Sorpčné prostriedky

Ochrana životného prostredia pred závažnými ropnými haváriami zahŕňa činnosti, ktorými sa predchádza znečisťovaniu alebo poškodzovaniu životného prostredia alebo sa toto znečisťovanie alebo poškodzovanie obmedzuje a odstraňuje.

Z našich skúseností vieme, že úniky ropných produktov sú viac než bežné. Často pomáhame našim zákazníkom s likvidáciou malých únikov týchto látok, v garážach, servisoch ale aj na záhradách.

Pri haváriách unikajú do životného prostredia ropa a ropné látky. Tieto havárie sa stávajú pri výrobe a spracovaní ropy a jej produktov, pri ich preprave, skladovaní a používaní. Uniknutá ropa a ropné produkty ako nafta, benzín, oleje, petrolej kontaminujú pri úniku okolité životné prostredie a vodné plochy. Nebezpečenstvo týchto ropných havárií nespočíva len v ich dlhodobých následkoch pre životné prostredie ale aj v ich častom výskyte.

Pre zachytávanie uniknutých olejových látok sa používajú sorpčné prostriedky na vyčistenie zvyšných stôp ropných škvŕn, ako záloha pre iné prostriedky, ako prvok norných stien alebo ako primárny prostriedok obnovy pre veľmi malé úniky alebo ako pasívny prostriedok čistenia.

V minulosti sa používali pri likvidácii havárii rôzne prírodné sorbenty, ktoré mali z pravidla nízku sorpčnú schopnosť, ako napríklad drevené piliny, piesok, uholný prach, rašelina. V súčasnej dobe sa využívajú moderné sorpčné prostriedky, ktorú sú charakteristické svojou vysokou sorpčnou kapacitou.

Moderné sorpčné prostriedky

Sorpčné prostriedky delíme podľa pôvodu na syntetické a prírodné. Prírodné sorpčné prostriedky ako piesok, rašelina, drevené piliny sú vhodné na použitie len pri malých zásahoch, nakoľko je ich sorpčná kapacita nízka. Pri zásahoch, kde je potrebné väčšia sorpčná kapacita sa používajú moderné, syntetické sorbenty.

Všeobecne môžeme rozdeliť sorbenty podľa ich formy na sypké, textilné a ich kombinácia v podobe „sorpčných hadov“. Pre praktické použitie sorpčných materiálov je dôležité, aby aj po nasýtení sorbent dobre plával na vodnej hladine. Rovnako dôležité je aj to, aby sorbent neuvolňoval zachytené znečistenie späť do vodného toku. Je neprípustné aby sorbent, ktorý nasiakol unikajúcimi látkami sa usadzoval na dne toku.

Sypané sorbenty v tuhom skupenstve, slúžia na zachytávanie nebezpečnej látky. Sorbent, ktorý nasiakol nebezpečnú látku neuvoľnuje ďalej viazanú tekutinu. Ich chemické zloženie je rôzne, no sú upravené tak, aby bol ich povrch čo najväčší. Časť týchto materiálov sa vyrába z recyklovanej celulózy, časť z perlitov.

Sorbent, sorbát, sústava a rýchlosť

Sorbenty sú materiály v ktorých prebieha pohlcovanie škodlivín. Sorbovaná látka sa označuje ako sorbát. Podľa princípu, na ktorom je založené pohlcovanie molekúl uniknutej látky rozlišujeme sorpčné procesy na absorpciu, adsorpciu, kapilárnu kondenzáciu a sorpciu spojenú s katalýzou.

Sorpcia všeobecne môže prebiehať v statických alebo dynamických podmienkach.Pri sústave so statickými podmienkami sorpcie sa uvažuje o sústave sorbent - sorbát. Takáto sústava je charakterizovaná koncentráciou sorbátu, teplotou pri ktorej prebieha sorpcia, rýchlosť (v₁) ako sú molekuly zachytené v sorbente a rýchlosť (v₂) s ktorou sa molekuly sorbátu z medzifáze uvoľňujú a vracajú do pozorovaného priestoru.

