UTILIZATION OF COMBINED THERMAL DESORPTION AND CATALYTIC OXIDATION METHODS FOR SOLID WASTE DECONTAMINATION DEKONTAMINACE ODPADŮ KOMBINACÍ METOD TERMICKÉ DESORPCE A KATALYTICKÉHO SPALOVÁNÍ THECAT Helena Váňová 1), Jan Kukačka 1), Robert Raschman 1), Olga Šolcová 2), Květuše Jirátová 2), Pavel Topka 2) 1) Dekonta, a.s., Dretovice 109, 273 42 Stehelceves, Czech Republic, e-mail: vanova@dekonta.cz 2) Institute of Chemical Process Fundamentals of the ASCR, v.v.i., Rozvojova 2/135, 165 02 Prague 6 Suchdol, Czech Republic, e-mail: Solcova@icpf.cas.cz Abstract: TheCat is a new technology for decontamination of wastes contaminated mainly by petroleum hydrocarbons and oil products. The new technology combines thermal desorption and catalytic oxidation. The research consisted of laboratory tests of catalysts and laboratory and pilot thermal desorption trials with model and real samples. After the laboratory research the model unit of the TheCat technology was assembled. The model unit consists of: thermal desorption pilot unit, catalytic oxidation pilot unit and ejector which is placed between desorption and catalytic units. As the air for combustion is going through the nozzle of the ejector the desorbed vapors are sucked into to the catalytic oxidizer. The new technology and the model unit were tested by processing of several model and real samples of contaminated soils. The efficiency of removing C 6 -C 9, C 10 -C 40 and BTEX from the model samples was higher than 97 %. The efficiency in removal of TOC from the vapor stream of the model samples was higher than 96 %. The efficiency of removing C 6 -C 9 and C 10 -C 40 from the real samples was higher than 87 %, the efficiency in PAH removal was around 80 % except one sample where the efficiency was only 25 %. The efficiency in removal of TOC from the vapor stream of the real samples was higher than 80 %. The trials were conducted under these conditions: pressure 730 800 mbar abs., maximal temperature 150 317 C according to the main contaminant. Concentrations of the contaminants were around 5 g/kg d.m. BTEX and 6,7 42 g/kg d.m. C 10 -C 40 in the model samples. In the real samples the contaminations were 33 152 g/kg d.m. of C 10 -C 40 and 0,12-7,7 g/kg d.m. for PAH. Keywords: Thermal desorption, catalytic oxidative decomposition, waste decontamination, TheCat, petroleum hydrocarbons Abstrakt: Technologie TheCat představuje novou technologii pro zpracování matric kontaminovaných zejména ropnými látkami, která přímo kombinuje termickou desorpci a katalytické spalování. V rámci výzkumu této technologie byl pomocí laboratorních zkoušek proveden výběr vhodných katalyzátorů a na čtvrtprovozní desorpční jednotce byla provedena sada desorpčních zkoušek jak s modelovými, tak s reálnými vzorky. Po ukončení laboratorní fáze výzkumu bylo přistoupeno k sestavení modelového zařízení technologie TheCat a k ověření funkčnosti celku. Modelové zařízení se skládá z desorpční jednotky, katalytické spalovny a ejektoru, který je umístěn mezi desorpční jednotkou a katalytickou spalovnou. Tryskou ejektoru prochází spalovací vzduch a odčerpává z desorpční komory desorbované látky. Funkčnost a účinnost modelového zařízení byly vyzkoušeny na modelových a reálných vzorcích. Účinnost odstranění látek typu C 6 -C 9, C 