Simultaneous removal of toxic metals and PAHs from real contaminated sediments using electrokinetic technique

Abstract

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η ταυτόχρονη απομάκρυνση επιλεγμένων τοξικών μετάλλων και πολυαρωματικών υδρογονανθράκων (PAHs) από ρυπασμένα ιζήματα με χρήση της ηλεκτροκινητικής τεχνικής. Η μέθοδος εφαρμόστηκε σε φυσικά ρυπασμένα και ανεπεξέργαστα ιζήματα, κοκκομετρίας μικρότερης των 2 mm, με σκοπό την όσο το δυνατό καλύτερη προσομοίωση συνθηκών πεδίου, γεγονός που συνιστά και μία από τις καινοτομίες της παρούσης διατριβής. Όλα τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν χωρίς έλεγχο του pH, ενώ χρησιμοποιήθηκαν τρία ηλεκτρολυτικά κελιά διαφόρων διαστάσεων και χωρητικοτήτων. Αρχικά, εκτιμήθηκε ότι η χρήση ενός χηλικού αντιδραστηρίου, όπως το EDTA, ιδιαίτερα όταν αυτό χρησιμοποιηθεί σε αμφότερα τα ηλεκτρολυτικά διαμερίσματα (ανόδου-καθόδου) μπορεί να ενισχύσει τη μεταφορά των τοξικών μετάλλων, συγκριτικά με τη χρήση απλά και μόνο απιονισμένου νερού. Έπειτα, η εφαρμογή δύο καινοτόμων -για τη διεθνή βιβλιογραφία που αφορά στην ηλεκτροκινητική- τασιενεργών διαλυμάτων (Nonidet και Poloxamer) ανέδειξε την ισχυρή διαλυτοποιητική τους ικανότητα και αποδείχτηκε ότι κατά τη χρήση τους μπορούν να επιτευχθούν ποσοστά απομάκρυνσης PAHs της τάξεως του 45%-50% μεγαλύτερα από αυτά που έχουν καταγραφεί από τη χρήση άλλων ευρέως χρησιμοποιούμενων τασιενεργών (π.χ. Tween 80, 20%-25%) ή ακόμα και των πιο ακριβών κυκλοδεξτρινών (π.χ. HP-β-CD, 30%-35%). Επιπλέον, αξιοσημείωτη ήταν και η συνεισφορά τους στη μεταφορά-μετακίνηση των τοξικών μετάλλων, λόγω διαλυτοποίησής των, από τη στερεή στη διαλυτή φάση. Στη συνέχεια, η διαδοχική εναλλαγή-συνδυασμός δύο διαλυμάτων στο ανοδικό διαμέρισμα (ενός χηλικού αντιδραστηρίου και ενός τασιενεργού) εν μέσω διεξαγωγής των πειραμάτων, έδειξε ότι τα ποσοστά μετακίνησης ορισμένων μετάλλων (π.χ. As και Zn) μπορεί να ενισχυθούν από τη συνδυασμένη αυτή τεχνολογία (κατά περίπου 5%-10%) χωρίς -ταυτόχρονα- να επηρεαστούν σημαντικά τα ποσοστά απομάκρυνσης των PAHs. Επιπλέον, η χρήση του οξικού οξέος στο καθοδικό διαμέρισμα, σε συνδυασμό με τις ιδιαιτερότητες που το συνοδεύουν, (π.χ. εκπόλωση ΟΗ- καθόδου, διαλυτότητα οξικών μεταλλικών αλάτων, βιοαποικοδομησιμότητα, κ.α.) έδειξε πιθανή συνεισφορά του στη βελτίωση των ποσοστών μετακίνησης ορισμένων μετάλλων (π.χ. As). Τέλος, κατασκευάστηκε κελί εργαστηριακής-ημιπιλοτικής κλίμακας με σκοπό τη διερεύνηση, εκτίμηση, ή/και πιστοποίηση της αποδοτικότητας των παραπάνω διαλυμάτων και τεχνικών σε μεγαλύτερη κλίμακα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ποσοστά μετακίνησης-απομάκρυνσης των ρύπων διατηρήθηκαν στα υψηλά επίπεδα που σημειώθηκαν και κατά τη χρήση μικρότερων κελιών και ηλεκτροδίων, με ταυτόχρονη παραπλήσια ενεργειακή κατανάλωση, διατηρώντας έτσι το κόστος στα ίδια επίπεδα και ενισχύοντας, ταυτόχρονα, την πεποίθηση για εξίσου καλά αποτελέσματα και κατά την εφαρμογή τους στο πεδίο.