S komplexotvornými činidly PODTITULEK: Odstraňování těžkých kovů Sanační technologie zaměřené na odstraňování těžkých kovů z kontaminovaných zemin mohou být výrazně zefektivněny zařazením kroku chemické předúpravy s pomocí komplexotvorných činidel. Použitelnost jednotlivých komplexotvorných činidel...
S komplexotvornými činidly
PODTITULEK: Odstraňování těžkých kovů
Sanační technologie zaměřené na odstraňování těžkých kovů z kontaminovaných zemin mohou být výrazně zefektivněny zařazením kroku chemické předúpravy s pomocí komplexotvorných činidel. Použitelnost jednotlivých komplexotvorných činidel může být předběžně posouzena s pomocí rovnovážných diagramů rozpustnosti.
Těžké kovy jsou specifickou skupinou kontaminantů, která významným způsobem ovlivňuje kvalitu životního prostředí. Zásadní roli při transportu těžkých kovů hrají tuhé složky životního prostředí, například zeminy, sedimenty a kaly, které do určité míry mohou těžké kovy sorbovat a po jistou dobu tak snižovat jejich nebezpečnost. Ve srovnání s většinou ostatních kontaminujících látek ovšem těžké kovy vykazují prakticky nulovou (z hlediska běžných časových měřítek) biodegradibilitu a ze životního prostředí tedy samovolně nezmizí.
Technologie sanací
Technologie zaměřené na sanace zemin kontaminovaných těžkými kovy můžeme rozdělit podle toho, jestli je při jejich aplikaci kontaminant skutečně odstraněn nebo pouze stabilizován.
Běžné stabilizační techniky při hlubším pohledu nelze považovat za uspokojivé řešení, neboť i stabilizované forma v delším časovém horizontu podléhá destrukci. Ve vyspělých zemích je tedy kladen stále větší důraz na takové postupy, při kterých je kontaminant ze znečištěného tuhého média skutečně odstraněn a dané médium v optimálním případě může sloužit původnímu účelu.
Nepočítáme-li technologie nacházející se v časné fázi vývoje, potom v současné době existují takové postupy pouze tři - promývání zemin, elektrokinetické postupy a fytoremediace.
Uvažujeme-li aplikaci kteréhokoli z postupů, potom kritickým momentem obvykle bývá neúnosně dlouhá doba potřebná pro dosažení požadovaného stupně odstranění kontaminantu. Tato nedostatečná rychlost odstraňování těžkých kovů, která je typická pro in-situ varianty, může být výrazně zvýšena, pokud je sanovaná tuhá matrice chemicky předupravena.
Chemická předúprava
Pod pojmem chemická předúprava se obvykle rozumí takový proces, při kterém je kontaminující kov (pokud možno selektivně) mobilizován (převeden do roztoku), čímž se výrazně usnadní jeho následné odstranění. Požadavek selektivity v zásadě znamená, že v rámci chemické předúpravy by měly být mobilizovány pouze kontaminující těžké kovy, zatímco ostatní, běžně se vyskytující kovy - Fe, Ca, Mg - by měly zůstávat v nerozpustné formě.
Pro dosažení tohoto cíle je k dispozici poměrně široká skupina látek označovaná jako komplexotvorná činidla, z nichž nejčastěji studovanými jsou kyselina citronová, kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) a amoniak. Pokud jsou komplexotvorná činidla přidána k zemině obsahující řadu kovů, kde pouze některé jsou kontaminující, potom vhodnou volbou podmínek (zejména nastavením určité hodnoty pH) můžeme selektivně rozpouštět pouze určitý kov nebo skupinu kovů.
Aplikace komplexotvorných činidel v rámci chemické předúpravy není v žádném případě jednoduchou záležitostí. Vzhledem k poměrně vysoké ceně těchto činidel je zpravidla nejprve nutné s pomocí vhodně volených laboratorních experimentů zjistit optimální dávku a optimální podmínky (zejména pH) pro mobilizaci cílového kovu.
Zjednodušený pohled na aplikaci komplexotvorných činidel mohou zprostředkovat rovnovážné diagramy rozpustnosti zkonstruované na základě velmi přesně změřených a snadno dostupných tabelovaných dat. Tyto diagramy, které se v rámci technické chemie používají zcela běžně, mohou mít různé formy.
Konstrukce rovnovážných diagramů není příliš složitá a zpravidla zahrnuje tři kroky:
[*] výběr vhodných rovnovážných dat (konstanty stability příslušných komplexů a součiny rozpustnosti uvažovaných tuhých forem),
[*] sestavení souboru rovnic popisujících daný systém,
[*] řešení souboru rovnic s pomocí vhodného programu.
Zjednodušený příklad rovnovážného diagramu rozpustnosti je ukázán na grafu. V tomto případě byla modelována tuhá kontaminovaná matrice obsahující měď (cílový kontaminant) a dále železo, vápník a hořčík (nekontaminující kovy). Jako ukázkové komplexotvorné činidlo byl uvažován amoniak, přičemž měď byla kvůli zjednodušení předpokládána ve formě hydroxidu.
Ve výsledném rovnovážném diagramu byla rozpustnost mědi vynesena proti hodnotě pH uvažovaného systému. Slabá čára v grafu představuje rozpustnost mědi ve srovnávacím systému bez amoniaku, silná čára potom rozpustnost mědi v tuhé matrici, kde koncentrace amoniaku činí 0,3 mol/l. Pokud tedy v daném systému není přítomen amoniak, potom se rozpustnost s rostoucím pH nejprve zvyšuje a po dosažení minima při pH přibližně 9,5 se v důsledku tvorby hydroxokomplexů zase pomalu zvyšuje.
Přítomnost amoniaku - tedy tvorba aminokomplexů - se projeví výrazným lokálním nárůstem rozpustnosti v mírně alkalické oblasti pH. Rozpustnost vápníku a horčíku se vlivem amoniaku prakticky nezmění. Tvorbu aminokomplexů s těmito dvěma kovy nemusíme vzhledem k nepatrným konstantám stability brát v úvahu. Železo se potom v amoniakálním prostředí sráží.
Z uvedeného příkladu je tedy patrné, že správnou volbou komplexotvorného činidla a nastavením optimálního pH lze výrazným způsobem selektivně zvýšit rozpustnost kontaminujícího kovu.
Použití komplexotvorných látek v procesu chemické předúpravy není samozřejmě tak jednoduché, jak by se na první pohled mohlo zdát z výše uvedeného příkladu. V každém jednotlivém případě je nutné brát v úvahu konkrétní specifické podmínky a teoretické výpočty potvrdit experimentálně.
Použitím komplexotvorných činidel při chemické předúpravě zemin kontaminovaných těžkými kovy mohou být výrazně zvýhodněny podmínky pro následné odstranění těchto kovů. Na příkladu amoniaku byla ukázána možnost selektivního rozpuštění mědi v mírně alkalické oblasti při udržení nekontaminujících kovů v nerozpuštěné formě.
Martin Kubal,
Marek Šváb,
Ústav chemie ochrany prostředí, VŠCHT v Praze
(Tato práce vznikla za finanční podpory grantu GA ČR 104/98/P005.)
Charakteristiky postupů použitelných při odstraňování
těžkých kovů ze znečištěných zemin
Výhody Nevýhody
Promývání technicky relativně nízká účinnost
jednoduché při malé
hydraulické
propustnosti
Elektrokinetické funkční i pro málo vysoké náklady
metody propustné materiály
Fytoremediace přirozený postup - časově velmi
citlivý ve vztahu náročný
k okolí
