Témata
Reklama

Odstranění kontaminace z podzemních vod

Čištění podzemních vod je základní součástí většiny sanačních akcí na území České republiky. Vyplývá to zejména z faktu, že v rámci možných expozičních scénářů na člověka a populaci jsou rizika spojená s používáním podzemní a povrchové vody nejpravděpodobnější a také nejčastější.

Volba vhodné sanační technologie čištění kontaminovaných podzemních vod přímo ovlivňuje celkovou efektivitu sanačních prací z hlediska bilančního i ekonomického. Je přitom nezbytné konstatovat, že jedním z nejvýznamnějších problémů, které je nezbytné řešit v rámci návrhu a provozu sanační technologie, je otázka sorbentů, jejich likvidace a případné recyklace.
Spektrum kontaminantů znečišťujících podzemní vody je široké a zahrnuje celý soubor nejrůznějších organických a anorganických látek. Naprostou převahu mezi kontaminanty řešenými v rámci starých ekologických zátěží na území ČR však v podstatě mají ropné látky a halogenderiváty. Pod pojmem ropné látky je nezbytné představit si celý soubor uhlovodíků vyráběných z ropy, a to zejména: benziny, petroleje, motorové nafty, topné oleje, mazací oleje, obráběcí a konzervační prostředky a plastická maziva. Z halogenderivátů se pak sanační práce týkají převážně odmašťovadel typu TCE a PCE a jejich následných degradačních produktů. V další části je shrnut výčet základních technologií čištění vod od ropných látek a chlorovaných uhlovodíků. Na tyto základní technologie v konkrétních případech mohou navazovat další prvky (např. koalescenční filtry, biologické dočištění apod.)
Reklama
Reklama
Reklama

Gravitační separace

Ropné látky se mohou ve vodách vyskytovat jako volné, emulgované a rozpuštěné. Jednotlivé technologie jejich odstranění z vody tedy musí respektovat formu jejich výskytu. Pro odstranění volných ropných látek se používá tzv. gravitační separace. Gravitační metoda odstranění ropných uhlovodíků využívá nižší specifické hmotnosti těchto látek oproti vodě a jejich vesměs omezené rozpustnosti ve vodě. Za vhodných podmínek spočívajících ve snížení průtokové rychlosti vystupují látky lehčí než voda na hladinu, odkud mohou být odstraněny, přičemž vzestupnou rychlost kapky lze vypočítat ze Stokesova zákona. Vzhledem k tomu, že gravitační separace odstraňuje pouze volné, neemulgované ropné látky, je výsledná účinnost čištění dána podílem rozpuštěných a emulgovaných ropných látek ve vodě s přihlédnutím k jejich rozpustnosti, která se pohybuje zhruba okolo 30 - 200 mg/l pro benziny, 20 mg/l pro motorovou naftu a cca 10 mg/l pro petrolej.

Adsorpce

Pokud je požadována vyšší účinnost čištění, je třeba zařadit další stupeň čištění, kterým většinou bývá adsorpční filtr. Tyto filtry využívají tzv. adsorpce, tj. procesu, kterým se odstraňuje látka z roztoku jejich vazbou na povrch adsorbentu. Čím je povrch adsorbentu vyšší, tím je výraznější účinnost čištění. Při adsorpci se uplatňují tři základní druhy sil, přičemž o tom, která síla je rozhodující, rozhoduje charakter adsorbované látky a rozpouštědla. Při fyzikální adsorpci se uplatňují poměrně slabé, mezimolekulární van der Waalsovy síly. V pórech adsorbentu se tak může vázat až několik vrstev adsorbované látky. Protože jsou však vazební síly slabé, může dojít za určitých podmínek (zvýšení teploty) k opětovné desorpci navázaných látek do roztoku. Při chemisorpci hraje roli chemická reakce a vzájemné sdílení elektronů. Vzhledem k tomu je možné, aby se látka v roztoku vázala pouze na určitá centra sorbentu a může se tak tvořit pouze jedna vrstva zachycených látek na jeho povrchu. Chemická sorpce bývá většinou pomalejší, nevratná, ale její rychlost s rostoucí teplotou roste. Při iontové sorpci se využívá vzájemné elektrické přitažlivosti mezi adsorbentem a adsorbátem.
Po určité době od zahájení adsorpce se ustavuje dynamická rovnováha mezi koncentrací látky v roztoku a koncentrací látky vázané na povrch adsorbentu. Vztah, který popisuje tuto závislost, se nazývá adsorpční izoterma.

