

Näiden kahden neutralointivaiheen suhteellinen tär-25 keys riippuu siitä kappaleiden suhteellisesta osuudesta, joka liukenee vajoamisen aikana vesikerrokseen, ja siitä kappaleiden osuudesta, joka hautautuu sedimenttiin. Se riippuu siis eri parametreistä, kuten vesikerroksen syvyydestä, sedimentin humuspitoisuudesta, happamuudesta ja 30 veden happamoitumisnopeudesta, käytetystä natriumyhdis-teestä, samoin kuin kappaleen muodosta, tilavuudesta ja massasta. Tavallisesti voidaan esimerkiksi kappaleen massa ja mitat valita käytetyn natriumyhdisteen mukaisesti, siten että ainakin 30 % kappaleen massasta saavuttaa sedi-35 mentin kiinteässä muodossa. On kuitenkin tärkeää, että 4 98297 riittävä osa kappaleiden massasta liukenee vesikerrokseen ennen sedimentin saavuttamista, ettei neutraloitumis-prosessi hidastu liikaa. Optimaalinen osa riippuu järven happamuudesta, ja se pitää siis määrittää jokaiselle ta-5 paukselle erikseen. Se voi olla esimerkiksi 1 % tai surem-pi, edullisia ovat 2 %:n arvot. Käytännössä edullisia kappaleita ovat sellaiset, joiden sedimentin saavuttavan kiinteän massan osuus on välillä 40 ja 98 %, edullisesti välillä 50 ja 95 %. Tapauksissa, joissa vesikerrokset ovat 10 erittäin syviä tai täynnä kasvustoa, kuten levää, voidaan kappaleet mahdollisesti varustaa painolla vajoamisen nopeuttamiseksi vesikerrokseen. Tapauksessa, jossa vesiker-ros on hyvin hapan, voi osoittautua edulliseksi käyttää menetelmää, jossa vähintään 5 %, ja edullisesti enemmän 15 kuin 10 % kappaleiden massasta liukenee vesikerrokseen ennen kuin kappaleet saavuttavat sedimentin.

Muilla vastaavilla menetelmillä lisätään kationin-vaihtajan regeneroitumistehokkuutta (joka koostuu sedimentin humuksesta), jos lisätään kappaleiden sedimenttiin 20 tunkeutumisastetta. Tämä tunkeutumisaste riippuu useasta parametrista, erityisesti kappaleiden massasta ja muodosta, vesikerroksen syvyydestä ja sedimentin mekaanisesta stabiilisuudesta. On kuitenkin tärkeää, että se osa kappaleista, joka on hautautunut sedimenttiin, joutuu kosketuk-25 siin tarpeeksi suureen määrään vettä, jotta liukeneminen tapahtuisi asteittain. Kappaleiden tunkeutumista sedimenttiin voidaan helpottaa esimerkiksi sitomalla niihin painoja tai antamalla niille sopiva muoto, esimerkiksi pyrami-dimainen tai kartiomainen, tai pudottamalla ne lento-30 koneesta tai helikopterista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyt kappaleet voivat olla yhtenäisiä. Toteutettaessa keksinnön mukaista erityistä menetelmää on edullista kuitenkin käyttää partikkeliagglomeereja, kuten Solvay & Cie'n metallurgian 35 teollisuuden valuraudan rikinpoistoon markkinoimia munan- li 5 98297 muotoisia natriumkarbonaattipuristeita (esite Tr 592a-B-0,5-277 - Solvay & Cie). Tällä keksinnön toteuttamistavalla voidaan säätää kappaleiden liukenemista vesikerrokseen sekä niiden tunkeutumisastetta sedimenttiin, käsiteltävän 5 vesikerroksen ominaisuuksien funktiona. Näitä kappaleiden ominaisuuksia voidaan itse asiassa mukauttaa valitsemalla sopiva puristeiden puristuspaine tai liittämällä painolasti tai sopiva sideaine. Haluttaessa voidaan luonnollisesti valita painolasti tai sideaine, jolla ei ole vahingollista 10 vaikutusta vesistön kasvustoon tai eläimistöön. Erityisesti voidaan käyttää natriumkarbonaattipuristeita, jotka sisältävät portlandsementtiä, natriumhydroksidia, lento-tuhkaa, metallioksideja, jotka ovat vaarattomia vesiliuoksessa (erityisesti rautaoksidit), ja silikaa tai natrium-15 silikaattia. Edullisia kappaleita ovat puristeet, jotka sisältävät 95 - 98 paino-% natriumkarbonaattia ja 2 - 5 paino-% natriumsilikaattia. Nämä edulliset kappaleet voidaan valmistaa kaikilla tunnetuilla menetelmillä; suositeltavassa menetelmässä natriumkarbonaattipartikkelit pu-20 ristetään natriumsilikaatin vesiliuoksessa.

Keksinnön mukainen menetelmä soveltuu kaikille humusta sisältävän, kuohkean sedimentin päällä oleville ve-sikerroksille, erityisesti luonnollisille tai tekojärvil-le, joissa on, tai on ollut vesikasvillisuutta tai eläi-25 mistöä, ja jotka ovat kontaminoituneita happamista päästöistä, kuten happosateista, maanalaisista vesistä tai happamista virtauksista tai happamista teollisuus- tai yhdys kuntapäästöistä.

Myöhemmin esitetyt esimerkit kuvaavat keksinöä. Ne 30 viittaavat kuviin 1-4, jotka on esitetty liitteissä.

