Metóda patrí medzi termické sanačné metódy, pri ktorých sa využíva teplo. Princíp metódy plazmového oblúka je založený na použití elektrickej energie a vysokej teploty, ktoré sa vytvoria prostredníctvom zariadenia nazývaného plazmový oblúk/výboj. V technológii plazmového oblúka elektrický prúd nasmerovaný cez plyn pod nízkym tlakom vytvára plazmové pole. Plazma je vysoko ionizovaný plyn zložený z iónov a elektrónov (prípadne neutrálnych atómov a molekúl). Vzniká odtrhnutím elektrónov z elektrónového obalu atómov plynu alebo roztrhnutím molekúl (ionizáciou). Pretože obsahuje veľké množstvo ionizovaných častíc, je elektricky vodivá. Pri tomto spôsobe nastáva deštrukcia látok v dôsledku elektrického výboja v plazmovom stave. Pole plazmy môže dosahovať teplotu 3 000 až 7 000 °C. Vysokoteplotnú zónu možno využiť na disociáciu/rozklad odpadu na atómové zložky vstrekovaním odpadu do plazmy alebo použitím plazmového výboja ako tepelného zdroja na spaľovanie alebo pyrolýzu. Táto termická metóda sa aplikuje ako účinný nástroj na konverziu nebezpečného znečisteného materiálu na neškodné nelúhovateľné produkty (plyn a pevný odpad). Výsledkom tohto procesu môžu byť vitrifikačné produkty, ktoré sú environmentálne bezpečné (Reis et al., 2008).
Technológia sa používa na rozklad a zneškodňovanie toxických látok vo vyťaženej znečistenej zemine pri extrémne vysokej teplote. Touto technológiou možno ošetrovať/odstraňovať najmä kvapalné, ale aj tuhé organické kontaminanty. Technológia PACT je vhodná na odstraňovanie heterogénnych kontaminantov obsahujúcich ťažké kovy, organické látky, zeminy a vodu (Womack, 1999). Okrem organických látok je táto metóda vhodná aj na deštrukciu anorganických látok a nízko aktívneho rádioaktívneho odpadu. Metóda sa začala používať v Kanade a USA už v 90. rokoch minulého storočia. Táto technológia sa používa od roku 2004 vo Švajčiarsku a od roku 2005 v Japonsku. Technológia vstrekovania do plazmy (PLASCON) nie je aplikovateľná na široký okruh kontaminantov, ale v spojení s vhodnými podpornými metódami (napr. termickou desorpciou) sa dá aplikovať aj širšie. Systém PLASCON sa od roku 1992 prevádzkuje napr. v Nufarme (Austrália) na deštrukciu herbicídov. Plazmovo-elektrický konvertor odpadu sa používa najmä na odstraňovanie PCB a hexachlórbenzénu (HCB) v kontaminovanej zemine, kale a odpade v kvapalnom stave. Pred sanáciou sa nevyžaduje úprava znečistených zemín.
Na termické zneškodňovanie nebezpečného odpadu boli vyvinuté rôzne plazmové reaktory. Najrozšírenejšie sú:
• PACTTM (Plasma Arc Centrifugal Treatment) – odstredivé prepracovanie v plazmovom oblúku (ošetrenie v plazmovom oblúku s centrifúgou),
• PLASCON (In-Flight Plasma Arc System) – systém prechodu plazmovým oblúkom (vstrekovanie do plazmy),
• STARTECH (Plasma-electric waste converter) – plazmovo-elektrický konvertor odpadu.
PACTTM je technológia vyvinutá spoločnosťou Retech, pri ktorej sa používa teplo vytvárané plazmovým oblúkom (1 200 až 1 600 °C) na roztavenie a vitrifikáciu tuhého materiálu vrátane znečistenej zeminy v centrifúge. Organické komponenty sa odparujú a rozkladajú vplyvom tepla z plazmy, ionizujú sa a následne sa odvádzajú do systému pre výstupné plyny. Tuhé zvyšky sa vitrifikujú do monolitnej nelúhovateľnej hmoty. Plyny prechádzajú cez druhotnú spaľovaciu komoru a následne cez sériu zariadení upravujúcich vzduch (Staley, 1992; Shuey a Ottmer, 2006). Systém môže pracovať v podmienkach pyrolýzy s redukčnou atmosférou s cieľom zabrániť tvorbe dioxínov v prvotnej komore alebo ju obmedziť. Vypočítalo sa, že množstvo plynov, ktoré vznikajú v procese, predstavuje menej ako 2 % objemu plynov tvorených spaľovňami s podobnou kapacitou. Zeminy a iné odpadové materiály upravované touto technológiou sa všeobecne konvertujú na popol, ktorý sa môže uložiť na skládke.
