способ обработки почвы, зараженной остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка

Формула изобретения

Способ обработки почв, зараженных остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка путем нагрева почвы СВЧ-энергией, отличающийся тем, что нагрев почвы производят до температуры 300-350°С в течение 3-5 мин на глубину 30-35 см при площади обрабатываемой поверхности 100 см × 50 см, частота микроволнового излучения при этом равна 915 МГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям обеззараживания почв, содержащих остатки токсичных веществ в виде соединений мышьяка.

Известен химический способ удаления мышьяка из грунта [1], состоящий в контактировании загрязненного грунта с водным раствором карбоната в течение времени, необходимого для выщелачивания мышьяка в водный раствор, выделении мышьяка из водного раствора, возврате грунта в среду. Недостатком такого способа является выемка грунта, необходимость пылеподавления, специальная обработка (дегазация) средств транспортировки и обслуживающего его персонала.

Перспективными считаются методы экстракции и фиксирование зараженного грунта с использованием цемента или асфальта. Однако для реализации экстракции требуется дорогостоящее оборудование, а в случае иммобилизации не исключается вероятность эмиссии мышьяка в окружающую среду за счет физического старения фиксирующего материала. Следует отметить также, что экстракция связана с выемкой грунта.

Способом, позволяющим фиксировать соединения мышьяка непосредственно в почве, является остекловывание [2]. К молибденовым электродам, установленным в почве, подводится электроэнергия. За счет протекания тока на требуемом участке почвы развивается температура 2000°С. Органические примеси мигрируют к поверхности, где улавливаются системами очистки. Неорганические примеси фиксируются в расплаве. Этот процесс требует больших энергозатрат, что приводит к его высокой себестоимости. Остеклованная почва мало привлекательна с точки зрения экологии.

Известен способ обработки почвы сверхвысокочастотной энергией с целью уничтожения в ней семян сорных растений, а также насекомых вредителей и их личинок [3]. Этим способом нельзя нагреть почву на глубину 30-35 см до температуры возгонки соединений мышьяка, так как применяемое микроволновое излучение с частотой 2450 МГц полностью затухает на глубине 10-15 см и действие его основано на разности диэлектрических проницаемостей почвы, с одной стороны, семян и насекомых - с другой.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ разложения мышьякорганических соединений с использованием микроволновой печи [4]. Реализуется экспрессный метод полного разложения различных мышьякорганических соединений в биологических системах.

Основными недостатками прототипа являются:

1. Необходимость выемки почвы и транспортировки к месту обработки (печи), необходимость систем загрузки в печь и обратного извлечения.

2. Большой объем камеры, в котором невозможно получить равномерное распределение электромагнитного поля и, соответственно, равномерный нагрев загружаемой массы почвы.

3. Необходимость перемешивания почвы в печи (камере).

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в нагреве почвы СВЧ-полями до температуры возгонки соединений мышьяка без выемки почвы.

В способе обработки почвы, зараженной остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка, путем нагрева почвы СВЧ-энергией отличие в том, что нагрев почвы производят до температуры 300-350°С в течении 3-5 минут на глубину 30-35 см при площади обрабатываемой поверхности 100 см × 50 см, частота микроволнового излучения при этом равна 915 МГц.

Влажная почва имеет большую мнимую составляющую диэлектрической проницаемости. После высыхания почвы эта составляющая значительно уменьшается, но никогда не становится равной нулю, так что всегда имеются ненулевые потери и происходит поглощение СВЧ-энергии с выделением тепла.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На передвигающемся устройстве монтируют СВЧ-генераторы и рупорные облучатели, передающие СВЧ-энергию в почву на частоте 915 МГц при малом уровне отражений от поверхности почвы, поэтому облучение проводят под углом 60-80°. Разработаны и опробованы рупорные антенны и металлические сетки в виде цепочек с целью локализации СВЧ-излучения на обрабатываемой поверхности почвы. Уровень плотности потока СВЧ-энергии, излучаемой за пределы установленной площади почвы, проверялся по методике, утвержденной Минздравом СССР №2666-83 от 16.02.83 г., и составлял не более 10 мкВт/см ². По ходу движения устройства, на котором смонтированы СВЧ-генераторы и источники питания, расположен бункер-накопитель для улавливания и осаждения паров соединений мышьяка. С целью защиты персонала от излучения предусматривается возможность дистанционного управления устройством.

Проверка описываемого способа в лабораторных условиях проводилась с использованием эффекта мышьякового «зеркала». С этой целью в кварцевую трубку диаметром 25 мм и длиной 80 мм помещалась почва, зараженная соединениями мышьяка, после чего трубка герметично закрывалась. Объем, занимаемый почвой, составляет 40 см³. Трубка располагалась перед открытым концом волновода перпендикулярно его широкой стенке. Образец почвы находился напротив излучателя. В качестве СВЧ-генератора использовался магнетрон мощностью 3 кВт, работающий на частоте 915 МГц. Верхний конец трубки охлаждался воздухом. После включения магнетрона на 5-8 минут в верхнем конце трубки на поверхности стекла образуется налет соединений мышьяка, свидетельствующий о прохождении процесса возгонки. Химический состав налета исследовался известными способами [5].

Источники информации

1. Патент США 5290528, МКИ С01G 28/00.

2. Российский химический журнал, 1994 г., т.38, №2, с.39-42.

3. Математическая модель СВЧ-нагрева почвы с учетом испарения влаги. Рудобашта С.П. и др. Журнал «Электронная обработка материалов». 1991 г., №3, с.60.

4. Appl. Organometal chem. 1992, 6, №2, p.161.

5. Некрасов Б.В. «Курс общей химии», Госхимиздат, Москва, 1962 г.