HUNI | R E C E T O X SCI E0280 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ II Remediace Termické, fyzikální a chemické metody RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D Klasifikace remediací ^> Recyklace může být "ultimativním" způsobem odstranění; ^> Destrukce jako výsledek úplné biologické a/nebo fyzikálně-chemické degradace kontaminantů (například zvýšení teploty při termickém čištění); ^> Odstranění kontaminantů: (a) proces fázového transferu/mobilizace a znovu-vázání (například vymývání a sorpce); (b) proces koncentrace a nahrazení/sběru (například fyzikální separace), nebo (c) kombinace (například využitím hyper-akumulativních rostlin); Klasifikace remediací ^> Imobilizace: Je snížena dostupnost kontaminantů některými transportními procesy nebo jsou přidány imobilizační přísady (nutnost dlouhodobého testování a sledování). ^> Stabilizace: kontaminant zůstává na místě (in situ), ale je méně pohyblivý nebo méně toxický použitím kombinace biologických, chemických nebo fyzikálních procesů. Pro většinu praktických aplikací se využívá kombinace remediačních technologií (treatment trains). \ Zadržení (containment): kontaminovaná matrice je separována způsobem, jenž zabraňuje expozici okolního prostředí. Klasifikace remediací Pořadí preferencí (environmentálni profit z trvalého odstranění problému kontaminace): Recyklace > destrukce > odstranění > stabilizace > imobilizace > zadržení Musí být rovněž uvažovány širší environmentálni účinky, ceny a další zisk. Remediační (sanační) technologie (Bio)remediační technologie lze rozdělit dle místa jejich aplikace na: ^> in situ, které jsou aplikovány přímo na kontaminované lokalitě; jsou relativně levné, ale jejich průběh je obtížně kontrolovatelný ^> ex sítu, ve kterých je kontaminovaný materiál odstraněn z původní lokality a buď k degradaci dochází na místě odstranění (on site) nebo je odstraněná kontaminovaná matrice převezena na jiné místo kde probíhá vlastní (bio)degradační proces na dekontaminační ploše nebo v (bio)reaktoru (off site). ^> Přemisťování kontaminované zeminy či spodní vody sice značně zvyšuje celkové náklady, ale proces je velmi dobře kontrolovatelný. Remediační (sanační) technologie ^ In situ vs ex sítu Remediační technologie ^ Termické Remediační technologie Soil remediation In situ procedures OrWoflf-site procedures Soil atmosphere vac u u i jclivuiod ĽliĹinľOLil remediation ľtion exhaust air cum bust urn Thermal soil remedial ion combust inn Pyrolysis Groundwater remediation activated charcoal stripping operations with exhaust „lir remediation ]lĽll\ \ IIK'till tClllU'i.ll Soil washing water Ľ ilh auxiliary agents Biological remediation Biological remediation Figure 4.5.2 Soil remediation procedures Tepelné sanace Výhody: ^> Rychlé provedení ^> Aplikovatelné pro organické látky ^> Aplikovatelné pro tuhá media ^> Významné snížení objemu Tepelné sanace Omezení: ^> Není použitelné pro anorganické látky ^> Není použitelné pro kapalná nebo plynná media ^> Možná rezidua vyžadují další proces r % Účinnost je řízena výskytem kontaminantů \ Relativně vyšší cena Tepelné technologie Technologie Hlavní cílové kontaminanty Spalovací systémy (ex) X- (VOCs, X-SVOCs), PAHs, PCBs, Pest., Diox/Fur. Termické desorpční systémy (in or ex) VOCs, SVOCs, PAHs, PCBs, Pest., Diox/Fur. Pyrolýza (ex) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, PCBs, Pest., Diox/Fur. •Formaldehyde •Pesticides (DDT, Chlordane) •Propane •D-Limonene •Plasticizers (Phthalates) »Butane •Toluene »Fire retardants (PCBs, PBB) »Methyl Chloride •Acetone •Ethanol (Ethyl Alcohol) •2-propanol (Isopropyl Alcohol) •Hexanal Tepelné technologie Technologie Cena (US$/1) Doba čištění* Spalovací systémy (ex) 220 — 6 000 < 6 měsíců