Απομάκρυνση επικίνδυνων ρυπαντών από υγρά απόβλητα με χρήση διαπερατών ενεργών φραγμών

Abstract

Ένα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα που προκαλείται κυρίως από την ανθρωπογενή δραστηριότητα είναι η ρύπανση των εδαφών και των επιφανειακών αλλά και υπογείων υδάτων. Το πρόβλημα αυτό γίνεται εντονότερο λόγω της διεθνούς οικονομικής κρίσης, η οποία αναπόφευκτα θέτει σε δεύτερη μοίρα στη συνείδηση των ανθρώπων, θέματα προστασίας και αποκατάστασης του περιβάλλοντος. Η πιο διαδεδομένη μέθοδος επεξεργασίας ρυπασμένων υπόγειων νερών, τα οποία και αποτελούν βασικό αντικείμενο της παρούσας διατριβής, είναι της άντλησης και επεξεργασίας (pump-and-treat) σύμφωνα με την οποία τα υπόγεια νερά αντλούνται με σύστημα γεωτρήσεων, στην συνέχεια οδηγούνται σε μονάδα επεξεργασίας για την απορρύπανσή τους και τέλος επανατροφοδοτούνται στον υδροφόρο ορίζοντα από άλλες γεωτρήσεις. Στη παρούσα διατριβή μελετάται η δυνατότητα χρησιμοποίησης νέων «φθηνών» παραπροϊό-ντων / αποβλήτων μεταλλευτικών, μεταλλουργικών και χημικών διεργασιών, αλλά και αγροτι-κών παραπροϊόντων για την επεξεργασία υδάτων ή/και εκχυλισμάτων επιβαρυμένων με βαρέα μέταλλα και τον καθαρισμό ρυπασμένων υπόγειων υδάτων με την χρήση Διαπερατών Ενεργών Φραγμών (ΔΕΦ), που είναι μια εναλλακτική τεχνική, χαμηλού κόστους, επεξεργασίας διαλυμάτων και περιλαμβάνει την εγκατάσταση μόνιμων, ημι-μόνιμων ή αντικαταστάσιμων ενεργών στρωμάτων στο υπέδαφος. Κατά την διάρκεια των πειραμάτων εξετάσθηκε η αποτελεσματικότητα των ΔΕΦ, για την απομάκρυνση ανόργανων ρύπων από συνθετικά μονομεταλλικά και πολυμεταλλικά διαλύματα ενώ ιδιαίτερο βάρος δόθηκε στην δυνατότητα εφαρμογής μιας νέας μεθοδολογίας για την απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου Cr(VI) από συνθετικά διαλύματα, η οποία σύμφωνα με την έως τώρα δημοσιευμένη βιβλιογραφία, εφαρμόζεται για πρώτη φορά σε διάταξη ΔΕΦ και υπό τις συνθήκες που μελετήθηκε, παρουσιάζει ιδιαιτέρως αξιόλογα αποτελέσματα. Η αποτελεσματικότητα των υπό μελέτη υλικών ερευνήθηκε μέσω συγκριτικής αξιολόγησης σε πειράματα σε στήλες για την απομάκρυνση ιόντων χαλκού, ψευδαργύρου, μαγγανίου, νικελίου και εξασθενούς χρωμίου, για διαφορετικές συγκεντρώσεις και pH των διαλυμάτων τροφοδοσίας. Τέλος, προσδιορίστηκε η διάρκεια ζωής των ΔΕΦ σε εφαρμογές πεδίου με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από τα πειράματα σε στήλες. Για τη διερεύνηση της μορφολογίας των ενεργών υλικών που χρησιμοποιήθηκαν αλλά και της χημικής σύστασης των νεοσχηματισθέντων φάσεων, καθώς επίσης και για τον καλύτερο προσδιορισμό των μηχανισμών που συμβάλλουν στην απομάκρυνση των μετάλλων, εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι ορυκτολογικής ανάλυσης περιθλασιμετρίας ακτίνων-Χ (XRD), ανάλυσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM-EDS) και φασματοσκοπίας υπερύθρου (FTIR). Οι παραπάνω τεχνικές, παρά την ιδιαίτερα πολύπλοκη ορυκτολογία των εξεταζόμενων υλικών, συμβάλλουν σε ικανοποιητικό βαθμό, στην κατανόηση των σύνθετων μηχανισμών και αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα.

In the present study, the efficiency of permeable reactive barriers (PRBs) containing organic material mixed with zero-valent iron, fly ash or red mud to remove heavy metals from leachates was assessed. Upflow laboratory column experiments were carried out to assess system efficiency in terms of Cu, Zn, Ni and Mn removal. The initial concentration of each metal ion in the feed was 50 mg/L. The present study also explores the potential of composite permeable reactive barriers containing organic material and elemental sulphur for the clean up ofcontaminated plumes containing Cr(VI) and acetate. Elemental sulphur acts as electron acceptor while acetate as electron donor and carbon source. The study also aims to identify the main mechanisms involved in the removal of Cr(VI). Experiments were carried out in laboratory plexiglas columns, with a diameter of 5 cm and length of 50 cm. The feed contained 10 mg.L-1 Cr(VI) and COD (0.6 or 6 g.L-119 ). COD enhances the production of hydrogen sulphide within the reactive bed which in turn causes the reduction of Cr(VI). Under the optimum experimental setup, the PRB exhibited excellent Cr(VI) reduction potential over a period of 420 days. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectrometry (EDS) as well as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) were used to characterize the exhaustive reactive material and identify newly formed mineral phases.