RU207249U1

RU207249U1 - Устройство для электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта

Info

Publication number: RU207249U1
Application number: RU2020143822U
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Шулаев; Валерия Валерьевна Пряничникова; Рамиль Римович Кадыров; Николай Алексеевич Быковский; Инна Вячеславовна Овсянникова
Original assignee: Николай Сергеевич Шулаев; Валерия Валерьевна Пряничникова; Рамиль Римович Кадыров; Николай Алексеевич Быковский; Инна Вячеславовна Овсянникова
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-10-20

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для очистки и восстановления грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.Установка электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта, состоящая из графитовых анодов и полого цилиндрического катода, подключенных к источнику постоянного электрического тока и погруженных в грунт на глубину загрязнения, отличающаяся тем, что полый цилиндрический катод, устанавливаемый в центре загрязненного участка, имеет перфорацию для сбора загрязненной жидкости во внутренней области цилиндра и заборную арматуру для удаления этой жидкости, а аноды устанавливаются на равноудаленном от катода расстоянии по периферии загрязненного участка.

Description

Полезная модель относится к устройствам для очистки и восстановления грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами.

Известно устройство для электрокинетической очистки грунта от органических загрязнений, включающее два катодных узла и расположенный между ними анодный узел, разделительную емкость с вакуумным насосом, транспортирующий насос, узел очистки, корректировочную емкость, дозирующий перистальтический насос и источник постоянного тока. В участках очищаемого грунта создают две катодные полости и расположенную между ними анодную полость, куда закачивают электролит и подводят к ним положительный и отрицательный потенциалы напряжения постоянного тока, после чего электролит и газовая фаза подаются из анодной полости в катодные и обратно. Осуществляют смешение выведенных из катодных полостей электролитов и газовых фаз, отделение смеси газовых фаз от смеси электролитов и удаляют отделенную смесь газовых фаз. Затем очищают смесь электролитов, корректируют ее состав и вводят в анодную полость. Указанную циркуляцию смеси электролитов осуществляют в непрерывном режиме до достижения необходимой степени очистки грунта, (патент РФ 2172531, В09С 1/00, опубликованный 20.08.2001 - Способ электрокинетической очистки грунтов от радиоактивных и токсичных веществ и устройство для его реализации для очистки грунта от органических загрязнений).

Основными недостатками данного устройства и способа является сложность введения в зону очистки и работы с жидким электролитом, необходимость постоянного контроля и коррекции состава смеси электролитов, а также высокие затраты на эксплуатацию очистного и насосного оборудования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели (прототипом) является установка, реализуемая в способе очистки нефтезагрязненных грунтов путем пропускания через грунт электрического тока между установленными в грунт анодными и катодными электродами, отличающаяся тем, что в загрязненный грунт на глубину загрязнения погружают цилиндрические катоды, выполненные из стали, и аноды из графита, подключенные к источнику постоянного электрического тока и располагающиеся параллельными батареями, соединенные каждый своей шиной, расстояние между которыми определяется в зависимости от радиуса сечения цилиндрических электродов, напряжения, удельного сопротивления почвы и глубины загрязнения (патент РФ 2708016, кл. В09С 1/100, опубликованный 03.12.2019, бюл. №34).

Недостатком описанной установки является высокая материалоемкость и сложность в организации удаления загрязненной жидкости из прикатодных областей.

Задачей полезной модели является создание устройства - установки электрохимической очистки нефтезагрязненных грунтов с достижением следующего технического результата: уменьшение материалоемкости и организация удаления загрязненной жидкости (воды) за счет установки в центре загрязненного участка отрицательного электрода-катода, представляющего полую перфорированную металлическую трубку с установленной во внутренней области водоотводной арматуры, позволяющей откачивать загрязненную жидкость в емкость для сбора загрязненной жидкости.

Указанная задача решается тем, что установка электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта, состоящая из цилиндрического катода из графитовых анодов, подключенных к источнику постоянного электрического тока и погруженных в грунт на глубину загрязнения, отличающаяся тем, что отрицательный электрод-катод выполнен из стальной перфорированной металлической трубы с установленной во внутренней полости водоотводной арматуры для удаления загрязненной жидкости, а положительные электроды-аноды, выполненные из цилиндрических графитовых стержней, устанавливаются по периферии загрязненного участка на равноудаленном от катода расстоянии.