Termické desorpční systémy (in nebo ex) 40 - 300 6 to 12 měsíců Pyrolýza (ex) 300 < 6 měsíců (*) Doba, je uváděna na standardnízpracovávanémnožství okolo20 000 tons Termická remediace kontaminovaného území Preparation Furnace Five-step eshaust air remediation Figure 4.5.4 Thermal hazardous wasie she remediation filter U;míc 1994) Tepelné technologie ^> Spalovací systémy (ex) ^> Termické desorpční systémy (in nebo ex) ^> Pyrolýza (ex) Termická desorpce Charakteristiky: ^> Vytekané kontaminanty mohou být zpracovány, znovu-použity anebo zlikvidovány ^> Zařízení na zajištění čistení emisí jsou potřebná ^> Existují tři typy termických desorpčních procesů Tcfmicka dcsofpcc o2 CO N02 S02 / Obr. č. 2.2.2-8 Schéma jednotky termické desorpce (firemní materiál SITA CZ, a. s.) 1 - kontaminovaná předupravená zemina, 2 - hlavní filtr, 3 - výměník tepla, 4 - systém zavážení zeminy . S -systém dávkování Sorbalitu, 6 -filtr s aktivním uhlím, 7 - oxidační komora, 8 - odvoz mimo provoz k likvidaci (využití), 9 - magnetický separator, 10 - vážní zařízení, i i - rotační desorbér, 12 - mini filtr, 13 - monitoring, 14 - chladič zeminy, 15 - odvoz mimo provoz k likvidaci (využití), 16 - dekotaminovaná zemina, 17 - plynová cesta, 18 - cesta zeminy, 19 - roztok, 20 - odpad (vedlejší produkt) Termická desorpce Aplikace: ^ Využitelné pro VOCs, SVOCs, pesticidy a PCBs ^> Není využitelné pro kovy (s výjimkou rtuti), plasty, dehet ^> Využitelné pro různé rozsahy kontaminantů ^> Používá se v kombinaci se stabilizací nebo dechlorací ^> Využitelné pro půdy v rozmezí od písků po velmi nepropustné jíly (pokud jsou tyto předtím míšen s pískem) ^> Bod varu kontaminantů je klíčovým faktorem při určení aplikovatelnosti Termická desorpce Specifické výhody: % Účinnost vyzkoušena na kontaminovaných půdách, kalech a filtračních koláčích \ Je provozována při nižších teplotách a vyžaduje méně paliva než spalování \ Schopná separovat a vytěžit koncentrované kontaminanty \ Dekontaminovaná půda má některé půdní vlastnosti, ale je sterilní Termická desorpce Ceny: ^> Ceny závisí na širokém rozsahu vlastností odpadů, jejich množství, obsahu vlhkosti, vlastnostech kontaminantu a cílech cisteni Provedení: \ Může snižovat obsah VOCs v půdách o více než 99% > Odstranění PCBs v množství 99,99% bylo popsáno > Finální koncentrace nižší než 5 mg/kg je dosažitelná Remediační technolo Termické Fyzikální, chemické, fyzikálně-chemické Biologické Fyzikální a chemické technologie ^> Fyzikální procesy: základem je fyzikální mechanismus fázového přenosu polutantů. ^> Polutanty jsou převáděny z tuhé fáze do plynné/parní fáze - například provzdušnění půdy (soil venting),...) nebo do kapalné fáze (například vymývání půd, ...). ^> Nedochází ke změně chemické struktury kontaminantu Fyzikální procesy Výhody: ^> Rychlé provedení ^> Využitelné pro široký rozsah kontaminantů ^> Využitelné pro všechna media ^> Lokalita nemusí být detailně charakterizována ^> Relativně nižší cena Fyzikální procesy Omezení: ^> Často se nejedná o čistění, ale pouze přesun polutantů ^> Zbylá rezidua vyžadují další čištění ^> Použití je omezeno místními charakteristikami Fyzikální a chemické technologie ^> Chemické procesy: chemická struktura (a chování) polutantů je změněna chemickou reakcí. ^> Vznikají méně toxické, méně pohyblivé nebo lépe separovatelné produkty. Chemické procesy Výhody: ^> Rychlé provedení ^> Využitelné pro široký rozsah kontaminantů ^> Využitelné pro všechna média Chemické procesy Omezení: ^> Detailní charakteristika zpracovávané lokality je nezbytná ^> Použití je omezeno místními podmínkami ^> Rezidua musí být čištěna dalšími postupy Fyzikální a chemické technologie ^> Systémy půdních uzavřených zásobníků (in or ex) % Plynná extrakce (SVE) a