Kontaminanty v odpadech a jejich vyluhování

Způsoby nakládání s odpady, zejména nebezpečnými, které představují obvykle značné riziko pro životní prostředí, patří k zásadním problémům odpadového hospodářství každé země. Proto je otázka jejich zneškodňování, případně racionálního využití, prvořadým úkolem. Jednou z progresivních metod...

Způsoby nakládání s odpady, zejména nebezpečnými, které představují obvykle značné riziko pro životní prostředí, patří k zásadním problémům odpadového hospodářství každé země. Proto je otázka jejich zneškodňování, případně racionálního využití, prvořadým úkolem.

Jednou z progresivních metod fyzikálně-chemické úpravy těchto materiálů jsou stabilizační a solidifikační technologie, které umožňují bezpečnější ukládání konečných odpadů po jejich předchozím zpracování a významně tím snižují riziko kontaminace škodlivými výluhy.

Hodnocení odpadů

Hodnocení odpadů a jiných environmentálních vzorků je v současné době významným úkolem analytické chemie. V této oblasti lze pozorovat zřetelný trend ústupu od stanovování celkových obsahů kontaminantů směrem ke sledování vyluhovatelných nebo extrahovatelných forem jednotlivých polutantů, protože tyto ukazatele vypovídají mnohem více o potenciálních vlivech odpadních materiálů na životní prostředí. Vhodně navržený vyluhovací test vypovídá nejen o přítomnosti škodlivých složek v odpadu či jiném materiálu, ale může poskytnout i informace o mechanismu jejich uvolňování a celkových environmentálních rizicích. Proto byla u nás i v zahraničí vyvinuta celá řada rozmanitých vyluhovacích a extrakčních testů, zejména pro hodnocení odpadů a zemin, případně i jiných materiálů.

Rozmanitost používaných testů však znemožňuje vzájemné porovnání výsledků a velmi často komplikuje jejich interpretaci a využití. Proto je v poslední době věnováno velké úsilí přípravě příslušných norem a harmonizaci jednotlivých analytických postupů. Příklady vyluhovacích testů využívaných v některých zemích jsou uvedeny v tab.1 a 2.

V České republice platí od 1. 1. 2002 zákon o odpadech č.185/2001 Sb., o odpadech, a vyhláška MŽP č. 383/2001, o podrobnostech nakládání s odpady. V příloze č. 4 k této vyhlášce je popsáno hodnocení vyluhovatelnosti odpadů.

Vyluhovatelnost kontaminantů

Vyluhovatelnost kontaminantů může být ovlivněna různými faktory, zejména hodnotou pH nebo hodnotou oxidačně-redukčního potenciálu.

– Vliv hodnoty pH na vyluhovatelnost kontaminantů

Hodnota pH výluhu ovlivňuje do značné míry rozpustnost a formu výskytu prvků, resp. jejich sloučenin, obsažených v samotném odpadu nebo příslušném solidifikátu. Jedním z principů S/S procesů je vytvoření prostředí o určitém pH, ve kterém jsou sledované kontaminanty nejméně rozpustné. Příkladem mohou být hydroxidy kovů, které jsou nejstálejší v alkalické oblasti hodnot pH.

Zajistit dlouhodobě prostředí o určité hodnotě pH však není schopna žádná matrice vytvořená jakýmkoliv pojivem. Přestože např. cementové solidifikáty vykazují vysokou pufrační kapacitu, jejímž principem je uvolňování hydroxidu vápenatého a C-S-H gelu do vodného prostředí, tato jejich schopnost se ztrácí, pokud jsou vystaveny loužícímu prostředí, které je stále obnovováno. Ztrátu pufrační kapacity cementových solidifikátů lze dokázat, podrobíme-li je např. dynamickému vyluhovacímu testu.

Jako příklad vlivu hodnoty pH na vyluhovatelnost kontaminantů je uvedena vyluhovatelnost arsenu a olova z odpadů ze sklářských provozů, konkrétně z odpadního odprašku vznikajícího ve sklářském tavícím agregátu při výrobě olovnatého křišťálu. Z výsledky pokusů (Jiříček M.: Diplomová práce, VŠCHT Praha, 2001, Revíková M.: Diplomová práce, VŠCHT Praha, 2001) vyplývá, že alkalizováním loužícího roztoku se rozpustnost arsenu zvyšuje a okyselováním naopak snižuje. Při hodnotě pH pod 8,4 byla koncentrace arsenu ve výluhu nižší než 0,015 mg/l, což představuje mez detekce.

V případě olova není závislost vyluhovatelnosti na hodnotě pH tak jednoznačná a u naměřených hodnot koncentrací jednotlivých vzorků jsou patrná dvě výrazná minima. Je zřejmé, že k minimálnímu uvolňování olova ze solidifikátů do výluhů dochází v intervalu hodnot pH 8,5 až 9,5, zatímco maximální koncentrace olova ve výluzích byly naměřeny v oblasti hodnot pH 9,8 až 10,3.

– Vliv oxidačně-redukčního potenciálu na vyluhovatelnost kontaminantů

Další faktor, který ovlivňuje vyluhovatelnost kontaminantů z odpadů a solidifikátů, je oxidačně-redukční potenciál. Protože portlandský cement se obvykle vyrábí za oxidačních podmínek, je většina iontů železa přítomna ve formě Fe3+. Z tohoto důvodu má kapalina zadržovaná v pórech cementové směsi slabě oxidační vlastnosti a vzhledem k standardní vodíkové elektrodě vykazuje redox potenciál v rozmezí hodnot 100 až 200 mV. Protože pojiva na bázi portlandského cementu a vápna mají nedostatek vlastních redoxních párů, je hodnota výsledného oxidačně-redukčního potenciálu ovlivněna aktivními redox páry z aditiv nebo ze samotného odpadu.

Výjimkou mezi pojivy může být vysokopecní struska. Ta obsahuje malé množství železa, které je přítomno ve formě koloidní směsi Fe2+ a Fe3+. Hlavní redox páry tvoří ve vysokopecní strusce síra. Ionty S2-zastupují v silikátové matrici ionty O2a při styku s vodou a při zvýšeném pH vytvářejí společně se sírany rozmanitou škálu elektrochemicky aktivních složek S2-, Sx2-, S2O32-, SO32-a SO42-. Bylo zjištěno, že pojivové směsi bohaté na vysokopecní strusku vykazovaly oxidačně-redukční potenciál -200 až -400 mV.

Jako příklad prvku, na jehož oxidační stav a formu výskytu má hodnota pH a hodnota oxidačně-redukčního potenciálu významný vliv, může posloužit arsen. Arsen se ve svých sloučeninách vyskytuje jako trojmocný nebo pětimocný a v přírodním prostředí mohou tyto formy přecházet jedna v druhou pomocí oxidačních, resp. redukčních procesů. Oxidační a redukční procesy sloučenin arsenu jsou výrazně ovlivněny hodnotou pH prostředí, ve kterém k nim dochází. Typické jsou např. oxidace AsIII na AsV v provzdušněných vodách , přičemž oxidace AsIII probíhá rychleji v alkalickém prostředí než v prostředí kyselém. AsV je naopak relativně stabilní v alkalickém a neutrálním prostředí a teprve při nízké hodnotě pH podléhá redukci na trojmocnou formu AsIII.

Z uvedených výsledků je zřejmé, že koncentrace sledovaných kovů ve výluzích se liší v závislosti na hodnotě pH použitého loužícího činidla. Patrné je to zejména u arsenu, kdy v případě výluhu destilovanou vodou upravenou na pH 3 kyselinou octovou byly měřené koncentrace většinou pod mezí detekce. Přestože se rozpustnost arsenu s rostoucí hodnotou pH zvyšovala, byl při solidifikaci příslušného odpadu s cementem jako pojivem poměrně silně vázán, pravděpodobně ve formě málo rozpustných arseničnanů, případně arsenitanů. U olova nebyl pokles koncentrace ve výluzích tak patrný a v alkalické oblasti hodnot pH (kolem 10) došlo dokonce k nárůstu jeho obsahu. Tyto okolnosti je proto třeba vzít v úvahu zejména v případě dlouhodobého uložení solidifikátu na skládce odpadů.

Zdeněk Kafka,

Jana Punčochářová,

Ústav chemie ochrany prostředí,

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

  obr
  obr

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *