Vymývanie a pranie
Princíp
Pranie zemín alebo pôdy, nazývané aj vymývanie alebo prepieranie pevných materiálov, patrí medzi fyzikálno-chemické sanačné metódy ex situ. Pri ňom sa kontaminanty naviazané na jemnú frakciu zeminy oddeľujú od neznečistenej časti. Znečistenie sa z kontaminovanej zeminy odstraňuje praním vo vode, ktorá môže byť obohatená o chelátotvorné činidlá, reagenty upravujúce hodnotu pH prostredia, surfaktanty, prípadne iné aktívne látky (US EPA, 2001, 1995b, 1993c).
Použiteľnosť
Technológia prania pôdy sa využíva pri dekontaminácii zemín a pevných materiálov od nasledujúcich znečisťujúcich látok (Lin et al., 2001; Feng et al., 2001):
• prchavé a neprchavé organické znečisťujúce látky (ropné produkty, PCB, PAU, pesticídy, organochlórované uhľovodíky, dioxíny, furány),
• mnohé potenciálne toxické prvky (ťažké kovy),
• rádionuklidy,
• kyanidy.
Metóda sa komerčne využíva od roku 1982 v súčasnosti už v mnohých krajinách (napr. Holandsko, Nemecko, Belgicko, Švajčiarsko, Nemecko, USA a Japonsko) na dekontamináciu pevných materiálov od organických aj anorganických kontaminantov, prípadne rádionuklidov (Pearl a Wood, 1994).
Základná charakteristika
Cieľom procesu je minimalizácia množstva kontaminovaného materiálu. Dá sa to dosiahnuť najčastejšie dvoma spôsobmi (US EPA, 2001a):
• chemicky – rozpustením znečisťujúcich látok alebo ich extrahovaním do vymývacieho roztoku, ktorého zloženie sa môže počas procesu meniť,
• fyzikálne a mechanicky – koncentrovaním znečisteného materiálu do najmenšieho možného podielu zeminy prostredníctvom separácie, pri ktorej sa využívajú rozdielne fyzikálne vlastnosti častíc, napr. rýchlosť sedimentácie, merná hustota (hustota pevných častíc), veľkosť častíc (zrnitosť) a magnetické vlastnosti.
Využitie gravitačnej separácie, abrazívnych mechanizmov a separácie na základe veľkosti častíc v procese prania pôdy je založené na poznatkoch, že kontaminanty (organické alebo anorganické) sa prednostne sorbujú na koloidné častice pôdy s priemerom < 2 μm, napr. ílovitú frakciu alebo organickú hmotu. Jemné častice zemín sú naviazané na hrubozrnnejšie zložky zemín (piesčité zrná, štrk). Pri praní zeminy sa jemnozrnnejšia zemina oddeľuje od hrubozrnnejšej. Separovaná jemnozrnná frakcia sa spravidla ďalej upravuje napr. sorpciou na aktívne uhlie alebo ionovýmennými reakciami, alebo sa ukladá na skládku. Dekontaminovaný materiál je obyčajne inertný a môže sa uložiť na pôvodné miesto alebo použiť v inom procese (US EPA, 1993b).
Z vyťaženého znečisteného materiálu sa pred pracím procesom odstránia väčšie častice zeminy. Presitovaný materiál sa umiestni do pracieho zariadenia a tam sa zmieša s vodou a potrebnými činidlami. Voda zohráva v procese viacero dôležitých úloh: rozdrobuje agregáty zeminy, homogenizuje materiál a rozpúšťa kontaminanty. Zmes pracieho roztoku a kontaminovanej zeminy prechádza cez rôzne zmiešavacie čerpadlá, sitá a dýzy, ktorých účelom je oddeliť jemnú frakciu organickej hmoty a ílu s kontaminantmi od hrubozrnného materiálu. Piesčité a štrkové častice sa obrusujú abrazívnymi mechanizmami a pôsobením gravitácie klesajú na dno pracieho zariadenia. Po tomto kroku sú obyčajne zbavené kontaminantov a môžu sa vrátiť na miesto, z ktorého boli vyťažené na dekontamináciu. Jemnozrnná frakcia sa analyzuje na prítomné znečisťujúce látky a ak je to potrebné, vstupuje do ďalšieho pracieho režimu s vhodnými reagentmi alebo sa ďalej spracúva inými sanačnými technológiami. Na oddelenie ílovitej frakcie a organickej hmoty od vody je potrebné do zmesi pridať rozličné flokulanty alebo sa použije čistiaca flotačná jednotka. Následnou centrifugáciou sa jemnozrnná časť zeminy dôkladne odvodní. Voda použitá v procese sa upraví filtráciou, ktorou sa odstránia zostávajúce suspenzie, a na aktívnom uhlí sa zachytia kontaminanty rozpustené vo vode. Prečistená voda sa môže použiť v ďalšom vymývacom cykle alebo upraviť v čistiarni odpadových vôd a vypustiť do recipienta (FRTR, 2008; Pearl, 2007; US EPA, 2007a, 2007b). Jednotlivé kroky procesu prania zeminy/pevných materiálov sú prehľadne znázornené na obr. 4.1.33.
