Termická desorpce persistentních organických polutantů s využitím klasického ohřevu v laboratorním a poloprovozním měřítku Jiří Hendrych Martin Kubal Pavel Mašín Lucie Kochánková Jiří Kroužek VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE
Persistentní organické polutanty toxické vlastnosti schopnost přetrvávat v prostředí (odolnost rozkladu, pohyb v prostředí) bioakumulace dálkový přenos, depozice škodlivý vliv na zdraví a životní prostředí pesticidy, průmyslové chemikálie (PCB, HCB), vedlejší produkty (dioxiny) z hlediska sanačních technologií vysoká teplota bodu varu, nízký tlak par odolnost vůči rozkladu
Princip technologie ex-situ termické desorpce nespalovací dekontaminační proces uvolňování znečišťujících látek do plynného proudu obvykle kontinuálně v rotačním desorbéru vysoké náklady, vysoká účinnost limity požadovaná teplota, charakteristiky materiálu využití materiálu po desorpci odplyny odprášení, další zpracování podle charakteru a množství kontaminace (spalování, chemický rozklad, )
Cíle práce sledovat pokles obsahu kontaminantů na matrici při termické desorpci (různé matrice, různé kontaminanty) zvětšovat měřítko systému a snižovat idealizaci systému používat různé režimy ohřevu a nakládání s materiálem zjistit vliv zrnitosti materiálu definovat vhodné parametry plynoucí z laboratorních testů pro poloprovozní ověření technologie výsledky poloprovozních zkoušek porovnat s výsledky zjištěnými v menším měřítku definovat podmínky pro optimalizaci termické desorpce
Kontaminované materiály stavební odpad (beton, cihly, směsná suť), zemina homogenizované i zrnité vzorky kontaminace HCH, HCB, DDT, PCB, PAU zjištění chování materiálů při jejich zahřívání
Aparáty s klasickým způsobem ohřevu dosažení různé požadované teploty a doby zdržení, zachycování desorbovaných produktů, přečištění odplynu laboratorní zpracování prachovitý materiál zrnitý materiál poloprovozní zpracování těsnost aparatur a bezpečnost provozování analytické zpracování vzorků extrakce, plynová chromatografie
Vestavby a velikost systému v laboratorním měřítku
Poloprovozní zkoušky
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv typu matrice gama HCH, ohřev 30 minut množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 60 cihla 40 zemina 20 0 70 120 170 220 270 320 teplota TD [ C]
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv vlastnosti kontaminantu zemina, ohřev 30 minut množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 80 alfa HCH 60 HCB 40 20 0 70 120 170 220 270 320 teplota TD [ C]
Stevenson (1982), Humus Chemistry Mineralogy database (2005)
Hodnocení poklesu kontaminace v některých případech 100 DDT a produkty jeho tepelného namáhání při desorpci z cihel, ohřev 30 minut poměrné vyjádření obsahu kontaminantu na matrici [%] 80 60 40 20 0 2,4 -DDT 4,4 -DDE 2,4 -DDE 4,4 -DDT 0 100 200 300 teplota TD [ C]
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv doby ohřevu cihla, alfa HCH, 150 C 100 80 60 40 obsah kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 20 0 vstup (0) čas ohřevu [min] 30 60 90 > 12,5 mm 12,5-5,6 mm 5,6-2,5 mm 2,5-1 mm 1-0,8 mm 0,8-0,315 mm < 0,1 mm frakce
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv velikosti částic cihla, alfa HCH, ohřev 30 minut 100 množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 80 60 40 20 0 vstup 125 C 175 C 240 C 290 C teplota TD [ C] 330 C F4 (12,5-5,6 mm) F3 (5,6-2,5 mm) F2 (2,5-1,0 mm) F1 (1,0-0,8 mm) frakce
Dílčí závěry k odstranění kontaminantů z matric dochází při teplotách nižších než teplota varu kontaminantů teplotní rozsah, kdy nedochází k destrukci matric kvantifikován vliv dalších parametrů, má význam zejména u nižších teplot s poklesem ideality systému klesá účinnost TD uchování a stárnutí vzorků návrh procesních podmínek pro poloprovozní zkoušky
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv velikosti a ideality systému zemina, ΣPCB, ohřev 30 minut množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 100 laboratoř 80 poloprovoz 60 40 20 0 50 100 150 200 250 300 350 teplota TD [ C]
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv velikosti a ideality systému množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%] 100 80 60 40 20 cihly, HCB, ohřev 30 minut trubice TD vestavba, průměr z frakcí vestavba, frakce F4 (12,5-5,6 mm) poloprovoz 0 50 100 150 200 250 300 350 teplota TD [ C]
Tabelární výběr výsledků zjištěných při poloprovozních zkouškách s kontaminovanou zeminou obsah kontaminantu jako podíl vzhledem k jeho vstupnímu obsahu [%] (1. krok, ohřev 30 minut) 130 C 250 C alfa HCH 57 2 beta HCH 89 5 gama HCH 37 1 PCB 100 36 antracen 66 11 fenantren 74 18 fluoranten 74 37 chrysen 73 43 naftalen 63 3
Závěry sledováno chování 3 skupin kontaminantů při TD v souvislosti s různými matricemi a procesními podmínkami nalezeny a kvantifikovány charakteristiky procesu TD s klasickým způsobem ohřevu význam laboratorních testů; povede k optimalizaci a úsporám při nastavování podmínek poloprovozních zkoušek problematika neshody výsledků analýz vzorků i v komerčních laboratořích s tím související nastavení sanačních limitů