VYUŽITIE NULVALENTNÉHO ŽELEZA PRE OCHRANU PODZEMNÝCH VÔD

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "VYUŽITIE NULVALENTNÉHO ŽELEZA PRE OCHRANU PODZEMNÝCH VÔD"

Χρυσάνθη θάλασσα Αναγνώστου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

APLIKOVANÝ VÝSKUM A OVERENIE TECHNOLÓGII KATALYTICKEJ DEHALOGENÁCIE KONTAMINOVANÝCH VÔD Z PRIEMYSELNÝCH

1 VYUŽITIE NULVALENTNÉHO ŽELEZA PRE OCHRANU PODZEMNÝCH VÔD MIROSLAV HOLUBEC, JURAJ BRTKO, ÚSTAV ANORGANICKEJ CHÉMIE SAV, BRATISLAVA TÁTO PREZENTÁCIA VZNIKLA VĎAKA PODPORE V RÁMCI OPERAČNÉHO PROGRAMU VÝSKUM A VÝVOJ PRE PROJEKT: APLIKOVANÝ VÝSKUM A OVERENIE TECHNOLÓGII KATALYTICKEJ DEHALOGENÁCIE KONTAMINOVANÝCH VÔD Z PRIEMYSELNÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁŤAŽÍ NA REAKTÍVNYCH BARIÉRACH. ITMS: , SPOLUFINANCOVANÝ ZO ZDROJOV EURÓPSKEHO FONDU REGIONÁLNEHO ROZVOJA.

2 Cieľ aplikácie nulvalentného železa Zabránenie transportu kontaminantu od zdroja do okolitých podzemných vôd Zníženie toxicity Zabránenie prienuku do zdroha vody

3 Proces vyžaduje silné redukčné podmienky prítomné v podzemných vodách, alebo vyvolané pomocou dávkovania organických látok (etanol, srvátka...) dávkovanie anorganických látok (persírany, vodík...) imobilizovaných redukčných látok (v súčasnosti najviac železo)

4 Proces Spočíva v oxidačno-redukčných reakciách medzi: redukovanými formami Fe (Fe0, FeII, FeIII) - donor elektrónov a organickou, resp. anorganickou látkou - akceptor elektrónov (I.) redukovaná látka musí byť adsorbovaná na povrchu štruktúr železa (II.) musí sa nachádzať v ich tesnej blízkosti pre zabezpečenie prenosu elektrónov Kinetika redukčných procesov: redukcia látky priamym prenosom elektrónov z Fe0 foriem redukcia látky na zoxidovaných vrstvách FeII redukcia pomocou atomárneho vodíka, ktorý vzniká v dôsledku korózie (oxidácie) železa pri jeho reakcii s vodou.

5 Reduktívna dehalogenizácia Princípom sú oxidačno-redukčné reakcie, prebiehajú medzi redukovanými formami Fe (Fe 0, Fe II, Fe III) 2Fe 0 (s) + 4H + (aq) + O 2 (aq) 2Fe H 2 O (l) 2Fe 2+ (s) + 2H + (aq) + ½O 2 (aq) 2Fe 3+ + H 2 O (l) 2Fe 0 (s) + 2H 2 O (l) 2Fe 2+ + H 2 (g) + 2OH- (aq) 2Fe 2+ (s) + 2H 2 O (l) 2Fe 3+ + H 2 (g) + 2OH- (aq) E 0 = V E 0 = V E 0 = 0.39 V E 0 = 1.60 V S organickou látkou Fe + H 2 O + RCl RH + Fe OH- + Cl- Fe + 2 H 2 O + 2 RCl 2 ROH + Fe 2+ 2 Cl- + H 2 Fe + 2 H 2 O Fe OH- + H 2 respektíve Fe 0 Fe e - RCl + H + + 2e - RH + Cl -

6 Reakcie na povrchu Fe 0 Tvorba vodíka korózia Fe

7 Dechlorácia

9 Zmeny v hodnotách ph a oxidačno-redukčného potenciálu (ORP) spôsobené prídavkom paladizovaného nanoželeza do vody

10 Formy nulvalentného železa častice s rozmermi okolo 1 mm nepohyblivé mikroželezo s veľkosťou častíc od µm málo pohyblivé nanoželezo s rozmermi nm - veľmi dobre pohyblivé Veľkostná a tvarová variabilita náplne PRB súvisí s podmienkou dodržania takej priepustnosti bariéry v porovnaní s okolitým prostredím, ktorá by nespôsobovala zmeny rýchlosti prúdenia kontaminovaných médií

11 Bimetalické formy železa Ďalšie kovy Ni, Ti, Zn, Cd

12 Laboratórne experimenty Ďakujem a prajem pekný večer 1. slepý pokus 2. nano Fe Adventus (US) - 5 g 3. mikro Fe/Pd (0,06 g K2PdCl4 + 9 ml etanolu + 1 ml H g Fe 4. mikro Fe/Pd (0,12 g K2PdCl ml etanolu + 2 ml H g Fe 5. mikro Fe bez stabilizácie 10 g 6. mikro Fe stabilizované - 10 g 7. mikro Fe priemyselné - 10 g

13 konverzia X Vsádzkový experiment rýchlosti konverzie chlórbenzénu 0,25 vsádzkový model 0,2 0,15 2 g Fe 0,1 5 g Fe 10 g Fe 0, doba kontaktu v minútach

14 konverzia X Overenie stupňa konverzie chlórbenzénu v závislosti od doby zdržania 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 závislosť stupňa premeny na čase kolóny A5; B1; C a D V/V F -- doba zdržania v reaktore v minútach

15 log v Stanovenie poriadku reakcie konverzie chlórbenzénu Určenie poriadku reakcie odbúrania Cl-benzénu 0-1,6-1,4-1,2-1 -0,8-0,6-0,4-0,2 0 0,2 0,4-0,5-1 -1,5-2 kolóna A5 kolóna B1 kolóna C Formálny poriadok reakcie 0,980 0,920 1,125 0,995-2,5 log c -3

16 ln (c/cₒ) Výsledky experimentov štúdia rýchlostných konštánt konverzie chlórbenzénu overenie reakčného mechanizmu (reakcia prvého poriadku) t [min] A5 B1 C SUMÁ R -0,5-1 A5 y = x R² = kₒ[min -1 ] R² ,5-2 B1 y = x R² = t ½ [min] ,5-3 C pod y = -0,01799x R² = 0, ,5-4 -4,5 sumár y = -0,01406x R² = 0,

17 ln(c/cₒ) Stanovenie rýchlostných konštánt tvorby reakčných produktov železa závislosť ln(c/cₒ) od doby kontaktu v reaktore ,5-1 -1,5-2 c(fe²+)=0,1 mg/l c(fe²+)=0,5 mg/l c(fe²+)=3,5 mg/l -2,5 doba kontaktu v reaktore t [minˉ¹]

19 Vplyv rozličných množstiev mikroželeza na dechloráciu niektorých látok

20 Vplyv dávky nzvi účinnosť odstraňovania niektorých chlórovaných uhľovodíkov ZVI mikro HCH % PCB % DDT % Cl-benzén % 1g 34,2 11,3 22,6 43,5 2g 29,7 15,8 19,4 48,7 3g 38,4 23,9 26,2 44,3 4g 42,6 35,7 31,7 50,8 5g 59,8 44,6 36,1 64,0

22 Produkty oxidácie železa

23 R.M. Cornell, U. Schvertmann, 2003

napreparovaného horninového materiálu (kremičitý piesok)

24 Povrchy použitého materiálu mikro Fe a napreparovaný piesok Redukčný materiál beriéry Fe⁰ Povrch napreparovaného horninového materiálu (kremičitý piesok) po 3 mesiacoch prevádzky. Prevažujúce zastúpenie oxo formy a uhličitany Fe

mineralizovaná podzemná voda, účinnosť 100 %; redukčné činidlo Fe - mikročastice φ= 1 mm,

25 Reakčné produkty Fe⁰ v medzizrnovom prostredí bariéry Produkty oxidácie mikroželeza v priestore medzi zrnami: Kolónový pokus: kontaminat Cl-benzén c₀= 22mg/l, stredne mineralizovaná podzemná voda, účinnosť 100 %; redukčné činidlo Fe - mikročastice φ= 1 mm, pozoroval sa vývoj v zastúpení rôznych foriem, prevažujú oxohydroxidy FeOOH. Konečnou formou je jeho α- forma

26 Reakčné produkty Fe⁰ v medzizrnovom prostredí bariéry Drobné kryštály - FeOOH amorfný hydroxid a vznikajúci magnetit Farebné kryštály γ FeOOH a veľké množstvo vznikajúcich kryštálov

27 Vláknité železité baktérie v priestore bariéry Na povrchu vláknitých baktérií sa tvoria kryštalizačné jadrá

28 Závery experimentov DEHALOGENIZÁCIA POMOCOU ZVI UMOŽŇUJE: - UPLATNENIE ŠIROKÉHO SPEKTRA TECHNOLOGICKÝCH VARIANT - FLEXIBILITU V SAMOTNOM SPÔSOBE APLIKÁCIE - APLIKÁCIU SANÁCIE IN SITU, TAK AJ SO SANÁCIOU EX SITU - POUŽITIE ROZLIČNÝCH FORIEM ŽELEZA (MAKROFORMY, MIKROFORMY, NANOFORMY) - PERSPEKTÍVNA ENVIRONMENTÁLNA TECHNOLÓGIA - KOMBINÁCIE S INÝMI POSTUPMI - CENOVO DOSTUPNÁ

29 Aké látky podliehajú dechlorácii?

30 Chlórované metány Tetrachlórmetán (CCl 4 ) Trichlórmetán (CHCl 3 ) Dichlórmetán (CH 2 Cl 2 ) Chlórmetán (CH 3 Cl) Halogenované metány Tribrómmetán (CHCl 3 ) Dibrómchlórmetá n (CHBr 2 Cl) Chlórované etány Dichlóretán-DCA (C 2 H 4 Cl 2 ) Trichlóretán-TCA (C 2 H 3 Cl 3 ) Tetrachlóretán- TeCA (C 2 H 2 Cl 4 ) Pentachlóretán (C 2 HCl 5 ) Hexachlóretán

31 Chlórované etylény Tetrachlóretén-PCE (C 2 Cl 4 ) Trichlóretén-TCE (C 2 HCl 3 ) Dichlóretén-DCE (C 2 H 2 Cl 2 ) Chlóretén-VC (C 2 H 3 Cl) Chlórované aromatické uhľovodíky Hexachlórbenzén (C 6 Cl 6 ) Pentachlórbenzé n (C 6 HCl 5 ) Tetrachlórbenzény (C 6 H 2 Cl 4 ) Trichlórbenzény (C 6 H 3 Cl 3 ) Dichlórbenzény (C 6 H 4 Cl 2 ) Chlórbenzén (C 6 H 5 Cl) PCB Dioxíny p-chlórfenol (C 6 H 5 ClO) Pentachlórfenol (C 6 HCl 5 O) Organochlórované pesticídy DDT (C 14 H 9 Cl 5 ) Lindán (C 6 H 6 Cl 6 ) Atrazín (C 8 H 14 ClN 5 )

32 Nitroaromáty Nitrobenzén (C 6 H 5 NO 2 ) Dinitrobenzén (C 6 H 4 N 2 O 4 ) Dinitrotoluén-DNT (C 7 H 6 N 2 O 4 ) Trinitrotoluén-TNT (C 7 H 5 N 3 O 6 ) Nitroamíny N-nitrózodimetylamín (C 4 H 10 N 2 O) Azofarbivá Tropaeolín (C 12 H 9 N 2 NaO 5 S) O Chrysoidín (C 12 H 13 ClN 4 ) Metyloranž C 14 H 14 N 3 NaO 3 S Anorganické katióny Ortuť (Hg 2+ ) Meď (Cu 2+ ) Nikel (Ni 2+ ) Olovo (Pb 2+ ) Kadmium (Cd 2+ ) Zinok (Zn 2+ ) Anorganické anióny Chloristany (ClO 4 ) Dusičnany (NO 3 ) Rádionuklidy Dichrómany (Cr 2 O 7 2 ) Arzeničnany (AsO 4 3 )

33 Aké sú rýchlosti dechlorácie?

35 Priepustné steny a bariery

37 Typy priepustných stien Úplné voda preteká cez celý profil Kazetové voda preteká len cez jednu, alebo viac kaziet

38 Odlišné prístupy k aplikácii železa pri remediácii.

39 Realizácia stien Geo chemik Hydro geológ Mikro biológ Projekt riešenia steny Geo technic ký inž. Chem. inžinier Riadeni e

44 ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ TÁTO PREZENTÁCIA VZNIKLA VĎAKA PODPORE V RÁMCI OPERAČNÉHO PROGRAMU VÝSKUM A VÝVOJ PRE PROJEKT: APLIKOVANÝ VÝSKUM A OVERENIE TECHNOLÓGII KATALYTICKEJ DEHALOGENÁCIE KONTAMINOVANÝCH VÔD Z PRIEMYSELNÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁŤAŽÍ NA REAKTÍVNYCH BARIÉRACH. ITMS: , SPOLUFINANCOVANÝ ZO ZDROJOV EURÓPSKEHO FONDU REGIONÁLNEHO ROZVOJA.

Σχετικά έγγραφα

VYUŽITIE NULVALENTNÉHO ŽELEZA PRE OCHRANU PODZEMNÝCH VÔD

VYUŽITIE NULVALENTNÉHO ŽELEZA PRE OCHRANU PODZEMNÝCH VÔD MIROSLAV HOLUBEC, JURAJ BRTKO, ÚSTAV ANORGANICKEJ CHÉMIE SAV, BRATISLAVA TÁTO PREZENTÁCIA VZNIKLA VĎAKA PODPORE V RÁMCI OPERAČNÉHO PROGRAMU VÝSKUM