SI9011062A

SI9011062A - Device for electrokinetic desalination of walls

Info

Publication number: SI9011062A
Application number: SI9011062A
Authority: SI
Inventors: Karl-Heinz Steininger
Original assignee: Karl Heinz Steininger Dipl Ing
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1997-08-31
Also published as: HU905208D0; ATA130789A; PL163847B1; UA13472A; SK264390A3; HUT62357A; DK0427840T3; CA2033167A1; YU106290A; LV5314A3; EP0427840A1; EP0427840B1; RU1834960C; DE59002386D1; DD294750A5; ES2044595T3; HU209897B; HRP921231B1; ATE93291T1; CZ285180B6

Description

Dipl.ing. Dr. Techn. Karl-Heinz Steininger Gleisdorf, Avstrija

Priprava za elektrokinetično razsoljevanje zidov

Izum zadeva pripravo za elektrokinetično razsoljevanje zidov, sestoječo iz vsaj ene pozitivne, sol zbirajoče, na zidu ali v njem razporejene elektrode, ki je v dotiku s poroznim, vodo vsebujočim puferskim gradivom, in vsaj ene negativne elektrode, na katero je priključena istosmerna napetost, kot tudi na anodno ureditev za uporabo v tovrstni pripravi.

Princip elektrokinetičnega ločevanja polnitve in potovanja ionov v električnem polju s priključitvijo istosmerne napetosti se v tehniki na veliko uporablja npr. pri razsoljevanju morske vode. Postopki razsoljevanja zidov s pomočjo elektrokinetičnih učinkov so že znani in se uporabljajo. Zgradbam škodljive soli, ki se najpogosteje pojavljajo, so sulfati, kloridi in nitrati. Izvor soli je raznovrsten, tako npr. iz:

samih gradiv, ki jih mnogokrat naredijo iz naravnih surovin, gnojil iz sosedne zemlje zaradi kapilarnega vodnega transporta, posipane soli, zlasti v območju vznožja zgradb, atmosfere, kot npr. s kislim dežjem.

Zidne soli so mnogokrat higroskopne, pa zato v odvisnosti od zračne vlage iz zraka odvzemajo vodo. To povečanje prostornine solnih kristalov povzroča visoke hidratacijske tlake, ki porozno gradivo porušijo.

Te zidne soli razen tega s korozijo porušijo betonsko železo in armaturo prednapetja.

Elektrofizikalni suhi postopki po načelu elektroozmoze v poroznem zidu lahko delujejo le, če se med steno por in elektrolitom lahko vzpostavi zadosten zeta potencial. Prevelike koncentracije topnih soli ovirajo vzpostavljanje tega zeta potenciala in osušitev z elektroozmozo postane nemogoča. Iz tega razloga morajo pred uporabo elektroozmoze zidove v kar največji meri razsoliti.

Princip odstranjevanja soli iz zida temelji na izkoriščanju elektrokinetičnega ločevanja polnjenja.

Pri priključitvi istosmerne napetosti v elektrolitu se nosilci polnjenja (ioni) gibljejo v električnem polju k ustreznim elektrodam in se zgoščajo na teh elektrodah oz. okoli le-teh (negativni ioni, anioni, potujejo k anodi, pozitivni ioni, kationi, potujejo h katodi). Na ta način je možno visoke koncentracije anionov na anodi kontinuirno in v pretežni meri odstranjevati iz zidu. Potovalne hitrosti so odvisne od vrste ionov, velikosti le-teh in od zunanjih pogojev, kot so tlak, temperatura, topilo in koncentracija, in znašajo za

OH'	0,00167	cm²/sV
Cl'	0,00062	cm²/sV
NO;	0,00058	cm²/sV
so₄	0,00059	cm²/sV,

V zidu je transport ionov znatno počasnejši, a še zadosten, da se zid razsoli v sprejemljivem času.

Znani postopki za elektrokinetično razsoljevanje zidov pogosto uporabljajo kovinske anode, ki se razgrajujejo s korozijo in katerih tekoči korozijski produkti se iz zidu odstranjujejo s pomočjo žleba iz umetne snovi.