На фиг. 1 показан отрицательно заряженный электрод-катод.

На фиг. 2 представлена схема размещения электродов для осуществления очистки нефтезагрязненных почв и удаления загрязненной жидкости.

Предлагаемое размещение электродов позволяет создавать на нефтезагрязненном участке электрическое поле, близкое к однородному и обеспечивающее равномерную очистку от нефтепродуктов по всему объему грунта. Электрический ток, возникающий между анодами и катодом, при указанном размещении электродов определяется по формуле

где U - напряжение между анодами и катодом;

ρ - удельное сопротивление грунта;

N - число анодов;

- эффективная площадь канала электрического тока между анодом и катодом;

- межэлектродное расстояние;

R_ak - расстояние между центрами анодов и катода;

d_k,d_a - диаметры катода и анодов.

Известно, что для электрохимической очистки загрязненных грунтов от нефтепродуктов требуется затратить при пропускании электрического тока определенное количество электрического заряда для удаления 1 кг нефтепродуктов, в частности, для чернозема q_уд=0,7⋅10⁷ Кл/кг, глинистого грунта q_уд=0,63⋅10⁷ Кл/кг, суглинка q_уд=0,93⋅10⁷ Кл/кг, песчаного грунта q_уд=1,34⋅10⁷ Кл/кг (Пряничникова В.В., Шулаев Н.С., Быковский Н.А., Кадыров P.P. Особенности электрохимической очистки различных типов почв от нефтепродуктов// Бутлеровские сообщения, 2018, Т. 53, №3, с. 124-129). Следовательно, для каждого вида нефтезагрязненного грунта необходимое количество электрического заряда Q будет определяться концентрацией нефтепродуктов С[кг/м³]

где V - объем нефтезагрязненного грунта.

Тогда время очистки будет пропорционально величине тока между анодами и катодом

С учетом соотношения (1) время обработки в зависимости от объема загрязненного грунта можно оценить по формуле

из которой следует, что конструктивные параметры электродов (d_k, d_a, R_ak) и глубина загрязнения существенно влияют на время обработки.

Установка на фиг. 2 содержит источник электрического тока, подключаемый к выводам 1; цилиндрические аноды 2, изготавливаемые из графита; катод 3, представляющий стальную цилиндрическую трубу, внутри которой устанавливается арматура 4 для удаления загрязненной жидкости.

Установка функционирует следующим образом: подается электрическое напряжение между электродами, возникает направленное движение положительно и отрицательно заряженных ионов (электрический ток), воздействующее на почву загрязненную нефтепродуктами. В следствие электрокинетических явлений часть нефтепродуктов в составе жидкой фазы совместно с поровым раствором, либо пластовыми водами перемещается к катоду и удаляется с помощью водозаборной арматуры, а другая часть подвергается окислению на анодах в почвенном массиве.

Окисление углеводородов происходит за счет кислорода, перекиси водорода и гидроксильных радикалов, образование которых инициируется электрохимическими процессами, происходящими в почве под действием электрического тока. Изготовление анодов из графита позволяет блокировать процессы коррозии и разрушения, а также интенсифицировать электроокислительные реакции.

Величину тока I и напряжения U при заданных размерах катода и анодов устанавливают, исходя из требуемой степени очистки и времени обработки грунта.

К основным преимуществам предлагаемой конструкции установки электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта относятся:

- простота схемы расположения анодов и катода на обрабатываемом участке;

- возможность удаления загрязненной жидкости концентрированно внутри катодного объема;

- высокая энергоэффективность за счет создания в межэлектродном пространстве электрического поля, близкого к однородному;

- удобство монтажа, демонтажа и транспортировки.

Полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость» и может быть использована в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности для очистки грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

Claims

Устройство для электрохимической очистки нефтезагрязненного грунта, состоящее из графитовых анодов и полого цилиндрического катода, подключенных к источнику постоянного электрического тока и погруженных в грунт на глубину загрязнения, отличающееся тем, что катод выполнен из стальной перфорированной металлической трубы с установленной во внутренней полости водоотводной арматурой для удалений загрязненной жидкости, а аноды выполнены из цилиндрических графитовых стержней с возможностью расположения на равноудаленном расстоянии от катода.