RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek, Andrea Lodolo Environmentální aspekty průmyslových činností (11) Fyzikální, chemické a fyzikálně-chemické metody remediace Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Remediační technologie  Termické  Fyzikální, chemické, fyzikálně-chemické  Biologické 3Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chemické/fyzikální ex situ procesy 4Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Fyzikální procesy: základem je fyzikální mechanismus fázového přenosu polutantů.  Polutanty jsou převáděny z tuhé fáze do plynné/parní fáze (například provzdušnení půdy (soil venting), ...) nebo do kapalné fáze (například vymývání půd, ...).  Nedochází ke změně chemické struktury kontaminantu. Fyzikální a chemické technologie 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Rychlé provedení  Využitelné pro široký rozsah kontaminantů  Využitelné pro všechna media  Lokalita nemusí být detailně charakterizována  Relativně nižší cena Výhody: Fyzikální procesy 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Často se nejedná o čistění, ale pouze přesun polutantů  Zbylá rezidua vyžadují další čištění  Použití je omezeno místními charakteristikami Omezení: Fyzikální procesy 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Chemické procesy: chemická struktura (a chování) polutantu/ů je změněna chemickou reakcí.  Vznikají méně toxické, méně pohyblivé nebo lépe separovatelné produkty. Fyzikální a chemické technologie 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Rychlé provedení  Využitelné pro široký rozsah kontaminantů  Využitelné pro všechna média Výhody: Chemické procesy 9Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Detailní charakteristika zpracovávané lokality je nezbytná  Použití je omezeno místními podmínkami  Rezidua musí být čištěna dalšími postupy Omezení: Chemické procesy 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Systémy půdních uzavřených zásobníků (in or ex)  Chemická dehalogenace, Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD) (ex)  Elektrokinetické postupy (in)  Plynná extrakce (SVE) a podpořená SVE (in or ex)  Vyplachování půd (in)  Vymývání půd (ex)  Superkritická vodní oxidace (ex)  Extrakce rozpouštědlem (ex)  Solvatované elektrony (ex)  Detoxikace slunečním zařením (ex)  Solidifikace/stabilizace (in or ex)  Pasivní stěny (in) Fyzikální a chemické technologie 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Technologie Hlavní cílové kontaminanty Systémy uzavřených půdních zásodníků (in or ex) Všechny typy kontaminantů Chemická dehalogenace, BCD (ex) X-VOCs, X-SVOCs, PCBs, Diox/Fur. Elektrokinetické (in) Těžké kovy (HMs) Plynná extrakce (SVE) (in or ex) X- (VOCs, SVOCs) Půdní vyplachování (in) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, HMs Půdní vymývání (ex) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, HMs, PCBs, Pest. Superkritická vodní oxidace (ex) X- (VOCs, SVOCs), PCBs, Pest. Extrakce rozpouštědlem (ex) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, H.M., PCBs, Pest., Diox/Fur. Solvatované elektrony (ex) X-VOCs, X-SVOCs, PCBs, Diox/Fur., Pest. Solární detoxikace (ex) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, H.M., PCBs, Pest., Diox/Fur. Solidifikace/stabilizace (in or ex) HMs, PAHs, PCBs, anorg. Fyzikální a chemické technologie 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Technology Cost (US$/ton) Clean-up time* Landfill cap systems (in or ex) N. A. N. A. Chemical Dehalogenation (ex) 200-500 < 6 months Electrokinetic (in) 65-195 6 to 12 months Soil vapour extraction (SVE) (in or ex) 20-130 6 to 12 months or > Soil Flushing (in) 75-210 6 to 12 months Soil Washing (ex) 140-400 6 to 12 months Supercritical water oxidation (ex) 150-300 < 6 months Solvent extraction (ex) 150-450 6 to 12 months Solvated electron (ex) 300-500 < 6 months Solar detoxification (ex) N. A. 6 to 12 months Solidification/stabilization (in or ex) 75-200 6 to 12 months or > (*) Time referred to a standard mass of about 20000 tons Fyzikální a chemické technologie 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fyzikální a chemické technologie 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs Cílové kontaminanty: Plynná extrakce 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systém plynné extrakce 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systém plynné extrakce 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systém plynné extrakce 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz In situ proces  Fyzikální separace a vytěžení kontaminantů  Vytěkávání kontaminantů z půd  Použití vakua a série