WikiDer > Электрокинетическая реабилитация

Electrokinetic remediation

Электрокинетическая реабилитация, также называемый электрокинетика, это техника использования прямого электрический ток для удаления органических, неорганических и тяжелый металл частицы из почвы электрический потенциал.[1][2][3] Использование этого метода обеспечивает подход с минимальным возмущением поверхности при обработке недр. загрязнители.

Системные компоненты

Базовый участок восстановления электрокинетики содержит внешний постоянный ток источник, a положительно заряженный электрод (или же анод) и отрицательно заряженный электрод (или катод) помещен в землю. Размещение электродов зависит от размера и формы известных шлейфов загрязняющих веществ. Удаление загрязняющих веществ и предотвращение миграции шлейфа имеют большое значение при определении расположения электродов. Каждый электрод помещен в колодец резервуара, в котором электролитический раствор можно вводить.[4] Электролитические растворы служат и как проводящая среда (или поровая жидкость), и как средство для извлечения загрязняющих веществ и введения химикаты или биологические объекты.[5] Другое применение электролитического раствора - для контроля и / или деполяризация электродных реакций. Погружение электродов в раствор может привести к окисление на анодной площадке и восстановление на катодной.[1] Окисление и образование кислотного фронта являются побочными продуктами процесса и оказывают различное влияние на систему. Прокачивая, обрабатывая и проверяя электролитический раствор на каждом участке электрода, вы можете продлить срок службы и эффективность системы.

Метод

Когда к электродам подается ток от прямого источника питания, происходит миграция под электродом. почва поверхность. Хотя существует много типов миграций, которые происходят в тандеме с током, в электрокинетике есть две движущие миграции; ионная миграция и электрофорез. Когда электролитический раствор вводится в почвенную часть ионный раствор образует диффузный двойной слой с почвами и загрязнителями. Этот диффузный двойной слой будет способствовать ионному дрейфу, который будет происходить при прохождении тока через почву и окружающую жидкость, этот процесс называется электроосмос.[1] Толщина диффузного двойного слоя зависит от ионного состава объемного раствора и среднего плотность заряда из гидратация товары.[3] С увеличением концентрации электролита толщина двойного диффузного слоя уменьшается. Электрофорез представляет собой массовый поток заряженные частицы под электрическое поле.[4] Оба процесса работают одновременно, но противотоком. Заряженные частицы, вызванные электрофорезом, текут от катода к аноду, тогда как раствор электролита течет от анода к катоду. Из двух основных процессов электрофорез (или электромиграция) преобладает над электроосмосом.[2] Электрофорез служит движущим фактором, который вызывает поток электроосмоса в противоположном направлении. Электромиграция также служит основным компонентом удаления ионных загрязнений. Для возникновения электромиграции абсорбированный материал должен быть растворен до ионной формы, независимо от того, являются ли они металлами, органическими или неорганическими частицами.[1] Электроосмотический поток между электродами способствует развитию в почве среды с низким pH. Эта среда с низким pH препятствует поглощению металлических загрязнителей на поверхности частиц почвы, что способствует образованию соединений, делающих возможной электрокинетику.[6] С помощью этой мысли можно подкисить почву и вызвать высвобождение поглощенных тяжелых металлов.[2]

Приложения

Электрокинетическая очистка применяется ко многим загрязнениям, которые могут растворяться внутри. грунтовые воды. Тяжелые металлы являются одними из основных загрязнителей, удаляемых электрокинетическим процессом. Некоторые металлы, такие как кадмий (II) может быть удален с серьезными последствиями для расхода энергии. Хром (III) можно удалить, но с низкой эффективностью из-за легкости гидролиз позволяя ему сорбироваться с другими веществами. Хром (IV) также является кандидатом на удаление электрокинетиков, хотя миграция хрома (IV) замедляется в присутствии сера потому что он распадется на хром (III).[1] Другие виды тяжелых металлов, которые проверены и, как сообщается, поддаются лечению, включают; Меркурий, цинк, утюг, вести, медь, и магний.[5][6]

Электрокинетика также возможна с щелочь и щелочноземельные металлы, которые перемещаются в большинстве сред быстрее, чем тяжелые металлы. При испытаниях между 20 и 30 вольтами было известно, что щелочные металлы перемещаются на 50-60 см в день на вольт, тогда как тяжелые металлы перемещаются со скоростью от 10 до 20 см в день на вольт.[2][7] Возможно, эта разница может быть из-за медленного десорбция и растворение тяжелых металлов. Электрокинетика также может использоваться для обработки полярных органических соединений (фенол и уксусная кислота) и радионуклеотиды (радий), токсичные анионы (нитраты и сульфаты), плотные жидкости в неводной фазе (DNAPL), цианид, нефтяные углеводороды (дизельное топливо, бензин, керосин смазочные масла), галогенированные загрязнители, взрывчатые вещества, галогенированные и полиядерные ароматические углеводороды.[5]

Преимущества

Одним из преимуществ электрокинетики является то, что восстановление может проводиться на месте (в пределах участка восстановления) для обработки загрязняющих веществ в небольших количествах. проницаемость зоны для преодоления доступности загрязняющих веществ или доставки лечения.[8] Восстановление может также происходить ex situ (удалено с естественной территории), чтобы загрязняющие вещества были проверены и обработаны в пределах лаборатория. Такая универсальность места лечения может быть очень рентабельной. Электрокинетика имеет преимущество использования в насыщенных или ненасыщенных почвах из-за введения поровой жидкости. Восстановление может также происходить, несмотря на расслоение почвы или однородность.[4] Для почв с низкой проницаемостью, например каолит и глинистые пески позволяют удалить до 90% загрязнителей тяжелых металлов. Во многих случаях необходимо провести предварительную обработку почвы, чтобы определить соответствующие рабочие условия почвы.[6]

Следует отметить, что профиль потенциала в почвах можно определить по ионному распределению поровой жидкости. Поскольку распределение ионов влияет на эффективность электрокинетической системы, инженеры, такие как Джон Дзенитис, провели всестороннее исследование, чтобы найти ключевые реакции вокруг электродов, которые можно использовать для создания моделей для прогнозирования скорости потока ионов.[2] Затем эти модели можно интерпретировать, чтобы определить, является ли электрокинетическая реабилитация лучшим выбором для данного участка.

Ограничения

Основным ограничением электрокинетики является внесение в почву внешней жидкости. Если загрязнитель не может быть растворен, извлечь интересующий загрязнитель невозможно.[5] Электролиз около электродов может изменить pH почвы, особенно если ток индуцируется в течение длительного периода времени. Продолжительное использование электрокинетической системы также может вызвать кислотную среду вокруг электродов, иногда вступающую в реакцию с загрязнениями. Если повышенное подкисление почвы не является экологически приемлемым, использование электрокинетиков следует пересмотреть.[6] Крупные металлические предметы, закопанные под землей, также являются ограничением для электродов, поскольку они создают путь для короткого замыкания системы. Закопанные металлические предметы также могут изменять градиент напряжения и уменьшать или останавливать поток. Удаление летучие органические соединения из почвы может увеличить концентрацию почвенного пара. Как ни странно, высокопроницаемые почвы снижают эффективность электрокинетики. Если из почвы с низкой проницаемостью, такой как глина, удаляется до 90% начальных загрязняющих веществ, то из почвы с низкой проницаемостью, такой как торф, удается удалить примерно 65% исходных загрязняющих веществ.

Еще одно серьезное ограничение процесса электрокинетики - снижение электрического потенциала системы. Различные эффекты поляризации могут ухудшить работу системы. Например: активационная поляризация может происходить в процессе электрокинетического восстановления, удаляя пузырьки газа, которые образуются на поверхности электродов во время проводимости. Поляризация сопротивления может возникнуть после того, как начался процесс электрокинетического восстановления, и может наблюдаться белый слой. Как и в случае с пятнами от жесткой воды, этот слой может содержать нерастворимую соль и другие примеси, которые снижают проводимость. Концентрационная поляризация происходит, когда ионы водорода, генерируемые на аноде, притягиваются к катоду, а ионы гидроксида, генерируемые на катоде, притягиваются к аноду. Если происходит нейтрализация, потенциал между системами падает.[6] Локальное уплощение профиля электрического потенциала также может вызвать разницу в миграции.[2]