10 -C 40 a BTEX se u modelových vzorků pohybovala nad 97 %. Účinnost odstranění TOC z proudu vzdušiny se pak u modelových zkoušek pohybovala nad 96 %. Účinnost odstranění látek typu C 6 -C 9 a C 10 -C 40 se u reálných vzorků pohybovala nad 87 %, účinnost odstranění PAH se pohybovala okolo 80 % s výjimkou jednoho pokusu, kdy bylo dosaženo účinnosti pouze 25 %. Účinnost odstranění TOC z proudu vzdušiny se pak pohybovala nad 80 %. Testy byly prováděny za tlaku 730 800 mbar abs. při maximální teplotě 150 317 C dle typu hlavního kontaminantu. Vstupní koncentrace kontaminantů se u modelových vzorků pohybovaly okolo 5 g/kg s. BTEX a od 6,7 42 g/kg C 10 -C 40, u reálných vzorků se pak 31
koncentrace C 10 -C 40 pohybovaly od 33 do 152 g/kg s. a koncentrace PAH se pohybovaly od 0,12 do 7,7 g/kg s. Klíčová slova: Termická desorpce, katalytická oxidace, dekontaminace odpadů, TheCat, ropné uhlovodíky Úvod Cílem projektu Dekontaminace odpadů kombinací metod termické desorpce a katalytického spalování byl výzkum a ověření nové technologie pro sanaci kontaminovaných matric, která přímo kombinuje termickou desorpci za sníženého tlaku s katalytickým spalováním. Na projektu se podílely společnost Dekonta, a.s. a Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i. (ÚChP). Výzkumné práce byly rozděleny do devíti etap, ve kterých byla postupně věnována pozornost katalýze, termické desorpci, propojení obou technologií a testování modelového zařízení technologie, která byla nazvána TheCat. Metodika Výzkumné práce byly realizovány na pracovištích ÚChP a v Technologické laboratoři společnosti Dekonta. V počátku projektu byl výzkum rozdělen na práce zabývající se katalýzou - touto tématikou se zabývali pracovníci ÚChP, a na práce zabývající se termickou desorpcí - touto tématikou se zabývali pracovníci Dekonty. Pro vlastní technologii TheCat bylo zapotřebí vybrat vhodné katalyzátory. Testování katalyzátorů bylo prováděno na laboratorní aparatuře, která je znázorněna na obr. 1. Mírou aktivity hodnocených katalyzátorů byly teploty T 50 ( C) a T 90 ( C) při totální oxidaci ethanolu, toluenu a dichlormethanu. Katalyzátory byly testovány jak v původní velikosti, tak upravené ve formě zrn o velikosti 0,160 až 0,315 mm. Kromě aktivity katalyzátorů byly zjišťovány i texturní charakteristiky pomocí rtuťové porozimetrie a fyzikální adsorpce dusíku při teplotě kapalného dusíku. U vybraných katalyzátorů byl dále zjišťován vliv vodní páry, prachu strženého z desorpční komory a oxidu siřičitého na aktivitu a selektivitu katalyzátoru. Vzorky katalyzátorů byly smíchány s prachem, sířeny v proudu vzduchu s obsahem 1000 ppm oxidu siřičitého s přídavkem 3 % vody. Následně byla na pokusném zařízení testována aktivita a selektivita katalyzátorů. Obr. 1: Aparatura pro testování aktivity katalyzátorů K dalším testováním byla využita testovací katalytická spalovna, kde jako reaktorová komora slouží válcová nádoba z nerezové oceli o vnitřním průměru 30 cm s perforovaným mezidnem na dvou přírubách. Výška sypané vrstvy katalyzátoru dosahuje přibližně 30 cm, což odpovídá objemu cca 21 dm 3. V plášti nádoby jsou instalovány návarky se závitem pro umístění odporových teploměrů. Měří se teplota před vstupem do elektrického ohřívače, dále teplota vzdušiny vstupující do reaktoru
