Odstranění toxických odpadů oxidací superkritickou vodou

Některé látky, které jsou za normálních teplot a tlaků plynné nebo kapalné, mohou být převedeny do tzv. superkritického stavu. V tomto stavu se nacházejí nad svou kritickou teplotou Tc a kritickým tlakem pc a jsou označovány jako superkritické fluidy (SCF). Superkritický stav je spojen s významnou změnou chování, a v případě vody se schopností oxidovat organické toxické odpady na netoxické nebo méně toxické látky, které lze již likvidovat standardními postupy (viz článek v Odpadech č. 4).

Proces SCWO

V devadesátých letech byl v řadě špičkových světových institucí vypracován proces likvidace vysoce toxických látek oxidací superkritickou vodou. Uplatňuje se především u těch látek, které nelze likvidovat vysokoteplotní destrukcí, např. pro nebezpečí vzniku chloru, toxických dioxinů a furanů. Proces označovaný SCWO (Supercritical Water Oxidation) využívá zvláštních vlastností superkritické vody (SCW) ve stavu nad kritickou teplotou Tc 374 ^oC a kritickým tlakem pc 221 bar. Za těchto podmínek se SCW chová jako hustý plyn (fluid) s téměř neomezenou rozpustností kyslíku. Nabývá mimořádné schopnosti rozpouštět i jinak ve vodě nerozpustné, nemísící se organické látky a schopnosti oxidovat tyto látky až na oxid uhličitý, vodu. Přítomné vázané heterogenní elementy a halogeny (N, S, P, Cl apod.) přecházejí na anorganické kyseliny, kyselinu dusičnou, sírovou, fosforečnou, chlorovodíkovou apod. a s přidáním alkálií na jejich neutrální soli.

Na výzkumu technologie se pracuje zejména v USA, Japonsku, Číně, Francii a Německu. V USA je v čele výzkumu konsorcium vedené Massachusetts Institute of Technology, v Německu jsou vedoucími pracovišti Institut für Technische Chemie (ITC) střediska Forschungszentrum Karlsruhe a Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT) v nedalekém Pfinztalu.

Přes odlišnosti rozdílných řešení proces SCWO pracuje při teplotách 450-600^oC (v horní části reaktoru může vlivem oxidace dosáhnout teplota až 800 ^oC) a tlaku 250-350 bar a v SCWO reaktoru s pH 1-12. Podle odpadu a typu technologie se proces intenzifikuje přisazováním paliva a přídavkem kyslíku. Jako jednofázový má proces SCWO vysokou oxidační rychlost s krátkou reakční dobou počítanou na vteřiny. Všechna stávající zařízení mají charakter pilotních provozů a jsou určena k ověření procesu. Při stavbě velkých provozních zařízení je hlavními omezujícími faktory koroze konstrukčních materiálů a vznik velkého množství solí.

Mobilní zařízení

Ve Fraunhoferově ústavu ICT bylo vyvinuto mobilní demonstrační zařízení pro likvidaci toxických odpadů u malých a středních podniků na místě vzniku a likvidaci toxických látek z bojových chemických látek, raketových paliv a výbušnin. Zařízení včetně ovládacího systému je umístěno v přepravním kontejneru jako návěs kamionu a je schopno zpracovávat toxické odpady v objemu

20 l.h^-1 při teplotách 400-600^oC a tlaku max. 350 bar. Podmínkou je pouze přípojka 380 V.

Vysokotlaká membránová čerpadla nejprve dopravují kapalný odpad s kyslíkem do vysokotlakého výměníku, odtud po oddělení solí a pevných látek ve vertikálním reaktoru do oxidačního stupně, v němž proběhne odbourání toxických látek. Produkty oxidace bez organických látek se ochladí ve vysokotlakém chladiči a separace plynné a kapalné fáze proběhne v separátoru snížením tlaku.

Výhody a nevýhody

Předností procesu SCWO je štěpení organických látek na čisté a recyklovatelné netoxické produkty bez vzniku jiných problémových látek a zatěžujících emisí. Proces je vhodný i pro likvidaci chlorovaných rozpouštědel. Organické látky projdou v procesu SCWO úplnou oxidací a odvodněním. Vzniklé reakční teplo lze zachytit a využít.

Likvidace toxických odpadů SCWO je sice procesně zvládnuta, ale problémem, který se zatím nepodařilo zcela úspěšně a ekonomicky vyřešit, je vysoká koroze konstrukčních materiálů reaktoru, kde selhávají běžné korozivzdorné oceli a slitiny na bázi niklu. Ve vysokoteplotní části se podle zkoušek ITC Karlsruhe osvědčuje niklová slitina typu Hastelloy 625 s 21 % Cr, 60% Ni, 9 % Mo a 3,6 % Nb, v přechodové fázi však niklové a titanové slitiny selhávají. Proces SCWO je ale tak atraktivní, že se uvažuje také o drahých niklových slitinách, plátovaných zlatem či platinou, nebo o slitinách titan-platina. Není ale vyloučeno, že řízení pomocí nových pH sond Pennsylvania State University a dávkování alkálií pro zvýšení pH umožní zůstat i zde u niklových slitin.

Odpady čekají na velká zařízení

Podle informací kanadského Nickel Development Institute čeká jen v USA na proces SCWO asi 23 000 tun toxických odpadů draze skladovaných na území kontinentálních států USA. V Japonsku předpokládají likvidovat procesem SCWO i plastové odpady z jaderných elektráren - rukavice, láhve a iontoměniče. O množství bojových chemických látek určených k likvidaci nejsou veřejné údaje.

- ab -