Lietuvos Energetikos Instituto mokslininkai kuria inovatyvius nuotekų dumblo neutralizavimo metodus

Iš daugybės šiuo metu pasaulyje egzistuojančių pavojingų medžiagų ir atliekų neutralizavimo metodų plačiausiai naudojami terminiai, iš kurių, kaip efektyviausias (efektyvumas siekia 99 %), išskiriamas plazminis metodas. Šis metodas laikomas kenksmingų medžiagų apdorojimo ateities technologija.

Kol kas tokie eksperimentiniai įrengimai, veikiantys plazminio skaidymo metodo pagrindu, pritaikyti tik nedaugelyje pavojingų medžiagų neutralizavimo įmonių, o Lietuvoje – iš viso netaikomi. Plazminius atliekų ir pavojingų medžiagų neutralizavimo įrenginius turi JAV, Prancūzija, Šveicarija ir Rusija. Tačiau pasaulinėje mokslinėje-techninėje literatūroje beveik nėra mokslinių duomenų apie plazminį sunkiai skylančių atliekų skaidymo metodą, kuris, dėl unikalių galimybių, galėtu būti plačiai taikomas praktikoje.

Nukenksminant įvairias organines atliekas įprastiniais terminiais metodais (žematemperaturine oksidacija, distiliavimu, desorbcija), proceso metu temperatūra paprastai būna žemesnė nei 1300-1500 ^oC. Tuomet ne visos medžiagos tinkamai suskaidomos, o iš kai kuriu, pvz., chloro organinių junginių, gali susidaryti naujos toksinės medžiagos, tokios kaip dioksinai, furanai ir kitos, kurios yra daug nuodingesnės už pirminį produktą.

Norint visiškai suskaidyti tokias medžiagas, reakcijos temperatūrą reikia pakelti iki 1800 ⁰C ir išlaikyti jas degimo zonoje 1-2 s. Tokios sąlygos pasiekiamos tik plazmocheminiame reaktoriuje, į kurį paduodami įvairių dujų (oro, vandens garu, vandenilio) srautai, įkaitinti plazmos generatoriuje iki 3000 K ir daugiau. Šio proceso metu apdorojamų atliekų molekulės suskaidomos į atomus, radikalus, elektronus ir teigiamus jonus. Plazmai auštant susidaro paprastos, nenuodingos medžiagos, tokios, kaip anglis, vandens garai ir kt.

Proceso eigoje kietos atliekos reaktoriuje išlydomos ir, dėl labai aukštos proceso temperatūros, visi pavojingi produktai suskaidomi, o neorganinės medžiagos ir metalų komponentai sulydomi į sustiklėjusi šlaką. Proceso metu organinės medžiagos virsta dujomis. Papildomai į reaktoriaus kamerą tiekiant deguonį, propaną, vandenilį ar kitas reikalingas dujas, galima užtikrinti visišką organinių medžiagų suskaidymą. Tokiu būdu pasiekiamas labai aukštas atliekų nukenksminimo efektyvumas, visiškai nukenksminamos visos organinės ir neorganinės medžiagos. Pasaulyje tarp mokslininkų vyrauja nuomonė, kad tai kol kas surastas idealiausias variantas (nors ir labai mažai tyrinėtas) skirtas sunkiai skylančių teršalų nukenksminimui.

Karšto plazmos srauto, skirto įvairių sunkiai skylančių teršalų nukenksminimui, šaltinis yra plazminis generatorius – įrenginys, kuriuo galima gauti aukštos temperatūros ištekantį plazmos srautą. Plazmocheminis reaktorius, į kurį tiekiamos specialiai paruošos atliekos (granuliuotos arba susmulkintos iki milimetriniu matmenų) - tai iš atskirų aušinamų sekcijų susidedanti kamera, sujungta su plazmos generatoriumi (plazmotronu). Plazmos generatoriaus dėka reakcinėje lanko zonoje yra pasiekiama aukšta temperatūra ir vyksta cheminės reakcijos, sąlygojančios teršalų nukenksminimo procesą.

Verta paminėti, kad plazma yra unikali aplinka, kurioje gali vykti visos cheminės reakcijos, negalimos įprastinėse degimo produktų aplinkose. Plazminio elektros lanko zonoje temperatūra siekia iki 50000 ^oC, o ištekančio srauto temperatūra, priklausomai nuo poreikio ir tiekiamų pagalbinių duju srauto, gali siekti 3000 – 8000 ^oC, todėl atsiranda galimybė, leidžianti pasiekti visas reikalingas sąlygas realizuoti organinių teršalų neutralizavimo procesus.

Šiuo metu Lietuvos energetikos institute, Plazminių technologijų laboratorijoje yra sukurtas eksperimentinis įrenginys (plazmocheminis reaktorius), kurio pagalba siekiama išsiaiškinti cheminius ir fizikinius procesus lemiančius nuotekų dumblo neutralizavimo eigą bei darbo efektyvumą. Verta paminėti, kad pavojingų atliekų neutralizavimo proceso eiga priklauso nuo daugiau nei 50 veiksnių, kurių pagrindinai yra šie: plazmą formuojančių dujų entalpija, plazmos srauto temperatūros pasiskirstymas, srauto greitis, įpučiamų į reaktorių dujų srautas bei sudėtis, aušinančio vandens temperatūra, plazmocheminio reaktoriaus konstrukciniai parametrai (išėjimo skersmuo, reaktoriaus kanalo ilgis), plazmą formuojančių dujų jonizacijos lygis, skaidomos medžiagos išlaikymo reakcijos zonoje trukmė ir kt. Sėkmingai realizavus užsibrėžtus tyrimų tikslus būtų žengtas didžiulis žingsnis link efektyvesnio ir daug greitesnio organinės kilmės atliekų neutralizavimo

1. Valincius V., Krušinskaite V., Valatkevicius P., Valinciute V., Marcinauskas L. Electric and thermal characteristics of the linear, sectional DC plasma generator. // Plasma sources science and technology. No.2, 2004, p. 199-206.

2. Riffat R. Fundamentals of Wastewater Treatment and Engineering. Handbook // IWA Publishing, 2012, 400 p

A. Podoktorantūros stažuotė finansuojama pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos, Mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumo ir studentų mokslinių darbų skatinimo priemonės (VP1-3.1-ŠMM-01) įgyvendinamą projektą "Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“. 

Autoriai:

Žydrūnas Kavaliauskas, Vitas Valinčius

Lietuvos energetikos institutas, Breslaujos gt. 3, Kaunas