a dalších pět odporových teploměrů snímá teplotní profil v loži katalyzátoru. Provoz modelové katalytické spalovací jednotky je řízen programovatelným automatem SAIA PCD4, který lze ovládat pomocí PC. Měřené hodnoty (teploty a stupeň otevření klapky na obtokovém kanálu) jsou průběžně snímány a archivovány. Řídicí systém reguluje teplotu vzdušiny snímanou na vstupu do reaktoru a podle potřeby zapíná a odpojuje topné články v elektrickém ohřívači, případně otevírá nebo zavírá klapku na obtokovém kanálu. Celé zařízení je umístěno v samonosném kontejneru. K ověření účinnosti termické desorpce a k sestavení modelové jednotky technologie TheCat bylo využito testovací zařízení společnosti Dekonta. Jedná se o vsádkovou míchanou vakuovou desorpční jednotku s nepřímým ohřevem (teplonosným médiem je olej). Jednotka se skládá ze tří částí desorpční komory, jednotky pro ohřev oleje a kondenzační jednotky s vakuovou pumpou. Obr. 2 až obr. 4 ukazují testovací zařízení. Desorpční komora je opatřena kovovým prachovým filtrem, který umožňuje záchyt částic o velikosti až 50 m. Prostor prachového filtru je rovněž, stejně jako plášť komory, vyhřívaný. Desorbované páry jsou dále vedeny do kondenzační jednotky, kde jsou kondenzovány v trubkovém kondenzátoru. Chladicím médiem v kondenzátoru je voda, jejíž teplotu lze nastavit a regulovat od 8 do 30 C. V případě potřeby, zejména při zpracování materiálů obsahujících těžší uhlovodíkové frakce, je možné dopravní cesty, včetně vnějšího pláště kondenzátoru, ohřívat. Kondenzát je shromažďován v zásobníku, ze kterého lze průběžně odebírat vzorky, případně sledovat hmotnostní přírůstky apod. Na výstupu technologie je umístěna vakuová pumpa, za níž se nachází pojistný deskový kondenzátor, který slouží k záchytu případných zbytků vodní páry, nebo oleje. Nekondenzovatelná plynná fáze je odtahována skrz filtr s aktivním uhlím do odtahového potrubí laboratoře. Vlastní desorpční zkouška se skládá z několika kroků: příprava materiálu vizuální kontrola, separace větších částic, kovových předmětů apod., vložení materiálu do komory, její uzavření, vakuová zkouška zkouška těsnosti systému, vlastní desorpční test postupné zvyšování teploty ohřevu (oleje), snižování tlaku v systému, ukončení testu po dosažení požadované teploty a/nebo doby zdržení při teplotě je zapnuto chlazení systému (nepřímé chlazení pomocí teplonosného média, kdy je nejprve ochlazen olej, který následně ochlazuje desorpční komoru). Desorpční jednotku je možné připojit k PC a zobrazovat a nahrávat průběžná data. Nahrávány jsou tyto parametry: teplota produktu uvnitř komory, teplota oleje, tlak v komoře, příkon míchadla, otáčky míchadla. Na kondenzační jednotce je dále sledována vstupní a výstupní teplota chladicí vody v kondenzátoru, tlak v kondenzační jednotce v místě mezi kondenzátorem a vakuovou pumpou, teplota par na vstupu do kondenzátoru.
Obr. 2: Desorpční komora jednotky vakuové termické desorpce Obr. 3: Kondenzační jednotka Obr. 4: Jednotka pro ohřev oleje
