CZ298398B6

CZ298398B6 - Zpusob ošetrení a využití kontaminovaných zemin

Info

Publication number: CZ298398B6
Application number: CZ20040476A
Authority: CZ
Inventors: Marek@Miroslav; Marek@Aleš
Original assignee: Ester, Spol. S R. O.
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2007-09-19
Also published as: CZ2004476A3

Abstract

Zpusob ošetrení kontaminovaných zemin spocívajícív tom, že se aplikuje na zeminu kontaminovanou slouceninami težkých kovu fixacní prostredek na bázisodných, draselných nebo amnonných solí humínových a/nebo fulvínových kyselin ve forme roztoku nebohydrokoloidu vytvorených s polysacharidy na bázi pektátu, alginátu, karagenanu ci chitozanu, prípadne za prídavku redukcních cinidel pro fixaci težkých kovu vyskytujících se v kontaminované zemine vevyšším oxidacním stupni. Pri využití zemin podle tohoto rešení se zemina kontaminovaná slouceninamitežkých kovu promíchá samostatne s fixacním prostredkem a organickými makromolekulárními látkami obsahujícími ve své molekule fosfonové kyseliny a/nebo s anorganickými materiály s navázanými fosfonovými kyselinami nebo spolecne s redukcními cinidly a poté se smíchá s emulzí asfaltu a/nebo bitumenu a/nebo s cementem a s anorganickými výplnovými materiály vybranými ze skupiny tvorené pískem, šterkem, kamenivem, popílkem, sedimenty, okujemi, rozdrcenými odpadními stavebními hmotami a s rozdrcenou vrstvou vozovky urcené k rekonstrukci a rozdrcenouodpadní pryží, prípadne za prídavku aktivátoru tuhnutí betonu a získaná smes se použije na konstrukce vozovek a/nebo do základu dopravních a prumyslových staveb. Výhodne se kontaminovaná zemina smíchá s cementem a emulzí asfaltu a/nebo bitumenu.

Description

Způsob ošetření a využití kontaminovaných zemin

Oblast techniky

V metalurgii a při následném zpracovávání kovů a jejich slitin i v řadě technologií chemického, kožedělného a jiných oblastí průmyslu dochází velmi často ke kontaminaci zemin ve výrobních areálech a v jejich okolí sloučeninami těžkých kovů, resp. ekologicky závadných kovů jako je arzen, měď, olovo, rtuť, chrom, kadmium a jinc. Sloučeninami těchto kovů jsou velmi často kontaminovány povrchové a zvláště pak podzemní vody, přičemž odstraňování solí těchto kovů z kontaminovaných vod a z kontaminovaných zemin v nad loží podzemních vod je velmi komplikované a ekonomicky nákladné. Zabránění průsaku solí ekologicky závadných kovů, případně jejich odstraňování z povrchových, odpadních či podzemních vod je proto velmi aktuální problém.

Dosavadní stav techniky

Při odstraňování solí ekologicky závadných kovů z kontaminovaných povrchových nebo podzemních vod se doposud nejvíce uplatňují metody jejich srážení buď změnou pil, nebo přídavkem různých srážecích činidel. Vy srážené soli těžkých kovů jsou pak oddělovány sedimentací, filtrací nebo centrifugách Druhou možností pro zachycování iontů těžkých kovů z kontaminovaných vod je jejich fixace na polymerních materiálech iontovýměnneho charakteru, nejčastčji na syntetických polymerních ionexech.

Pro odstraňování iontů těžkých kovů z kontaminovaných vod byly použity i humínové kyseliny. Pro tyto účely byl vyvinut adsorbent na bázi humínových kyselin používaný pod obchodním názvem Humasorb - CS. K zachycování solí těžkých kovů byl používány i směsi humínových kyselin s kaolínem nebo schitosanem. U některých kovů (stroncia, rubidia a lantanidů) byla popsána též zvýšená sorpce jejich solí na oxidy kovu po přídavku humátů v důsledku tvorby komplexů humínových látek s těmito kovy.