Znan je, nadaljnji, postopek razsoljevanja betonskih tvorb, pri katerem železna armatura v betonu služi kot katoda in se anioni na poti k površinsko nameščeni anodi vežejo s pomočjo smole kot ionskega izmenjevalca ali s pomočjo raztopine Ca(OH)₂,

CaCO₃ in/ali CaO. Pri nobenem od teh dveh postopkov povratne difuzije reakcijskih produktov v zid niso mogli v celoti preprečiti. Tako se zmanjša izkoristek toka, pa tudi uporaba teh postopkov je draga in zamotana.

Naloga izuma je ustvariti pripravo za elektrokinetično razsoljevanje zidov, pri katere obratovanju so pomanjkljivosti, ki spremljajo znane postopke razsoljevanja, izključene. Razen tega naj bo uporaba in vgradnja take priprave enostavna in manj draga, pri čemer naj bodo predvsem tudi vgradljive vnaprej izdelane elektrode oz. ureditve elektrod.

No, priprava po izumu je značilna po tem, da je pozitivna elektroda razen na priključnih koncih povsem obdana s plastjo puferskega gradiva in da na plast puferskega gradiva nalega separatorska plast.

Prednost te zasnove je predvsem v tem, da je elektroda s pomočjo plasti puferskega gradiva, kolikor je to sploh mogoče, optimalno zaščitena pred premočno korozijo in je razen tega z ureditvijo separatorske plasti ustvarjena pregrada proti povratnemu difundiranju reakcijskih produktov v zid. Separatorska plast naj razen tega na imobilizirajočo plast puferskega gradiva nalega vsaj povsod tam, kjer zid meji neposredno.

Nadaljnje prednostne izvedbene značilnosti priprave po izumu so navedene v podzahtevkih 2 do 7.

Izum nadalje zadeva ureditev anode z elektrodo, ki se dotika puferskega gradiva, za uporabo v taki pripravi za elektrokinetično razsoljevanje zidov, pri čemer je ureditev anode značilna po tem, daje elektroda razen na priključnih konceh povsem obdana s plastjo puferskega gradiva in da na plast puferskega gradiva nalega separatorska plast.

V podzahtevkih 9 do 16 so navedene nadaljnje prednostne izvedbene značilnosti ureditve anode po izumu.

Izum je v nadaljnjem podrobno obrazložen s pomočjo izvedbenih primerov, predstavljenih v priloženih listih skic, v katerih kaže:

sl. 1 pripravo po izumu za elektrokinetično razsoljevanje zidu, v shematični predstavitvi, sl. 2 drugo izvedbeno obliko priprave po izumu, sl. 3 do 5 pa razne oblike izvedbe ureditve anode po izumu, uporabljive pri razsoljevalni pripravi.

Skica sl. 1 kaže razsoljevalno pripravo z več v vrtinah v steni 1 položenimi anodami 2, ki so medsebojno povezane s pomočjo žic. Anode 2 so pri tem vsakokrat tja do priključnih koncev v celoti obdane s plastjo puferskega gradiva, ki imobilizira ione; slednjeomenjena plast pa je obdana s separatorsko plastjo, ki neposredno meji na ostenja vrtin. Preko tokovnega vira 3 je na katodo, v predloženem primeru na ozemljitveno palico 4, priključena istosmerna napetost.

V sl. 2 je shematično predstavljena razsoljevalna priprava, pri kateri so na zidu 1 razporejene plosko zasnovane anode 5. Tudi tu so anode, ki so tja do svojih priključnih koncev vsakokrat v celoti zalite v pufersko gradivo, ki imobilizira ione, medsebojno povezane s pomočjo žic in priključene na tokovni vir 3, pri čemer je na ozemljitveno palico 4 priključena istosmerna napetost. Pri tej izvedbeni obliki razsoljevalne priprave je separatorska plast, ki nalega na plast puferskega gradiva, razporejena samo na k zidu obrnjeni ploskvi.

Sl. 3 kaže patronsko (patrona) zasnovano ureditev 6 anode, kakršne so zlasti primerne za namestitev v vrtine, pripravljene v zidu, čakajočem na razsoljevanje. Jedro ureditve anode tvori kovinski, prednostno bakren, vodnik 7, ki je oplaščen s prevodno umetno snovjo 8. Okoli tega jedra je razporejena plast 9 iz puferskega gradiva, ki reakcijske produkte kemično in fizikalno veže. Pufersko gradivo obsega v bistvu vodo, Ca(OH)₂, CaCO₃ in/ali CaO ali zmesi le-teh, pri čemer dodatek gelirnega sredstva prav pride. Le-to deluje imobilizirajoče in drži vlago, tako da ne obstaja nikakršna nevarnost izsušitve območja okoli anode.