Примеры из практики

Во многих случаях изучение конкретных мест произрастания с помощью электрокинетической ремедиации может привести к новым достижениям в технологии. Часто электрокинетическое исправление будет сочетаться с другими формами исправления для решения конкретных проблем на месте. В Danish Wood Perseveration медь была тяжелым металлом, загрязняющим почву в двух формах; ионный раствор с различными комплексами в почве или кристаллическая решетка почвенных минералов.[9] Для этого сайта pH почвы был параметром очень важным из-за повышенного количества меди, присутствующей в ионном растворе. Создавая активные барьеры или обменные мембраны, которые препятствуют перемещению ионов из электродного отсека в почву.[9] Отделение почвы от электрода предназначено для предотвращения подкисления катода и потерь тока при прохождении высокомобильных ионов от места установки электрода через почву.[9]

В 1995 году на участке Падука в Кентукки, США, был разработан новый метод удаления тяжелых металлов из почвы. Процесс лазаньи - это просто создание нескольких горизонтальных проницаемых зон, используемых для очистки загрязненной матрицы почвы путем добавления различных примесей в раствор электролита. Примеси, такие как сорбенты, каталитические реагенты, буферные растворы, окислители, в этой системе наносятся через вертикальную систему, при которой анод находится внизу, а катод - вверху.[6][8][10] Вертикальная ориентация анодно-катодной системы облегчает переработку жидкости и обработку системы. Формирование слоев лазаньи происходит из-за трещин в переуплотненных глинах из-за горизонтальных электродов. Соединение горизонтальных электродов с вертикальной системой давления делает этот метод особенно эффективным при удалении загрязнений из более глубоких слоев почвы. Первое испытание этого процесса показало, что 98% эффективность удаления трихлорэтилен с сайта Paducah.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Р. Айер, "Электрокинетическая реабилитация", Наука и технология частиц: Международный журнал, вып. 19, 2001, с. 219.
  2. ^ а б c d е ж Вада, Син-Ичиро; Умегаки, Юки (2001). «Распределение основных ионов и электрического потенциала в почве при электрокинетической реабилитации». Экологические науки и технологии. 35 (11): 2151–2155. Дои:10.1021 / es001335j.
  3. ^ а б Acar, Yalcin B .; Альшавабке, Акрам Н. (1993). «[10.1021 / es00049a002 Принципы электрокинетической реабилитации]». Экологические науки и технологии. 27 (13): 2638–2647. Дои:10.1021 / es00049a002.
  4. ^ а б c H.D. Шарма, Инженерия геоэкологии: восстановление территории, локализация отходов и новые технологии управления отходами, Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley, 2004.
  5. ^ а б c d Acar, Y.B .; Gale, R.J .; Alshawabkeh, A.N .; Marks, R.E .; Puppala, S .; Брика, М .; Паркер, Р. (1995). «Электрокинетическая реабилитация: основы и состояние технологии». Журнал опасных материалов. 40: 117–137. Дои:10.1016 / 0304-3894 (94) 00066-п.
  6. ^ а б c d е ж Virkutyte, J .; Силланпяя, М .; Латостенмаа, П. (2002). «Электрокинетическая ремедиация почв - критический обзор». Наука об окружающей среде в целом. 289: 97–121. Дои:10.1016 / s0048-9697 (01) 01027-0.
  7. ^ Baraud, F .; Tellier, S .; Аструк, М. (1997). «Скорость ионов в почвенном растворе при электрокинетической рекультивации». Журнал опасных материалов. 56: 315–332. Дои:10.1016 / с0304-3894 (97) 00073-3.
  8. ^ а б Ho, S.V .; Sheridan, P.W .; Athmer, C.J .; Heitkamp, ​​M.A .; Brackin, J.M .; Вебер, Д .; Бродский, П. (1995). «Комплексная технология восстановления почвы на месте: процесс лазаньи». Экологические науки и технологии. 29: 2528–2534. Дои:10.1021 / es00010a011.
  9. ^ а б c Ottosen, L.M .; Hansen, H.K .; Laursen, S .; Виллумсен, А. (1997). «Электродиализная очистка почвы, загрязненной медью, от деревообрабатывающей промышленности †». Экологические науки и технологии. 31: 1711–1715. Дои:10.1021 / es9605883.
  10. ^ Ho, S.V .; Athmer, C .; Sheridan, P.W .; Hughes, B.M .; Orth, R .; McKenzie, D .; Бродский, П.Х .; Шапиро, А .; Thornton, R .; Salvo, J .; Schultz, D .; Landis, R .; Griffith, R .; Шумейкер, С. (1999). «Технология лазаньи для восстановления почвы на месте. 1. Небольшие полевые испытания». Экологические науки и технологии. 33: 1086–1091. Дои:10.1021 / es980332s.