extrakčních vrtů pro odstranění par  SVE má různé názvy (provzdušnění půd (soil venting), ...) Systém plynné extrakce 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Schéma systému plynné extrakce 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Faktory ovlivňující použité vakuum  Půdní vlhkost  Porozita půdy  Půdní pneumatická permeabilita  Stratigrafie lokality Faktory ovlivňující pohyb par  Těkavost kontaminantu  Obsah organické hmoty v půdě  Půdní vlhkost Hlavní faktory ovlivňující plynnou extrakci 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Konfigurace půdní provzdušňovací vrtu 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Vhánění vzduchu v podzemí  Aktivní vrty pro vhánění vzduchu  Pasivní vrty pro vhánění vzduchu Možnosti SVE vhánění vzduchu 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vhánění vzduchu v podzemí 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Aktivní vrty pro vhánění vzduchu 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Půdní vlastnosti ovlivňující SVE • Propustnost, nesaturované půdy, jako jsou písky, štěrky a bahna jsou nejvhodnější  Těkavé organické látky jsou nejlépe extrahovatelné touto metodou Aplikace: Plynná extrakce 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  SVE ovlivňuje složení reziduálního produktu  Tlak par klesá v čase  Rozpustné složky se rozpouštějí rychleji  Složení par se mění směrem k těžším koncovým frakcím Vliv zvětrávání: Provedení systému plynné extrakce 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Nevyžaduje vybagrování  Je relativně jednoduchá na instalaci  Je využitelná pro většinu těkavých kontaminantů  Vyznačuje se flexibilitou designu umožňující rychle změny v provádění  Může být využita ve spojení s dalšími remediační technologiemi  Prováděcí ceny jsou nižší ve srovnání s odstraněním například vybagrováním Specifické výhody: Plynná extrakce 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Využitelnost je omezena na těkavé látky  Půda musí být propustná a relativně homogenní  Nadbytek půdní vlhkosti musí být odstraněn a zpracován  Úplnný provozní design vyžaduje pilotní studii proveditelnosti Specifická omezení: Plynná extrakce 30Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Proveditelnost SVE je snížena pokud naléhavé limity na úroveň koncentrace musí být dosažena v krátkém čase  Účinnost SVE je úměrná hladinám reziduí Proveditelnost: Plynná extrakce 31Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Stripovací věž 32Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Air Sparging  Přímé vrtání  Dvoufázová exktrace  Pneumatické a hydraulické lámání  Termické procesy SVE s podporou 33Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Air sparging – idealizovaný systém 34Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Vysoký “tlak vháněného vzduchu” přemisťuje vodu ze saturované zóny  Vháněný vzduch jde cestou nejmenšího odporu  Konstantní tlak udržuje integritu kanálu vzdušné fáze Předpoklady: Air sparging 35Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Neomezené zvodně, jenž dovolují vhánět vzduch do výpustí  Dostatečný proud vzduchu pro odstranění vody a vytvoření cest  Relativně nerozpustné kontaminanty jsou ideální cíl Podmínky pro účinnou aplikaci: Air sparging 36Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Air sparging 37Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Stripping ve vrtu 38Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Koncepce dynamického podzemního strippingu 39Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Umožňuje SVE aplikace v oblastech kde není možné provádět vertikální vrtání  Koncentruje remediaci podél geometrie kontaminované zóny  Minimalizuje křížné kontaminace podpovrchových zón  Kombinuje funkce dvou technologií  Eliminuje potřebu mnohonásobných vertikálních vrtů  Redukuje čas čištění Aplikační výhody: SVE – přímé vhánění 40Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – přímé vhánění 41Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Odstraňuje podzemní vodu a páry kontaminnatů ze stejného vrtu  Fáze jsou extrahovány použitím vakuové pumpy  Podzemní voda a páry jsou separovány a zpracovány  Hladina podzemní vody snižuje kontaminací půdy pro in situ zpracování SVE – dvoufázová extrakce 42Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – dvoufázová extrakce 43Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – dvoufázová extrakce 44Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – dvoufázová extrakce 45Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – dvoufázová extrakce 46Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Vytváří