Adsorbenty

Vlastní adsorbenty rozlišujeme na polární a nepolární. Pro čištění vod znečištěných ropnými látkami se používá zejména nepolární Fibroil tvořený vláknitým PE a PP materiálem s cca 20 - 30 % mikromletého vápence. U chlorovaných uhlovodíků je nejčastějším nepolárním adsorbentem aktivní uhlí. Připravuje se z dřevěných odpadů (např. březových nebo bukových pilin), které jsou chemicky preparovány ZnCl2. Zahřátím za nepřístupu vzduchu při teplotách 600 ÷ 1000 °C vzniká aktivní uhlí s mikroporézní strukturou a měrným povrchem nad 1000 m2/g. Mikropóry s rozhodujícím podílem pro adsorpci mají průměr menší než 400 (m a je jich více než 95 %. Teplota aktivace uhlí ovlivňuje charakter aktivních center, při nižších teplotách vznikají převážně kyselá, při vyšších pak převážně zásaditá.
Po vyčerpání kapacity adsorbentu je nezbytné provést obnovení jeho adsorpčních schopností, tzv. regeneraci. Regenerace adsorbentu (aktivního uhlí), který je ve styku s vodou, je technicky obtížnější. Lze provádět například tzv. reaktivaci uhlí parou při teplotě vyšší než 600 °C v reaktivačních pecích u výrobce. Dalším způsobem regenerace aktivního uhlí je propaření vodní parou při teplotě cca 105 ÷ 110 °C a tlaku 0,1 MPa. Někdy se uhlí regeneruje extrakcí rozpouštědlem (např. při odfenolování vody se jako extrakční činidlo používá benzen, který se následně odstraní párou). Tyto metody jsou vhodné spíše pro odstranění fyzikálně sorbovaných kontaminantů zejména z čištění procesního vzduchu v rámci stripingu.

Desorpce (striping)

Nejčastější metodou pro odstranění rozpuštěných těkavých ropných látek a zejména halogenderivátů (chlorovaných uhlovodíků) je tzv. desorpce neboli striping. Obecně se jedná o fyzikální proces, kterým jsou těkavé látky z vody odstraňovány přiváděním vodní páry, vzduchu nebo jiných plynů. Rozpustnost plynů a těkavých látek se v kapalinách řídí Henryho zákonem. Z Henryho zákona je patrné, že rozpustnost určitého plynu je při konstantní teplotě úměrná parciálnímu tlaku tohoto plynu nad kapalinou. Přivádí-li se jiný plyn do kapaliny, snižuje se tak parciální tlak ostatních plynů rozpuštěných v kapalině. Tím dojde k porušení fyzikální rovnováhy a tyto plyny pak z kapaliny unikají. Rychlost desorpčních procesů se výrazně zlepšuje s teplotou, proto se ve speciálních případech používají pro desorpci média s vyšší teplotou (vodní pára, kouřové plyny apod.).

Stripovací věže a horizontální provzdušňovače

Typickým příkladem desorpčních kolon jsou tzv. stripovací věže pracující buď na principu vertikálního průtoku vody členitou výplní věže s protiběžným vháněním vzduchu (tzv. skrápěná kolona), nebo na principu rozstřiku vody v horní části věže s protiběžným vháněním vzduchu (tzv. sprejové věže). Účinnost těchto zařízení se pohybovala mezi 98 - 99 %. Množství vháněného plynu (vzduchu) se pohybovalo okolo 15 ÷ 20 m3.m-3 vody, povrchové zatížení činí cca 40 ÷ 60 m3.m-2.h-1. Dalším typem stripovacího zařízení jsou pěnové kolony, ve kterých voda gravitačně protéká soustavou sít za protisměrného vhánění vzduchu, který zabezpečuje na každém patře kolony tvorbu pěny. Rozměry otvorů jsou cca 2 -12 mm a tvoří cca 12 - 35 % plochy patra. Hydraulický odpor patra je 50 ÷ 70 mm vodního sloupce (500 ÷ 700 Pa). Povrchové zatížení je až 200 m3.m-2.h-1 s rychlostí proudění plynu kolem 1,5 až 3 m.s-1 Nevýhodou vertikálních stripovacích zařízení - věží - jsou zejména prostorové nároky; při vyšších průtocích nebo vysokých nárocích na účinnost čištění dosahuje výška nástaveb až několika metrů. Velkým problémem je rovněž výměna náplní, resp. čištění sít v kolonách, vyžadující většinou složitou demontáž celého zařízení nebo jeho větších částí. V současné době se proto převážně z provozních důvodů využívá ke stripingu vod vícestupňových horizontálních provzdušňovačů, ve kterých je voda provzdušňována v sériově řazených komorách intenzivním proudem vzduchu vháněným ventilátorem. Výhodou tohoto zařízení jsou především nízké provozní nároky a možnost snadné údržby, účinnost čištění však mírně klesá a pohybuje se v reálných podmínkách do cca 95 %. Celkový rozměr zařízení s kapacitou 3 l.s-1 obvykle nepřekračuje cca 2 x 1 x 1,5 m.
Procesní vzduch ze stripingu je obvykle čištěn na koncových filtrech se sorbentem AU, většinou 100 - 200 kg, v případě vyšších koncentrací na výstupu je možné paralelní i sériové řazení filtrů. Adsorpční procesy v prostředí plyn - sorbent se dají opět popsat adsorpčními izotermami, jako v prostředí voda - sorbent.

