SK281902B6 - Zariadenie na čistenie kalu, zeminy a podobných materiálov obsahujúcich ťažké kovy - Google Patents

Abstract

Využíva sa elektrický prúd na unášanie ťažkých kovov smerom k elektródam, kde môžu byť koncentrované v roztoku elektrolytu a potom odstraňované. Zemina je oddelená od elektród v komorách, pričom použitá membrána meniča katiónov bráni aniónom z komory so zápornou elektródou presakovať von do zeminy a súčasne umožňuje prechod pozitívnym iónom ťažkého kovu zo zeminy a von v komore so zápornou elektródou. Druhá membrána meniča iónov bráni prechodu katiónov z komory s kladnou elektródou do zeminy a súčasne umožňuje priechod iónov ťažkého kovu zo zeminy presakovať von do komory s kladnou elektródou. Elektróda je umiestnená v roztoku elektrolytu v komore, ktorá je oddelená od komory s roztokom druhého elektrolytu pomocou membrány meniča iónov s voliteľným nábojom, pričom komora s roztokom druhého elektrolytu je oddelená od zeminy prostredníctvom iných membrán meničov iónov s voliteľným nábojom.ŕ

Description

Vynález sa týka zariadenia na čistenie kalu, zeminy a podobných materiálov obsahujúcich ťažké kovy, použitím elektrokinetického spôsobu, ktorý využíva elektrický prúd na unášanie ťažkých kovov smerom k elektródam.

Doterajší stav techniky

Potreba čistiť zeminy a plochy znečistené ťažkými kovmi je veľká a zvyšuje sa úmerne s poznávaním rizík, ktoré tieto zamorené plochy vytvárajú, a to tak z krátkodobého, ako aj dlhodobého ohľadu na vonkajšie prostredie.

Čistenie je veľmi zložitý a drahý proces. To znamená, že v najviac ohrozených oblastiach musia byť zemina alebo kal odstránené a uložené pri sledovaných podmienkach s ohľadom na bezpečnosť vonkajšieho prostredia.

Inými slovami, znečistený materiál je izolovaný a teda problém čistenia je odložený na neskoršie.

V dôsledku toho existuje značná požiadavka na spôsob čistenia, ktorá je vhodná na odstraňovanie ťažkých kovov.

Je vyvíjané úsilie pomocou tzv. elektrokinetického spôsobu, pomocou ktorého sa používa elektrický prúd na unášanie ťažkých kovov, existujúcich v danej zemine v podobe iónov, smerom k elektródam, kde môže byť daný kov koncentrovaný a potom odstránený.

V praxi sú umiestené v oddelených komorách dve elektródy vo vhodnej vzdialenosti v zemine. Pozitívne ióny ťažkého kovu sa tým pohybujú smerom k zápornej elektróde a negatívne ióny ťažkého kovu sa pohybujú smerom ku kladnej elektróde.

Ale existuje rozdiel v pohyblivosti iónov, ktoré sa uvoľňujú z elektródového procesu a iónov ťažkého kovu, ktoré sú viazané v zemine. Ióny z elektródového procesu sú najmenej viazané, a preto majú najväčšiu pohyblivosť.

Nastáva tu teda problém, že značná časť prúdu tohto postupu je použitá na predávanie iónov z jednej elektródovej komory do druhej, takže len menšia časť prúdu je využitá na odstraňovanie ťažkých kovov v zemine.

To znamená, že tento známy spôsob nie je mimoriadne účinný a navyše ekonomický vo vzťahu na náklady obsiahnuté v odstraňovaní a ukladaní zeminy kontaminovanej ťažkými kovmi, čo teda znamená, že tento spôsob nie je v praxi používaný.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje zariadenie na čistenie kalu, zeminy a podobných materiálov obsahujúcich ťažké kovy podľa vynálezu, ktoré využíva elektrický prúd na unášanie ťažkých kovov smerom k elektródam, kde môžu byť koncentrované v roztoku elektrolytu a potom odstraňované. Zemina je oddelená od elektród v komorách, pričom použitá membrána meniča katiónov bráni aniónom z komory so zápornou elektródou presakovať von do zeminy a súčasne umožňuje prechod pozitívnym iónom ťažkého kovu zo zeminy a von v komore so zápornou elektródou a druhá membrána meniča iónov bráni prechodu katiónov z komory s kladnou elektródou do zeminy a súčasne umožňuje prechod iónov ťažkého kovu zo zeminy presakovať von do komory s kladnou elektródou, ktorého podstata spočíva v tom, že elektróda je umiestnená v roztoku elektrolytu v komore, ktorá je oddelená od komory s roztokom druhého elektrolytu pomocou membrány meniča iónov s voliteľným nábojom, pričom komora s roztokom druhého elektrolytu je oddelená od zeminy prostredníctvom iných membrán meničov iónov s voliteľným nábojom. Výhodné je, keď je elektrolyt v komore s elektródou izolovaný od roztoku elektrolytu v druhej komore.

V ďalšom výhodnom uskutočnení je roztok elektrolytu v druhej komore vedený von do zbernej nádoby s elektródami na oddeľovanie ťažkých kovov a následne je roztok elektrolytu do tejto komory recirkulovaný.

Uvedeným riešením sa dosahuje to, že ióny z elektródovej komory neprechádzajú von zo zeminy, ale zostávajú v roztoku elektrolytu. Prúd je tu teda využívaný oveľa efektívnejším spôsobom, t. j. výhradne na prepravu v zemi viazaných iónov k elektródam a nie na prepravu iónov medzi elektródami.

Podľa predloženého vynálezu je teda možné čistiť produkty kontaminované ťažkými kovmi so spotrebou energie, ktorá je výhodná najmä v porovnaní s inými formami čistenia a v rovnakom momente zabezpečuje vysokú úroveň čistiaceho efektu, a tým umožňuje dosiahnuť prekvapujúco vysoký stupeň vyčistenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Nasleduje podrobnejší opis príkladov tohto zariadenia na vykonávanie čistenia týmto spôsobom.

Zariadenie, ktoré obsahuje elektródu atď., je konfígurované ako jednotka, ktorá vo svojom vnútri obsahuje elektródový prvok, ktorý je pripojený na zdroj prúdu, ktorý je napríklad záporný.

Okolo tohto elektródového prvku je usporiadaná uzavretá komora, ktorá je naplnená roztokom elektrolytu bežne známeho druhu, ako je napríklad roztok dusičnanu sodného, ktorý je elektricky vodivý.

Vnútri alebo na bočných stenách komory je pripevnená membrána meniča iónov, ktorá má voliteľný náboj. V opisovanom prípade je kladný. Táto membrána môže byť vyrobená z akéhokoľvek vhodného podporného a chemicky odolného materiálu, ktorý nie je elektricky vodivý.

Komora môže byť konfigurovaná z vodivého materiálu len zabezpečením toho, že tento má adekvátnu pevnosť. Použité materiály môžu byť známe pórovité (ľahčené) keramické materiály a podobné materiály.

Membrány meniča iónov s voliteľným nábojom sú v kontakte s dodatočným elektrickým roztokom, ktorý sa rozprestiera okolo vonkajšej steny elektródovej komory, tento roztok sa nachádza v uzavretej komore, ktorá vytvára vonkajšok danej jednotky.

Malo by sa vziať do úvahy, že roztok elektrolytu okolo danej elektródy je oddelený od cirkulujúceho roztoku.

Vonkajšia komora je na vonkajšku definovaná pomocou dodatočných membrán meniča iónov s voliteľným nábojom, ktoré sú v tomto prípade záporne nabité.

Tieto membrány môžu byť podobne takisto konfigurované, aby formovali vonkajšiu stenu.

Počas prevádzky je daná jednotka ponorená v produkte, ktorého čistenie je požadované a ktorým môže byť zemina alebo podobný materiál, ako je kal, sedimenty, čistiace rezíduá atď., ktoré sú zamorené ťažkými kovmi.

Jednotka môže byť v tekutom spojení (komunikácii) so zbernou nádobou na cirkuláciu roztoku elektrolytu. Počas prevádzky budú ióny ťažkého kovu koncentrované v roztoku v jednotke a míňaním elektród, ktoré sú v tejto nádobe umiestené, a v opísanom priepade pomocou každého svojho náboja, ióny pri míňaní týchto elektród budú zrážané. Tento spôsob môže odstrániť tieto kovy a recirkulovať daný roztok do jednotky.

SK 281902 Β6

Nasledujúca kapitola je opis daného spôsobu.

Keď sú tieto jednotky umiestené v produkte, ktorého čistenie je vyžadované, dodávka prúdu a roztok elektrolytu sú zavedené, ako už bolo opísané.

Takto je teda vytvorené zariadenie, ktoré pri ťažkých kovoch funguje ako elektrokinetický spôsob ich čistenia.

Kontaminovaný produkt je oddelený od elektródových komôr takým spôsobom, že membrána meniča katiónov bráni aniónom z komory so zápornou elektródou presakovať von v kontaminovanom produkte, ktorým môže byť zemina, ale v rovnakom momente umožňuje pozitívnym iónom ťažkého kovu, aby prechádzali z daného produktu, napríklad zeminy, von v komore so zápornou elektródou.

V rovnakom momente membrána meniča aniónov bráni katiónom z kladných elektród prechádzať do produktu, zeminy, ale dovoľuje prechod presakovaniu záporných iónov ťažkého kovu z tohto produktu do komory s kladnou elektródou v jednotke.

Takto je tu teda zaistené najlepšie možné využitie prúdu, a to robí tento spôsob a dané prostriedky najmä konkurencieschopné v porovnaní s inými známymi spôsobmi čistenia.

K tomu sa môže dodať, že zrážanie ťažkých kovov, ktoré nastáva, je také efektívne, že tieto môžu byť znova použité, a tým sa tu prispieva pozitívnym spôsobom k ziskovosti daného zariadenia.

Spôsob a zariadenie podľa tohto vynálezu môžu byť teda výhodne použité priamo v kontaminovanom produkte, ako je napríklad zemina, kal, sedimenty v nádržiach a podobne.

V tejto súvislosti by malo byť poznamenané, že dané jednotky môžu byť vybavené niekoľkými oddelenými elektrolytickými roztokmi a iónovo voliteľnými membránami, a tým sa tu umožňuje dosiahnuť výberové (voliteľné) čistenie špecifických kovových iónov.

Nakoniec, tento spôsob môže byť použitý spoločne a inými spôsobmi čistenia, napríklad v spojení a biologickým čistením, kde teplo vyvíjané týmto spôsobom je využívané na podporu daného biologického čistiaceho procesu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (3)

1. Zariadenie na čistenie zeminy, kalu a podobných materiálov, obsahujúcich ťažké kovy, použitím elektrokinetického spôsobu, ktorý využíva elektrický prúd na unášanie ťažkých kovov smerom k elektródam, kde môžu byť koncentrované v roztoku elektrolytu a potom odstraňované, zemina je oddelená od elektród v komorách, pričom použitá membrána meniča katiónov bráni aniónom z komory so zápornou elektródou presakovať von do zeminy a súčasne umožňuje prechod pozitívnym iónom ťažkého kovu zo zeminy a von v komore so zápornou elektródou a druhá membrána meniča iónov bráni prechodu katiónov z komory s kladnou elektródou do zeminy a súčasne umožňuje prechod iónov ťažkého kovu zo zeminy presakovať von do komory s kladnou elektródou, vyznačujúce sa t ý m , že elektróda je umiestnená v roztoku elektrolytu v komore, ktorá je oddelená od komory s roztokom druhého elektrolytu pomocou membrány meniča iónov s voliteľným nábojom, pričom komora s roztokom druhého elektrolytu je oddelená od zeminy prostredníctvom iných membrán meničov iónov s voliteľným nábojom.

2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že elektrolyt v komore s elektródou je izolovaný od roztoku elektrolytu v druhej komore.

3. Zariadenie podľa nároku la 2, vyznačujúce sa t ý m , že roztok elektrolytu v druhej komore je vedený von do zbernej nádoby s elektródami na oddeľovanie ťažkých kovov a následne je roztok elektrolytu do tejto komory recirkulovaný.