Při odstraňování solí ekologicky závadných kovu z kontaminovaných zemin se uplatňují extrakční postupy, kdy se kovy ze zeminy převedou do vodného extraktu a poté se zachytí vy srážením ve formě nerozpustných solí nebo se zachytí na iontovýměnných nosičích. Poněvadž je tento postup velice náročný technicky i ekonomicky, ve většině případů se kontaminovaná zemina pouze vytěží apo převozu uloží na speciálně k tomuto účelu vybudované deponie. Alternativně je možno zeminu kontaminovanou solemi ekologicky závadných kovu přidávat do betonářských nebo asfaltových či asfaltobctonářských směsi a takto fixovanou vc ztuhlých matricích uvedených směsí ji použit do základů staveb, komunikací apod.

Podstata vynálezu

Řešení problematiky kontaminací zemin sloučeninami těžkých kovů dle vynálezu je spojené s odstraněním hlavního nebezpečí přítomnosti iontů těžkých kovů v zeminách, tj. ve většině případů v nadloží podzemních vod. kdy toto nebezpečí jc dáno vyluhováním iontů těžkých kovů do podzemních vod. Aby se zabránilo vyluhování iontů těžkých kovů do podzemních vod, není na mnoha lokalitách, zvláště v průmyslových zónách a v prostorách, kde sc nadále se sloučeninami těžkých kovů pracuje, deponovat či extrakcí čistit), nýbrž by stačilo ionty těžkých kovů v nadložní zemině efektivním způsobem fixovat a zabránit jejich prosakování do podzemních vod. Tuto možnost řeší způsob ošetření kontaminovaných zemin dle vynálezu spočívající v aplikaci fixačního prostředku na bázi roztoků sodných, draselných nebo amonných solí humínových a/nebo fulvínových kyselin, ve formě hydrokoloidů společně s polysacharidy na bázi pektátů, alginátů, keragenanů či chitozanu nebo za přídavku dalších redukujících činidel pro

- 1 fixaci těžkých kovů vyskytujících se v zemině ve vyšším oxidačním stupni. Aplikace fixačních prostředků do nad loží podzemních vod se provádí v závislosti na struktuře a tím i propustnosti zeminy buď pouhým povrchovým zkrápěním, nebo injektáží, případně mechanickou úpravou nad ložní zeminy se současně prováděným smícháním s roztokem nebo hydrokoloidem solí 5 huni lnových a/nebo ful ví nových kyselin. Účinkem těchto látek jsou přítomné ionty těžkých kovů převáděny do nerozpustných komplexů s velmi nízkými součiny rozpustnosti, v důsledku čehož je zabráněno průsaku těžkých kovů do podzemních vod. Způsobem dle vynálezu je možnost fixovat v nad loží podzemních vod nejenom těžké kovy ve formě kationtů (As, Cu. Zn, Pb. Cd, Mn, Cr, Hg, Ni, Co, Cs) a kovy ve vyšším stupni mocenství ve formě aniontů (např. arzen ičnany, io chromany, dichromany apod). ale i organokovové sloučeniny těžkých kovů jako je např. methyIrluf.

Při ošetření zemin kontaminovaných sloučeninami těžkých kovů může být na některých lokalitách z důvodu urbanistického řešení, technické úpravy terénu, potřeb řešení dopravní situace i? apod. požadováno odtěžení zeminy. Způsobem podle vynálezu může být ošetřená zemina využita jako složka při provádění stavebních prací v rámci dopravních staveb, průmyslových ploch a staveb atd. Přídavkem ošetřené zeminy do betonářských směsí nebo do směsí asfaltu a betonu je dosaženo synergického účinku jednak fixace sloučenin těžkých kovů na přidané makromolekulami humínové látky a jednak zabudování ošetřené zeminy do vlastního tělesa betonu, asfaltu 20 nebo asfalto-betonu. Zabránění možnosti vyluhování iontů těžkých kovů je touto kombinací dosaženo prakticky zc 100%. Pro zajištění této fixace sloučenin těžkých kovů i v prostředí s výraznými změnami pl 1 je možno uvedený postup s výhodou kombinovat přídavkem syntetických polymerních látek nebo anorganických nosičů $ navázanými fosfonovými kyselinami k betonové nebo asfalto-betonovc směsi.