trhliny a zlomy v málo propustných půdách  Umožňuje provádění SVE v bahnitých jílových půdách  Pneumatický proces lámání jílovité půdy  Hydraulický proces vytváří zlomy v písčitých výplních SVE – proces pneumatického a hydraulického lámání 47Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – proces pneumatického a hydraulického lámání 48Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – proces pneumatického a hydraulického lámání 49Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – proces pneumatického a hydraulického lámání 50Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Teplo pod povrchem zvyšuje těkavost kontaminantů  Rozšiřuje aplikovatelnost SVE o méně těkavé kontaminanty  Zahrnuje různé techniky pro zavedení tepla (vhánění páry, vhánění horkého vzduchu, radio-frekvenční zahřívání, vodivostní zahřívání a další) SVE – termické podpůrné procesy 51Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Používání začalo v roce 1990 v Solvent Services (USA)  Aplikováno pro půdy kontaminované VOCs  Cílové VOCs - TCE, aceton, ethylbenzen, xyleny a SVOC dichlorbenzen Příklady aplikací: SVE – termické podpůrné procesy 52Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – termické podpůrné procesy 53Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – termické podpůrné procesy 54Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz SVE – termické podpůrné procesy 55Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Termická desorpce 56Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Air Sparging vhání vzduch na saturované zóny, zvyšuje vytěkávání rozpuštěných kontaminantů  Přímé vrtání umožňuje aplikace SVE při omezených možnostech vertikálního vrtání  Dvoufázová extrakce odstraňuje podzemní vody a páry z jednoho vrtu  Lámání fyzikálně mění půdní matrici a zvyšuje účinnost SVE  Termické procesy napomáhají vyseparovat kontaminanty z půd SVE – podpůrné procesy - souhrn 57Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 58Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs  Těžké kovy Cílové kontaminanty: Vyplachování půd 59Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vyplachování půd – popis procesu 60Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Záchyt polutantů před tím než kontaminují podzemní vodu  Minimalizuje objem pro čištění  Použitá voda cirkuluje pro usnadnění mobilizace kontaminatu v nesaturované zóně  Cenové výhody vzrůstají s hloubkou, ve které je kontaminant lokalizován  Ceny se pohybují mezi $105 až $210 za zpracovaný m3 Vyplachování půd 61Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Konvenční transport: • Transportní medium: voda • Transportní mechanism: advekce • Sekundární procesy: rozpouštění, redox reakce a desorpce  Konvenční transport využívá tradiční konfiguraci záchytné zóny  Advekce a chemie přírodních vod napomáhají mobilizaci kontaminantu Konvenční transportní mechanismus: Vyplachování půd 62Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Zvýšený transport zahrnuje terciární procesy:  chemická aditiva  termická kontrola  Provádění Zvýšený transportní mechanismus: Vyplachování půd 63Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Homogenita  Hydraulická vodivost a porózita  Geologie  Podpovrchová charakterizace je nezbytná Fyzikální přístupnost lokality: Vyplachování půd 64Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Kontaminanty  Geochemie • pH • Rozpuštěný kyslík  Mikrobiální společenstva Chemická přístupnost lokality: Vyplachování půd 65Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Heterogenita  Podpovrchová charakterizace  Geologie  Vodní tabule Fyzikální omezení: Vyplachování půd 66Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Kontaminanty a geochemie  Obtížné čištění ropného znečištění a nevodných kapalných fází  Kvalita dat Chemická omezení: Vyplachování půd 67Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 68Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs  Těžké kovy  PCBs  Pesticidy Cílové kontaminanty: Vymývání půd 69Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Použití mechanických postupů pro separaci kontaminantů z povrchu jemných částic  Určeno pro předčištění nebo snížení objemu Vymývání půd 70Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Separační proces • Rozpuštěné nebo suspendované kontaminanty ve vymývacím roztoku • Separuje částice dle velikosti Odstraňování kontaminantů: Vymývání půd 71Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Proces vymývání půd vodou 72Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Proces vymývání půd vodou 73Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Příprava