Рассмотрим, согласно Г.А. Аксельруду и М.А. Альтшулеру [1], теоретические вопросы и возможности физико-химического управления процессами массообмена при удалении из грунта загрязнителя с учетом капиллярных сил, действующих в капиллярно-пористых грунтах на границе раздела фаз. В связи с перемещением в грунтах экстрагирующих или выщелачивающих растворов под действием капиллярных сил молекулярная диффузия в поровом пространстве сопровождается конвективным переносом, который при определенных условиях полностью перекрывает молекулярный. Поэтому суммарный диффузионный поток зависит от скорости капиллярной пропитки. Но и после завершения пропитки необходимо учитывать ее последствия -перенос основной массы извлекаемого загрязнителя в глубь капилляров и неравномерное распределение загрязняющего вещества вдоль капилляров.[ ...]
Капиллярные силы по-разному влияют на диффузионный массообмен в зависимости от капиллярного давления. Это связано с преобладающим механизмом и продолжительностью капиллярной пропитки. При высоких капиллярных давлениях и а = Рк /(Рк + Р0) => 1, где а - безразмерное капиллярное давление, пористые грунты пропитываются практически полностью во время обычной (быстрой) стадии пропитки, скорость которой определяется вязким сопротивлением движению жидкости, проникающей в поры под действием капиллярных сил.[ ...]
Другой важной особенностью извлечения загрязнителей из полидисперсных капиллярно-пористых грунтов является неодно-временность начала извлечения из агрегатов, пористых частиц и капилляров разных размеров. Под размерами здесь подразумеваются и разные радиусы не сообщающихся между собой пор, и разные длины капилляров, и иные морфометрические характеристики микроструктуры грунтов. Изменяя каким-либо образом характерные размеры частиц и их соотношение, можно вместо монотонно убывающей скорости извлечения получить проходящую через максимум возрастающую, либо убывающую, либо постоянную в определенном диапазоне времени скорость извлечения загрязнителя. Такое свойство пористых частиц и агрегатов еще не использовалось целенаправленно. По мнению Г.А. Аксельруда [1], такая программируемая десорбция может быть согласована с кинетикой других процессов с целью обеспечения, например, постоянной (в заданном интервале времени) концентрации какого-либо загрязнителя. Напомним, что программируемые кривые извлечения загрязнителя можно получить неодновременным завершением процесса капиллярной пропитки и неодновременным началом диффузионного извлечения загрязняющего компонента.[ ...]
Пользуясь выражением (8.1.36), легко оценить вклад каждой стадии в процесс диффузионного извлечения загрязнителя из грунта. Первый член в квадратных скобках определяет продолжительность диффузионной стадии пропитки (напомним, что если капилляры пропитываются в течение первой стадии, определяемой вязким сопротивлением, то в силу ее кратковременности продолжительность этой стадии можно не учитывать); второй член характеризует продолжительность стадии формирования градиента концентрации; третий - продолжительность собственно диффузионного процесса после завершения стадий пропитки и формирования градиента концентрации. Оценим теперь соотношение продолжительности стадий процесса в зависимости от условий проведения процесса выщелачивания загрязнителя.[ ...]
При проведении процесса в атмосфере воздуха (азота) и £)ж = = 10 10 м2/с получим: г(Нг) = 101212 или = 107/2 сут.[ ...]
Как видно, продолжительность второй стадии сопоставима с продолжительностью основной, третьей стадии, а длительность первой стадии (пропитка в атмосфере труднорастворимого газа) на два порядка превосходит длительность основной стадии.[ ...]
Замена азота легкорастворимым газом (например, 1ЧН3) влияет на длительность процесса выщелачивания загрязнителя следующим образом: г(ЫНз> Ю10 ¿2 или »10512 сут.[ ...]
При средних размерах частиц песчаного грунта порядка 10 3 м и нормальной температуре для выщелачивания из него загрязнителя в атмосфере азота потребуется примерно 10 сут., в атмосфере 1ЧН3 около 2-3 ч. Соответствующие значения длительности выщелачивания при размерах обломков грунта порядка 0,1 м (гравийно-галечные и щебнисто-дресвяные грунты) составят 300 лет и 3 года, при размерах кусков порядка 1 м (каме-нисто-валунные грунты) - 30 000 лет и 300 лет. Это объясняет большую длительность очистных и геотехнологических процессов. Из приведенных примеров ясно, что замена атмосферы воздуха легкорастворимым газом является эффективным приемом интенсификации не только пропитки, но и выщелачивания загрязнителей. После замены труднорастворимого газа легкорастворимым стадия пропитки перестает лимитировать выщелачивание загрязнителя. По этой же причине использование вакуума, применение конденсационной пропитки также сократят длительность и повысят эффективность выщелачивания загрязнителя.[ ...]
При С0 => 0 имеем t2 => 0. Поэтому следует считать весьма эффективным метод интенсификации выщелачивания загрязнителя, разработанный и реализованный Б.Н. Ласкориным в отечественной добывающей промышленности - метод сорбционного выщелачивания. Согласно этому методу, выщелачивание ведут в пульпе, одновременно содержащей загрязненный грунт, экстрагент и иониты1, поглощающие ионы загрязнителя, извлекаемые из грунта, и тем самым поддерживающие их концентрацию на предельно низком уровне [1].[ ...]
Таким образом, сокращая длительность стадий пропитки и формирования градиента концентрации, можно свести продолжительность процесса выщелачивания загрязнителя к продолжительности собственно диффузионного массообмена, которую можно оценить из соотношения Ц /2/£>ж. Продолжительность этой стадии можно сократить, увеличив Dx (для чего используют температурные воздействия, колебания), а также уменьшая размеры обломков выщелачиваемой породы. Если это в массиве сделать не удается, то целесообразно применять приемы интенсификации, основанные на резком сокращении длительности стадии пропитки путем замены труднорастворимого газа легкорастворимым или легкоконденси-руемыми парами.[ ...]
Вернуться к оглавлению