Betonové nebo asfalto-betonové směsi se způsobem podle vynálezu vytvářejí přídavkem ošetřené kontaminované zeminy do betonářské směsi složené z cementu, kameniva, písku, případně i rozdrceného svršku vozovky určené k rekonstrukci. S výhodou sc do těchto směsí přidávají různé odpadní sedimenty, okuje, popílky nebo i rozdrcená odpadní pryž. Vedle samotné betonové 30 směsi se dle vynálezu k těmto materiálům s výhodou přidává emulze asfaltu nebo bitumenu pro zesílení kompaktnosti finálního produktu především z hlediska zvýšené hydrofóbnosli a tím i odolnosti vůči průsakům. Alternativně sc ošetřená zemina nechá zaschnout a poté se přidává přímo do taven i ny asfaltu nebo bitumenu za přídavku alespoň některého z uvedených výplňových materiálu.

Synergického účinku fixace sloučenin těžkých kovů obsažených v kontaminovaných zeminách na makromolekulami humínové látky společně se zabudováním ošetřené zeminy kontaminované sloučeninami těžkých kovů do asfalto-betonových stavebních produktů je možno dle vynálezu dosáhnout tvorbou asfaltové nebo bilumenové emulze obsahující humínové a/nebo fulvínové lát40 ky a přímou aplikací této emulze do směsi kontaminované zeminy, cementu a výplňových materiálů na bázi štěrku, kameniva, písku a aktivátoru tuhnutí betonu, případně i za přídavku okují, popílků, sedimentů nebo rozdrcené odpadní pryže. Zvláště výhodná je technologie rekonstrukce vozovek pomocí studené asfaltové emulze s přídavkem h umí nových látek, která se přidává bezprostředně k seříznutému a rozdrcenému povrchu vozovek společně s cementem, kon4? taminovanou zeminou a pro dosažení větší elasticity a odolnosti tělesa vozovky vůči mrazu i za přídavku rozdrcené odpadní pryže, např. z ojetých pneumatik.

K výhodám způsobu ošetření a využití kontaminovaných zemin dle vynálezu patří především jednoduchost provedení a nízká ekonomická náročnost celého postupu.

Vynález jc dokumentován příklady provedení, aniž by se jimi omezoval.

_ 9 .

Ίΐνικιο r\ r

V Z- Í7OJ7O DU

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Kontaminovaná zemina obsahující ionty těžkých kovů sc zkrápí 5% roztokem humátu amonného, ke kterému byl přidán roztok pektinu. s výhodou odpadajícího z výroby potravinářského pekl i nu, v takovém množství, aby výsledná koncentrace činila 0.2 až 2,5 % hmotn. Po dostatečném průsaku celého objemu kontaminované zeminy použitým hydrokoloidem jsou přítomné ionty těžíc kých kovů fixovány na přítomné nerozpustné humínové látky takovým způsobem, že jejich koncentrace ve vodném výluhu ošetřené zeminy jsou hluboko pod přípustnou normou.

Příklad 2

Do zeminy kontaminované ionty těžkých kovů včetně kovů ve vyšším oxidačním stupni (ve formě aniontu) se střídavě injektuje 5% roztok humátu draselného, siřičitanu draselného a síranu železnatého vlakovém množství, aby výsledná koncentrace činila 0.5 až 4%. Po dostatečném průsaku celého objemu kontaminované zeminy injektážním roztokem jsou přítomné ionty těž2o kých kovů fixovány na přítomné nerozpustné humínové látky takovým způsobem, že jejich koncentrace ve vodném výluhu ošetřené zeminy jsou hluboko pod přípustnou normou.

Přiklad 3

Kontaminovaná zemina obsahující ionty těžkých kovů sc promísí s roztokem humínových a fulvínových kyselin o celkové koncentraci 4 % za přídavku alginátu a karagenu v takovém množství, aby výsledná koncentrace činila 0,1 až 3%. Po dostatečném promíchání kontaminované zeminy vytvořeným hydrokoloidem jsou přítomné ionty těžkých kovů fixovány na nerozpustné 30 humínové látky takovým způsobem, že jejich koncentrace vc vodném výluhu ošetřené zeminy jsou hluboko pod přípustnou normou.

Příklad 4

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů se promísí s roztokem 3% humátu sodného. Po jejím vysušení se přidá do taveniny asfaltu a/nebo bitumciui za přídavku kameniva a/nebo štěrku a/nebo okují a/nebo popílku v poměrech běžně používaných při přípravě obalových drtí pro konstrukce vozovek a získaná směs se použije do základů dopravních a průmyslových •io staveb. Vodný výluh vytvořeného materiálu neobsahuje detcgovatelné množství iontů těžkých kovů.

Příklad 5

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů se promísí s roztokem 5% humátu draselného a poté se přidá do směsi cementu a anorganických výplňových materiálů na bázi pískli, štěrku a rozdrcených odpadních stavebních hmot v poměru běžně používaném pro připrávu betonářských směsí společně s 0.5 až 5 % hmotn. materiálu na bázi silikátu s navázanými fosfonovými kyselinami a aktivátorem tuhnutí betonu. Získaná betonářská směs se použije do základů průmyslových staveb. Po zatuhnutí se z vytvořeného betonového materiálu nevy luhují detegovatelné koncentrace sloučenin těžkých kovů.

- a z >· < ΊΠν ΤΙ14» Π f ji. J<W 70 DU

Příklad 6

Ke kontaminované zemině obsahující sloučeniny těžkých kovu sc přidají 3 % humínových a/nebo fulvínových kyselin. 0.5 až 5 % organického poly meru s navázanými fosfonovými kyselinami a po promíchání se přidá cement, vodná emulze asfaltu a/nebo bitumenu a kamenivo, štěrk a písek a aktivátor tuhnutí betonu v poměrech používaných pro přípravu obalových směsí pro konstrukci vozovek, případně za přídavku 3 až 20 % rozdrcené odpadni pryže. Získaná směs sc použije jako podkladová vrstva pro konstrukci průmyslových ploch. Po zatuhnutí se z vytvořeného asfalto-betonového materiálu nevyluhují detegovatelná množství sloučenin těžkých kovů.

Příklad 7

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů se smíchá s cementem, emulzí asfaltu či bitumenu s 2 až 15 % přídavku humínových a/nebo fulvínových kyselin, a anorganických substrátů na bázi štěrku, písku, kameniva a vrchní rozdrcené vrstvy rekonstruované vozovky za přídavku aktivátoru tuhnutí betonu v poměrech běžně používaných pro přípravu obalových směsí při konstrukci vozovek. Získaná směs se použije jako podkladová vrstva pro konstrukci vozovek a průmyslových ploch. Po zatuhnutí se z vytvořeného asfalto-betonového materiálu nevyluhují detegovatelná množství iontů těžkých kovů.

Příklad 8

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů se smíchá s cementem, štěrkem, kamenivem, sedimentem a okujemi za přídavku aktivátoru tuhnutí betonu v poměrech běžně používaných pro přípravu betonářských směsí společně s I až 30 % emulze asfaltu či bitumenu s přídavkem 2 až 15 % humátu amonného nebo humátu alkalického kovu společně s přídavkem organických nebo anorganických kyselin. Získaná směs se použije do základů dopravních a průmyslových staveb. Po zatuhnutí se z vytvořeného asfalto- betonového materiálu nevyluhují detegovatelná množství iontů těžkých kov.

Příklad 9

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů a polytanty na bázi černouhelného dehtu se promísí s roztokem 2,5% humátu sodného. Po jejím vysušení se přidá do taveniny asfaltu a/nebo bitumenu za přídavku kameniva a/nebo štěrku a/nebo okují a/nebo popílku v poměrech těžké používaných při přípravě obalových drtí pro konstrukce vozovek a získaná směs se použije do základ dopravních a průmyslových staveb. Vodný výluh vytvořeného materiálu neobsahuje detegovatelná množství sloučenin těžkých kovů, aromatických uhlovodíků a hetcrocyklických sloučenin koksochemického původu.

Příklad 10

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovů a minerální oleje pocházejí z úkapů při provozu silničních vozidel sc smíchá s cementem, emulzí asfaltu či bitumenu s 2 až 15 % přídavku humínových a/nebo fulvínových kyselin, a anorganických substrátů na bázi štěrku, písku, kameniva a vrchní rozdrcené vrstvy rekonstruované vozovky za přídavku aktivátoru tuhnutí betonu a pryžové drtě z rozdrcených ojetých pneumatik v poměrech běžně používaných pro přípravu obalových směsí pří konstrukci vozovek. Získaná směs se použije jako podkladová vrstva pro konstrukci vozovek a průmyslových ploch. Po zatuhnutí se z vytvořeného asfalto-4betonového materiálu ne vy luhují detegovatelná množství sloučenin těžkých kovu nebo nepolárních extrahovatelných látek (NEL).

