Chemická extrakcia
Princíp
Chemická extrakcia odpad nelikviduje, ale je to proces, pri ktorom sa toxické alebo inak škodlivé zložky oddeľujú z kontaminovaných zemín, kalov a sedimentov, pričom sa redukuje objem nebezpečného odpadu, ktorý sa musí spracovať. Znečistená látka sa rozpúšťa do extrakčného činidla a vyčistená matrica sa po extrakcii separuje od kvapalného podielu obsahujúceho rozpustenú toxickú látku. Pri technológii sa využíva extrakčná chemikália (najmä bežne dostupné organické rozpúšťadlá). Tým sa odlišuje od procesu prania zemín, pri ktorom sa obyčajne využíva vymývanie znečistenia zemín vodou alebo vodou s prísadami zlepšujúcimi proces premývania. Pred chemickou extrakciou sa často používa fyzikálna separácia za predpokladu, že menšie častice obsahujú väčšinu znečistenia. Fyzikálna separácia môže zvýšiť kinetiku extrakcie oddelením čiastočiek toxických kovov, ak sú v pôde prítomné (Burkhard in Matějů et al., 2006; FRTR, 2008).
Použiteľnosť
Extrakcia rozpúšťadlom sa ukázala efektívna pri úprave sedimentov, kalov a zemín obsahujúcich najmä organické látky ako PCB, prchavé organické zlúčeniny (trichlórmetán, trichlóretylén, benzén, toluén, etylbenzén, xylén), halogénované rozpúšťadlá a ropný odpad (US EPA, 1996b). Proces sa ukázal ako aplikovateľný na separáciu organických zlúčenín v odpade z farbív, výroby syntetického kaučuku, uhoľného dechtu, pesticídov, zo spracovania dreva, zo suspenzií po vŕtaní, pri separácii kalov a v odpade z olejov z ropných rafinérií. Kyslá extrakcia je vhodná na úpravu sedimentov, kalov a pôd zaťažených vysokou koncentráciou kovov (FRTR, 2008).
Chemická extrakcia je rozšírená sanačná metóda najmä v USA. Používa sa pri veľkých projektoch, bola použitá napríklad na extrakcia uránu zo zeminy roztokom uhličitanu sodného pri zvýšenej teplote na čistenie 60 000 t kontaminovanej zeminy. Účinnosť extrakcie sa pohybuje v rozmedzí 85 až 95 %. Redukcia objemu kontaminovaných materiálov dosahuje až 90 %.
Základná charakteristika
Rozlišujeme dva hlavné procesy chemickej extrakcie – kyslá extrakcia a extrakcia rozpúšťadlom (FRTR, 2008). Schéma procesu chemickej extrakcie je uvedená na obr. 4.1.26.
Obr. 4.1.26. Schéma procesu chemickej extrakcie (FRTR, 2008).
Pri kyslej extrakcii sa na extrakciu stopových prvkov zo znečistených zemín využíva kyselina chlorovodíková. Zo zemín sa najprv sitovaním odstránia hrubé častice a následne sa kyselina chlorovodíková zmiešava so zeminou v uzavretej extrakčnej jednotke. Čas zotrvania suspenzie v extrakčnej jednotke sa líši v závislosti od typu zeminy, druhu kontaminantu, jeho koncentrácie a podobne, no obyčajne sa pohybuje v rozsahu 10 až 40 minút. Zmes zeminy a extraktantu sa nepretržite odčerpáva zo zmiešavacej jednotky a zemina s extraktantom sa separuje použitím hydrocyklónu (FRTR, 2008).
Po skončení extrakcie sa zemina oplachuje vodou, aby sa odstránili uvoľnené prvky a kyselina. Extrakčný roztok a splašková voda sa regenerujú komerčne dostupnými zrážadlami (napr. hydroxid sodný, vápno a iné) spolu s flokulantom (odstraňuje kovy a obnovuje kyselinu). Kovy sa koncentrujú v potenciálne vhodnej forme na ich rekuperáciu. Počas záverečnej fázy sa zemina odvodňuje a primiešava sa do nej hnojivo a vápno na zneutralizovanie zvyškov kyseliny (FRTR, 2008).
Extrakcia rozpúšťadlom je bežnou formou chemickej extrakcie. Ako extraktant sa pri nej využíva organické rozpúšťadlo. V závislosti od špecifických podmienok lokality sa zvyčajne používa v kombinácii s inými technológiami, ako sú napr. solidifikácia/stabilizácia, spaľovanie alebo vymývanie zemín. V niektorých prípadoch sa extrakcia rozpúšťadlom môže použiť ako samostatná sanačná technológia. Spolu s cieľovými organickými kontaminantmi sa môžu extrahovať aj organicky viazané kovy. Tým vznikajú rezíduá so špeciálnymi požiadavkami na ďalšie spracovanie. V matrici upravenej zeminy môžu zostať stopy rozpúšťadla, a preto je dôležité vziať do úvahy toxicitu rozpúšťadla. Upravené médium sa po schválení štandardov obvykle vráti na pôvodnú lokalitu (FRTR, 2008). Voľbu procesu sanácie obvykle limitujú lokálne podmienky zemín (inžinierskogeologické pomery). Vlastnosti limitujúce proces úpravy ako hodnota pH alebo vlhkosť sa môžu v niektorých prípadoch upraviť. V iných prípadoch na základe klasifikácie zemín (napríklad zrnitosti) alebo iných vlastností zemín sa technológia úpravy môže vylúčiť.
Zeminy sa odlišujú svojimi fyzikálnymi aj chemickými vlastnosťami. Vertikálna rozdielnosť je zvyčajne omnoho väčšia ako horizontálna. Vyplýva to z rozdielnych procesov sedimentácie, ktoré v zeminách pôvodne prebiehali. Variabilita vlastností zemín má za následok rozdielnu distribúciu vody, teda vlhkosť, rozdielnu distribúciu znečisťujúcich látok a rozdielnu schopnosť transportu a odstraňovania látok zo zemín na konkrétnej lokalite (FRTR, 2008).
Veľká časť údajov sa dá získať relatívne jednoducho a v niektorých prípadoch existuje viac než jedna skúšobná metóda. Na získanie údajov alebo vzoriek sa terénnym výskumom v rámci lokality určia typy zemín na základe všeobecne uznávanej klasifikácie (STN 72 1001, 2010), vlhkosť a priepustnosť zemín. Správy z terénnych prieskumov môžu znížiť potrebu vzorkovania a stanovenia vlastností zemín na lokalite. Všeobecný zber informácií zväčša zahŕňa opis základných vlastností zemín, stupeň zvetrania skalných hornín a odber vzoriek zemín. Terénny prieskum môže identifikovať miesta pravdepodobného znečistenia pozorovaním rozdielov vo vlastnostiach typov zemín, poklesoch, prípadne násypoch zemín. Vlastnosti zemín, ktoré by sa mali určiť, zahŕňajú: veľkosť častíc (zrnitosť), hodnota pH, rozdeľovací koeficient, katiónovú výmennú kapacitu, obsah organických látok, extrakčný postup na určenie toxicity pôd, vlhkosť a prítomnosť zmesí kovov, prchavých zmesí, ílov a zmesí komplexného odpadu (FRTR, 2008).
Výhody a limitácie
K výhodám tejto metódy patrí možnosť použitia pri širokom okruhu znečisťujúcich látok a vysokej koncentrácii znečistenia (Fuentes et al., 2002).
Faktory, ktoré môžu limitovať použiteľnosť a efektívnosť procesu, sú nasledovné (FRTR, 2008):
• účinok procesu negatívne ovplyvňujú niektoré pôdne typy a obsah vlhkosti,
• efektivitu extrakcie môže znížiť vyšší obsah ílu (vyžaduje sa dlhší čas kontaktu),
• organicky viazané kovy sa môžu extrahovať spolu s cielenými organickými látkami, čo obmedzuje spracovanie rezíduí,
• účinok extrakcie môže byť nepriaznivo ovplyvnený prítomnosťou detergentov a emulgátorov,
• v upravenej časti materiálu môžu ostať stopy rozpúšťadla (toxicita rozpúšťadla je preto dôležitým faktorom procesu),
• extrakcia rozpúšťadlom je vo všeobecnosti málo účinná pri organických látkach s vysokou molekulovou hmotnosťou alebo pri vysoko hydrofilných látkach,
• po kyslej extrakcii sa zvyšok kyseliny v upravenom materiáli musí neutralizovať,
• investičné náklady môžu byť relatívne vysoké (na druhej strane, na rozsiahlejších lokalitách môže byť technológia úspornejšia),
• v závislosti od legislatívnych predpisov niektorých krajín sa úprava toxických kovov môže javiť neekonomická.
Trvanie čistenia a účinnosť
Čas zotrvania suspenzie v extrakčnej jednotke sa líši v závislosti od druhu zeminy a kontaminantu, jeho koncentrácie a podobne, no obvykle to je 10 až 40 minút (Matějů et al., 2006). Trvanie sanácie vrátane príslušných operácií a obsluhy chemickej extrakcie je stredne dlhé, t. j. priemerne 6 mesiacov (Fuentes et al., 2002).
Ku kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim náklady na realizáciu chemickej extrakcie zaraďujeme rozlohu lokality, množstvo upravovaného materiálu a vlhkosť odpadu (nepatrne vyššie náklady sa očakávajú pri zeminách v porovnaní s kalmi).
© 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