V systéme PLASCON sa kvapalný alebo plynný odpadový prúd spolu s argónom vstrekuje priamo do plazmového oblúka. Organické látky obsiahnuté v odpade sa rozkladajú na elementárne častice – ióny a atómy. Konečné produkty sa skladajú z plynov a anorganických solí rozpustných vo vode (Environment Australia, 1997).
STARTECH, plazmovo-elektrický konvertor odpadu (PWC) bol vyvinutý v USA v spoločnosti Startech Environmental Corporation. Systém bol navrhnutý aj na sanovanie odpadu, ktorý nie je nebezpečný. Plazmovo-elektrický konvertor odpadu nasmeruje plyn cez elektrický prúd, ktorý sa ionizuje na plazmu. Pole plazmy môže dosahovať teplotu 3 000 až 5 000 °C. Komora s plazmou pracuje pri normálnom atmosférickom tlaku (Huffman a Lee, 1998). Túto technológiu je možné opísať ako systém pyrolýzy s plazmovým výbojom ako tepelným zdrojom. Je porovnateľná s technológiou PACT, aj keď pracuje v redukčnej atmosfére alebo s nedostatkom kyslíka. Organické a anorganické kontaminanty vo forme pevných častíc, tekutín, kalov alebo plynov sa v plazmovej komore rozkladajú na elementárne častice. Výsledkom tohto procesu sú plyny a pevné látky, ktoré sa ďalej používajú napr. v chemickom priemysle alebo v stavebníctve.
Výhody technológie plazmového oblúka sú nasledovné:
• metóda PACT je aplikovateľná pre široký okruh kontaminantov,
• predstavuje účinnú metódu na odstránenie PCB, dioxínov a pesticídov,
• vzniknutý odpad (voda, plyn) nevyžaduje dodatočné čistenie,
• celkový objem vznikajúcich emisií je menší ako pri klasickom spaľovaní, a preto je prostredie menej zaťažené emisiami,
• transfer tepla v systéme s plazmou je rýchlejší ako pri štandardných termických metódach,
• má potenciál stať sa mobilnou sanačnou metódou,
• technológia má veľmi krátky cyklus od začatia po skončenie sanácie.
K hlavným nevýhodám a limitáciám technológie patria:
• nie sú známe potrebné údaje o koncentrácii nerozložených chemikálií a zložení plynných emisií,
• v procese odstraňovania kontaminantov sa môžu tvoriť prchavé kovy a produkty neúplného spaľovania, ktoré sa musia vhodne odstrániť,
• ako zdroj energie sa používa elektrina, a preto v porovnaní s použitím oleja alebo ohňa pri spaľovaní je táto metóda drahšia,
• pri niektorých metódach (PLASCON) sa musia pevné častice pred ošetrením konvertovať do kvapalnej alebo plynnej fázy.
Čas potrebný na sanáciu je veľmi krátky. Samotný proces prebieha do niekoľkých minút alebo hodín. Pri plazmových technológiách nie sú známe potrebné údaje o koncentrácii nerozložených chemikálií a zložení plynných emisií, preto nie je možné presne zhodnotiť účinnosť sanácie. V niektorých prípadoch boli pri technológii PLASCON stanovené v odpadových vodách a plynoch dioxínys veľmi nízkou koncentráciou (Environment Australia, 1997).
Termické sanačné metódy s použitím plazmy vyžadujú relatívne vysoké investičné náklady. Systém PACT sa vyznačuje aj vysokými prevádzkovými nákladmi (3 000 až 6 000 € za tonu). Prevádzkové náklady pre metódu PLASCON sa odhadujú na menej ako 2 000 € za tonu, ale najčastejšie sú v rozsahu od 1 000 do 1 500 € za tonu. Prevádzkové náklady na plazmovo-elektrický konvertor odpadu STARTECH sú iba 300 € za tonu (Environment Australia, 1997).
© 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