Na začiatku procesu je rýchlosť v₁ > v₂. V systéme prebieha sorpcia a klesá koncentrácia sorbátu. V momente, keď sa vyrovnajú rýchlosti sorpcia a desorpcie, nastáva rovnovážny stav, ktorý charakterizuje koncentráciu sorbátu, jeho množstvo pohltené na jednotku sorbentu a teplota, pri ktorej prebiehala reakcia. 

Ak nastane zmena rovnovážnych podmienok, napr. zmena teploty alebo koncentrácie látky, dôjde ku zmene v₁ a v₂ a tým aj k zmene rovnováhy, ktorá sa prejaví zmenou sorpcie alebo desorpcie.

Absorpcia

Absorpcia je fyzikálny dej, patriaci do kategórie difúznych procesov, pri ktorom nastáva rozpúšťania (pohlcovanie) plynu v kvapaline. Nazýva sa takto aj separačný proces, ktorý sa využíva v chemickej technológii na oddeľovanie zložiek plynnej zmesi ich pohltením v kvapaline.

„Jej rýchlosť, meraná množstvom  látky pohltenej v absorbente za jednotku času, závisí totiž od veľkosti koncentračného spádu pohlcovanej zložky vo fázach, lebo od neho závisí rýchlosť transportu tejto látky v plynnej fáze smerom k fázovému rozhraniu a v kvapalnej fáze smerom od fázového rozhrania.

 Za absorpciou nasleduje spravidla desorpcia , t.j. opačný proces pri ktorom sa zložka, ktorá bola absorbovaná, uvoľňuje a oddeľuje od rozpúšťadla.

Adsorpcia

Vlastnosť tuhých látok koncentrovať na svojom povrchu plyny a kvapalina sa nazýva adsorpcia.

Najpodstatnejší prípad adsorpcie je adsorpcia substancie na povrchu tuhej fázy, vzniká konzekvenciou rozdielu v intenzite síl, pôsobiacich na rozhraní dvoch fáz. Spravidla nie je možné v konkrétnom prípade určiť, o aké sily ide, nakoľko sú rôznorodé.

Adsorbujúca sa látka nazýva adsorbát a materiál, ktorý adsorbuje sa nazýva adsorbent. Podľa charakteru pôsobiacich síl, rozlišujeme fyzikálnu a chemickú adsorpciu.

Adsorbované množstvo závisí na vlastnostiach adsorbentu, jeho voľných povrchových silách, veľkosti dostupného sorbentu, štruktúre molekúl, koncentrácii adsorbátu a na teplote. Množstvo adsorbátu pri fyzikálnej adsorpcii s nízkou teplotou je veľké a s rastúcou teplotou klesá. Adsorpcia sa využíva pri sušení plynov, čistení kvapalných a plynných zmesí od nežiadúcich látok. Mnoho pevných látok má adsorpčné schopnosti, no len niektoré je možné technicky využiť.

Ak nastáva samovoľné upútanie adsorbovanej molekuly, má to za následok zníženie celkovej energie sústavy, a teda hovoríme o exotermickom deji. Vzájomné vzťahy veličín, popisujúce sorpciu, vyjadrujú krivky statickej sorpcie. Ide o koncentráciu sledovanej vzorky, adsorbované množstvo na jednotku sorbentu a teplotu.

Pri fyzikálnej adsorpcii sa látka zachycuje na povrchu adsorbentu vplyvom van der Waalsových síl. Ich účinkom sa molekuly oddeľovanej zložky koncentrujú na povrchu adsorbentu a tým je zložka oddelená od zmesy. Pri fyzikálnej adsorpcii sa dosahuje rovnovážneho stavu aj pri nízkych teplotách veľmi rýchlo. Dej je vratný a tak desorpciou môžeme získať látku späť v nezmenom stave.

Chemisorpcia

Zachytávanie škodlivín chemickou reakciou so sorbentom za vzniku izolovaných produktov sa nazýva chemisorpcia alebo aj aktivovaná sorpcia. Je to proces, pri ktorom sa výrazne odlišuje stav adsorbovanej látky od predchádzajúceho stavu pred sorpciou. Pri chemisorpcii pôsobia niekoľkonásobne vyššie sily, ako pri fyzikálnej sorpcii, čoho dôsledkom je mnohonásobne pevnejšia väzba medzi adsorbovanou látkou a sorbentom. Povaha väzieb nemusí byť vždy absolutne chemická, no molekula naviazaná chemisorpciou je v rozhodne inom stave než bola pred reakciou, nakoľko je výrazne aktivovaná. Dej chemisorpcie býva zvyčajne nevratný, preto desorpcia látky takto viazanej je veľmi náročná. Z toho vyplýva, že pri desorpcii sa uvoľňuje iná látka, než bola viazaná. Pri nízkych teplotách prebieha chemisorpcia len pomaly, skutočný rovnovážny stav sa dá dosiahnuť len pri vyšších teplotách.

Množstvo tepla uvoľneného pri reakcii nám pomáha určiť, o aký typ adsorpcie ide. Pri chemisorpcii sa uvoľnuje výrazne väčšie množstvo tepla než pri fyzikálnej adsorpcii. Toto množstvo sa zhoduje s množstvom tepla uvoľňovaným pri chemickej reakcii a tvorí ho 80 až 420 KJ/mol.

Kapilárna kondenzácia

Je proces pri ktorom nastáva zaplňovania pórov porézneho materiálu zkondenzovaným sorbátom. Kapilárna kondenzácia prebieha na povrchu pevných, pórovitých materiáloch.

Podľa Kelvinovho zákona o tlaku pár kvapaliny nad zakrivenou hľadinou možno povedať, že pary látky kondenzujú pri tlaku nižšom, ako rovnovážny parciálny tlak nad rovnou hladinou pri teplote T, v póroch adsorbentu.

Medzi nami najpredávanjšie sorpčné prostriedky patria perlit a vapex.

Expandovaný perlit

Pertlit je anorganický, vulkanický materiál, obsahujúci interne viazanú vodu. Zahrievaním v peciach na vysoké teploty, pri ktorom nenastáva zmena chemického zloženia, sa vnútorne viazaná voda mení na paru a jej tlak spôsobuje objemovú expandáciu zŕn. Tieto zrná následne  viacnásobne zväčšujú svoj objem. Takto upravený materiál nazývame expandovaný perlit, viď. obrázok č. 9, ktorý je ľahký, porézny, šedej farby. Má malú hmotnosť, je chemicky neutrálny, bez zápachu. Je tepelne stály v rozpätí -200 až +850 °C a rezistentný proti mikroorganizmom a plesniam. Je nízko hygroskopický.

Obrázok č. 1 Zrná PERLITu

Pre svoju nízku hmotnosť, tepelno a zvuko-izolačné vlastnosti sa využíva v stavebníctve ako prísada do mált, odľahčených a tepelnoizolačných beténov a na výrobu tvárnic. Používa sa aj na zásyp energetických kanálov, izolačný zásyp, kryogénnu izoláciu. Je dobrý na likvidáciu ropných produktov v suchom prostredí, kde nepríde k nasávaniu vody. Zrná po nasiaknutí je vidieť na obrázku č. 2. Technické údaje sú uvedené v tabuľke č.1.

Tabuľka č. 1 Technické údaje perlitu

Chemické zloženie expandované perlitu je uvedené v tabuľke č.2.

Tabuľka č. 2 Chemické zloženie perlitu

Ide o elementárny sorpčný prostriedok, jeho použitie spočíva v nasypaní na uniknutú látku, a následnom odstránení. Nesmie sa používať na vodných hladinách, nakoľko je hydrofilný.