Odstranění chlorovaných uhlovodíků v praxi

Na fotografiích je typická ukázka sanační technologie odstranění chlorovaných uhlovodíků z podzemních vod v závodě Kara Trutnov, dodaná firmou Ekora. Technologie zahrnuje vzhledem k vysoké kontaminaci podzemních vod dvojici sériově řazených horizontálních provzdušňovačů. Vytěsněná kontaminace je zachytávána na koncových filtrech s aktivním uhlím. Tyto filtry mají speciální konstrukci, která umožňuje jejich regeneraci na propařovací stanici, která je součástí technologie, a to bez nutnosti mechanické manipulace s aktivním uhlím, což výrazně zvyšuje jeho životnost. Prostorové nároky na kompletní technologii čištění vod činí cca 4 x 6 m, technologie vyžaduje přípojku elektrické energie a páry cca 130 ÷ 150 °C. Účinnost dekontaminace se pohybuje nad 99,5 %.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 11033
Datum: 10. 10. 2001
Rubrika: Trendy / Ekologie
Autor:
Firmy
Související články
Energetická náročnost obráběcích strojů, část 3: Inteligentní technologie

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a  napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Smyslem předkládané trilogie článků není rozklíčovat současný stav a doporučit řešení, ale z pohledu konstrukce a provozu výrobních zařízení představit řešení firem, které primárně nehledí na byznys, ale na budoucnost naší planety.

Energetická náročnost obráběcích strojů, část 2: Vliv výrobních strojů

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hrají roli politika a byznysové zájmy, a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Energetická náročnost obráběcích strojů, část 1: Obecný úvod do problematiky

Globální oteplování se stalo velmi diskutovaným tématem. I když bylo provedeno mnoho vědeckých studií a napsáno neméně vědeckých článků, dosud se odborná komunita nesjednotila v celkovém názoru na globální změny klimatu. Navíc zde hraje roli politika a byznysové zájmy a tak je velmi obtížné se ve všech, často protichůdných, informacích vyznat.

Související články
Ocelové město a CO2

Co Jules Verne nemohl tušit… Nebo mohl? Zlého profesora nechává umřít na zadušení kysličníkem uhličitým…

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Úspory naruby - Pravda a lži o vytápění, 1. část

S neustálým zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností pokud možno přes 100 %, vytápět svůj rodinný dům?

Úspory naruby - Obraťme toky řek

Při útlumu uhelných a jaderných elektráren a s nárůstem podílu obnovitelných zdrojů energie, především slunce a větru, nastal problém s přenosem a akumulací jejich elektrického výkonu mimo špičku zatížení elektrizační sítě. Tento problém však mohou i v Česku do značné míry a levně vyřešit stávající vodní díla (přehrady, jezy a hráze včetně turbín a kanálů a regulací) s využitím stávající přenosové soustavy.

Úspory naruby - Lži o úsporách v domácnostech

Poté, co již máme jasno, jak je to s úsporou v případě úsporných světelných zdrojů. Víme čím, jak a kde svítit, přinášíme další díl seriálu Úspory naruby. Tentokrát se podíváme na zoubek spotřebičům v domácnosti.

Úspory naruby - Zákaz výroby a dovozu halogenových žárovek

Pod tímto nadpisem redakce připravila sérii zásadních článků o odvrácených stranách tzv. úspor, jejichž skutečné výsledky jsou často přinejmenším sporné.

Jak efektivně využívat vodu? 85 % českých firem s ní plýtvá

Statisíce až miliony korun ročně – takovou ztrátu může firmám způsobit nedostatečná péče o vodu v průmyslových odvětvích napříč spektrem. Podle společnosti Aquarex Waterprofit, která se specializuje na řešení pro úpravu a management vody, přitom čirou tekutinu koncepčně neřeší valná většina českých společností – 85 % procent z nich s ní plýtvá. Velké ztráty v tomto směru hlásí chemický, energetický či potravinářský průmysl, ale i strojírenství.

Makroplasty versus mikroplasty

Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Efektivní likvidace obráběcích kapalin

Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit