31

UTILIZATION OF COMBINED THERMAL DESORPTION

AND CATALYTIC OXIDATION METHODS FOR SOLID WASTE DECONTAMINATION

DEKONTAMINACE ODPADŮ KOMBINACÍ METOD TERMICKÉ DESORPCE

A KATALYTICKÉHO SPALOVÁNÍ „THECAT“

Helena Váňová1)

, Jan Kukačka1)

, Robert Raschman1)

, Olga Šolcová2)

, Květuše Jirátová2)

,

Pavel Topka2)

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 C6-C9, C10-C40 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 C6-C9 and C10-C40 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. C10-C40 in the model

samples. In the real samples the contaminations were 33 – 152 g/kg d.m. of C10-C40 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 C6-C9, C10-C40 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 C6-C9 a C10-C40 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 C10-C40, u reálných vzorků se pak

koncentrace C10-C40 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 T50 (°C) a T90 (°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 dm3. 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. 3: Kondenzační jednotka

Obr. 4: Jednotka pro ohřev oleje

Obr. 2: Desorpční komora jednotky vakuové

termické desorpce

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), SO2, CO, CO2, NOx a O2. 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 T50 [°C]

T90 [°C]

S95 [%]

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 T50 [°C]

T90 [°C]

S95 [%]

Toluen

- 184 197 100

SO2 192 210 100

SO2 + prach 185 196 100

Ethanol

- 160 179 86

SO2 160 192 64

SO2 + 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.

Tab. 3: Účinnost termické desorpce na modelových vzorcích z hlediska obsahu hlavního kontaminantu

Vzorek

Vstup Výstup Účinnost

[%] Sušina

[%] Koncentrace [mg.kg

-1 suš.]

Sušina [%]

Koncentrace [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

NEL – 1560 BTEX – 7

C10-C40 – 13843 2MN* – 23,4

99,9

NEL – < 40 BTEX – 0,26

C10–C40 – < 100 2MN – < 3

> 97,4 96,3

> 99,3 > 87

* 2MN...2-methylnaftalen

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

[hm. %] ∑ BTEX

[mg.kg-1

suš.] C6-C9

[mg.kg-1

suš.] C10-C40

[mg.kg-1

suš.] ∑ PAH

[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

[%] Tprodukt, max.

[°C] Doba testu

[min]

TC01 BTEX 99,9 192 200

TC02 BTEX 99,9 150 175

TC03 C10-C40 97,8 279 210

TC04 BTEX 99,96 187 220

TC05 C6-C9 > 97,07

254 251 C10-C40 99,03 PAH 93,48

Tab. 6: Výsledky modelových testů technologie TheCat – parametry dle vyhl. č. 294/2005 MŽP

Parametr Jednotka Třída vyluhovatelnosti (Tab. 2.1)

Tab. č. 4.1 Tab. č.

10.1 TC04

(BTEX) TC05

(PHM) I II-a II-b III

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

SO42-

mg.l-1

100 3000 2000 5000 - - 76,6 < 10

Fenolový index

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

C10-C40 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

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

Obr. 6: Účinnost katalytického

spalování během testu TC04

(kontaminace BTEX)

Tab. 7: Výsledky reálných testů – účinnost odstranění kontaminantů

Vzorek Kontaminant Vstup

[mg.kg-1

suš.] Výstup

[mg.kg-1

suš.] Účinnost

[%] Tmax. [°C]

Doba testu [min]

TC06

C6-C9 1530 < 100 > 93,5

296

C10-C40 56650 < 100 > 99,8 260

PAH 4460 768 82,8

TC07

C6-C9 826 < 100 > 87,9

317

C10-C40 33070 3850 88,4 330

PAH 7719 1349 82,5

TC08

C10-C40 152180 87700 42,3

308

NEL 148550 100710 32,2 358

PAH 117,3 87,4 25,5

0

250

500

750

1000

0

50

100

150

200

0 50 100 150 200 250

Tlak

[mb

ar],

TO

C.1

0-1

[pp

m]

Tep

lota

[°C

]

Doba testu [min]

TheCat 04

Teplota produktu Tlak TOC vstup TOC výstup

prudký nárůst teploty v reaktoru - ochlazení

0

50

100

150

200

96,0

97,0

98,0

99,0

100,0

0 50 100 150 200 250

Tep

lota

[°C

]

Úči

nn

ost

[%

]

Doba testu [min]

TheCat 04

Účinnost Teplota produktu

prudký nárůst teploty v reaktoru - ochlazení

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 Tab. č.

10.1 TC06 (PAH)

TC07 (PAH)

TC08 (oleje)

I II-a II-b III

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

SO42-

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

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

C10-C40 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

0

250

500

750

1000

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Tlak

[m

bar

], T

OC

[p

pm

], N

Ox

[pp

m]

Tep

lota

[°C

]

Doba testu [min]

TheCat 08

Teplota produktu Tlak TOC vstup TOC výstup NOx výstup

výpadek dmychadla

Obr. 7: Znázornění průběhu testu TC08

0

80

160

240

320

40

60

80

100

0 100 200 300 400

Tep

lota

[°C

]

Úči

nn

ost

[%]

Doba testu [min]

TheCat 08

Účinnost Teplota produktu

výpadek dmychadla

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.