Chemická redukcia

   Princíp

Chemická redukcia je sanačná metóda ex situ, pri ktorej sa využíva pôsobenie redukčných činidiel na čistenú vodu za vzniku menej škodlivého alebo menej nebezpečného stavu kontaminujúcej zložky. Princípom je transfer elektrónov z redukčného činidla na redukovanú látku/jej zložky. Medzi bežné redukčné činidlá zaraďujeme oxid siričitý, siričitan sodný, ditioničitan sodný, síran železitý a sulfid sodný (Anonym, 2002a; Lipták, 2006).

   Použiteľnosť

Technológia sa dá využiť na likvidáciu redukovateľných kontaminantov, ktoré sú iným spôsobom ťažko odstrániteľné a ktorých toxicita, resp. nebezpečnosť sa chemickou redukciou zníži. Pri tejto metóde sa súčasne môžu priaznivo zmeniť vlastnosti látky (napr. zmena rozpustnosti), ktoré sa dajú využiť pri jej ďalšom odstraňovaní z čistenej vody. Postup sa využíva najmä pri niektorých anorganických látkach, napr. pri redukcii Cr⁶⁺ na menej toxický a rozpustný Cr³⁺, dechlorácii, redukcii Hg²⁺ na elementárnu formu ortuti, v prípade medi, olova atď. (Noyes, 1991; Cheremisinoff, 1995; Anonym, 2002a; Guertin, et al., 2004; Wang et al., 2006). Špecifické postupy chemickej redukcie sa využívajú pri riešení problému odstraňovania niektorých perzistentných organických látok (napr. PCB) prostredníctvom redukcie vodíkom alebo kovovým sodíkom (Kummling et al., 2002).

   Základná charakteristika

Pri procese chemickej redukcie podobne ako pri chemickej oxidácii prebieha prenos elektrónov medzi reaktantmi, pričom proces oxidácie a redukcie úzko súvisí. Pri využívaní chemickej redukcie na čistenie kontaminovaných vôd ex situ sa privedie čistená voda do kontaktu s redukčným činidlom pri určitých fyzikálno-chemických podmienkach (vhodné pH, oxidačno-redukčný potenciál, koncentrácia reaktantov, teplota atď.). Výsledkom sú menej škodlivé alebo menej nebezpečné produkty alebo produkty, s ktorými je možné v ďalšom technologickom postupe ľahšie nakladať (resp. odstrániť ich), napr. v procese chemického zrážania (Anonym, 2002a).

Na zabezpečenie dostatočného reakčného času sa využívajú rôzne technologické postupy, pričom základ tvoria reakčné nádrže – reaktory (obr. 4.2.41) s rôznym dizajnom. Obsah reaktora sa kontinuálne premiešava a monitorovaním základných parametrov sa kontroluje optimálny priebeh chemických reakcií. Materiál reaktora musí byť odolný proti vplyvu reakčnej zmesi. Vyžaduje sa také zabezpečenie technológie, aby sa zabránilo úniku potenciálne vznikajúcich plynov. V technologickej zostave býva zaradené zariadenie na elimináciu prípadného nadbytočného množstva redukčných činidiel z prečistenej vody. Automatizácia technológie (online monitoring, kontrola parametrov reakcií a automatické dávkovanie) znižuje riziko použitia nadbytočného množstva redukčného činidla. Automatizácia procesu zvyšuje prvotné náklady, ale zvyčajne znižuje náklady na prevádzku technológie.

Pri aplikácií metódy chemickej redukcie je potrebné mať k dispozícii dostatočné skladovacie zariadenia na redukčné činidlá, ktoré môžu byť nebezpečné, čo komplikuje prevádzku technológie.

 

Obr. 4.2.41. Príklad schémy odstraňovania ortuti pomocou chemickej redukcie (Cheremisinoff, 1995).

 

Aplikácia metódy chemickej redukcie závisí od vlastností kontaminovanej vody, pričom dôležité sú variabilita v prietoku, premenlivosť pH, prítomnosť chelátotvorných, prípadne komplexotvorných látok, prítomnosť konkurenčných neprioritných redukovateľných látok, prítomnosť ropných látok atď. (Noyes, 1991).

   Výhody a limitácie

Pri chemickej redukcii je dôležité kontrolovať priebeh reakcie a udržiavať potrebné hodnoty pH a Eh. Vyžaduje sa aj dôkladné premiešavanie a homogenizácia reakčnej zmesi. Limitácie využitia chemickej redukcie je možné zhrnúť takto (Anonym, 2002a):

•    počet kontaminantov, ktoré je možné čistiť týmto spôsobom, je relatívne malý,

•    v rámci procesu je možná produkcia plynov (napr. pri použití sulfidov je pravdepodobná tvorba sulfánu),

•    voda na výstupe z technológie sa musí kontrolovať z hľadiska prítomnosti nadbytočného redukčného činidla.

Výhodou chemickej redukcie je jej aplikovateľnosť pri širokom rozsahu koncentrácie kontaminantov vo vode, relatívne rýchly priebeh a dobre zvládnutá technológia odstraňovania niektorých znečisťujúcich látok (napr. Cr⁶⁺).

   Trvanie čistenia a účinnosť

Proces chemickej redukcie je pri zabezpečení optimálnych podmienok relatívne rýchly. Účinnosť metódy je veľmi vysoká (Anonym, 2002a). Celkové náklady závisia od technológie čistenia a použitého redukčného činidla. Pri vysokých obsahoch kontaminantu môže byť chemická redukcia ekonomicky značne náročná.

 

© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží

Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,

Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová

Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,

ISBN    978-80-89343-39-3