Extrakcia do makroporéznych polymérov (EMPP)
Princíp
Technológia EMPP sa využíva predovšetkým pri úprave priemyselných odpadových vôd, ale bola aplikovaná aj pri sanačných čisteniach podzemných vôd in situ, prípadne ex situ. Princíp technológie spočíva v extrakcii kvapalina – kvapalina. Makroporézny polymér s extrakčnou kvapalinou (alkoholy, extrakčné činidlá) sa umiestni do kolóny, ktorou prechádza podzemná voda s rozpustenými znečisťujúcimi látkami. Znečisťujúce látky sa pri prechode kolónou rozpúšťajú v extrakčnej kvapaline imobilizovanej v makroporéznom polymére a tým sa z vody odstraňujú (odstraňujú sa všetky uhľovodíky s afinitou k extrakčnej kvapaline) (Pars a Meijer, 1998; http://www.ieg-technology.com).
Použiteľnosť
Extrakcia do makroporéznych polymérov sa dá použiť na čistenie vôd kontaminovaných trinitrotoluénom (TNT) a prakticky všetkými typmi uhľovodíkov (Sluys, 2001). Príklady zložiek odstrániteľných technológiou EMPP sú uvedené v tab. 4.2.21.
Tab. 4.2.21. Príklady zložiek odstrániteľných technológiou EMPP (Meijer a Kuijvenhoven, 2001).
|
Alifatické a aromatické zlúčeniny |
BTEX, kumén, limonén, nitrobenzén, kreozol, dimetylfenoly, etylfenoly, octanol, nonanol, dekanol, hexán, heptán, tetrametyltetrahydrofurán a iné |
|
Halogén chlórované zlúčeniny |
monochlórmetán, dichlórmetán, trichlórmetán, tetrachlórmetán, 1,1-dichlóretán, 1,2-dichlóretán, trichlóretán, tetrachlóretán, chlóretylén, dichlóretylén, trichlóretylén, tetrachlóretylén, trichlórpropán, chlórbutadién, hexachlórbutadién, monochlórbenzén, dichlórbenzén, chlórbenzény, hexachlórcyklohexán, monochlórfenol, dichlórfenol, trichlórfenol, dichlór-di-izopropyléter, dioxíny a iné |
|
Polyaromatické uhľovodíky |
PCB, naftalén, acenaftylén, acenaftén, fluorén, fenantrén, antracén, fluorantén, pyrén, benzo(a)antracén, chryzén a iné |
Základná charakteristika
Makroporézne polyméry sú schopné vo svojich póroch imobilizovať extrakčné kvapaliny. Častice makropórového polyméru majú priemer 1 000 μm a veľkosť pórov sa pohybuje v rozmedzí 0,1 až 10 μm. Porozita sa pohybuje okolo 70 – 80 % (Meijer a Kuijvenhoven, 2001). Extrakcia do makroporéznych polymérov (EMPP) je spojená s dvomi technológiami. Extrakcia kvapalina –kvapalina sa využíva na odstraňovanie znečisťujúcich látok z podzemnej vody a parný striping sa používa pri regenerácii makroporézneho polyméru. Stripovaná para zabezpečuje vyprchávanie uhľovodíkov, ale nie imobilizovanej extrakčnej kvapaliny. Prchajúce uhľovodíky sa kondenzujú a separujú s možnosťou ich opätovného využitia alebo recyklácie. Regenerácia prebieha priamo v kolóne, takže náplň nie je potrebné zo zariadenia vyberať.
Princíp technológie EMPP je možné využiť pri čistení podzemných vôd in situ aj ex situ. Pri in situ aplikácií sa cirkulácia podzemnej vody zabezpečuje sústavou vrtov. Vrty sú usporiadané tak, aby podzemná voda zo systému neunikala. Vyvolané rozdiely v potenciometrickej výške vytvoria na cirkuláciu podzemnej vody ucelené 3D telesá elipsoidného tvaru v okolí centrálneho vrtu. Vyvolané vertikálne a horizontálne prúdenie urýchľuje pohyb vody v systéme a tým zlepšuje mobilizáciu kontaminantov aj z formácií (šošoviek) vyznačujúcich sa relatívne nižšou priepustnosťou. Podobne aj v silne stratifikovanom prostredí systém umožňuje intenzívnejšiu mobilizáciu kontaminantov. Kontaminovaná podzemná voda sa čerpá z dolnej a hornej filtračnej časti špeciálne vystrojeného vrtu (celkovo tri filtračné časti). Filtračné časti sú od seba oddelené nafukovacími pakrami. Reinjektáž vyčistenej podzemnej vody prebieha cez strednú filtračnú časť (Pars a Meijer, 1998; http://www.ieg-technology.com). Celá jednotka na EMPP je skonštruovaná tak, aby ju bolo možné riadiť na diaľku pomocou počítača a mobilného telefónu, t. j. nevyžaduje sa prítomnosť obsluhy (Sluys, 2001). Jednotka EMPP inštalovaná ex situ je uvedená na obr. 4.2.55.
