Termicky podporované odparovanie – metóda tepelnej extrakcie pár

   Princíp

Termicky podporované odparovanie v zeminách je technológia, pri ktorej sa na zvýšenie prchavosti, resp. semi-prchavosti kontaminantov využíva elektrická rezistencia, elektromagnetické pole, optické vlákna, rádiové frekvencie alebo injektáž horúceho vzduchu/pary na zvýšenie prchavosti a mobility znečisťujúcich látok. Na zlepšenie účinnosti je možné použiť kombináciu zahrievania zeminy a procesu podpory odparovania zeminy (Van Deuren et al., 2002).

   Použiteľnosť

Technológia sa používa na čistenie jemnozrnných zemín znečistených poloprchavými a prchavými organickými látkami (najmä palív a pesticídov). Metóda má vysokú úspešnosť pri sanačných projektoch realizovaných v zeminách s vysokou vlhkosťou, ktorá je jedným z limitujúcich faktorov použitia štandardnej metódy extrakcie pár, ventingu. Podmienky v horninovom prostredí po skončení aplikácie metódy sú veľmi vhodné na biodegradáciu zvyškových znečisťujúcich látok (Van Deuren et al., 2002). Unikajúce pary sa musia zachytávať a čistiť pomocou rôznych technológií. Použitie tejto metódy môže spôsobovať zmeny v chemickom zložení a štruktúre zemín a rozmiestnení vody v zemine.

   Základná charakteristika

Metódy termicky podporovaného odparovania:

Odporové zahrievanie. Využíva sa pri ňom elektrický prúd prechádzajúci zeminou medzi elektródami. Elektrický prúd zahrieva prostredie a v dôsledku toho voda a kontaminanty prechádzajú do plynnej fázy, ktorá sa následne vákuovo odsáva. Typická zostava systému sa skladá z troch elektród, ktoré sú umiestnené v špecifickej hĺbke, najčastejšie v tvare trojuholníka. Do elektród sa zavedie elektrická energia. Tým sa začne zahrievanie zemín a zníži sa ich vlhkosť. Elektrická vodivosť sa môže zvyšovať pridávaním vody medzi elektródy. Môže sa použiť aj systém so šiestimi elektródami. Použitie metódy odporového zahrievania so šiestimi elektródami umožňuje odstraňovanie kontaminantov ťažších ako voda. Elektródy sú rozmiestnené v tvare pravidelného šesťuholníka s priemerom okolo 20 m. Horninové prostredie sa zahrieva najčastejšie na teplotu medzi 30 – 40 °C, výnimočne až do 100 °C.

Zahrievanie rádiovými vlnami (radio-frequency heating – RFH). Je to metóda in situ, pri ktorej sa používa elektromagnetická energia na zahrievanie zeminy a extrakciu pôdneho vzduchu. Zemina sa zahrieva použitím celého radu vertikálnych elektród zapustených do zeminy (alebo do horninového prostredia) na teplotu vyššiu ako 300 °C. Zvyšuje sa tým prchavosť a mobilita kontaminantov (pretože sa znižuje ich viskozita) a zvyšuje sa aj priepustnosť zemín. Použitie tejto metódy môže spôsobovať zmeny v chemickom zložení a štruktúre zemín a rozmiestnení vody v zemine (Van Deuren et al., 2002).

Z ďalších možností zahrievania zeminy je možné uviesť (Fuentes et al., 2002):

•      Vstrekovanie vodnej pary. Pôda sa zahrieva vháňaním vodnej pary cez vrty a následným aplikovaním vákuového odsávania unikajúcich plynov (obr. 4.1.14).

•      Zatláčanie horúceho vzduchu. Pri aplikácii tejto metódy sa do podzemia vháňa cez vrty vzduch ohriaty na 150 – 400 °C. Horúci vzduch spôsobuje uvoľňovanie prchavých kontaminantov, ktoré následne z pôdy unikajú vo forme plynov. Plyn je potrebné následne zachytávať, prípadne vákuovo odsávať a čistiť.

•      Konduktívne zahrievanie. Pôda sa ohrieva prostredníctvom zapustených ohrievacích telies vo vrtoch, do ktorých sa privádza teplo z vyhrievacieho telesa na povrchu. Pôda sa zahrieva na teplotu do 150 °C.

•      Termická desorpcia. Na ohrievanie pôd sa používa kobercové rozmiestnenie vyhrievacích telies v určitej hĺbke. Na privádzanie tepla sa využívajú vyhrievacie vrty, ktoré sa môžu kombinovať a zároveň slúžiť aj ako odsávacie vrty na vznikajúce plynné splodiny. Technológia je podobná konduktívnemu zahrievaniu, ale využíva sa pri nej vyššia teplota (od zhruba 350 °C). Teplota v blízkosti vyhrievacích telies môže dosahovať aj viac ako 800 °C. Metóda má veľké priestorové a technické obmedzenia a je veľmi energeticky náročná.

   Výhody a limitácie

Hlavné výhody tepelnej podpory sú (podľa www.cpeo.org):

•      finančná akceptovateľnosť,

•      použiteľnosť pre rôzne znečisťujúce látky,

•      všetky kontaminanty sú v priebehu realizácie celej sanácie vákuovo odsávané a možnosť ich úniku je výrazne znížená.

 

K hlavným nevýhodám a limitáciám tepelnej podpory zaraďujeme:

•      veľká závislosť od špecifických podmienok kontaminovaného média,

•      nekontrolované úniky vzduchu pri aplikovaní v pôdach s veľmi variabilnou priepustnosťou,

•      nevyhnutné použitie čistiaceho systému unikajúcich plynov z kontaminovaných priestorov,

•      injektáž horúceho vzduchu má obmedzenie pre nízku tepelnú kapacitu vzduchu,

•      energetická náročnosť pri odsávaní a zahrievaní zemín s vysokou hustotou alebo vlhkosťou (znížená priepustnosť pre vzduch),

•      potenciálne riziko explózie pri vysokej koncentrácii niektorých kontaminantov v odsávacom systéme,

•      odporúčané použitie bariér na ochranu pracovníkov pred zasiahnutím vysokým napätím,

•      riziko prítomnosti (zakopaných, pochovaných) kovových objektov pod povrchom (pred inštaláciou systému by sa mal realizovať prieskum a ich vyhľadanie).

 

Obr. 4.1.14. Schéma tepelnej podpory vstrekovaním horúceho vzduchu/pary (Fuentes et al., 2002).

Vysvetlivky: 1 – zberač plynov, 2 – kanáliky na zber plynov, 3 – kompresor, 4 – znečistená zóna, 5 – injektážne vrty s horúcim vzduchom.

   Trvanie čistenia a účinnosť

Trvanie aplikácie tepelnej podpory závisí od veľkosti znečisteného územia a času potrebného na čistenie unikajúcich plynov. Môže sa pohybovať od niekoľko týždňov až do niekoľko rokov aj v závislosti od druhu a koncentrácie kontaminantov (Van Deuren et al., 2002).

Základné faktory vplývajúce na finančnú náročnosť metód tepelnej podpory:

•      charakteristika horninového prostredia (typ zeminy) vrátane priepustnosti zeminy (aplikácia v zeminách s nižšou priepustnosťou je menej nákladná, pretože uniká menej plynov, ktoré je potrebné čistiť),

•      hĺbka uloženia a hrúbka kontaminovanej polohy (hlbšie uložená kontaminácia je nákladnejšia).

 

© 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