půdy  Materiál větší 1 cm je odstraněn  Klasifikace půdních frakcí pro separaci kontaminantů  Proces vymývání půd  Může být zvětšeno použitím vhodných vymývacích činidel, tenzidů nebo chelatačních činidel  Čištění odpadních vod  Management reziduí Vymývání půd 74Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Aplikace vymývání půd na materiály o různé velikosti částic 75Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Upřednostňovaná veřejností  Relativně nízká cenová alternativa ve vztahu k třídění odpadů  Uzavřený čistící systém umožňující kontrolu těkavých emisí ve volném ovzduší  Může redukovat objem kontaminovaného media a koncentraci kontaminantu Specifické výhody: Vymývání půd 76Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Aditiva přidávaná do vymývací vody mohou vyžadovat čištění odpadních vod před vypouštěním  Účinnost závisí na půdních podmínkách a povaze kontaminantů – u všech technologií  Obvykle je nutný další stupeň čištění Specifická omezení: Vymývání půd 77Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Průměrná cena - $120-$200 /t včetně vybagrování  Prodejní cena se pohybuje mezi $40-$300/t  Možnost recyklace vymývacích kapalin může významně ovlivňovat cenu Cenové relace: Vymývání půd 78Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Může odstranit až 99% VOCs a 90% semi-volatilních látek  Je omezena komplexností směsi odpadů a půdami s vysokým obsahem huminových a jílových složek Proveditelnost: Vymývání půd 79Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 80Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  VOCs  SVOCs  X- VOCs  X- SVOCs  PAHs  Těžké kovy  PCBs  Pesticidy  PCDDs/Fs Cílové kontaminanty: Extrakce rozpouštědlem 81Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Používá se v kombinaci nebo jako samostatná technologie  Separuje kontaminanty z odpadů, půd, sedimentů, kalů nebo vod Extrakce rozpouštědlem 82Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Kontaminovaný materiál je vybagrován a přenesen do přípravného systému  Surovina je transportována do extrakční nádoby (nádob) a smíšena s rozpouštědlem(y)  Důležité jsou vlastnosti použitého rozpouštědla nebo směsi rozpouštědel Proces extrakce rozpouštědlem 83Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Proudy suroviny a rozpouštědel vstupují kontinuálně do kontaktního systému v uspořádání paralelních proudu nebo protiproudně  Dekontaminovaná tuhá fáze je separována od rozpouštědel  Extrační rozpouštědlo je přesunuto do systému pro přečištění Proces extrakce rozpouštědlem 84Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Proces extrakce rozpouštědlem 85Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Proces extrakce rozpouštědlem 86Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Proces extrakce rozpouštědlem 87Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Technologické aplikace:  Čištěná media: sedimenty, kaly a půdy  Čištění kontaminantů  Čištění petrochemických odpadů  Obecně není využitelná pro čištění půd s obsahy anorganických sloučenin Proces extrakce rozpouštědlem 88Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Dočišťování:  Produktů procesu  Obsah kontaminantů  Generované směsi rozpouštědla a vody Proces extrakce rozpouštědlem 89Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody:  Redukce objemu nebezpečných odpadů pro čištění  Účinné pro zpracování a čištění: • Odpadů ze zpracování dřeva • Olejových emulzí s obsahem tuhých látek • Kalů ze separátoru  Media mohou být vrácena na původní místo po dosažení požadovaných standardů Proces extrakce rozpouštědlem 90Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Omezení:  Organicky vázané kovy omezují zpracování  Přítomnost detergent může být problémem  Stopy rozpouštědel zůstávají v tuhé fázi  Není účinné pro organické látky s vysokou molekulovou hmotností  Úroveň obsahu vlhkosti omezuje účinnost Proces extrakce rozpouštědlem 91Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ceny:  Ceny kolísají v rozmezí $105 až $770/t  Ceny jsou srovnatelné s alternativními remediačními technologiemi Proces extrakce rozpouštědlem 92Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Provedení  Extrakční účinnost pro PCBs v sedimentech se pohybuje od 90 do 98%  Extrakční účinnost pro VOCs a SVOCs v laboratorních podmínkách bylo 99.9%  Problémem jsou tuhé zbytky zůstávající v tancích Proces extrakce rozpouštědlem 93Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Extrakce do makroporézních polymerů 94Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Fyzikální a chemické technologie  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) 95Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Cílové kontaminanty:  Kontaminovaná media/isotropická voda ložiskové zóny  Může být využito pro čištění organických i anorganických látek  Koncentrace kontaminantů není limitujícím faktorem Pasivní ponorné stěny 96Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Typická pasivní ponorná stěna 97Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Pasivní ponorné stěny 98Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Pasivní ponorné stěny 99Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Pasivní ponorné stěny 100Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Reagující media:  Nul-valentní kovy  Chelatační činidla  Sorbenty  Náplňový a uzavírací materiál Složky procesu: Pasivní ponorné stěny 101Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Dobrá účinnost pokud jde o redukci výskytu kontaminantu  Relativně nízká cena  Provedení a udržování – pravidelný monitoring Výhody: Pasivní ponorné stěny 102Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Potřeba nezpevněných podpovrchových vrstev se styčnou upevněnou vrstvou  Může dojít ke snížení reakční kapacity v čase  Bionánosy způsobené mikrobiální aktivitou  Je nutná kontrola pH na stěně – na hodnotě pH závisí reakční rychlost Omezení: Pasivní ponorné stěny 103Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Relativně nízká cena pilotní a prováděcí aplikace  Nízké prováděcí a udržovací náklady (je nutný pravidelný monitoring)  Cena životního cyklu se předpokládá 5-10 nižší než vybagrování Cenové údaje: Pasivní ponorné stěny 104Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Technologie nálevky a brány 105Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ponorné reaktivní bariéry 106Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ponorné reaktivní bariéry 107Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ponorné reaktivní bariéry 108Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštědlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 109Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  X-VOCs  X-SVOCs  PCBs  PCDDs/Fs  Pesticidy (HCH) Cílové kontaminanty: BCD proces 110Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Donor vodíku + báze  Produkce nukleofilního vodíku  Chlór je nahrazován nukleofilním vodíkem BCD proces 111Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Jsou využívány termické a chemické procesy: • Půdy jsou po rozdrcení smíchány s NaHCO3 • Směs je zahřívána v rotační peci • Unikající plyny, vyčištěné půdy a kaly jsou zpracovány tak, že nevyžadují žádné další čištění  Variace mohou zvyšovat účinnost Složky BCD procesu 112Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz BCD proces 113Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Kontaminované matrice  Kontaminanty  Koncentrace kontaminantů Aplikace: BCD proces 114Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Bezpečnost  Destrukce polutantů  Rychlost a kapacita  Provozní proveditelnost Výhody: BCD proces 115Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Cena (200-500 USD/t)  Další látky ve směsi  Rozsah odstranění chloru, jenž ovlivňuje podmínky procesu a polutanty, jenž mají být dehalogenovány Omezení: BCD proces 116Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Plynná extrakce (extrakce půdních par) (SVE) s podporou  Vyplachování půd  Vymývání půd  Extrakce rozpouštedlem  Pasivní ponorné stěny  Dechlorace: Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD)  Elektrokinetické procesy (elektrorekultivace) Fyzikální a chemické technologie 117Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Použití pro extrakci kovů a radionuklidů z půd, suspenzí a sedimentů Cílové kontaminanty: Elektrokinetické procesy 118Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Konfigurace a geometrie elektrod 119Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Konfigurace a geometrie elektrod 120Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Separační a odstraňovací techniky elektrosrážením na elektrodách nebo v čistící jednotce  Použití nízké proudové intenzity mezi elektrodami  Je nejúčinnější v jemnozrnné, málo propustné půdě Typické procesy: Elektrokinetické procesy 121Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Laboratorní screening musí být prováděn:  Polní sledování vodivosti  Chemická analýza vody a půdy  pH hodnoty vody a půdy  Testy limitních hodnot Předběžné hodnocení: Elektrokinetické procesy 122Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Testy limitních hodnot výskytu radionuklidů a organických látek  Pilotní studie zaměřené na elektrokinetické