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 CHEMICKO
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 exex-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
prachovitý materiál laboratorní zpracování 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
množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%]
gama HCH, ohřev 30 minut 60 cihla zemina
40 20 0 70
120
170
220
teplota TD [°C]
270
320
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech
vliv vlastnosti kontaminantu
množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%]
zemina, ohřev 30 minut
80
alfa HCH
60
HCB
40 20 0 70
120
170
220
teplota TD [°C]
270
320
Stevenson (1982), Humus Chemistry
Mineralogy database (2005)
Hodnocení poklesu kontaminace v některých případech DDT a produkty jeho tepelného namáhání při desorpci z cihel, ohřev 30 minut
poměrné vyjádření ření obsahu kontaminantu na matrici [%]
100 2,4´-DDT
80
4,4´-DDE 2,4´-DDE
60
4,4´-DDT
40 20 0 0
100
200 teplota TD [°C]
300
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv doby ohřevu cihla, alfa HCH, 150°C 100 80 60 40 20
< 0,1 mm
0,8 - 0,315 mm
1 - 0,8 mm
2,5 - 1 mm
5,6 - 2,5 mm
12,5 - 5,6 mm
90
60
> 12,5 mm
čas ohřevu [min]
30
vstup (0)
0
frakce
obsah kontaminace vzhledem ke vstupu [%]
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech vliv velikosti částic
cihla, alfa HCH, ohřev 30 minut
100 80 60 40 20
F2 (2,5-1,0 mm) F1 (1,0-0,8 mm)
F3 (5,6-2,5 mm)
F4 (12,5-5,6 mm)
teplota TD [°C]
330°C
290°C
240°C
175°C
125°C
0 vstup
množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%]
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 teplota TD [°C]
250
300
350
Ukázka zjištěných výsledků a trendů na příkladech
vliv velikosti a ideality systému cihly, HCB, ohřev 30 minut 100 množství kontaminace vzhledem ke vstupu [%]
trubice TD
80
vestavba, průměr z frakcí vestavba, frakce F4 (12,5-5,6 mm)
60
poloprovoz
40 20 0 50
100
150
200 teplota TD [°C]
250
300
350
Tabelární výběr výsledků zjištěných při poloprovozních zkouškách s kontaminovanou zeminou
obsah kontaminantu jako podíl vzhledem k jeho vstupnímu obsahu [%] 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
(1. krok, ohřev 30 minut)
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
