ΑΝΟΡΓΑΝΟΙ ΡΥΠΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ ΚΥΡΙΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ

Transcript

1 ΑΝΟΡΓΑΝΟΙ ΡΥΠΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ ΚΥΡΙΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-1

2 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ Μη ειδική προσρόφηση (ανταλλαγή ιόντων) Ειδική προσρόφηση Καταβύθιση-συγκαταβύθιση Συμπλοκοποίηση στην οργανική ουσία ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-2

3 ΜΗ ΕΙΔΙΚΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ Δέσμευση των ιόντων στην επιφάνεια των φορτισμένων σωματιδίων του εδάφους με δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσεως. Σύμπλοκα εξωτερικής σφαίρας μεταξύ των ιόντων του διαλύματος και των λειτουργικών ομάδων της επιφάνειας των εδαφικών σωματιδίων (τα ιόντα διατηρούν το νερό ενυδάτωσης): Fe H 2 O Fe(H 2 O) 6 2+ Η έλξη και δέσμευση των ιόντων οφείλεται στην ύπαρξη ηλεκτρικού φορτίου στην επιφάνεια των εδαφικών σωματιδίων. ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-3

4 Τα εδαφικά σωματίδια έχουν συνήθως αρνητικό φορτίο το οποίο μπορεί να είναι μόνιμο ή μη μόνιμο. Μόνιμο αρνητικό φορτίο: Δημιουργείται στα αργιλιοπυριτικά ορυκτά, τα οποία σχηματίζονται από δύο φύλλα τετραέδρων πυριτίου και ένα φύλλο οκταέδρων αργιλίου (ομάδα 2:1) π.χ. ιλλίτες, σμεκτίτες, βερμικουλίτες : Ισόμορφη υποκατάσταση Si και Al από κατιόντα χαμηλότερου σθένους: Al 3+ Si 4+ Mg 2+ Al 3+ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-4

5 Αργιλιοπυριτικά ορυκτά με μόνιμο αρνητικό φορτίο ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-5

6 Μη μόνιμο αρνητικό φορτίο: Απομάκρυνση πρωτονίων από ομάδες OH της επιφάνειας των εδαφικών σωματιδίων: XOH o XO - + H + Όταν ph > PZC PZC = Point of Zero Charge (Σημείο Μηδενικού Φορτίου) ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-6

7 Τιμές PZC για χαρακτηριστικά συστατικά του εδάφους: Αργιλιοπυριτικά ορυκτά 1:1, π.χ. καολινίτης 5.5 Υδροξείδια Fe 8.5 Υδροξείδια Al 8.3 Καρβοξυλικές ομάδες οργανικής ουσίας 3-5 Φαινολικά υδροξύλια οργανικής ουσίας 7 ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-7

8 Μη μόνιμο θετικό φορτίο: Πρόσληψη πρωτονίων από ομάδες OH της επιφάνειας των εδαφικών σωματιδίων: XOH o + H + XOH 2 + Όταν ph < PZC Το θετικό φορτίο σπάνια υπερισχύει του αρνητικού: όξινα ανόργανα εδάφη, στα οποία επικρατούν τα οξείδια και υδροξείδια Fe και Al και δεν υπάρχουν αργιλιοπυριτικά ορυκτά 2:1. ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-8

9 Στα περισσότερα εδάφη επικρατεί το αρνητικό φορτίο συγκρατούν και ανταλλάσσουν κατιόντα. Ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων (CEC, Cation Exchange Capacity) Εξαρτάται από: Σύσταση, π.χ. είδος αργιλιοπυριτικών ορυκτών Κατανομή μεγέθους σωματιδίων ph ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-9

10 Ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων (CEC) για διαφορετικούς τύπους εδαφών Υλικό CEC (meq/100g) Αργιλοπυριτικά ορυκτά Μοντμοριλλονίτες Ιλλίτες Καολινίτες 1 < 10 Χλωρίτες < 10 Τύποι εδαφών Αμμώδες 1 5 Αμμοπηλώδες 5 10 Πηλώδες και ιλυοπηλώδες 5 15 Αργιλοπηλώδες Αργιλώδες ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-10

11 ΕΙΔΙΚΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ Δέσμευση των ιόντων στην επιφάνεια των σωματιδίων του εδάφους με δημιουργία χημικών ομοιοπολικών δεσμών. Σύμπλοκα εσωτερικής σφαίρας μεταξύ των ιόντων του διαλύματος και των λειτουργικών ομάδων, κυρίως -Ο, -ΟΗ, της επιφάνειας των εδαφικών σωματιδίων. Χαρακτηρίζει κυρίως τα οξείδια-υδροξείδια Fe, Al και Mn και μπορεί να είναι πολλαπλάσια της CEC. ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-11

12 ΕΙΔΙΚΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ Τυπική αντίδραση XOH o + M 2+ XOM + + H + Τάση κατιόντων για ειδική προσρόφηση (ακολουθεί την τάση για δημιουργία υδροξοσυμπλόκων) Cd (K= ) < Ni (K= ) < Co (K= ) << Cu (K= ) < Pb (K= ) < Hg (K= ) K:σταθερά ισορροπίας σχηματισμού πρώτου υδροξοσυμπλόκου: M 2+ + H 2 O MOH + + H + ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-12

13 ΕΙΔΙΚΗ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΑΝΙΟΝΤΩΝ Τυπική αντίδραση : XOH o + Α 3- + Η + = XΑ 2- + H 2 Ο Τάση ανιόντων για ειδική προσρόφηση : PO 4 3- > AsO 4 3- SeO 3 2- SiO 4 4- >> SO 4 2- SeO 4 2- > NO 3- > Cl - ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-13

14 a) Κατιόντα XOH o + M 2+ XOM + + H + b) Ανιόντα XOH o + Α 3- + Η + = XΑ 2- + H 2 Ο ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-14

15 ΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ - ΣΥΓΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ Στα επιφανειακά στρώματα των εδαφών: Εξάτμιση του νερού των πόρων στις ξηρές περιόδους Αύξηση συγκέντρωσης ιόντων στην υδατική φάση Υπέρβαση του γινομένου διαλυτότητας Καταβύθιση στερεών κυρίως υδροξείδια ή ανθρακικές ενώσεις ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-15

16 Διαλυτότητα υδροξειδίων συναρτήσει του ph ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-16

17 Διαλυτότητα ανθρακικών συναρτήσει του ph p CO2 = atm ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-17

18 ΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ - ΣΥΓΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ Στα κατώτερα ανοξικά στρώματα : Δράση αναερόβιων οργανισμών Εμπλουτισμός υδατικής φάσης, π.χ. σε CO -2 3 ή S -2 Υπέρβαση του γινομένου διαλυτότητας Καταβύθιση ανθρακικών ή θειούχων ενώσεων ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-18

19 ΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ - ΣΥΓΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ Οι ρύποι βρίσκονται συνήθως σε χαμηλές συγκεντρώσεις σε σύγκριση με ιόντα, όπως Fe, Mn, Ca, Mg, κλπ.. Πολύ συχνά συγκαταβυθίζονται μαζί με τα βασικά στοιχεία δημιουργώντας μικτές στερεές φάσεις στη μορφή «στερεών διαλυμάτων». Η συγκαταβύθιση λαμβάνει συνήθως χώρα στην επιφάνεια των στερεών σωματιδίων. Τυπική στην περίπτωση των οξειδίων Fe, Mn και του ασβεστίτη CaCO 3. ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-19

20 Παράδειγμα μικροαναλύσεων λειμωνίτη (FeOOH)n.H 2 O σε εδάφη του Λαυρίου % Fe 2 O MnO 0.73 SiO As 2 O PbO 3.92 ZnO 2.03 Σύνολο ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-20

21 ΣΥΜΠΛΟΚΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΟΥΣΙΑ Η οργανική ουσία δεσμεύει τα μεταλλοκατιόντα με τη δημιουργία χηλικών συμπλόκων. Χηλικά σύμπλοκα δημιουργούν κυρίως οι καρβοξυλικές ομάδες της οργανικής ουσίας: ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-21

22 ΑΠΛΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ Γραμμικό μοντέλο προσρόφησης C s = K d C w C s = συγκέντρωση στο έδαφος (μg/kg) C w = συγκέντρωση στο νερό (μg/l) K d = γραμμικός συντελεστής κατανομής (kg/l) Μοντέλο Freundlich C s = K f C w b K f και b : παράμετροι του μοντέλου ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-22

23 Ενδεικτικές τιμές παραμέτρων γραμμικού μοντέλου και μοντέλου Freundlich Στοιχείο Γραμμικό μοντέλο Μοντέλο Freundlich [8] [7] Έδαφος Α Έδαφος Β K d K f b K f b Co E E Ni E E Cu E E Zn E E Cd E E Hg E E Pb E V E E Cr E Mo E As E E CN ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-23

24 Για σχετικά ασφαλείς προβλέψεις της κατανομής των ανόργανων ρύπων μεταξύ εδάφους και υδατικής φάσης απατούνται: Δοκιμές στο συγκεκριμένο έδαφος Δοκιμές προσρόφησης εάν αυτό είναι καθαρό ή Δοκιμές εκχυλισιμότητας εάν είναι ήδη ρυπασμένο ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΡΥΠΑΣΜΕΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ 2γ-24