Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

METODA ODSTRAŇOVÁNÍ TĚŽKÝCH KOVŮ Z PŮDY

Ing. Josef Jizba, CSc.

Envicho s.r.o., Chomutov

Kovy a metaloidy se získávají a zpracovávají většinou ve značném měřítku pro jejich významné uplatnění v mnoha oborech lidské činnosti. Ze 104 známých prvků je 79 kovů a 11 metaloidů. Část těchto prvků, které jsou označovány jako těžké kovy, jsou pro mikroorganismy, pro rostliny a zejména pro živočichy a člověka od určitých koncentrací hygienicky závadné a některé vysoce toxické.

Kontaminace půd způsobená toxickými těžkými kovy dosáhla zejména v okolí hutních provozů a chemických závodů i přes v poslední době přísnější hygienické předpisy značných rozměrů. Povolené koncentrace těchto prvků v takových půdách jsou často překročeny několikanásobně. Kontaminace těžkými kovy je přirozeně nejvyšší v blízkosti uvedených závodů. Vlivem řady faktorů i pohybem zemních vod jsou toxické ionty zanášeny do větších vzdáleností od průmyslových podniků, kde se většinou zakoncentrovávají. To představuje značné nebezpečí pro zemědělskou půdu a následně pro potravní řetězec člověka.

Technologické možnosti dekontaminace území zamořených toxickými kovy v okolí podniků na výrobu barev a laků, akumulátorek atd. jsou značně omezené a finančně nákladné. Lze je podle technické vyspělosti rozdělit na metody konvenční a modernější elektrokinetické procesy.

Ke konvenčním metodám se řadí následující postupy :

1. Kontaminovaná zemina se vytěží a odveze na hygienicky chráněnou skládku a nahradí se materiálem vhodnějším. Postup má řadu limitů, zejména ve způsobu skládkování závadné půdy.
2. Toxická zemina se vytěží a promývá se pomocí speciálních roztoků obsahujících chelatotvorná činidla např. na bázi EDTA. Ošetřená zemina se pak vrací na původní místo. Z extraktu se těžké kovy odstraňují chemickou cestou.
3. Na kontaminované půdě se pěstují dlouhodobě rostlinné hyperakumulátory, které odčerpávají těžké kovy z půdy. Rostliny se po sklizni usuší a spálí, aniž dochází k úletu těžkých kovů do atmosféry. Metoda je náročná na speciální filtry pro spaliny a také zejména z hlediska časového faktoru.

K elektrokinetickým metodám se řadí t.zv. postup elektroreklamační. Tento způsob dekontaminace půd zamořených toxickými kovy či metaloidy se uskutečňuje pomocí účinků stejnosměrného proudu, který se zavádí přímo do kontaminované půdy. V ošetřovaném území se umístí soubory elektrod (anod a katod) přímo do půdy. Průchodem stejnosměrného elektrického proudu dochází v půdě k několika elektrofyzikálním jevům. Jde zejména o elektroforesu, elektroosmosu, elektrolýzu a difusi. Základní určující veličinou charakterizující tyto elektrokinetické pochody je t.zv. pohyblivost iontu. Je dána podílem rychlosti pohybu iontu a velikosti elektrického pole. Pro dané pochody se pohybuje v rozmezí 1.10-9 až 5.10-8 m2s-1V-1. Z těchto hodnot lze experimentálně i teoreticky odvodit nezbytné stejnosměrné napětí a proud, při kterém se pohybují kationy kovů ke katodě. Je v rozmezí 20-100 V.m-1.

Základním elektrofyzikálním jevem, který působí pohyb iontů v půdě je elektrolysa. Voda se např. rozkládá na katodě na plynný vodík a OH- ionty a tím se alkalizuje prostředí kolem této elektrody. Opačný děj probíhá na anodě, kde se voda rozkládá na plynný kyslík a zároveň vzniká vodíkový proton H+, který anodu okyseluje. Oba jevy působí na elektrodách značně korosivně a mají také vliv na postup kationtů kovů. A od tohoto faktu se odvozují technologické postupy elektroreklamace půdy.

První řešení představuje zabudování katod (většinou z Cu) do sanovaného pozemku (o rozměrech 100-500 m2). Katody se zakopou do země horizontálně a kolmo mezi ně se zabudují anody (většinou z uhlíku). Elektrody se připojí na napětí a při jeho poklesu na úroveň asi 20 V.m-1 se proces přeruší, obvykle za 8-30 týdnů podle úrovně kontaminace a dalších technologických veličin. Pozemek se pak opět analyzuje na obsah kovů a příslušná zakoncentrovaná zóna s vysokým obsahem kationtů kovů, které migrovaly z celého pozemku ke katodě, se vytěží.

Při dalším dokonalejším postupu se elektrody uloží podobně jako v předchozí technologii. Jsou však navíc umístěny v keramických trubkách. Toto zařízení umožňuje promývání elektrodových prostorů a odčerpávání speciálních roztoků od elektrod. Např. odčerpaný katodický roztok se v reaktoru alkalizuje louhem a přímo vypadává sraženina hydroxidů těžkých toxických kovů. Filtrát se okyselí a vrací zpět ke katodě. Metoda je technologicky náročná, ale její nákladnost je údajně nižší než u konvenčního způsobu vytěžení a promývání kontaminované zeminy.

Účinnost elektroreklamačních dekontaminačních metod se pohybuje u různých kationtů kovů od 65% do 99%. Postup lze použít k čistění půd jílovitých, písčitých i zemědělských a také např. říčních kalů.

Elektrokinetické techniky pro dekontaminaci půd od těžkých kovů "in situ" jsou popsány v GB pat. 512 762, US pat. 2 831 804, a US pat. 3 956 087. V Evropě se touto problematikou zabývají holandské firmy Geokinetics a Hydroconsult B.V. (EP pat.031 174).

Elektrokinetický způsob lze použít i pro odstranění některých organických látek iontového charakteru (Science 260, 499 (1993)). Dekontaminací od organických látek se zabývají některé americké firmy např. Elektrokinetics Corp. Dánská pobočka firmy Geokinetics stejně jako další evropské i americké firmy využívají dekontaminace "off site" (US pat. 5 137 608).