Оцінка ефективності мікрохвильового нагріву ґрунтів

Автор(и)

  • Оксана Станіславівна Бондаренко Одеський національний технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0111-0768
  • Ірина Леонідівна Бошкова Одеський національний технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5989-9223

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.286551

Ключові слова:

технології знезараження, експериментальні дослідження, енергоефективність, теплота перетворення, теплові розрахунки, коефіцієнт корисної дії

Анотація

Одним з інноваційних напрямків термообробки ґрунту в технологіях знезараження від пестицидів, нафтопродуктів та дезінфекції є нагрівання в мікрохвильовому електромагнітному полі. Чисельні дослідження свідчать про ефективність мікрохвильового методу обробки. Це пов’язано з особливостям взаємодії мікрохвильового поля з діелектричними матеріалами. Виникають унікальні ефекти, такі як можливість локального нагрівання, об’ємне нагрівання матеріалу, односпрямованість градієнтів тиску та вологості. Це сприяє інтенсифікації процесів перенесення та можливості енергозаощадження. Проте на даний час проблемою є визначення режимів обробки, які включають масу завантаження, питому потужність мікрохвильового поля, напруженість електричного поля, товщину шару матеріалу та час обробки, за якими мікрохвильовий метод буде енергоефективним. Проведення багатофакторних експериментальних досліджень дозволяють визначити умови енергетичної доцільності мікрохвильової обробки ґрунтів. Отже, об'єктом дослідження є процес нагрівання щільного шару ґрунту при дії мікрохвильового електромагнітного поля.

Розглянуто результати досліджень впливу мікрохвильової обробки ґрунтів, забруднених фосфорорганічними пестицидами, забруднених нафтопродуктами, та за якими умовами отриманий якісний ефект, а також результати впливу мікрохвильового поля на патогенну мікрофлору ґрунту, який використовується для вирощування рослин. Визначена висока якість впровадження технологій обробки ґрунту. Енергетична ефективність визначалась на підставі даних за температурою та вологовмістом, аналізу термограм мікрохвильового нагрівання чорноземного та глинистого ґрунту, за аналізом впливу товщини шару матеріалу, впливу діелектричних властивостей та потужності мікрохвильового поля. За результатами теплових розрахунків визначені значення ККД мікрохвильової камери та напруженість електричного поля, що рекомендується як базова для масштабування з метою перенесення експериментальних результатів до установок промислового призначення.

Під час проведення досліджень використано специфічні експериментальні методи досліджень в умовах мікрохвильового нагрівання, аналітичні методи проведення теплових розрахунків, розроблені авторами методики обробки експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження здійснені на створеній авторами установці. Результати досліджень передбачені для широкого впровадження у практику технологічних розрахунків мікрохвильових камер для термообробки ґрунтів, інтенсифікації процесів знезараження за умовами енергоефективності перетворення енергії мікрохвильового поля у внутрішню енергію ґрунту.

Біографії авторів

Оксана Станіславівна Бондаренко, Одеський національний технологічний університет

Аспірант

Кафедра нафтогазових технологій, інженерії та теплоенергетики

Ірина Леонідівна Бошкова, Одеський національний технологічний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра нафтогазових технологій, інженерії та теплоенергетики

Посилання

  1. Pereira, I. S. M., Robinson, J. P., Kingman, S. W. (2011). Effect of Agglomerate Size on Oil Removal during Microwave Treatment of Oil Contaminated Drill Cuttings. Industrial&Engineering Chemistry Research, 50 (16), 9727–9734. doi: https://doi.org/10.1021/ie200798x
  2. Buttress, A. J., Binner, E., Yi, C., Palade, P., Robinson, J. P., Kingman, S. W. (2016). Development and evaluation of a continuous microwave processing system for hydrocarbon removal from solids. Chemical Engineering Journal, 283, 215–222. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.07.030
  3. Robinson, J. P., Kingman, S. W., Snape, C. E., Shang, H., Barranco, R., Saeid, A. (2009). Separation of polyaromatic hydrocarbons from contaminated soils using microwave heating. Separation and Purification Technology, 69 (3), 249–254. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2009.07.024
  4. Riser-Roberts, E. (2019). Remediation of Petroleum Contaminated Soils. Taylor&Francis Group.
  5. Horikoshi, S., Muratani, M., Miyabe, K., Ohmura, K., Hirowatari, T., Serpone, N., Abe, M. (2011). Influence of Humidity and of the Electric and Magnetic Microwave Radiation Fields on the Remediation of TCE-contaminated Natural Sandy Soils. Journal of Oleo Science, 60 (7), 375–383. doi: https://doi.org/10.5650/jos.60.375
  6. Ivica, K., Zeljka, Z., Aleksandra, P. (2017). Soil treatment engineering. Physical Sciences Reviews, 2 (11). doi: https://doi.org/10.1515/psr-2016-0124
  7. Buttress, A., Jones, A., Kingman, S. (2015). Microwave processing of cement and concrete materials – towards an industrial reality? Cement and Concrete Research, 68, 112–123. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.11.002
  8. Robinson, J., Binner, E., Saeid, A., Al-Harahsheh, M., Kingman, S. (2014). Microwave processing of Oil Sands and contribution of clay minerals. Fuel, 135, 153–161. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.06.057
  9. Wills' Mineral Processing Technology (2016). Elsevier. doi: https://doi.org/10.1016/c2010-0-65478-2
  10. Mutyala, S., Fairbridge, C., Paré, J. R. J., Bélanger, J. M. R., Ng, S., Hawkins, R. (2010). Microwave applications to oil sands and petroleum: A review. Fuel Processing Technology, 91 (2), 127–135. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.09.009
  11. Kastanek, P., Kastanek, F., Hajek, M. (2010). Microwave-Enhanced Thermal Desorption of Polyhalogenated Biphenyls from Contaminated Soil. Journal of Environmental Engineering, 136 (3), 295–300. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)ee.1943-7870.0000153
  12. Acierno, D., Barba, A. A., d’Amore, M. (2003). Microwaves in soil remediation from VOCs. 1: Heat and mass transfer aspects. AIChE Journal, 49 (7), 1909–1921. doi: https://doi.org/10.1002/aic.690490726
  13. Shang, X., Liu, X., Ren, W., Huang, J., Zhou, Z., Lin, C. et al. (2023). Comparison of peroxodisulfate and peroxymonosulfate activated by microwave for degradation of chlorpyrifos in soil: Effects of microwaves, reaction mechanisms and degradation products. Separation and Purification Technology, 306, 122682. doi: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.122682
  14. Chen, X., Li, L., Zhang, Y., Gu, H. (2023). Microwave Heating Remediation of Light and Heavy Crude Oil-Contaminated Soil. Energy & Fuels, 37 (7), 5323–5330. doi: https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c00078
  15. Khan, M. J., Brodie, G., Cheng, L., Liu, W., Jhajj, R. (2019). Impact of Microwave Soil Heating on the Yield and Nutritive Value of Rice Crop. Agriculture, 9 (7), 134. doi: https://doi.org/10.3390/agriculture9070134
  16. Ferriss, R. S. (1984). Effects of Microwave Oven Treatment on Microorganisms in Soil. Phytopathology, 74 (1), 121. doi: https://doi.org/10.1094/phyto-74-121
  17. Brodie, G. I., McFarlane, D. J., Khan, M. J., Phung, V. B. G., Mattner, S. W. (2022). Microwave Soil Heating Promotes Strawberry Runner Production and Progeny Performance. Energies, 15 (10), 3508. doi: https://doi.org/10.3390/en15103508
  18. Oliveira, M. E. C., Franca, A. S. (2002). Microwave heating of foodstuffs. Journal of Food Engineering, 53 (4), 347–359. doi: https://doi.org/10.1016/s0260-8774(01)00176-5
  19. Robinson, J. P., Kingman, S. W., Onobrakpeya, O. (2008). Microwave-assisted stripping of oil contaminated drill cuttings. Journal of Environmental Management, 88 (2), 211–218. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2007.02.009
  20. Kryvoruchko, Ya. S. (2011). Determination of effective dielectric permeability of heterogeneous media and estimation of moisture content in soils. Poverkhnost, 3 (18), 22–28. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82171
  21. Basok, B. I., Vorobiov, L. Y., Mykhailyk, V. A., Lunina, A. O. (2008). Thermophysical properties of natural ground. Promyshlennaia teplotekhnyka, 30 (4), 77–85. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61160
  22. Chovniuk, Yu. V., Dikteruk, M. H., Cherednichenko, P. P., Sobolevska, T. H. (2018). Geological diagnostics of automobile roads: reinforcing of the calculated characteristics of the earth ground. Suchasni problemy arkhitektury ta mistobuduvannia, 51, 367–374. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Spam_2018_51_49
  23. Ivakh, R., Stadnyk, B., Dominiuk, T. (2014). Dielkometriia: stan ta perspektyvy rozvytku. Vymiriuvalna tekhnika ta metrolohiia, 75, 24–26.
  24. Birchak, J. R., Gardner, C. G., Hipp, J. E., Victor, J. M. (1974). High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture. Proceedings of the IEEE, 62 (1), 93–98. doi: https://doi.org/10.1109/proc.1974.9388
Evaluation of the efficiency of microwave heating of soils

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-30

Як цитувати

Бондаренко, О. С., & Бошкова, І. Л. (2023). Оцінка ефективності мікрохвильового нагріву ґрунтів. Technology Audit and Production Reserves, 4(1(72), 40–47. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.286551

Номер

Том 4 № 1(72) (2023): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Oksana Bondarenko, Irуna Boshkova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.