Plast puferskega gradiva v celoti obdaja iz mikroluknjičave membrane narejena separatorska plast 10, ki v priključenem stanju v vrtini v zidu meji na ostenje vrtine.

Po sl. 4 je ureditev 11 anode zasnovana kot drog oz. palica. Ta ureditev je zlasti primerna za namestitev v zidne reže. Tudi tu je elektroda 12, ki sestoji iz s prevodno umetno snovjo oplaščenega kovinskega vodnika, tja do svojih obeh priključnih koncev na vsem obodu obdana s plastjo 13 puferskega gradiva, ki je zunaj oplaščena s separatorsko plastjo 14. Le-ta nato v vgrajenem stanju ureditve anode v zidni reži meji na ostenji le-te.

V sl. 5 je prikazana plosko na zidu 15 razporejena ureditev 16 anode. Elektroda 17, ki jo tvori s prevodno umetno snovjo oplaščen kovinski vodnik, je v obliki kačastih zavojev, potekajočih po vsej ploskvi, zalita v plast 18 puferskega gradiva. Na k zidu obrnjeni strani plasti puferskega gradiva je razporejena separatorska plast 19.

Anode so lahko narejene kot paličaste, tračne ali ploskovne elektrode in sestoje iz kovine, grafita, prevodne umetne snovi ali iz s takim oplaščenega kovinskega vodnika oz. vodnika iz grafitnih vlaken. Pufersko gradivo v bistvu obsega vodo, Ca(OH)₂, CaCO₃ in/ali CaO ali zmesi le-teh, pri čemer dodatek gelirnega sredstva prav pride. Le-to deluje imobilizirajoče in drži vlago, tako da ne obstaja nikakršna nevarnost izsušitve območja okoli anode. Kot gelirna sredstva lahko v osnovi pridejo v poštev vsa trgovsko dosegljiva, prednostno pa agar agar ali karboksimetilceluloza.

Separatorska plast, ki v namontiranem stanju neposredno meji na zid, služi kot pregrada proti povratnemu difundiranju reakcijskih produktov v zid. Taki separatorji so na splošno znani iz baterijske tehnike. Gre za mikroluknjičave membrane, ki na temelju svoje porazdelitve luknjic odlično prepuščajo določene ione, ovirajo pa prehod večjih aglomeratov. Primerne so tudi ionsko selektivne membrane.

Te membrane naj imajo naslednje lastnosti:

dobro ionsko prevodnost, veliko selektivnost glede transporta določenioh ionov, dobro omočljivost, visoko mehansko trdnost, nikakršno električno prevodnost, kemično obstojnost na elektrolit in reakcijske produkte.

Te membrane so iz PTFE, azbesta, PVC, PE, PP, na umetno snov vezane in/ali s steklenimi vlakni ojačane celuloze, regenerirane celuloze, celofana ali podaljšanih (nem. gereckf) folij iz umetne snovi.

Priključene istosmerne napetosti naj bodo kar se da visoke, da se zagotovi zadosti hiter transport ionov (10 do 50 V).

Učinkovitost priprave po izumu vključno v njej uporabljene ureditve anode po izumu je v sledečem predložena na temelju poskusne napeljave:

Pri poskusni napeljavi smo izdelali paličaste elektrode iz s prevodno umetno snovjo oplaščenih bakrenih žic, ki so bile zalite v zmes 4 ut.% karboksimetilceluloze in 96 ut.% CaCO₃. Kot separator je služila nogavica iz klobasnega ovoja, zaprta na obeh koncih. Te paličaste elektrode smo vstavili v vrtine v zidu. Vrtine smo pripravili v uparjalnem območju na odmiku en meter nad temeljem. Kot protielektroda je služila v zemljo zabita železna cev. Napeljava je delala z istosmerno napetostjo 36 V. Coulombov izkoristek anionske pretvorbe (pretvorbe zidne soli) na anodi je znašal med 40 in 50% - odvisno od stopnje solnosti in vlage okolišnega zidu.