Příklad 11

Kontaminovaná zemina obsahující sloučeniny těžkých kovu a minerální oleje pocházející z řezných kapalin sc smíchá s cementem, štěrkem, kamenivem, sedimentem a okujemi za přídavku aktivátoru tuhnutí betonu v poměrech běžně používaných pro přípravu betonářských směsí io společně s 10 až 50 % emulze asfaltu či bitumenu s přídavkem 2 až 10 % humátu amonného nebo humátu alkalického kovu společně s přídavkem organických nebo anorganických kyselin. Získaná směs se použije do základů dopravních a průmyslových staveb. Po zatuhnuti se z vytvořeného asfalto-betonového materiálu nevyluhují detegovatelná množství sloučenin těžkých kovů nebo nepolárních extrahovatelných látek (NEL).

Průmyslová využitelnost

Způsob ošetření a využití kontaminovaných zemin dle vynálezu je využitelný při ochraně povr20 cílových a podzemních vod před kontaminací způsobenou vyluhováním zemin kontaminovaných ionty těžkých kovů a při využití těchto zemin (kontaminovaných sloučeninami těžkých kovů) jako komponent při rekonstrukcích vozovek a ve stavebnictví při zakládání průmyslových staveb a ploch.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob ošetření kontaminovaných zemin, vy l n a č u j í c í se tím, že sc na zeminu kontaminovanou sloučeninami těžkých kovů aplikuje fixační prostředek na bázi sodných, draselných nebo amonných solí humínových a/nebo fulvínových kyselin ve formě roztoků nebo hydrokoloidů vytvořených s póly sacharidy na bázi pektátů, alginátů, karagenanů či chitozanu.
2. Způsob ošetření zemin podle nároku 1.vyznačuj ící se t í m , že se dále samostatně nebo společně s fixačním prostředkem aplikují redukční činidla pro fixaci těžkých kovů vyskytujících se v kontaminované zemině vc vyšším oxidačním stupni.

40
3. Způsob ošetření zemin podle nároku 2, vy značuj ící se tím, že sc aplikace fixačního prostředku a redukčních činidel do nadloží podzemních vod provádí v závislosti na struktuře a tím i propustnosti zeminy povrchovým zkrápěním nebo injektáží nebo promícháním zeminy s fixačním prostředkem a redukčními činidly.

i5
4. Způsob ošetření a využití zemin podle nároků I až 3, vyznačující se tím. že se zemina kontaminovaná sloučeninami těžkých kovů promíchá samostatně s fixačním prostředkem a organickými makroniolekulárními látkami obsahujícími ve své molekule fosfonovc kyseliny a/nebo anorganickými materiály s navázanými fosfonovými kyselinami nebo společně s redukčními činidly a poté se smíchá s emulzí asfaltu a/nebo bitumenu a/nebo $ cementem a 50 s anorganickými výplňovými materiály vybranými zc skupiny tvořené pískem, štěrkem, kamenivem. popílkem, sedimenty, okujemi, rozdrcenými odpadními stavebními hmotami a s rozdrcenou vrstvou vozovky určené k rekonstrukci, případně za přídavku aktivátoru tuhnutí betonu a získaná směs sc použije do základů dopravních a průmyslových staveb.

13 ϋ
5. Způsob ošetření a využití zemin podle nároku 4. v y z n a č u j í c í se t í m . žc zemina kontaminovaná sloučeninami těžkých kovů ošetřená podle nároku 4 se po vysušení přidá do taveniny asfaltu a/nebo bitunienu a získaná směs se použije jako podložní vrstva na zpevněný povrch dopravních a průmyslových staveb.

s
6. Způsob ošetření a využití zemin podle nároků 1 až 4, v y z n a č u j í c í se tím, že zemina kontaminovaná sloučeninami těžkých kovů se smíchá s cementem, emulzí asfaltu a/nebo bitumenu s přídavkem humlnových a/nebo ful vínových kyselin a s výplňovými materiály vybranými ze skupiny tvořené pískem, štěrkem, kamenivem, popílkem, sedimenty, okujemi, rozdrce-
10 nými odpadními stavebními hmotami, rozdrcenou vrstvou vozovky určené k rekonstrukci a rozdrcenou odpadní pryží a získaná směs se použije na konstrukce vozovek a do základů dopravních a průmyslových staveb.