půdní procesy  Dosažena odstraňovací účinnost 90 až 95% při relativně nízké ceně Proveditelnost a cena: Elektrokinetické procesy 123Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Další možné metody 124Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Stabilizace a solidifikace in situ 125Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Stabilizace a solidifikace in situ 126Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chemická extrakce ex situ 127Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chemická oxidace/redukce ex situ 128Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Dehalogenace glykoláty alkalických kovů 129Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Termická desorpce 130Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Mechanickochemická dehalogenace 131Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Mechanickochemická dehalogenace 132Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Sketch and photo of the DMCR vibratory mill (mobile design) Flow diagram for treating contaminated soils by DMCR process Sketch of the DMCR process containing three ball mills Mechanickochemická dehalogenace 133Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Outline of an off site Tribochem’s vibratory mill plant capable of treating solid materials principally (throughput approximately up to 1 ton per hour) and a photo of a pilot vibratory mill plant Mechanickochemická dehalogenace 134Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Full scale EDL’s MCD plant in New Zealand General scheme of the EDL’s MCD process Mechanickochemická dehalogenace 135Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Advantages:  Very low risk of forming new contaminants, such as dioxins because of low temperature and reductive environment.  Low risk of the release of contaminants because of the containment. The process can also be readily shutdown in a short period of time.  Increased safety because of ambient conditions and absence of rigorous reactions that can go out of control.  Electrical equipment, contaminated with PCB or other heterogeneous waste may be treated directly.  Almost no gaseous emissions are produced. Limitations, disadvantages, and concerns:  Noise and vibration  Long reaction times  High electricity requirements  Limited to dry, solid, and non-concentrated POP waste  Water streams Mechanickochemická dehalogenace 136Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Radiolytický rozklad 137Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Kombinovatelnost metod rozvolňování se sanačními metodami 138Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Landfill /Cap Systems Solidification/Stabilization Vapor extraction (SVE) Technical/ Economic The toxicity is not reduced and pollutants are not destroyed with these methods The solidified material may hinder future site use if carried out in-situ. The process is not effective in immobilizing organic waste. Low permeabilities, high humidity content and soil heterogeneity limit the performance. The method is only suitable for medium to high volatile compounds. Social In some cases this methods may attract public opposition. In some cases this methods may attract public opposition. Usually does not attract public opposition. Environmental/Risk Precautions must be taken to ensure the cap is not damaged by land use activities. Several semivolatile pollutants may evaporate more rapidly with increased moisture in soils and sediments (Chiarenzelli, 1998). Potential leaking of hazardous compounds. Precautions must be taken to minimize components leaching from stabilized media. Environmental conditions may affect the long-term immobilization of contaminants. There is no reduction of pollutants toxicity Potential releases of hazardous compounds during excavation and materials handling. Exhaust air from SVE requires secondary treatment. Hlavní omezení zavedených fyzikálně-chemických technologií 139Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Base catalyzed dechlorination (BCD) Electrochemical oxidation Solvent extraction Chemical dehalog. Radiolytic degradation Technical/ Economical Not economical to treat large volumes of aqueous waste. The waste may require pre-dilution to achieve required destruction efficiencies. Overall efficiency is limited by thermal desorption efficiency. Energy costs to treat pesticides waste may be higher, due to the solvents distilled from the mixture. Highly dependent on soil moisture content. Requires neutralization of treated soil. Less effective when treating weight organic and hydrophilic compounds. Requires