EMPP je možné integrovať s ďalšími sanačnými postupmi. Napríklad pri sanácii zvodneného prostredia kontaminovaného chlórovanými uhľovodíkmi (predovšetkým trichlóretylénom a trichlóretánom) bola technológia EMPP úspešne kombinovaná s technológiou vymývania povrchovo aktívnou látkou (Hasegawa, 2000). EMPP bola prevádzkovo overená aj na čistenie podzemnej vody kontaminovanej 2,4,6-trinitrotoluénom (TNT) a dinitrotoluénom (DNT). Vyčerpaná podzemná voda sa čistila integrovanou sanačnou technológiou, ktorá pozostávala z niekoľkostupňovej extrakcie a z destilačnej aparatúry s generátorom pary. Celá jednotka EMPP bola skonštruovaná tak, aby bola zabezpečená proti prípadnému výbuchu (Sluys et al., 2000).
V roku 2007 bolo v Spojených štátoch a Európe v prevádzke 14 jednotiek EMPP, pričom 8 z nich sa využívalo na čistenie kontaminovaných podzemných vôd (Meer a Brooks, 2007).
Výhody a limitácie
Technologický proces EMPP je možné monitorovať a riadiť diaľkovo, takže jednotka EMPP nepotrebuje stálu obsluhu. Prevádzkové použitie technológie, ako aj výsledky terénnych meraní ukázali, že EMPP je flexibilná a robustná technológia s veľmi malými nárokmi na ľudskú prácu. Vysoká účinnosť pri odstraňovaní chlórovaných, aromatických aj alifatických rozpúšťadiel v spojení s jednoduchou a robustnou konštrukciou systému zvyšujú atraktívnosť použitia technológie EMPP na sanáciu podzemných vôd. V mnohých prípadoch využitie EMPP môže byť ekonomickejšou alternatívou v porovnaní s klasickými sanačnými technológiami a postupmi, akými sú napr. striping, využitie aktívneho uhlia či biosanačné systémy (Meer a Brooks, 2007).
Ďalšie potenciálne výhody technológie EMPP (http://www.ieg-technology.com):
• vysoká účinnosť (až 99,999 %),
• kontrolovateľný hydraulický systém prúdenia podzemnej vody, ktorý je efektívny zároveň pri zlepšovaní mobilizácie kontaminantov odstraňovaných zo zvodneného prostredia (a to aj v prípade prítomnosti formácií vyznačujúcich sa relatívne nižšou priepustnosťou alebo v silne stratifikovanom prostredí),
• kontaminácia sa efektívne odstraňuje prakticky bez strát podzemnej vody zo zvodneného systému,
• možnosť súčasného odstraňovania kontaminácie spôsobenej LNAPL aj DNAPL alebo súčasného odstraňovania kontaminácie spôsobenej alifatickými, aromatickými a polycyklickými aromatickými a chlórovanými uhľovodíkmi,
• aplikácia sa môže rozšíriť aj do pásma prevzdušnenia a kapilárnej oblasti,
• technológia je minimálne invazívna a nedeštruuje oblasť sanácie,
• veľmi nízka spotreba energie a nízke požiadavky na prevádzku a monitoring.
Hlavným obmedzením technológie EMPP sú ťažkosti pri aplikovaní alebo nemožnosť jej aplikovania pri čistení podzemnej vody s vysokým obsahom pevných častíc alebo rozpustených organických látok.
Trvanie sanácie a účinnosť
Účinnosť odstraňovania znečisťujúcich látok z podzemnej vody technológiou EMPP je veľmi vysoká. Pri väčšine kontaminantov (alifatické, aromatické a chlórované zlúčeniny) dosiahla viac ako 99,999 % (Sluys, 2001; Meer a Brooks, 2007). Účinnosť technológie sa zvyčajne zlepšuje aplikovaním vhodného integrovaného sanačného postupu.
Úspešnú aplikáciu technológie EMPP prezentovali napr. Pars a Meijer (1998). Týkala sa odstraňovania uhľovodíkov z vody z prevádzky na výrobu zemného plynu. Jednotka EMPP bola inštalovaná v júni 1994 v Harlingene (Holandsko), pričom sa potvrdila vysoká účinnosť technológie. Obsah uhľovodíkov sa redukoval z hodnôt približne 2 000 mg . l–1 na hodnoty menej ako 0,5 mg . l–1. Okrem projektu v Harlingene sa výborné výsledky získali aj v rámci iných projektov z iných odvetví priemyslu.
© 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