Po sadě laboratorních zkoušek bylo sestaveno modelové zařízení technologie TheCat, které se skládá z výše popsané vsádkové jednotky termické desorpce, kde byla na místo kondenzační jednotky připojena výše popsaná jednotka katalytického spalování. Vzhledem k agresivitě a vysoké teplotě odcházejících vzdušin bylo nutné řešit otázku tvorby podtlaku a dopravy desorbovaných podílů jinak než běžnými čerpadly a vakuovými pumpami. Bylo zvoleno zcela originální řešení, a to propojení obou celků za pomoci ejektoru, kterým je hnán spalovací vzduch. Tryskou hnaný spalovací vzduch strhává páry z desorpční komory, které se se spalovacím vzduchem mísí a putují na katalytické lože, kde dojde k jejich oxidaci. Během pokusu byla sledována teplota pláště, teplota produktu, tlak v desorpční komoře, průtok spalovacího vzduchu dmychadlem vhánějícím vzduch do systému a dále teploty v prostoru katalytického lože. Na výstupu z katalytické spalovny byly kontinuálně měřeny koncentrace TOC (sledovány na vstupu a výstupu ze spalovny), SO 2, CO, CO 2, NO x a O 2. Ze vstupních a výstupních vzorků pevné fáze byla vyhodnocena účinnost a stanoveny parametry dle vyhl. MŽP č.294/2005. Výsledky V rámci výzkumu katalyzátorů bylo testováno několik výzkumných a komerčních katalyzátorů. Na základě výsledků laboratorních zkoušek, a na základě dalších důležitých parametrů jako je např. dostupnost produktu nebo jeho cena byly vybrány tři komerční katalyzátory EnviCat VOC-1544 (Cu, Mn), EnviCat VOC-5565 (Pt, Pd) a EnviCat HHC-5557 (Pt,Pd). Tab. 1 ukazuje výsledky testování aktivity katalyzátorů při totální oxidaci toluenu. Tab. 2 pak ukazuje výsledky testování sířeného katalyzátoru HHC-5557. Tab. 1: Aktivita katalyzátorů a selektivita na oxid uhličitý při totální oxidaci toluenu Katalyzátor Aktivní složka T 50 T 90 S 95 [ C] [ C] [%] VOC-5565 0.15 % hm. Pt + Pd 253 268 99 HHC-5557 0.3 % hm. Pt + Pd 184 197 96 VOC-1544 3 6 % hm. Cu + Mn 153 184 100 Tab. 2: Vliv příměsi prachu a oxidu siřičitého na aktivitu a selektivitu katalyzátoru HHC-5557 Příměs vzdušiny Toluen T 50 [ C] T 90 [ C] - 184 197 100 SO 2 192 210 100 SO 2 + prach 185 196 100 Ethanol - 160 179 86 SO 2 160 192 64 SO 2 + prach 97 127 44 Na základě výsledků byl pro další testování vybrán katalyzátor Envicat VOC-1544. V rámci desorpční části výzkumného projektu bylo provedeno několik testů s modelovými a s reálnými vzorky. Klíčovým parametrem byla dosažená účinnost při daných parametrech (teplota, tlak, doba zdržení), která byla určena ze vzorků pevné fáze před desorpcí a po desorpci. Výsledky vybraných pokusů jsou shrnuty v tab. 3. S 95 [%]
Tab. 3: Účinnost termické desorpce na modelových vzorcích z hlediska obsahu hlavního kontaminantu Vzorek Vstup Výstup Účinnost Sušina Koncentrace Sušina Koncentrace [%] [%] [mg.kg -1 suš.] [%] [mg.kg -1 suš.] T1 NEL 10000 87,7 10800 99,9 30 99,7 T2 NEL 100000 86,3 116000 99,9 30 100 T3 BTEX 200 92,7 1,41 99,6 < 0,4 - T5 PAH 200 91,7 30,9 95,9 0,6 98 T6 PAH 2000 91,7 64,7 99,9 0,41 99,3 T7 MIX 84,3 * 2MN...2-methylnaftalen NEL 1560 BTEX 7 C 10 -C 40 13843 2MN* 23,4 99,9 NEL < 40 BTEX 0,26 C 10 C 40 < 100 2MN < 3 > 97,4 96,3 > 99,3 > 87 Po sadě dalších drobných ověřovacích a laboratorních zkoušek s katalyzátory bylo přistoupeno k sestavení a ověření vlastního modelového zařízení technologie TheCat. Funkčnost modelového zařízení a celé myšlenky nové technologie byla nejprve ověřena na modelových vzorcích a nakonec i na zátěžových reálných vzorcích. Výsledky modelových pokusů jsou shrnuty v tabulkách 4 až 6. Obrázek 5 ukazuje desorpční křivku modelových vzorků spolu s