V 60 dneh smo porabili 40 g CaCO₃ in elektrode smo lahko z reakcijskimi produkti odstranili iz zidu. Analiza je pokazala, da je bilo preko 90% reakcijskih produktov vezanih na elektrodo.

Po poobl.:

Claims

Patentni zahtevki

1. Priprava za elektrokinetično razsoljevanje zidov, sestoječa iz vsaj ene pozitivne, sol zbirajoče, na zidu ali v njem razporejene elektrode, ki je v dotiku s puferskim gradivom, ki imobilizira ione, in vsaj ene negativne elektrode, na katero je priključena istosmerna napetost, značilna po tem, da je pozitivna elektroda razen na priključnih koncih povsem obdana s plastjo puferskega gradiva in da na plast puferskega gradiva nalega separatorska plast.
2. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da separatorska plast tvori plašč plasti puferskega gradiva.
3. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je pri ploski izvedbi plasti puferskega gradiva separatorska plast razporejena samo na eni ploskvi.
4. Priprava po enem od zahtevkov 1 do 3, značilna po tem, da je separatorska plast mikroluknjičava in v danem primeru ionsko selektivna membrana, npr. iz PTFE, azbesta, PVC, PE, PP, na umetno snov vezane in/ali s steklenimi vlakni ojačane celuloze, regenerirane celuloze, celofana ali podaljšane folije iz umetne snovi.
5. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da pozitivna elektroda sestoji iz vodnika iz v danem primeru s prevodno umetno snovjo oplaščene kovine, prednostno bakra, ali ogljika, prednostno grafitnih vlaken, ali iz prevodne umetne snovi.
6. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da puferska plast, ki, kot je znano, vsebuje kalcijev oksid, kalcijev hidroksid in/ali kalcijev karbonat, vsebuje gelirno sredstvo.
7. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da puferska plast sestoji iz vode, v vodi raztopljenega puferskega gradiva, v vodi emulgiranega puferskega gradiva ali iz od vode vlažnega puferskega gradiva.
8. Ureditev anode z elektrodo, ki se dotika puferskega gradiva, za uporabo v pripravi po enem od zahtevkov 1 do 7 za elektrokinetično razsoljevanje zidov, značilna po tem, daje elektroda razen na priključnih konceh povsem obdana s plastjo puferskega gradiva in da na plast puferskega gradiva nalega separatorska plast.
9. Ureditev anode po zahtevku 8, značilna po tem, da je izvedena v obliki patrone, kot palica ali kot drog.
10. Ureditev anode po zahtevku 8, značilna po tem, da je plosko izvedena ali podobna plošči.
11. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8 do 10, značilna po tem, da je separatorska plast mikroluknjičava in v danem primeru ionsko selektivna membrana, npr. iz PTFE, azbesta, PVC, PE, PP, na umetno snov vezane in/ali s steklenimi vlakni ojačane celuloze, regenerirane celuloze, celofana ali podaljšane folije iz umetne snovi.
12. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8 in 9, značilna po tem, da separatorska plast kot plašč obdaja plast puferskega gradiva.
13. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8, 10 in 11, značilna po tem, da je separatorska plast razporejena na eni strani in je elektroda v plasti puferskega gradiva razporejena, potekajoče po vsej ploskvi, kot plošča, rešetka ali v obliki meandrskih okljukov.
14. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8 do 13, značilna po tem, da pozitivna elektroda sestoji iz vodnika iz v danem primeru s prevodno umetno snovjo oplaščene kovine, prednostno bakra, ali ogljika, prednostno grafitnih vlaken, ali iz prevodne umetne snovi.
15. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8 do 13, značilna po tem, da puferska plast, ki ima, kot je znano, putersko gradivo, ki vsebuje kalcijev oksid, kalcijev hidroksid in/ali kalcijev karbonat, vsebuje gelirno sredstvo.
16. Ureditev anode po enem od zahtevkov 8 do 13, značilna po tem, da puferska plast sestoji iz vode, v vodi raztopljenega puferskega gradiva, v vodi emulgiranega puferskega gradiva ali iz od vode vlažnega puferskega gradiva.