Obrázok č. 2 Použitý PERLIT

Vapex

VAPEX je hydrofobizovaný expandovaný perlit. Jeho povrch je obalený jemnou vrstvou hydrofóbneho, vodou nezmáčaného materiálu. Adsorbuje naftu, benzín, oleje, tuky, mazadlá, terpentín a iné mastné tekutiny na zemi, vode a rozptýlené vo vode.

Je to sypký, zrnitý, pórovitý materiál, čo je vidno na obrázku č. 3, Je ľahký a pláva na vode. Jeho maximálna sypaná hmotnosť je 250 kg/ m³. Zrná dosahujú priemer okolo 0,5mm, čo má za dôsledok minimálnu prašnosť. V objeme 1m³ je schopný adsorbovať množstvo rôznych látok, uvedených v tabuľke č. 3. Je schopný rýchlo a efektívne likvidovať rozliaty olej po komunikáciach. Nasiaknuté zrná VAPEX-u je vidieť na obrázku č. 3.

Tabuľka č. 3 Sorpčná schopnosť VAPEX-u

Využíva sa tiež na očisťovanie priemyselných odpadových vôd pred vypustením do vodných tokov, čistenia pracovného prostredia v mechanických dielňach, kde sa využívajú olejové a iné ropné produkty. VAPEX sa používa pri filtrácii znečistených vôd, kde je predpoklad výmeny filtra v dlhých časových intervaloch. Pri filtrácii vody cez 1 m-ovú vrstvu, pri prietoku 10 m³/ hod na 1m² filtračnej vrstvy zníži koncentrácia ropných produktov z 300 mg na 0,5 až 1 mg/l. V počiatočných fázach adsorpcie dosahuje VAPEX 98 až 100 %-nú úspešnosť. Táto úspešnosť s postupným zanášaním aktívneho povrchu klesá. V tečúcich vodách môže prísť k zníženiu sorpčnej schopnosti VAPEX-u, kvôli narušovaniu hydrofóbneho povlaku rozličnými chemickými látkami. Roztoky kyseliny soľnej, dusičnej a hydroxidov znižuje sorpčnú schopnosti VAPEX-u.

Obrázok č. 3 Zrná VAPEX-u

Znečistené spodné vody môžu byť vyčistené tlakovým filtrom s náplňou VAPEX-u. Pri tomto type čistení sa lepšie uplatňujú hrubozrnnejšie typy VAPEX-u. Filter tvorí tlaková nádoba, kde preteká voda cez vrstvu VAPEX-u. V prípade, že voda obsahuje väčšie množstvo kalov, odporúča sa zaradiť pred VAPEX-ový filter mechanický odlučovať alebo odkalovač.

Postupy aplikácie Vapexu:

Čistenie znečistených podláh ropnými látkami spočíva v posypaní dostatočným množstvom sorpčného materiálu, ktorý ropné látky adsorbuje. Nasýtený Vapex sa zametie.

Čistenie stojatých vôd od ropných produktov sa vykonáva posypaním Vapexu na vodnú hladinu a po nasýtení sa sorbent zbiera sieťami.

Čistenie vodných tokov, do ktorých unikli ropné látky, sa vykonáva pomocou norných stien, kterými sa prehradí vodný tok a po celej šírke a Vapex sa nasype pred stenu. Nasýtený sorbent pláva na hladine a odstraňuje sa sieťami.

Rozptýlené ropné látky vo vode, sa likvidujú za pomoci filtru, plneného Vapexovou náplňou.

Obrázok č. 4 Použitý VAPEX

Vapex môže byť použitý aj na hasenie ropných látok, a to tak, že sa nasype v silnej vrstve na horiaci materiál. Vapex zabráni prístupu vzduchu a pohltí zostávajúce ropné látky.

Mimo týchto sorpčných látok, ponúkame na predaj aj produkty ako SpilKleen a havarijné súpravy rôznych veľkostí, sorpčné rohože a pod.

TEXT: Martin Štefánik