podpořená SVE (in or ex) % Vyplachování půd (in) \ Vymývání půd (ex) \ Extrakce rozpouštědlem (ex) % Chemická dehalogenace, Bazicky katalyzovaný rozklad (BCD) (ex) % Elektrokinetické postupy (in) % Pasivní stěny (in) Fyzikální a chemické technologie Technologie Hlavní cílové kontaminanty Systémy uzavřených půdních zásobníků (in orex) Plynná extrakce (SVE) (in or ex) Půdní vyplachování (in) Půdní vymývání (ex) Extrakce rozpouštědlem (ex) Chemická dehalogenace, BCD (ex) Elektrokinetické (in) Všechny typy kontaminantů X- (VOCs, SVOCs) X- (VOCs, SVOCs), PAHs, HMs X- (VOCs, SVOCs), PAHs, HMs, PCBs, Pest. X- (VOCs, SVOCs), PAHs, H.M., PCBs, Pest., Diox./Fur. X-VOCs, X-SVOCs, PCBs, Diox/Fur. Těžké kovy (HMs) Fyzikální a chemické technologie Technology Cost (US$/ton) Clean-up time* N. A. 6 to 12 months or > 6 to 12 months 6 to 12 months 6 to 12 months < 6 months 6 to 12 months Landfill cap systems (in or ex) N. A. Soil vapour extraction (SVE) (in or ex) 20-130 Soil Flushing (in) 75-210 Soil Washing (ex) 140-400 Solvent extraction (ex) 150-450 Chemical Dehalogenation (ex) 200-500 Electrokinetic (in) 65-195 (*) Time referred to a standard mass of about20000 tons Uzavřený půdní zásobník (Landfill cap) Sand and Gravel Drainage Laver Systém plynné extrakce (Soil Vapour Extraction) In situ proces ^> Fyzikální separace a vytěžení kontaminantů ^> Vytěkávání kontaminantů z půd ^> Použití vakua a série extrakčních vrtů pro odstranění par ^> S VE má různé názvy (provzdušnění půd (soil venting),...) Plynná extrakce Cílové kontaminanty: ^ VOCs ^ SVOCs ^ X- VOCs ^ X- SVOCs MUHIIRECETOX SCI 32 Vhánění vzduchu v podzemí M UNI I R E C E T 0 X SCI 33 Aktivní vrty pro vhánění vzduchu Air Injection Well or Perimeter Groundwater Monitoring Hlavní faktory ovlivňující plynnou extrakci 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 Plynná extrakce Specifické výhody: ^> 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 Plynná extrakce Specifická omezení: ^> Využitelnost je omezena na těkavé látky ^> Půda musí být propustná a relativně homogenní ^> Nadbytek půdní vlhkosti musí být odstraněn a zpracován r % Uplnný provozní design vyžaduje pilotní studii proveditelnosti SVE s podporou ^ Dvoufázová exktrace Q> Termické procesy ^ Atd. SVE — dvoufázová extrakce ^> Odstraňuje podzemní vodu a páry kontaminnatů ze stejného vrtu ^> Fáze jsou extrahovány použitím vakuové pumpy ^> Podzemní voda a páry jsou separovány a zpracovány SVE — dvoufázová extrakce SCHEMATIC OF DUAL-PHASE EXTRACTION SYSTEMS Discharge t Extracted Vapor and Groundwater I- From Other Dual-Phase Extraction Wells Vapor/ Liquid Separator Vacuum Blower Vapor Vapor Treatment SVE — dvoufázová extrakce rLineiluicii hnusí air _ rťmedi.iícd eshjusi uir SVE - termické podpůrné procesy ^> 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 Steam or Hot Air Generator Vapor Treatment Liquid Treatment Ground Surface Injection Well Steam or Hot Air Vapor A A Steam or Hot Air Air Contamination Water Liquid Vyplachování půd (soil flushing) Cílové kontaminanty: ^ VOCs ^ SVOCs ^ X- VOCs ^ X- SVOCs PAHs ^ Těžké kovy Vyplachování půd ^> Vhodné pro kontaminanty rozpuštěné v půdní vodě (in situ) ^> Záchyt polutantů před tím než kontaminují podzemní vodu ^> 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 - popis procesu Spray Application N. \ 1 1 Pump Flushing Additives Groundwater Treatment Pump Low Permeability Zone Vyplachování půd Konvenční transportní mechanismus: ^> Konvenční transport: • Transportní medium: voda • Sekundární procesy: rozpouštění, redox reakce a desorpce ^> Konvenční transport využívá tradiční konfiguraci záchytné zóny ^> Advekce a chemie přírodních vod napomáhají mobilizaci kontaminantů Vyplachování půd Zvýšený transportní mechanismus: ^> Zvýšený transport zahrnuje dodatečné procesy: S chemická aditiva S termická kontrola Vyplachování půd Chemická omezení: ^> Kontaminanty a geochemie ^> Obtížné čištění ropného znečištění a nevodných kapalných fází Kvalita dat Vymývání půd (Soil washing) Cílové kontaminanty: 1> VOCs ^ SVOCs ^ X- VOCs ^ X- SVOCs ^ PAHs ^> Těžké kovy ^ PCBs ^> Pesticidy Vymývání půd ^> Použití mechanických postupů pro separaci kontaminantů 2 povrchu jemných částic (ex situ) ^> Určeno pro předčištění nebo snížení objemu Vymývání půd Odstraňování kontaminantů: ^> Separační proces • Rozpuštěné nebo suspendované kontaminanty ve vymývacím roztoku • Separuje částice dle velikosti Vymývání půd (Soil washing) water reused Vymývání půd ^> 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 Specifické výhody: ^> 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 Vymývání půd Specifická omezení: ^> Aditiva přidávaná do vymývací vody mohou vyžadovat čištění odpadních vod před vypouštěním r % Účinnost závisí na půdních podmínkách a povaze kontaminantů — u všech technologií \ Obvykle je nutný další stupeň čištění Vymývání půd Proveditelnost: ^> Může odstranit až 99% VOCs a 90% semi-volatilních látek ^> Je omezena komplexností směsi odpadů a půdami s vysokým obsahem huminových a jílových složek Extrakce rozpouštědlem (ex sítu) Cílové kontaminanty: ^ VOCs i> SVOCs ^> X- VOCs X- SVOCs PAHs Těžké kovy ^ PCBs ^ Pesticidy <í> PCDDs/Fs Extrakce rozpouštědlem Zemina kontaminovaná PCB Příprava zeminy Q . 10t. h1 Velikost částic < 2 mm Q . lOt .h"1 Rozpouštědlo A Extrakciu zařízeni s protitokem Kondenzátor (čistené rozpouštědlo) Zásobník na rozpouštědlo Odpar o vac (destilace) Znečistený kal určený k zneškodnění (50% rozpouštědla) D ekontamino vaná zemina (čistota 99,99%) Obr. 4.5.3 Extrakce pomocí rozpouštědel s protitokem (Bank, 1994) Proces extrakce rozpouštědlem 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 Výhody: ^> Redukce objemu nebezpečných odpadů pro čištění r % Účinné pro zpracování a čištění: • Odpadů ze zpracování dřeva • Olejových emulzí s obsahem tuhých látek • Kalů ze separátoru • Podzemní nádrže \ Media mohou být vrácena na původní místo po dosažení požadovaných standardů Proces extrakce rozpouštědlem Omezení: ^> Organicky vázané kovy omezují zpracování ^> Přítomnost detergentu může být problémem ^> Stopy rozpouštědel zůstávají v tuhé fázi ^> Není účinné pro organické látky s vysokou molekulovou hmotností r % Úroveň obsahu vlhkosti omezuje účinnost Proces extrakce rozpouštědlem Provedení ^> Extrakční účinnost pro PCBs v sedimentech se pohybuje 90 do 98% ^ Extrakční účinnost pro VOCs a SVOCs v laboratorních podmínkách bylo 99.9% ^> Problémem jsou tuhé zbytky zůstávající v tancích BCD proces — viz předn. nebezb. odp. Cílové kontaminanty: ^ X-VOCs ^ X-SVOCs Použití pro extrakci kovů a radionuklidů z půd, suspenzí a sedimentů Anode _ Cathode ürface Konfigurace a geometrie elektrod Obr. Č. 2,1.2-1 Zjednodušené schéma technického uspořádání metody in situ elektrokinetické dekontaminace (U.S. EPA, 1995) 1 - zpracování elektrolytu, 2 - extrakce/iontová výměna, 3 - zpracování, 4 - zdroj stejnosměrného napětí, 5 - anoda, 6 - katoda, 7 - kyselá vlna, 8 - alkalická vlna, 9 - kontaminovaná porézní matrice Elektrokinetické procesy Typické procesy: ^> Separační a odstraňovači techniky elektrosrážením na elektrodách nebo v čistící jednotce ^> Použití nízké proudové intenzity mezi elektrodami ^> Je nejúčinnější v jemnozrnné, málo propustné půdě Elektrokinetické procesy Proveditelnost a cena: ^> Testy limitních hodnot výskytu radionuklidů a organických látek ^> Pilotní studie zaměřené na elektrokinetické půdní procesy ^> Dosažena odstraňovači účinnost 90 až 95% při relativně nízké ceně