GJ - Privredna komora Srbije
Share Embed Flag
Download ePaper

GJ - Privredna komora Srbije

GJ - Privredna komora Srbije GJ - Privredna komora Srbije

pks.rs
18.11.2014 Views

ISPITIVANJE UNAPREĐENIH ELEKTROKINETIĈKIH TEHNIKA UKLANJANJA Cr, Cu I Zn IZ SEDIMENTA INVESTIGATION OF THE ENHANCED ELECTROKINETIC TECHNIQUES FOR Cr, Cu AND Zn REMOVAL FROM SEDIMENT Ljiljana Rajić ,* , Boţo Dalmacija, Svetlana Ugarĉina Perović, Zagorka Tamaš, SrĊan Ronĉević 1 Prirodno-matematički fakultet, Novi Sad Rezime U ovom radu su ispitivane unapreĊene elektrokinetiĉke tehnike koje su imale za cilj poboljšanje desorpcije Cr, Cu i Zn sa ĉestica sedimenta bez dodavanja hemijskih agenasa u sistem. Poboljšana desorpcija rezultuje povećanjem sadrţaja Cr, Cu i Zn u mobilnoj formi, a u kojoj su dostupni za elektromigraciju i time ekstrakciju iz sedimenta. Sledeći elektrokinetiĉki tretmani su vršeni: konvencionalni tretman (e1), tretman u aerobnim uslovima (e2), pulsna elektrokinetiĉka tehnika (e3) i ultrazvuĉno unapreĊen elektrokinetiĉki tretman (e4). Ukupne efikasnosti uklanjanja nakon e1, e2, e3 i e4 su bile, redom: 27,3, 43,5, 25,4 i 36,2% za Cr, 2,60, 22,0, 20,2 i 18,3% za Cu, i 23,4, 29,6, 24,2 i 31,2% za Zn. Visoka efikasnost uklanjanja Cr u odnosu na Cu i Zn u vezi je sa njegovom velikom jonskom pokretljivošću dok Zn ima najveći doprinos elektriĉnoj provodljivosti s obzirom na visoku poĉetnu koncentraciju u sedimentu. Ovo objašnjava ukupne efikasnosti uklanjanja nakon tretmana. Moţe se primetiti da su unapreĊene tehnike u najvećoj meri uticale na uklanjanje Cu (oko 10 puta veće nego nakon e1). S obzirom da je u toku unapreĊenih tehnika više jona Cu bilo u mobilnoj formi, a time je povećan i njegov transportni broj simultano su smanjeni transprotni brojevi Cu i Zn. Najveće efikasnosti uklanjanja Cr, Cu i Zn su postignute nakon e2 i e4. Efikasnost e2 se moţe objasniti reorganizacijom jona metala iz stabilne, oksidabilne forme u mobilne frakcije, kiselo-rastvornu i reducibilnu. Glavni razlozi za efikasnost e4 su: povećanje temperature, kavitacija i povećana mobilnost jona metala usled primene ultrazvuka. Rezultati ukazuju da pomenute tehnike u znatnoj meri poboljšavaju efikasnosti uklanjanja pomenutih metala u smeši iz sedimenta. Kljuĉne reĉi: elektrokinetiĉka remedijacija, sedimenta, unapreĊivanje. Abstract In this work we investigated enhanced electrokinetic techniques which were developed to improve heavy metals desorption from sediment particles and consequently their removal from sediment since only mobile metal forms can migrate in electric field. Sediment was contaminated with Cr, Cu and Zn according to Dutch standard for sediment classification. The following electrokinetic treatments were conducted on sediment sample: conventional treatment (e1), treatment in aerobic conditions (e2), treatment with pulsed electric field (e3) and ultrasonically enhanced electrokinetics treatment (e4). The removal efficacies for e1, e2, e3 and e4 were: 27.3, 43.5, 25.4 and 36.2% for Cr, 2.60, 22.0, 20.2 and 18.3 Cu, and 23.4, 29.6, 24.2 and 31.2 for Zn, respectively. High removal efficacy of Cr was due to high ionic mobility compared to Cu and Zn. Due to high initial Zn concentration its contribution to the electric conductivity was the most significant. This explains its removal efficacies after treatments. It can be noticed that enhanced techniques mostly influenced Cu removal (around 10 times higher that after e1). Since more Cu ions were present in sediment pore water its transport number increased while Cr and Zn ions contribution to the electric conductivity decreased. Removal efficacies after e2 and e4 for each metal were high. Efficacy of e2 is a consequence of metal ions reorganisation from stabile form (oxidizable fraction) into the more mobile forms (reducible and acid-soluble fraction). Ultrasonic application resulted in temperature increase, increased ions movement as well as cavitation. These were the main reasons for ions removal efficacy increase after e4. The results indicate that mentioned techniques have potential in improving the electrokinetic remediation of heavy metal contaminated sediment. Keywords: electrokinetic remediation, sediment, enhancement 1. UVOD Teški metali se mogu naći u akvatiĉnim ekosistemima usled niza prirodnih procesa (spiranje sa stena, vulkanske erupcije i dr.), meĊutim doprinos antropogenih aktivnosti (rudarstvo, industrijski procesi, transport i dr.) je znatno znaĉajniji. Kada se naĊu u akvatiĉnoj sredini metali su u najvećoj meri vezani u sedimentu (od 30 do 98%). MeĊutim, na ovaj naĉin oni nisu permanentno vezani i imobilisani nego podleţu nizu fiziĉko-hemijskih procesa koji kontrolišu njihovo kretanje, dostupnost i na kraju koncentraciju u kojima su prisutni u sistemu voda-sediment (Horowitz 1991). S obzirom da biodostupnost, a time i ispoljavanje toksiĉnosti metala, varira u zavisnosti od uslova sredine pravilno rukovanje sedimentom je neophodno. Ukoliko koncentracije metala u sedimentu premašuju dozvoljene koncentracije pristupa se odgovarajućem 443

tretmanu (John i Leventhal 1995). Postoje razliĉite metode tretmana sedimenta zagaĊenog teškim metalima, od kojih se u sve većoj meri koristi elektrokinetiĉka (EK) remedijacija. Ona podrazumeva primenu slabe jednosmerne struje ili napona kroz medijum ĉiji se tretman vrši pri ĉemu dolazi do niza procesa (elektroliza vode, elektromigracija, elektroosmoza, elektroforeza) koji doprinose uklanjanju jona metala iz sistema (Acar i Alshawabkeh 1993). EK tretman ima niz prednosti: mogućnost simultanog in situ uklanjanja organskih i neorganskih jedinjenja kao i soli; mogućnost preĉišćavanja medijuma sa visokim sadrţajem gline, koja ograniĉava hidrauliĉki protok; desorpcija jona koji su inaĉe nedostupni rastvorima za ispiranje i vodi usled sniţenja odnosno povećanja pH vrednosti kao posledice elektrolize vode i zadovoljavajuć odnos utroška materijalnih sredstava i efikasnosti procesa u odnosu na druge metode. Mane EK procesa se teţe prevazići primenom unapreĊenih EK tehnika (Alshawabkeh 2001, Yeung i Gu 2011). Glavna ograniĉenja su slaba desorpcija jona metala u sistemima sa visokim kapacitetom kisele neutralizacije (eng Acid Neutralization Capacity, ANC) i katjonske izmene (eng. Cationic Exchange Capacity, CEC) kao i akumulacija hidroksida metala u okolini katode (u sluĉaju katjonskih oblika metala). U okviru ovog rada ispitivane su mogućnosti primene odabranih unapreĊenih EK tehnika koje su imale za cilj poboljšanje desorpcije Cr, Cu i Zn sa ĉestica sedimenta bez dodavanja hemijskih agenasa u sistem. 2. MATERIJALI I METODE U okviru ovog rada kao uzorak je korišćen sediment Velikog Baĉkog kanala. Sve korišćene hemikalije u toku eksperimenata su bile pro analisy. Granulometrijski sastav korišćenih sedimenata je utvrĊen na osnovu ISO 13317-2:2001 metode. U toku eksperimenata kontinualno je praćena struja pomoću ampermetra. Vrednost pH i redoks potencijala merene su pomoću pH-metra (340i, WTW). Merenje pH vrednosti vršeno je u supernatantu koji preostaje nakon mešanja sedimenta i dejonizovane vode (sediment:voda=1:5) u toku 1 h pomoću SenTix ® 21 elektrode. Redoks potencijal je meren pomoću SenTix ® ORP elektrode njenim direktnim uranjanjem u sediment. Amonijum-acetatni metod je korišćen za utvrĊivanje CEC. ANC je odreĊen titracijom sa hlorovodoniĉnom kiselinom, a vrednost je izraĉunata primenom Gran metode. Sadrţaj organske materije (OM) odreĊen je spaljivanjem suvog uzorka u peći na 550ºC u toku 4 h. Procedura za hemijsku ekstrakciju u cilju odreĊivanja pseudo-ukupnog sadrţaja metala u sedimentu vršena je prema USEPA 3051a metodi. Analiza metala vršena je primenom Atomskog apsorpcionog spektrometra (plamena tehnika) (PerkinElmer, AAnalyst 700) u skladu sa USEPA 7000b metodom. Detekcioni limit metode (eng. Method Detection Limit, MDL) za Cu je 2,1 mg/kg, Ni 19 mg/kg, Cd 1,4 mg/kg, Cr 2,2 mg/kg, Zn 1,1 mg/kg i Pb 25 mg/kg. U toku svih eksperimenata odrţavan je konstantan gradijent elektriĉnog napona od 1 V/cm. Za sve eksperimente korišćen je neporemećeni uzorak sedimenta (masa suvog sedimenta je bila 150 g). Detaljan opis svakog pojedinaĉnog eksperimenta dat je u tekstu koji sledi. Konvencionalni EK tretman (e1). Šema elektrokinetiĉkog ureĊaja je prikazana na Slici 1. Elektrokinetĉki ureĊaj sastojao se od: elektrokinetiĉke ćelije (16 x 10 x 5 cm), izvora jednosmerne struje (0-30V, 0-3A) i ampermetra koji je povezan sa raĉunarom. Grafitne elektrode (0,5 x 10 x 4 cm) su korišćene kao anoda i katoda. Slika 1. Elektrokinetički ureĎaj EK tretman u aerobnim uslovama (e2). ObezbeĊivanjem aerobnih uslova metali se preteţno nalaze u mobilnim frakcijama sedimenta (slabo-kiseloj i reducibilnoj). Odrţavanje metala u mobilnoj formi je neophodno prilikom elektrokinetiĉkih tretmana s obzirom da jedino metali u mobilnoj formi mogu podleći elektromigraciji.Kako bi se obezbedili aerobni uslovi u sistemu 5 perforiranih polietilenskih cevĉica je bilo uronjeno u uzorak sedimenta. EK tretman sa pulsnim elektriĉnim poljem (e3). Princip pulsne EK 444

tretmanu (John i Leventhal 1995). Postoje razliĉite metode tretmana sedimenta zagaĊenog teškim metalima,<br />

od kojih se u sve većoj meri koristi elektrokinetiĉka (EK) remedijacija. Ona podrazumeva primenu slabe<br />

jednosmerne struje ili napona kroz medijum ĉiji se tretman vrši pri ĉemu dolazi do niza procesa (elektroliza<br />

vode, elektromigracija, elektroosmoza, elektroforeza) koji doprinose uklanjanju jona metala iz sistema (Acar<br />

i Alshawabkeh 1993). EK tretman ima niz prednosti: mogućnost simultanog in situ uklanjanja organskih i<br />

neorganskih jedinjenja kao i soli; mogućnost preĉišćavanja medijuma sa visokim sadrţajem gline, koja<br />

ograniĉava hidrauliĉki protok; desorpcija jona koji su inaĉe nedostupni rastvorima za ispiranje i vodi usled<br />

sniţenja odnosno povećanja pH vrednosti kao posledice elektrolize vode i zadovoljavajuć odnos utroška<br />

materijalnih sredstava i efikasnosti procesa u odnosu na druge metode. Mane EK procesa se teţe prevazići<br />

primenom unapreĊenih EK tehnika (Alshawabkeh 2001, Yeung i Gu 2011). Glavna ograniĉenja su slaba<br />

desorpcija jona metala u sistemima sa visokim kapacitetom kisele neutralizacije (eng Acid Neutralization<br />

Capacity, ANC) i katjonske izmene (eng. Cationic Exchange Capacity, CEC) kao i akumulacija hidroksida<br />

metala u okolini katode (u sluĉaju katjonskih oblika metala). U okviru ovog rada ispitivane su mogućnosti<br />

primene odabranih unapreĊenih EK tehnika koje su imale za cilj poboljšanje desorpcije Cr, Cu i Zn sa<br />

ĉestica sedimenta bez dodavanja hemijskih agenasa u sistem.<br />

2. MATERIJALI I METODE<br />

U okviru ovog rada kao uzorak je korišćen sediment Velikog Baĉkog kanala. Sve korišćene hemikalije u<br />

toku eksperimenata su bile pro analisy. Granulometrijski sastav korišćenih sedimenata je utvrĊen na osnovu<br />

ISO 13317-2:2001 metode. U toku eksperimenata kontinualno je praćena struja pomoću ampermetra.<br />

Vrednost pH i redoks potencijala merene su pomoću pH-metra (340i, WTW). Merenje pH vrednosti vršeno<br />

je u supernatantu koji preostaje nakon mešanja sedimenta i dejonizovane vode (sediment:voda=1:5) u toku 1<br />

h pomoću SenTix ® 21 elektrode. Redoks potencijal je meren pomoću SenTix ® ORP elektrode njenim<br />

direktnim uranjanjem u sediment. Amonijum-acetatni metod je korišćen za utvrĊivanje CEC. ANC je<br />

odreĊen titracijom sa hlorovodoniĉnom kiselinom, a vrednost je izraĉunata primenom Gran metode. Sadrţaj<br />

organske materije (OM) odreĊen je spaljivanjem suvog uzorka u peći na 550ºC u toku 4 h. Procedura za<br />

hemijsku ekstrakciju u cilju odreĊivanja pseudo-ukupnog sadrţaja metala u sedimentu vršena je prema<br />

USEPA 3051a metodi. Analiza metala vršena je primenom Atomskog apsorpcionog spektrometra (plamena<br />

tehnika) (PerkinElmer, AAnalyst 700) u skladu sa USEPA 7000b metodom. Detekcioni limit metode (eng.<br />

Method Detection Limit, MDL) za Cu je 2,1 mg/kg, Ni 19 mg/kg, Cd 1,4 mg/kg, Cr 2,2 mg/kg, Zn 1,1<br />

mg/kg i Pb 25 mg/kg. U toku svih eksperimenata odrţavan je konstantan gradijent elektriĉnog napona od 1<br />

V/cm. Za sve eksperimente korišćen je neporemećeni uzorak sedimenta (masa suvog sedimenta je bila 150<br />

g). Detaljan opis svakog pojedinaĉnog eksperimenta dat je u tekstu koji sledi.<br />

Konvencionalni EK tretman (e1). Šema elektrokinetiĉkog ureĊaja je prikazana na Slici 1. Elektrokinetĉki<br />

ureĊaj sastojao se od: elektrokinetiĉke ćelije (16 x 10 x 5 cm), izvora jednosmerne struje (0-30V, 0-3A) i<br />

ampermetra koji je povezan sa raĉunarom. Grafitne elektrode (0,5 x 10 x 4 cm) su korišćene kao anoda i<br />

katoda.<br />

Slika 1. Elektrokinetički ureĎaj<br />

EK tretman u aerobnim uslovama (e2). ObezbeĊivanjem aerobnih uslova metali se preteţno nalaze u<br />

mobilnim frakcijama sedimenta (slabo-kiseloj i reducibilnoj). Odrţavanje metala u mobilnoj formi je<br />

neophodno prilikom elektrokinetiĉkih tretmana s obzirom da jedino metali u mobilnoj formi mogu podleći<br />

elektromigraciji.Kako bi se obezbedili aerobni uslovi u sistemu 5 perforiranih polietilenskih cevĉica je bilo<br />

uronjeno u uzorak sedimenta. EK tretman sa pulsnim elektriĉnim poljem (e3). Princip pulsne EK<br />

444

logo

products

Resources

Company

Terms of service
Privacy policy
Cookie policy
Cookie settings
Imprint
Change language
Made with love in Switzerland
© 2024 Yumpu.com all rights reserved

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!