Fotolytická oxidácia
Princíp
Fotolytická oxidácia je proces, pri ktorom sa chemické väzby kontaminantov rozbijú pod vplyvom UV žiarenia. Produkty fotodegradácie sú rôzne v závislosti od prostredia, v ktorom prebieha proces. Úplná degradácia organických kontaminantov napríklad na oxid uhličitý alebo vodu pravdepodobne nenastáva. Typický systém oxidácie znečistených plynov je zobrazený na obr. 4.3.11 (FRTR, 2008).
Obr. 4.3.11. Systém oxidácie odpadového plynu (FRTR, 2008)
Fotolytická oxidácia prebieha v reaktore, v ktorom sa odpadový plyn ožaruje energeticky bohatým UV žiarením. Vznikajú reaktívne zložky s vysokým oxidačným potenciálom ako ozón, peroxid vodíka a kyslíkové a hydroxylové radikály (O· a OH·), ktoré následne oxidujú prítomné škodliviny. Dochádza aj k absorpcii UV žiarenia molekulami škodlivín a ich produktmi rozkladu. Absorpciou žiarenia sa molekuly organických látok dostanú na vyššiu energetickú hladinu. Pri dostatočnom prívode energie sa rozpadajú za vzniku reaktívnych radikálov. Výsledkom sú homogénne prebiehajúce reakcie s tvorbou oxidu uhličitého, vody, prípadne aj iných látok (napr. halogenovodíkov).
Použiteľnosť
Metódu možno použiť na odbúravania všetkých organických kontaminantov, ktoré sú reaktívne s hydroxylovými radikálmi (FRTR, 2008). Zo širokého spektra organických a explozívnych znečisťujúcich látok je možné oxidáciou UV žiarením zneškodňovať najmä halogénové a nehalogénové prchavé organické látky (napr. 1,2-dichlóretylén, trichlóretylén, tetrachlóretylén a toluén) (US EPA, 2006), poloprchavé organické látky a polychlórované bifenyly (PCB). Proces je výhodné použiť najmä na odstraňovanie ľahko oxidovateľných organických zlúčenín, ako sú zlúčeniny s dvojitými väzbami (napr. trichlóretylén, perchlóretylén a vinylchlorid), ale aj jednoduché aromatické zlúčeniny (napr. toluén, benzén, xylén a fenol) (NAVFAC, 2009a).
Pomocou fotolytickej oxidácie je možné efektívne odstraňovať najmä chlórované uhľovodíky, ktoré odolávajú biodegradácii, napríklad ľahko oxidovateľné organické zlúčeniny s dvojitými väzbami (TCE, PCE a vinylchlorid). Pomocou procesu oxidácie UV žiarením sa rýchlo rozkladajú aj jednoduché aromatické zlúčeniny (toluén, benzén, xylén a fenol) (FRTR, 2008).
Základná charakteristika
Zariadenie tvorí ventilátor, fluidné adsorpčno-desorpčné jednotky s aktívnym uhlím, separátor, UV reaktor, zariadenie na vypieranie kyslých plynov a ventilátor plynového cyklu. Schéma je znázornená na obr. 4.3.12.
Vysvetlivky: 1 – znečistený vzduch, 2 – prídavný vzduch na dosiahnutie konštantného prietoku, 3 – ventilátor kolobehu, 4 – absorpčný roztok, 5 – absorbér kyslých zložiek, 6 – adsorbér, 7 – desorbér, 8 – organicko-vodný kondenzát, 9 – prídavný vzduch na dosiahnutie konštantného prietoku v reaktore, 10 – fotolytický reaktor, 11 – procesný ventilátor, 12 – čistý vzduch.
Pri nasávaní odpadového plynu ventilátorom sa doň pridáva pomocný vzduch, aby celkový prietok dosahoval približne 14,2 m3 . min–1. Na aktívnom uhlí v adsorpčnej jednotke sa zachytávajú prchavé organické látky a do ovzdušia sa vypúšťa čistý vzduch. Použité aktívne uhlie sa kontinuálne transportuje do desorpčnej jednotky. Tam sa parou z výmenníku tepla ohrieva na 150 ºC a a tým nastáva desorpcia zachytených prchavých organických látok. Kondenzátor chladený vodou slúži na oddelenie vody a nehalogénovaných uhľovodíkov. Dva paralelné fotolytické reaktory produkujú UV žiarenie s vlnovou dĺžkou od 170 do 254 nm. K plynu vstupujúcemu do reaktora sa pridáva vzduch na dosiahnutie prietoku okolo 0,142 m3. min–1. Kyslé zložky z plynu sa vo vypieracom zariadení za reaktorom odstraňujú pomocou hydroxidu vápenatého (produkt možno použiť na výrobu cementu).
Výhody a limitácie
Pri spracovaní halogénovaných uhľovodíkov je potrebné zabezpečiť vypieranie halogenovodíkov. Môže vznikať malé množstvo medziproduktov ako napr. fosgén, ktoré sa musia vypierať v alkalickej práčke. Pri použití nadmerného množstva prídavných chemických oxidantov na zvýšenie výkonu môže ich vplyvom nastať likvidácia radikálov.
Metóda má vyššiu energetickú náročnosť ako ostatné technológie, a preto aj vyššie náklady. Pri oxidácii ozónom látky ako napr. trichlóretán sa môžu namiesto odstránenia stať prchavejšími. Vtedy treba na ich odstránenie použiť adsorpciu alebo katalytickú oxidáciu. Môže byť potrebná počiatočná úprava prúdu plynu, aby sa znížili nároky na čistenie a údržbu. Manipulácia s oxidačnými činidlami a ich uskladnenie si vyžaduje mimoriadne bezpečnostné opatrenia (FRTR, 2008).
Trvanie čistenia a účinnosť
Na oxidáciu UV žiarením sa používajú rôzne veľké systémy. Sú schopné spracúvať aj množstvo od 3 800 do 3 800 000 litrov za deň. Priemerná účinnosť dosahuje 95,44 % a účinnosť vlastného reaktora vyše 97 % (FRTR, 2008).
Náklady na sanáciu ovplyvňuje najmä typ a koncentrácia kontaminantov (vplyv na výber oxidačného činidla, dávkovanie, intenzitu UV žiarenia a trvanie kontaktu), stupeň požadovanej deštrukcie kontaminantu, potrebná rýchlosť prúdenia, požiadavky na úpravu pred samotným procesom alebo po ňom (FRTR, 2008).
V rámci potrebných nákladov je fijnančne najviac náročné zariadenie na UV oxidáciu. Ďalšie náklady predstavuje proces prípravy na UV oxidáciu (filtrácia na odstránenie pevných častíc) alebo úprava látok neodstránených procesom, inštalácia systému, operačné náklady, údržba, pomocné zariadenia, monitoring a odber vzoriek (NAVFAC, 2009a).
© 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