Obr. 4.1.33. Jednotlivé kroky pracieho procesu (US EPA, 2001a).
Vysvetlivky: 1 – presitovaná znečistená pôda, 2 – voda s reagentmi (činidlami), 3 – pracie zariadenie, 4 – čistenie vody, 5 – úpravňa, 6 – opätovné použitie vody, 7 – vyčistená voda, 8 – dekontaminovaná pôda, 9 – znečistená pôda určená na sekundárne dočistenie alebo na skládku.
Pranie pôdy a pevných materiálov predstavuje zvyčajne medzistupeň v sanačných technológiách a na dôkladnú dekontamináciu je potrebné použiť ďalšie metódy. Cieľom procesu je najmä znížiť koncentráciu kontaminantov a množstvo znečisteného materiálu.
Vzhľadom na to, že nie všetky typy materiálu sú vhodné na sanáciu vymývaním, samotnému procesu predchádza analýza vzorky média určeného na dekontamináciu (FRTR, 2008; Pearl, 2007). Zvyčajne je potrebné stanoviť:
• veľkosť pôdnych častíc (optimálna veľkosť častíc je 0,25 – 2 mm),
• rýchlosť sedimentácie,
• špecifickú hmotnosť,
• povrchové vlastnosti častíc,
• magnetické vlastnosti (stanovujú sa zriedkavo),
• rozpustnosť kontaminantov vo vode, resp. v kyslých, alkalických a komplexotvorných rozpúšťadlách.
Výhody a limitácie
Hlavné výhody prania zemín/pevných materiálov sú nasledovné (US EPA, 2001a):
• zníženie množstva znečisteného materiálu až o 70 – 80 % (zníženie nákladov na sekundárne dočistenie inými sanačnými technológiami),
• finančne nenáročný proces,
• vhodné aj na dekontamináciu silne znečisteného materiálu,
• pred samotným pracím procesom nie je potrebné sušenie materiálu ani iná náročnejšia úprava,
• aparatúra na pranie pôdy je mobilná a je možné jej presunutie na potrebnú lokalitu.
Nevýhody a limitácie prania je možné zhrnúť nasledovne (FRTR, 2008):
• nevhodnosť na čistenie pôd s vysokým podielom ílových minerálov a organickej hmoty a pôdy s vysokou katiónovou výmennou kapacitou, pretože obmedzujú uvoľnenie kontaminantov do pracieho roztoku,
• efektívnosť len v prípade heterogénneho materiálu s dostatočným podielom piesčitej a štrkovej frakcie,
• prací roztok musí byť dekontaminovaný,
• na odstránenie celého spektra znečisťujúcich látok v zemine je obyčajne potrebných niekoľko pracích režimov s rôznymi roztokmi reagentov, prípadne použitie iných dočisťovacích metód.
Trvanie čistenia a účinnosť
Celkový čas potrebný na dekontamináciu územia metódou prania sa pohybuje od niekoľko týždňov do niekoľko mesiacov (US EPA, 2001a). Čas čistenia závisí najmä od týchto faktorov:
• pomeru jemnozrnnej a hrubozrnnej časti zeminy/materiálu (zemina s väčším podielom štrku a piesku sa vyčistí rýchlejšie),
• koncentrácie a typu znečisťujúcich látok v zemine,
• kapacity pracieho zariadenia (kapacitne najväčšie jednotky sú schopné vyčistiť aj 760 m3 za deň).
Metóda je efektívna predovšetkým v prípade heterogénneho materiálu a zemín s rôznou zrnitosťou. Dekontaminácia je najúčinnejšia pri prchavých organických látkach, a to na 90 – 99 % už po prvom pracom cykle. Efektivita vymývania je pri neprchavých uhľovodíkoch nižšia (40 – 90 %) a režim vyžaduje pridanie vhodných surfaktantov. Na odstránenie kovov a organochlórovaných pesticídov je potrebné pridať do pracej vody kyslé reaktanty, prípadne chelátotvorné činidlá (Stegmann et al., 2001).
Sanácia zemín metódou prania v lokalite Basford Gasworks neďaleko Nottinghamu bola prvým veľkým projektom vo Veľkej Británii a na sanačných opatreniach sa podieľalo viacero spoločností. Dekontaminovalo sa bolo 161 150 t materiálu s účinnosťou čistenia 93 – 95 %. Koncentrácia ropných uhľovodíkov v zemine pred sanáciou bola 3 000 – 4 000 mg . kg–1 a po sanácii asi 209 mg . kg–1 (CLAIRE, 2002).
Iným príkladom úspešnej aplikácie technológie bola v roku 1993 dekontaminácia pôdy na území dnes už nefungujúceho závodu nakladajúceho s priemyselným odpadom v USA. Ťažkými kovmi (najmä Cr, Cu, Hg, Ni, Zn a Pb) bolo znečistených 19 200 t pôdy a sedimentov. Sanácia kontaminovaného územia pri dĺžke trvania 4 mesiace stála 1 700 000 $ (US EPA, 1995d).
© 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