Elektrokinetická sanácia

   Princíp

Elektrokinetická sanácia je proces, v ktorom sa znečisťujúce látky odstraňujú z pôdy pomocou elektrických alebo elektrochemických procesov. Princíp elektrokinetickej dekontaminácie je založený na odstraňovaní kontaminácie pomocou aplikácie prebiehajúceho slabého elektrického prúdu priamo cez pôdu za použitia elektród – anódy a katódy. Tým sa vytvára jednosmerné elektrické pole (obr. 4.1.7). To mobilizuje nabité častice a spôsobuje pohyb iónov a vody k elektródam. Znečisťujúce látky prichádzajúce k elektródam sa môžu odstrániť cestou precipitácie a koprecipitácie, adsorpcie, elektrónovou výmenou alebo odvádzaním vody alebo iných fluíd z blízkosti elektród.

   Použiteľnosť

Elektrokinetická dekontaminácia je stále sa rozvíjajúca technológia a dá sa použiť pri širokom rozsahu kontaminantov v pôdach. Elektrokinetická dekontaminácia je najvhodnejšia na odstraňovanie ťažkých kovov, aniónov a polárnych organických zlúčenín v pôdach, kaloch, sedimentoch a v nízko priepustných ílových pôdach. Elektronickou dekontamináciou sa môže odstrániť znečistenie vo vysokej koncentrácii a znížiť obsah kontaminantov o tisícky mg . kg^-1.

Podľa Van Cauwenberghe (1997) je elektrokinetická dekontaminácia použiteľná na odstránenie znečistenia:

•      kovmi (olovo, ortuť, kadmium, nikel, meď, zinok a chróm),

•      rádionuklidmi,

•      toxickými aniónmi (dusičnany a sírany),

•      kyanidmi,

•      uhľovodíkmi,

•      výbušninami,

•      rozličnými organickými zlúčeninami.

   Základná charakteristika

Základné technické vybavenie na použitie metódy tvorí voda, pumpa a elektróda. Samotná elektróda je umiestnená vo vrte s výstrojom vyrobeným z poréznej keramiky. To umožňuje prúdenie elektrického prúdu a vody a zamedzuje nadmernému úniku elektrolytu z vrtu. Pórovitý ochranný obal privádza vodu, ktorá sa udržuje pod tlakom, ale neodteká ďalej. Ióny prúdia cez ochranný obal, kde sa odstraňujú pomocou množstva mechanizmov ako precipitácia, adhézia na povrch elektród atď. V závislosti od druhu kontaminácie môžu roztoky cirkulovať cez kontaminované miesto. Elektrokinetická dekontaminácia sa úspešne používa v pásme nasýtenia aj v pásme prevzdušnenia.

Elektrokinetické metódy je možné rozdeliť na niekoľko základných druhov (Van Cauwenberghe, 1997):

•      elektrokinetická biosanácia,

•      elektrokinetická oxidácia,

•      elektrokinetická fixácia,

•      elektrokinetická extrakcia,

•      periodické menenie polarity poľa (základ metódy Lassagna^TM process),

•      zvýšenie mobility kontaminantov použitím surfaktantov a komplexotvorných reagentov,

•      zvýšenie rýchlosti čistenia vnášaním reagentov (ako katalyzátory kovov, napr. častice Fe) do pôd pomocou elektród.

   Výhody a limitácie

Výhody použitia elektronickej sanácie sú nasledovné:

•      môžu sa potenciálne odstraňovať vysoké obsahy kovov, pričom v niektorých prípadoch môže ísť dokonca o jedinú aplikovateľnú metódu,

•      mnohé kovy sa môžu odstraňovať simultánne,

•      efektívnosť aj v nízko priepustných pôdach (hydraulická vodivosť <10^-5 cm.s^-1),

•      nízka energetická náročnosť v porovnaní s vyťažením pôd.

K obmedzeniam a limitáciám použitia elektronickej sanácie patria:

•      efektivita je silne ovplyvňovaná heterogenitou prostredia v čistenej zóne a v niektorých prípadoch je potrebná predsanačná úprava pôdy,

•      finančná náročnosť môže byť nejasná až do skončenia predbežných terénnych testov,

•      aplikácia metódy zvyčajne vedie k výraznej acidifikácii čistenej pôdy (typické pH je 2 – 4),

•      oxidačné a redukčné reakcie môžu viesť k vzniku neželaných produktov,

•      najefektívnejšie prebieha v ílových pôdach, pretože ílové častice majú negatívny povrchový náboj,

•      efektivita sa silne znižuje pri vlhkosti prostredia nižšej ako 10 %,

•      úspech aplikácie môže limitovať rozpustnosť a desorpcia.

 

Obr. 4.1.7. Typické použitie elektronickej dekontaminácie.

Vysvetlivky: 1 – vrt s anódou, 2 – vrt s katódou, 3 – prúdenie kontaminovaných iónov, 4 – premiestnenie kontaminantu, 5 – zemina.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Približnú časovú náročnosť procesu elekrokinetickej dekontaminácie pri známom usporiadaní systému je možné odhadnúť na základe Faradayovho zákona pre množstvo prvku vylúčeného na elektróde a podľa vzťahu pre elektroosmotický tok. Molárne množstvo prvku, ktoré by sa za časovú jednotku vylúčilo na príslušnej elektróde, získame zo vzťahu:

m = (I x t)/(n x F),

kde

m       molárne množstvo prvku (mol),

I        elektrický prúd (A),

T        čas (s),

F        Faradayova konštanta (96 500 C/val),

n        náboj iónov.

 

Objemový tok vodného roztoku kontaminantu za jednotku času zo znečistenej zóny smerom k niektorej z elektród je možné zistiť zo vzorca (Oyander a Rivera, 2004):

q_e = k_e x A x E,

kde

q_e       elektroosmotický tok (m³.s^-1),

k_e       koeficient elektroosmotickej priepustnosti (m²/V . s),

A        veľkosť prietokovej plochy (m²),

E        intenzita elektrického poľa.

 

© 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