193354. lajstromszámú szabadalom • Eljárás egyes talajfajták folyadék - elsősorban víh és/vagy töltéssel rendelkezőrészecskéi - célszeróen sók, -ion - háztartásának szabályozására
193354 A találmány tárgya eljárás egyes talajfajták folyadék- és/vagy sóháztartásának szabályozására, amelynek során talajba fektetett elektródákba vezetett egyenárammal előnyösen befolyásoljuk a talaj önmagában ismert minőségi jellemzőit, például megnöveljük a növények számára felvehető víznek az ún. hasznos víznek a mennyiségét. Az elektromos áram felhasználása a talajmechanikában elsősorban az ismert elektroozmotikus hatásnak köszönhető. Az elektroozmotikus hatás azon alapszik, hogy egymással érintkező, elektromos szempontból eltérő anyagok határfelületein potenciálkülönbség keletkezik. így pl. ha egy talajszemcse folyadékkal érintkezik, akkor a határfelületeken elektromos töltéssűrűsödés alakul ki: két egymással ellenkező előjelű ionhéj képződik. A két anyag közül a nagyobb dielektromos állandójú kap pozitív, a kisebb pedig negatív töltést. A két töltéscsoport egymást közömbösíti, hatásuk kifelé nem érvényesül. Ha azonban a rendszert elektromos erőtérbe helyezzük, akkor az egyik fázis mozdulatlansága esetén a másik fázis töltéshordozói mozgásba jönnek az ellentétes előjelű pólus irányába. Az anyagrészecskéknek ezt a vándorlását nevezzük elektroozmotikus áramlásnak, ami vízzel telített talajban a vízmolekuláknak a negatív pólus felé való mozgását jelenti. A talajstrukturát hajszálcsövek nyalábjainak foghatjuk fel, ahol is kapillárisok belseje a pórusátmérő függvényében megosztva szabad vízzel, ill. adszorptív úton kötött vízzel van kitöltve. Minél kisebb átmérőjű szemcsékből áll a talaj, annál vastagabb a szemcsefelületen kötött vízburok. Az elektroozmózis és kísérő jelenségei bonyolult fizikai-kémiai folyamatok, amelynek fizikai részét a kutatások során lényegesen jobban tisztázták, mint a kémiait. Kétségtelen mindenesetre, hogy az elektromos áram szerepe a talajban nem korlátozódik egyszerűen a pórusokat kitöltő víz vagy egyéb folyadék szállítására. Az áram hatása három alapvető csoportba sorolható: — a talaj pórusvizének elektromos áramlása; — a talajszemcsék adszorpciós komplexumának megváltoztatása; — a talaj szerkezetesédése a keletkező hidroxidok cementáló hatása következtében. A műszaki gyakorlatban az elektroozmotikus hatást az építőiparban esetenként alkalmazzák is, például elektroozmotikus talajvízszint-süllyesztéshez, hibás vagy tönkrement szigetelésű épületek szárítására (lásd pl: Palotás László: Mérnöki kézikönyv, Műszaki könyvkiadó 1981.) Ismeretes, hogy a munkagödörben lévő vízszint lesüllyesztésére talajvízszint-süllyesztő kutakat szokás kialakítani. Ezekkel a kutakkal a talajban lévő felesleges, káros szabad vízmennyiséget távolítják el. Az eltávolítható víz mennyisége tovább növelhető, ha elektromos egyenáramot vezetnek a talajba 2 1 oly módon, hogy a kutat a negatív elektródaként — kátédként — képezik ki. Ebben az esetben a talajba vert pozitív elektródáktól — anódoktól — a talajvíz áramlásnak indul a negatív elektróda felé, ahonnan a felesleges káros víz eltávolítható. Az alapozások talajvíz elleni szigetelésének egyik lehetséges módja az elektroozmotikus eljárás, mely szerint ez az ismert eljárás nem szigetelési eljárás, hanem szárítási mód. Az elektroozmotikus falszárítás elve az, hogy a pozitív sarkot jelentő elektródákat beépítik a falba, azokat összekötő vezetékkel (betonacéllal) látják el, majd az összekötő vezetéket leföldelik. Mivel a nedves fal és a talaj között potenciálkülönbség van, az így kialakított megoldás külső áramforrás nélkül is működőképes, ugyanis az elektródasor rövidrezárása után a nedves fal és a föld közötti potenciálkülönbség lecsökken, és ezzel együtt a talajvíz kapillá ris emelkedése megszűnik. A fal további talajnedvességet nem kap, így kiszárad. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, amelynek segítségével egyes talajfajták folyadék (elsősorban víz) és/vagy töltéssel rendelkező részecskéinek (célszerűen sók-ion) háztartása szabályozható. Felismertük, hogy bizonyos összetételű, szemcseszerkezetű talajok esetén az elektroozmotikus hatás igen előnyösen felhasználható nemcsak szárításra, hanem a talaj önmagában ismert minőségi jellemzőinek — például a kapilláris víz zónájának megváltoztatására, a növények számára hasznos víz mennyiségének befolyásolására, a szikes talajok, a talajban lévő esetleges környezetszennyező anyagok koncentrációjának a talaj szerkezetének stb. — javítására. Az elektroozmózis azonban csak akkor lép fel, ha a talaj megfelelő szerkezetű, amely szerkezet jel lemzésére ismert fogalom a talaj vízáteresztő képessége. Amennyiben a talaj vízáteresztő képessége K=10'4-10~9 m/s értékek között van, az elektroozmotikus hatás alkalmazható. A víz a csapadékkal kerül a talajba. Egy része a felső talajrétegekben megkötődik a talajkolloidok dúzzadása, felületi adszorbciója következtében (réteges vízmolekulák). A talajmorzsák pórusaiban a kapilláris erők tartják vissza a vizet. A vissza nem tartott víz leszivárog a mélyebb rétegekbe, és összegyűlik a vizet nehezen áteresztő rétegek felett. Ezt talajvíznek nevezzük. A talajban az egyes vízformákra különböző erők hatnak, amelyek a vízformák mozgását megszabják az erők potenciálgradiense irányába. A talajvíz-potenciál a talajban különböző erőkkel visszatartott víz energiaállapotának jellemző értéke, vagyis egységnyi víz egységnyi távolságra való elmozdításához szükséges munka ráfordítás. A nedvesség összpontenciálja a talajnedvességre ható erők együttes hatását fejezi ki, 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