Kuvan 1 kuvaajassa on esitetty ajan funktiona pH:n kehittyminen järvessä, jota on käsitelty keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisellä toteuttamistavalla;

Kuvan 2 kuvaajassa on esitetty ajan funktiona ve-35 teen liuenneen natriumin määrä järvessä, jota on käsitelty 6 98297 keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisellä toteuttamistavalla ;

Kuvissa 3 ja 4 olevat kuvaajat ovat analogisia kuvien 1 ja 2 kanssa, ja niissä on esitetty vastaavat asiat 5 järvessä, jota on käsitelty keksinnön mukaisen menetelmän toisella toteuttamistavalla.

Seuraavat esimerkit koskevat laboratoriokokeita, jotka on tehty Sännen-järvelle Ruotsissa.

Otettiin kolme näytettä sedimentistä ja vedestä 10 kolmelta alueelta, jotka vastasivat järven eri syvyyksiä. Taulukossa I on esitetty jokaiselle näytteelle: - järven syvyys, josta näyte otettiin, - sedimentin hehkutushäviö, joka on mitta sen sisältämlle orgaaniselle materiaalille.

15

TAULUKKO I

Näyte no. Järven syvyys Hehkutushäviö 2 0 _(mj_(paino-% )_ 1 0,40 1 2 5 22,4 3 10 26,9 2 5 _

Kolme näytettä jaettiin useampiin näytteisiin koeputkiin. Koeputkina käytettiin 50 cm korkeaa ja halkaisijaltaan 11 cm:n lasiputkea, johon lisättiin 20 cm:n 30 sedimentti kerros, jonka päälle lisättiin 28 cm:n kerros järven vettä.

Putkia seisotettiin noin 48 tuntia, minkä jälkeen sedimentin päälle lisättiin natriumkarbonaattikappale, ja seurattiin veden pH: n sekä liuenneen natriumin määrän 35 muuttumista ajan funktiona. Näytteen lämpötila koeputkessa oli jokaisessa tapauksessa noin 8 °C.

Il 7 98297

Ensimmäinen koesarja

Esimerkeissä 1-3 käytettiin 40 g:n natriumkarbo-naattipuristekappaleita sellaisenaan, ja edellä esitettyjä näytteitä 1-3 vastaavia koeputken näytteitä.

5 Esimerkki 1 : näyte no. 1

Esimerkki 2 : näyte no. 2.

Esimerkki 3 : näyte no. 3.

Mitatut tulokset on esitetty kuvaajilla kuvissa 1 ja 2. Näissä kuvissa abskissalla on esitetty kokeen kesto-10 aika (päivinä), ja ordinaatalla on esitetty pH-arvo ja koeputken näytteen veteen liuenneen natriumin paino (mg:na). Näissä kuvissa, - symbolilla (□) viitataan esimerkkiin 1, - symbolilla (O) viitataan esimerkkiin 2, 15 - symbolilla (δ) viitataan esimerkkiin 3.

Toinen koesarja

Esimerkeissä 4-6 käytettiin 50 mg:n kappaleita, jotka sisälsivät noin 46 mg natriumkarbonaattia sidottuna natriumsilikaattiin. Kokeet tehtiin myös koeputkissa, 20 joissa oli vastaavat, edellä esitety näytteet 1, 2 ja 3. Esimerkki 4 : näyte no. 1,

Esimerkki 5 : näyte no. 2,

Esimerkki 6 : näyte no. 3.

Mitatut tulokset on esitetty kuvaajilla kuvissa 3 25 ja 4, joissa abskissan ja ordinaatan asteikot ovat vastaavat kun kuvissa 1 ja 2.

Mutta, - symbolilla (□) viitataan esimerkkiin 4, - symbolilla (O) viitataan esimerkkiin 5, 30 - symbolilla (δ) viitataan esimerkkiin 6.

Kuvat 1-6 osoittavat, että pH:n nouseminen ja veden natriumpitoisuuden suureneminen hidastuu, kun sedimentin orgaanisen materiaalin määrä lisääntyy. Tämä vahvistaa sen, että osa natriumkarbonaatti kappaleesta käyte-35 tään humuspitoisen sedimentin ioninvaihtokapasiteetin re-generoimiseen.

Claims (4)

98297

1. Menetelmä hapanta humusta sisältävän sedimentin päällä olevan happaman vesikerroksen neutraloimiseksi, 5 tunnettu siitä, että käytetään vesiliukoista nat-riumyhdistettä sisältäviä kappaleita, jolloin natriumyh-diste on kiinteä vesikerroksen lämpötilassa ja se on valittu natriumhydroksidista ja natriumsuoloista, jotka on johdettu hapoista, lukuunottamatta vetyhappoja, jolloin 10 kappaleet pudotetaan vesikerrokseen, niin että osa kappaleiden sisältämästä natriumyhdisteestä liukenee vesikerrokseen kappaleiden pudotessa ja siten neutraloi veden happamuuden paikallisesti in situ, ja toinen osa kappaleiden sisältämästä natriumyhdisteestä vajoaa sedimenttiin, 15 liukenee siihen osaan vettä, joka tunkeutuu sedimenttiin ja muuttaa happaman humuksen natriumpitoiseksi humukseksi, niin että tämä pystyy neutraloimaan veden happamuuden ioninvaihdolla .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että käytetään natriumyhdistettä, joka on heikon hapon suola.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että natriumyhdiste on valittu natriumkarbonaatista, -bikarbonaatista ja -seskvikarbonaa- 25 tista.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään kappaleita, joiden massa ja mitat on säädetty siten, että vähintään 1 % niiden massasta liukenee veteen niiden pudotessa vesi- 30 kerroksen läpi ja että ainakin 30 % niiden massasta saavuttaa sedimentin kiinteässä muodossa. I; 9 98297