vývojem koncentrace TOC před vstupem do katalytické spalovny (na výstupu z desorpční komory) a na jejím výstupu, obrázek 6 ukazuje vývoj účinnosti katalytického spalování v průběhu pokusu. Výsledky testů s reálnou matricí jsou pak shrnuty v tab. 7 a 8, obr. 7 znázorňuje desorpční křivku spolu s vývojem koncentrace TOC před vstupem do katalytické spalovny (na výstupu z desorpční komory) a na jejím výstupu. Obr. 8 ukazuje vývoj účinnosti katalytického spalování v průběhu pokusu. Tab. 4: Výsledky modelových testů technologie TheCat vstupní a výstupní parametry modelových vzorků Vzorek Sušina BTEX C 6 -C 9 C 10 -C 40 PAH [hm. %] [mg.kg -1 suš.] [mg.kg -1 suš.] [mg.kg -1 suš.] [mg.kg -1 suš.] TC01-in 94,3 4340 - - - TC01-out 99,9 4.69 - - - TC02-in 94,6 5682 - - - TC02-out 99,9 5,29 - - - TC03-in 95,6-82 6778 - TC03-out 99,9 - < 60 150 - TC04-in 90,7 4830 - - - TC04-out 99,7 2,15 - - - TC05-in 91,2-2730 42010 14,56 TC05-out 99,9 - < 80 407 0,95 Tab. 5: Výsledky modelových testů technologie TheCat účinnost odstranění kontaminantů Vzorek Kontaminant Účinnost T produkt, max. Doba testu [%] [ C] [min] TC01 BTEX 99,9 192 200 TC02 BTEX 99,9 150 175 TC03 C 10 -C 40 97,8 279 210 TC04 BTEX 99,96 187 220 C 6 -C 9 > 97,07 TC05 C 10 -C 40 99,03 254 251 PAH 93,48
Tab. 6: Výsledky modelových testů technologie TheCat parametry dle vyhl. č. 294/2005 MŽP Parametr Jednotka Třída vyluhovatelnosti (Tab. 2.1) I II-a II-b III Tab. č. 4.1 Tab. č. 10.1 TC04 (BTEX) TC05 (PHM) As mg.l -1 0,05 2,5 0,2 2,5 - - 0,016 0,0143 Ba mg.l -1 2 30 10 30 - - 0,0214 0,0222 Cd mg.l -1 0,004 0,5 0,1 0,5 - - < 0,0004 < 0,0004 Cr celk. mg.l -1 0,05 7 1 7 - - 0,0016 0,0016 Cu mg.l -1 0,2 10 5 10 - - 0,007 0,0071 Hg mg.l -1 0,001 0,2 0,02 0,2 - - < 0,001 < 0,001 Mo mg.l -1 0,05 3 1 3 - - 0,0038 0,0037 Ni mg.l -1 0,04 4 1 4 - - 0,0024 0,0026 Pb mg.l -1 0,05 5 1 5 - - < 0,005 < 0,005 Sb mg.l -1 0,006 0,5 0,07 0,5 - - 0,001 0,0007 Se mg.l -1 0,01 0,7 0,05 0,7 - - < 0,01 < 0,01 Zn mg.l -1 0,4 20 5 20 - - < 0,002 < 0,002 Cl - mg.l -1 80 1500 1500 2500 - - < 50 < 50 F - mg.l -1 1 30 15 50 - - 0,6 25,8 SO 4 2- Fenolový index mg.l -1 100 3000 2000 5000 - - 76,6 < 10 mg.l -1 0,1 - - - - - < 0,1 < 0,1 DOC mg.l -1 50 80 80 100 - - 20,7 25,8 ph - - 6 6 - - - 8,05 7,26 TOC mg.kg -1 s. - - - - 30000-7900 6900 BTEX mg.kg -1 s. - - - - 6 0,4 2,15 0,78 PCB mg.kg -1 s. - - - - 1 0,2 < 0,03 < 0,03 C 10 -C 40 mg.kg -1 s. - - - - 500 300 570 407 PAH mg.kg -1 s. - - - - 80 6 1,06 0,95 EOX mg.kg -1 s. - - - - - 1 nestan. nestan. As mg.kg -1 s. - - - - - 10 6,62 9,36 Cd mg.kg -1 s. - - - - - 1 0,14 0,14 Cr celk. mg.kg -1 s. - - - - - 200 22,3 9,45 Hg mg.kg -1 s. - - - - - 0,8 < 0,05 < 0,05 Ni mg.kg -1 s. - - - - - 80 11,3 5,14 Pb mg.kg -1 s. - - - - - 100 12 13,8 V mg.kg -1 s. - - - - - 180 15,1 8,88
Účinnost [%] Teplota [ C] Teplota [ C] Tlak [mbar], TOC.10-1 [ppm] 200 TheCat 04 1000 150 100 prudký nárůst teploty v reaktoru - ochlazení 750 500 50 250 Obr 5: Test TC04 s kontaminací BTEX (4830 mg.kg -1, 40,7 kg) koncentrace TOC na vstupu a výstupu ze spalovny měřená současně dvěma přístroji 0 0 0 50 100 150 200 250 Doba testu [min] Teplota produktu Tlak TOC vstup TOC výstup 100,0 TheCat 04 200 99,0 150 98,0 100 97,0 prudký nárůst teploty v reaktoru - ochlazení 50 96,0 0 50 100 150 200 250 0 Obr. 6: Účinnost katalytického spalování během testu TC04 (kontaminace BTEX) Účinnost Doba testu [min] Teplota produktu Tab. 7: Výsledky reálných testů účinnost odstranění kontaminantů Vzorek TC06 TC07 TC08 Kontaminant Vstup Výstup Účinnost T max. Doba testu [mg.kg -1 suš.] [mg.kg -1 suš.] [%] [ C] [min] C 6 -C 9 1530 < 100 > 93,5 C 10 -C 40 56650 < 100 > 99,8 296 260 PAH 4460 768 82,8 C 6 -C 9 826 < 100 > 87,9 C 10 -C 40 33070 3850 88,4 317 330 PAH 7719 1349 82,5 C 10 -C 40 152180 87700 42,3 NEL 148550 100710 32,2 308 358 PAH 117,3 87,4 25,5
Tab. 8: Výsledky reálných testů technologie TheCat parametry dle vyhl. č. 294/2005 MŽP Parametr Jednotka Třída vyluhovatelnosti (Tab. 2.1) Tab. č. 4.1 I II-a II-b III Tab. č. 10.1 TC06 (PAH) TC07 (PAH) TC08 (oleje) As mg.l -1 0,05 2,5 0,2 2,5 - - 0,019 0,015 0,01 Ba mg.l -1 2 30 10 30 - - 0,02 0,021 0,058 Cd mg.l -1 0,004 0,5 0,1 0,5 - - < 0,0005 < 0,0005 < 0,0005 Cr celk. mg.l -1 0,05 7 1 7 - - 0,011 0,0045 0,0023 Cu mg.l -1 0,2 10 5 10 - - 0,007 0,0044 0,0058 Hg mg.l -1 0,001 0,2 0,02 0,2 - - 0,002 < 0,001 < 0,001 Mo mg.l -1 0,05 3 1 3 - - 0,014 0,0059 0,0092 Ni mg.l -1 0,04 4 1 4 - - 0,01 0,0062 0,013 Pb mg.l -1 0,05 5 1 5 - - < 0,0005 < 0,0005 0,0006 Sb mg.l -1 0,006 0,5 0,07 0,5 - - 0,0009 0,026 0,001 Se mg.l -1 0,01 0,7 0,05 0,7 - - < 0,0005 < 0,0005 < 0,005 Zn mg.l -1 0,4 20 5 20 - - 0,0017 0,001 0,0037 Cl - mg.l -1 80 1500 1500 2500 - - < 50 < 50 < 50 F - mg.l -1 1 30 15 50 - - 1,05 0,96 0,95 mg.l -1 100 3000 2000 5000 - - < 10 < 10 26,9 Fenolový index mg.l -1 0,1 - - - - - 0,135 < 0,1 0,1 DOC mg.l -1 50 80 80 100 - - 24,1 23,9 115 SO 4 2- ph - - 6 6 - - - 7,44 7,69 7,17 TOC mg.kg -1 s. - - - - 30000-10590 22530 83200 BTEX mg.kg -1 s. - - - - 6 0,4 0,18 0,033 0,22 PCB mg.kg -1 s. - - - - 1 0,2 < 0,03 < 0,03 < 0,05 C 10 -C 40 mg.kg -1 s. - - - - 500 300 < 100 3850 87700 PAH mg.kg -1 s. - - - - 80 6 768 1349 87,4 EOX mg.kg -1 s. - - - - - 1 nestan. nestan. nestan. As mg.kg -1 s. - - - - - 10 6,24 6,39 12,4 Cd mg.kg -1 s. - - - - - 1 0,27 0,3 0,37 Cr celk. mg.kg -1 s. - - - - - 200 68 67,3 135 Hg mg.kg -1 s. - - - - - 0.8 0,187 < 0,05 < 0,05 Ni mg.kg -1 s. - - - - - 80 38,9 38,4 81,9 Pb mg.kg -1 s. - - - - - 100 10,7 42,4 26,3 V mg.kg -1 s. - - - - - 180 9,93 10,2 49,6
Účinnost [%] Teplota [ C] Teplota [ C] Tlak [mbar], TOC [ppm], NOx [ppm] 400 výpadek dmychadla TheCat 08 1000 300 750 200 500 100 250 0 0 100 200 300 400 Doba testu [min] 0 Teplota produktu Tlak TOC vstup TOC výstup NOx výstup Obr. 7: Znázornění průběhu testu TC08 100 TheCat 08 320 80 výpadek dmychadla 240 160 60 80 40 0 100 200 300 400 Doba testu [min] 0 Účinnost Teplota produktu Obr. 8: Účinnost katalytického spalování během testu TC08 (kontaminace PAH) Diskuse Na základě průběžně získávaných laboratorních a čtvrtprovozních výsledků byla postupně upřesňována idea nové technologie přímo kombinující katalytické spalování a termickou desorpci bez použití běžných pump. Modelové testy technologie TheCat sloužily k ověření funkčnosti daného
modelového zařízení, ale i k ověření vlastní myšlenky. V rámci modelových zkoušek se podařilo identifikovat možné problémy a připravit jednotku na zátěžové testy s reálnými vzorky. K ověření použitelnosti technologie při zpracování reálných materiálů byly vybrány dva typy reálných vzorků. Byly provedeny dva testy s matricí s vysokým obsahem ropných látek a polyaromatických uhlovodíků a byl proveden jeden test s materiálem pocházejícím z černé skládky, kde došlo k masivnímu úniku strojních olejů. Jak modelové, tak reálné zkoušky byly poznamenány technickou závadou, která neumožňovala dosažení teplot vyšších než zhruba 315 C. Tímto faktem byly poznamenány zejména výsledky testu TC08 (kontaminace strojními oleji), kdy k největšímu odparu daného kontaminantu dochází až při teplotách nad 340 C. Provedené zkoušky potvrdily, že technologie je využitelná zejména při likvidaci znečištění ropnými látkami. Výhodná je rychlost a oproti běžně používaným desorpčním technologiím i relativně nízké náklady. Výhodou je i modulární uspořádání, které činí celou jednotku mobilnější. Nevýhodou technologie může být vlastní katalytická část, kde může dojít k otravě nasazených katalyzátorů. Úspěšné čtvrtprovozní zkoušky na modelovém zařízení přinesly mnoho dílčích poznatků, na které bude potřeba se v budoucnu dále zaměřit. Jsou to zejména tyto oblasti: katalyzátory výběr vhodného katalyzátoru pro daný zpracovávaný materiál, dlouhodobé ověření jejich životnosti, možnost využití technologie TheCat ověřit možnost využití systému pro další kontaminanty, převedení vsádkového systému do kontinuálního režimu, technická úprava testovacího zařízení doplnění dalších kontrolních a ovládacích prvků. Závěr V rámci několikaletého výzkumného projektu Dekontaminace odpadů kombinací metod termické desorpce a katalytického spalování (TheCat) bylo sestaveno a otestováno modelové zařízení technologie TheCat. V rámci laboratorního testování byly nejprve vybrány vhodné katalyzátory a byla ověřena účinnost metody pro vybrané typy kontaminantů. Následně bylo sestaveno modelové zařízení nové technologie, které bylo otestováno při zpracování jak modelových, tak reálných vzorků. Jak při desorpci, tak při části katalytického spalování bylo dosaženo účinnosti nad 80 %, což je k potvrzení funkčnosti dostačující. Poděkování Projekt Dekontaminace odpadů kombinací metod termické desorpce a katalytického spalování č. FR-TI1/050 vznikl za finanční podpory prostředků státního rozpočtu České republiky v rámci programu výzkumu a vývoje TIP Ministerstva průmyslu a obchodu. Literatura: Application guide for thermal desorption systems - technical report TR-2090-ENV. 1998. Naval Facilities Engineering Service Center. Araruna J.T. et al. 2004. Oil spills debris clean up by thermal desorption. Journal of Hazardous Materials 110, pp. 161 171. Falciglia P.P., Giustra M.G., Vagliasindi F.G.A. 2011. Low-temperature thermal desorption of diesel polluted soil: Influence of temperature and soil texture on contaminant removal kinetics. Journal of Hazardous Materials 185, pp. 392 400. Gan S., Lau E.V., Ng H.K. 2009. Remediation of soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Journal of Hazardous Materials 172, pp. 532-549. Khan F.I., Husain T., Hejazi R. 2004. An overview and analysis of site remediation technologies. Journal of Environmental Management 71, pp. 95-122.
Váňová H., Šolcová O., Kukačka J., Topka P., Jirátová K., Raschman R. 2013. Dekontaminace odpadů kombinací metod termické desorpce a katalytického spalování závěrečná zpráva o výsledcích řešení projektu FR-TI1/059, 2013.