secondary treatment (including extracted metals). Soil types and moisture may impact efficiency. Social Generally not regarded adversely by community. No public opposition. No public opposition. Environmental Potential to form dioxins and furans is low, since the system operates under an inert atmosphere and the process should dechlorinate dioxins. Exclusion of air is required to prevent auto ignition of hot oil. Alkaline pretreatment and solvent extraction imply fire and explosion risks. Acids’ handling implies spill risk. Solvent extraction implies fire and explosion risks. Must be assured the proper handling, recycling and disposal of used solvents. Hlavní omezení zavedených fyzikálně-chemických technologií 140Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Solvated electron Supercritical water oxidation Solar detoxification - Photochemical degradation Technical/ Economical May require a pretreatment for dewatering of sludge and/or sediments. The end products (ash and brine) require proper disposal. Limited to treat liquid waste with solids sizing less than 200m. Applicable to waste with organic content less than 20%. The photolysis rates for pesticides are highly dependent on latitude, season and other meteorological conditions. Social No public opposition known at this stage. Not known public opposition at this stage. No known public opposition. Environmental Ammonia is a volatile liquid; toxic and fire risks. Calcium metal combined with hydrogen may form explosive mixtures. Due to the high temperatures and pressures used in this technology, requires specialized control equipment, reactor materials and safety practices. Low environmental impact due to limited use of chemicals and low offgas generation rates. Hlavní omezení zavedených fyzikálně-chemických technologií 141Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Gas phase chemical reduction Catalytic hydrogenation Technical/ Economical Pollutants such as sulphur and arsenic may inhibit treatment. Sulphur in combination with iron may produce slimes that require additional centrifuge separation. The existence of irregular solids may also limit waste treatment due to materials handling. May need to be linked to special waste handling facilities in order to improve waste material handling. Potential poisoning of catalysts may decrease or nullify process efficiency. Social Generally not regarded adversely by community. No public opposition. Environmental Potential fugitive emissions of PCBs, pesticides or dioxins. The handle, use and storage of hydrogen within the process represent fire and explosion risks. The facilities must be subjected to an internal hazardous operations reviews and specialized process control to prevent release of waste materials during a process upset. Gaseous products may generate safety and toxicity hazards. Combustion products may require scrubbing that would generate aqueous waste. Hlavní omezení zavedených fyzikálně-chemických technologií 142Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Základní charakteristiky tradičních metod čištění odpadních plynů 143Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 144Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 145Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 146Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Veškeré známé aplikace nanočástic pro sanaci v horninovém prostředí in situ jsou ve stadiu laboratorních testů a zkoušek na pilotních lokalitách. Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 147Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 148Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 149Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nanotechnologie pro sanace ekologických zátěží 150Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen za sanaci podzemní vody různými sanačními technologiemi 151Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen za sanaci podzemní vody/půdy různými sanačními technologiemi 152Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen za sanaci podzemní vody/půdy různými sanačními technologiemi 153Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen za sanaci podzemní vody/půdy různými sanačními technologiemi 154Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen různých sanačních technologií 155Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen různých sanačních technologií 156Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen různých sanačních technologií 157Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání cen různých sanačních technologií 158Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky