Δρ. Χρ. Τσακίρογλου Ερευνητής Α, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Δρ. Χρ. Τσακίρογλου Ερευνητής Α, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ"

Μωσῆς Μπουκουβαλαίοι
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 FORTH/ICE-HT Δρ. Χρ. Τσακίρογλου Ερευνητής Α, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ 1

2 ΣΥΝΟΨΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Το πρόβλημα της ρύπανσης του υπεδάφους Μέθοδοι απορρύπανσης και ενδεικτικό κόστος Απορρύπανση (ex situ) ρυπασμένων εδαφών με μη θερμικό πλάσμα Τρέχουσες δραστηριότητες Νανο-απορρύπανση (in situ) ρυπασμένων υπογείων υδάτων Τρέχουσες δραστηριότητες

3 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΤΟ 2009 European Environment Agency Δραστηριότητες σε κάθε χώρα που ρυπαίνουν το έδαφος Ουσίες ρύπανσης εδάφους

ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΡΥΠΩΝ ΣΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ Κατηγορίες ρύπων Πετρελαιοειδή / οργανικά απόβλητα (NAPL) Φυτοφάρμακα / Λιπάσματα (διάχυτη ρύπανση) Βαρέα μέταλλα Μορφές ρύπων 1. Ατμός (soil gas) 2.

4 ΕΞΑΠΛΩΣΗ ΡΥΠΩΝ ΣΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ Κατηγορίες ρύπων Πετρελαιοειδή / οργανικά απόβλητα (NAPL) Φυτοφάρμακα / Λιπάσματα (διάχυτη ρύπανση) Βαρέα μέταλλα Μορφές ρύπων 1. Ατμός (soil gas) 2. Προσροφημένος (soil particles) 3. Διαλυμένος (pore water) 4. Ελεύθερη φάση Μηχανισμοί εξάπλωσης οργανικών ρύπων Ροή / εκτόπιση Διαλυτοποίηση Εξάτμιση / διάχυση Yδροδυναμική διασπορά Προσρόφηση Bιο-αποικοδόμηση

5 ΚΟΣΤΟΣ ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ & ΥΠΟΓΕΙΩΝ ΥΔΑΤΩΝ Εκτίμηση του ολικού κόστους για απορρύπανση υπεδάφους και υπογείων υδάτων σε ρυπασμένες τοποθεσίες της ΕΕ (Commission of European Communities, Thematic Strategy for Soil Protection: Impact Assessment of the Thematic Strategy on Soil Protection, Brussels (2006) Feasibility study and remediation investigation Small scale studies (86% of the total number of sites) Large scale studies (14% of the total number of sites) TOTAL Number of sites Costs per site Average total costs 25 to 45% of to sites where main to billion site investigation took place ( sites) 0.86 x ( to contaminated sites) to billion ( sites) 0.14 x ( to contaminated sites) to billion ( sites) 119 billion

6 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗΣ Επιτόπιες (in-situ) Απομακρυσμένες (ex-situ) Φυσικές Soil vapor extraction Steam injection Βιολογικές Bioremediation Bio-venting Phytoremediation Χημικές Chemical oxidation Soil flushing Φυσικές Thermal desorption (low temperature) Βιολογικές Χημικές Land-farming Composting/ Biopiling Solvent extraction Soil washing Incineration Κόστος Απορρύπανσης (1) Ex situ incineration cost ~ /tn, (2) Ex situ bioremediation cost ~40-85 /tn, (3) Ex situ thermal desorption cost ~ /tn, (4) In situ thermal desorption~ /tn 11 η Επιστημονική Διημερίδα ΙΤΕ, Ηράκλειο, Κρήτη, Οκτωβρίου 2017

7 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΠΡΟΗΓΜΕΝΗΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ: ΜΗ ΘΕΡΜΙΚΟ ΠΛΑΣΜΑ «Τέταρτη θεμελιώδης κατάσταση της ύλης»: Ιονισμένο αέριο που περιέχει ελεύθερα ηλεκτρόνια, ιόντα και πολύ δραστικά συστατικά (ρίζες ή μόρια και φωτόνια) e O 2 O O O e H 2 O OH O Plasma reactive species 2 O 3 OH OH 2 H H O 2 OH,O X products Τα παραγόμενα συστατικά του DBD είναι ικανά να οξειδώσουν τους οργανικούς ρύπους Χ Πλάσμα διηλεκτρικού φράγματος (Dielectric Barrier Discharge DBD) O, 3,H 2 O 2

» Eurobank-ΣΕΒ 2 ο Βραβείο Εφαρμοσμένης Έρευνας (23/2/2016) Τίτλος εργασίας: Συσκευή Ψυχρού Πλάσματος για την Ταχεία,

8 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗΣ ΕΔΑΦΟΥΣ ΜΕ ΜΗ ΘΕΡΜΙΚΟ ΠΛΑΣΜΑ Gas inlet (x4) HV cable Quartz dielectric HV electrode Hollow cylinder Grid Ground lead Exhaust gas opening 3 ος Διαγωνισμός «Η Ελλάδα Καινοτομεί!» Eurobank-ΣΕΒ 2 ο Βραβείο Εφαρμοσμένης Έρευνας (23/2/2016) Τίτλος εργασίας: Συσκευή Ψυχρού Πλάσματος για την Ταχεία, Αποτελεσματική και Φθηνή Απορρύπανση Ισχυρά Ρυπασμένων Εδαφών Ερευνητική Ομάδα Χρ. Αγγελόπουλος (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ), Π. Σβάρνας (Παν/μιο Πατρών) Χρ. Τσακίρογλου (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ)

ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΚΑΘΕ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ (n-c10, n-c12, n-c16) 100 Removal efficiency (%) 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 Treatment time (s) n-c 10 n-c 12 n-c 16 T h e i n i t i a l p o l l u t a

9 ΑΠΟΔΟΣΗ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΚΑΘΕ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ (n-c10, n-c12, n-c16) 100 Removal efficiency (%) Treatment time (s) n-c 10 n-c 12 n-c 16 T h e i n i t i a l p o l l u t a n t ( N A P L ) c o n c e n t r a t i o n i n t h e s o i l i s v e r y h i g h a n d e q u a l t o g / k g - s o i l ( ppm) Aggelopoulos et al., Chem. Eng. J. 270, (2015)

AΝΑΛΥΣΗ ΑΠΑΕΡΙΩΝ Gas Concentration (ppm) O3 30 NO 2.3 NO2 200.

The total carbon content is 25% in CO and 14% in CO2 60% of the initial NAPL is released as

peak-to-peak -1 air flow rate: 2.0 L min 2000 1000 Aggelopoulos et al., Chem. Eng. J.

10 AΝΑΛΥΣΗ ΑΠΑΕΡΙΩΝ Gas Concentration (ppm) O3 30 NO 2.3 NO Transient evolution of CO and CO2 concentration in exhaust gas Concentration (ppm) 6000 The total carbon content is 25% in CO and 14% in CO2 60% of the initial NAPL is released as volatile organic compounds (VOCs) in the gas phase CO CO kv peak-to-peak -1 air flow rate: 2.0 L min Aggelopoulos et al., Chem. Eng. J. 301, (2016) Treatment time (s) 11η Επιστημονική Διημερίδα ΙΤΕ, Ηράκλειο, Κρήτη, Οκτωβρίου 2017

AΝΑΛΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ Method Cost/tn-soil ( /tn) Ex situ plasma 15-30 Steam injection 35-320 Hot air injection 45-70 Smoldering 220-280 Ex

11 AΝΑΛΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ Method Cost/tn-soil ( /tn) Ex situ plasma Steam injection Hot air injection Smoldering Ex situ thermal desorption In situ thermal desorption Ex situ incineration Vidonish et al., Engineering 2, (2016)

SIMULATION IN M ACRO - TIMESC A LE Temperature distribution inside DBD reactor Grid Soil Discharge gap Quartz 3.

12 ΙΕΡΑΡΧΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ Συνεργασία με την ομάδα Δρ. Β. Μπουργανού Simulation Domain 1. SIMULATION IN MICRO - TIMESC A L E Electron density 2. SIMULATION IN M ACRO - TIMESC A LE Temperature distribution inside DBD reactor Grid Soil Discharge gap Quartz 3. VA L I DATION W I TH E XPERIMENTAL DATA N. Bali, C. A. Aggelopoulos, E. D. Skouras, C. D. Tsakiroglou, V.N. Burganos, Hierarchical modeling of plasma and transport phenomena in a Dielectric Barrier Discharge reactor, J. Phys. D: Appl. Phys. (submitted) Time=42min Flow rate 2L/min

13 ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗ ΕΔΑΦΩΝ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ Treatment unit

14 ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ / ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ Soil inlet Air flow High voltage Generator HV generator Activated carbon filter for vapour filtration Fan Conveyor belt Soil outlet Cyclone for dust filtration

15 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΠΙΤΟΠΙΑΣ (IN SITU) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ nzvi=zero Valent Iron nanoparticles DNAPLs = Dense non aqueous phase liquids PCE Mueller and Nowack, Elements (2010) 6,

16 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΚΙΝΗΤΡΑ ΝΑΝΟ-ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗΣ Τεχνολογία αποκατάστασης Κόστος απορρύπανσης ($) Παραδοσιακές μέθοδοι αποκατάστασης χρησιμοποιώντας άντληση και επεξεργασία 5,000, 000 (pump and treat, χωρίς χρήση νανοϋλικών)) Παραδοσιακές μέθοδοι αποκατάστασης π.χ. διαπερατά αντιδρώντα φράγματα (PRBs) 3,400,000 Μέθοδοι νανο-αποκατάστασης χρησιμοποιώντας νανοσίδηρο μηδενικού 600,000 σθένους (nzvi) Tratnyek and Johnson, Nanotoday 1, (2006)

17 ΑΝΑΓΩΓΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ nzvi Gunawardana et al., Env. Eng. Res (2011) 16,

18 ΣΥΝΘΕΣΗ CMC-COATED NZVI Πολυμερές/Σίδηρο=0.003 NaBH 4 /Fe = 2 Διάλυμα Πολυμερούς FeSO 4 7H 2 O Διάλυμα NaBH 4 Διάλυμα ~800rpm Eh ~4 o C ph N 2(g) He et al., J. Colloid Interface Sci. 334, (2009) 2Fe 2+ aq + BH 4(aq) + H 2 O l 2Fe 0 s + B OH 4(aq) + + 4H aq + 2H ) 2(g

19 ΕΠΙΚΑΛΥΨΗ ΤΟΥ nzvi SEM Προστασία Συσσωμάτωση Οξυγόνο TEM CMC

20 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ CMC COATED nzvi Dynamic Light Scattering - DLS Iron concentration 0.1 g/l 1.0 g/l ph Eh (mv) Size Distribution by Volume (nm) Zeta Potential (mv) BET Specific Surface Area (m 2 /g) Frequency, df/d(lnd p ) (b) C nzvi =1.0 g/l 1 st measurement log-normal PSD (μ=42.6 nm, σ=20.1 nm) 2 nd measurement log-normal PSD (μ=45.4 nm, σ=22.1 nm) Particle Diameter, D p (nm)

21 ΔΙΑΛΥΤΟΠΟΙΗΣΗ ΓΑΓΓΛΙΩΝ PCE Distilled water, Q=0.05 ml/min, t=50 hrs H 2 O (a) 0 PV (b) 13 PV (d) 80 PV (f) 123 PV (g) 158PV (h) 177 PV

22 ΑΠΟΡΡΥΠΑΝΣΗ PCE AΠΟ nzvi CMC-coated nzvi; Q=0.05mL/min; t=52 h nzvi 11 η Επιστημονική Διημερίδα ΙΤΕ, Ηράκλειο, Κρήτη, Οκτωβρίου 2017

c k c c t x x x m w L r p m sol p Rate of NAPL dissolution: NAPL t S nw k c c m sol p Deposition interaction

23 ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ & ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ nzvi ΜΕ ΡΥΠΟΥΣ Advection-Dispersion-Dissolution-Reaction equations: nzvi: PCE (aq): ( mswc) ( bs) ( udc) c mswdl krnzvi / PCEcpc t t x x x ( mswcp ) ( udcp ) c p S D k c c k c c t x x x m w L r p m sol p Rate of NAPL dissolution: NAPL t S nw k c c m sol p Deposition interaction sites of nzvi: ( bs1 ) t 2 ( bs2) x mka 1 c bkd s t d50 1 k 1 s c k s m a,1 1 b d,1 1,2,2 2 Darcy s Law: P u x k s t k rw d

24 Μηχανισμός 1: επαυξημένη διαλυτοποίηση PCE και αντίδραση nzvi με διαλυτό ρύπο Flow of nzvi suspension Dissolved PCE molecuels nzvi nanoparticles Products of remediation (C 2 H 6, C 2 H 4 ) Dissolution of PCE from NAPL to aqueous phase Reaction of dissolved PCE with suspended nzvi Advection-Dispersion of dissolved PCE, reacting / non-reacting nzvi, PCE reaction products

25 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ 1 Water Saturation, S w PCE dissolution tests (a) experimentally measured numerically predicted Q=0.025 ml/min Sh=3.12 k m = s -1 Water Saturation PCE remediation by nzvi injection (a) experimentally measured numerically predicted Q=0.025 ml/min Sh=3.31 k m,enh = s Number of Pore Volumes, PV (b) experimentally measured numerically predicted (b) Number of Pore Volumes (PV) experimentally measured numerically predicted Water Saturation, S w Q=0.05 ml/min Sh=14.47 k m =0.002 s -1 Water Saturation, S w Q=0.05 ml/min Sh=11.43 k m,enh = s Number of Pore Volumes, PV Number of Pore Volumes, PV

26 Μηχανισμός 2: προσκόλληση nzvi σε διεπιφάνειες PCE/νερού και άμεση αντίδραση με γάγγλια PCE Flow of nzvi suspension nzvi nanoparticles Products of remediation (C 2 H 6, C 2 H 4 ) Adsorption of nzvi on hydrophilic PCE/water interface Direct reaction of nzvi with PCE ganglia Advection-Dispersion of reacting / nonreacting nzvi, PCE reaction products

27 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ 2 Water Saturation, S w (a) experimentally measured numerically predicted Q=0.025 ml min -1 k NAPL = s -1 Water Saturation, S w (b) experimentally measured numerically predicted Q=0.05 ml min k NAPL = s Number of Pore Volumes, PV Number of Pore Volumes, PV Tsakiroglou et al., Science of the Total Environment , (2016).

28 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΡΥΘΜΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ nzvi/pce ΜΕ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΥΡΙΚΝΟΥΜΕΝΟΥ ΠΥΡΗΝΑ Tsakiroglou et al., Chem. Eng. Sci. 167, (2017)

29 ΕΓΚΛΩΒΙΣΜΟΣ nzvi ΣΕ ΛΙΠΟΣΩΜΑΤΑ Συνεργασία με την ομάδα της Καθ. Σ. Αντημισιάρη Stabilized nanoparticles Προβλήματα προς επίλυση ΤEM Ανεπαρκής εγκλωβισμός στις λιποσωμικές δομές Διέλευση nzvi και παγίδευση λιποσωμάτων Terzi et al., Coll. & Surf. A: Physicochem. & Eng. Aspects 506, (2016)

ΣΥΝΘΕΣΗ nzvi ΑΠΟ ΦΥΤΙΚΑ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΑ («ΠΡΑΣΙΝΟΣ ΝΑΝΟΣΙΔΗΡΟΣ») Χρήση φυτικών εκχυλισμάτων: Εναλλακτική μέθοδος σύνθεσης και σταθεροποίησης των νανοσωματιδίων σιδήρου USEPA VeruTEC (Hoag et al.

30 ΣΥΝΘΕΣΗ nzvi ΑΠΟ ΦΥΤΙΚΑ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΑ («ΠΡΑΣΙΝΟΣ ΝΑΝΟΣΙΔΗΡΟΣ») Χρήση φυτικών εκχυλισμάτων: Εναλλακτική μέθοδος σύνθεσης και σταθεροποίησης των νανοσωματιδίων σιδήρου USEPA VeruTEC (Hoag et al., 2008) Χρησιμοποιούνται εκχυλίσματα πλούσια σε πολυφαινόλες. Ο σίδηρος Fe(III) ανάγεται σε Fe(0): nfe R-C 6 H 3 (OH) n nfe 0 +2n R-C 6 H 3 O 2 + 2nH + Δημιουργείται προστατευτικό κάλυμμα γύρω από το νανοσίδηρο (δηλ. οι πολυφαινόλες δρουν ως σταθεροποιητές)

31 ΣΥΝΘΕΣΗ nzvi ΑΠΟ ΦΥΤΙΚΑ ΕΚΧΥΛΙΣΜΑΤΑ («ΠΡΑΣΙΝΟΣ ΝΑΝΟΣΙΔΗΡΟΣ») 11 η Επιστημονική Διημερίδα ΙΤΕ, Ηράκλειο, Κρήτη, Οκτωβρίου 2017

Συνεργάτες / Eρευνητική Ομάδα Δρ. Χρ. Αγγελόπουλος, FORTH/ICE-HT Δρ. Κ. Τερζή, USA Κ. Ηajdu, Univ. Szeged, Hungary A.Σικινιώτη-Lock, MSc, UK Α. Γκέλιος, UK Συνεργασία με άλλες ΕΟ Δρ. Β.

32 Συνεργάτες / Eρευνητική Ομάδα Δρ. Χρ. Αγγελόπουλος, FORTH/ICE-HT Δρ. Κ. Τερζή, USA Κ. Ηajdu, Univ. Szeged, Hungary A.Σικινιώτη-Lock, MSc, UK Α. Γκέλιος, UK Συνεργασία με άλλες ΕΟ Δρ. Β. Μπουργανός, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ Δρ. Μ. Κλάπα, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ Καθ. Σ. Αντιμισιάρη, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ & Π. Πατρών Επ. Καθ. Π. Κλεπετσάνης, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ & Π. Πατρών Projects SOIL-PLASMA, Supporting Postdoctoral Researchers. SOILREM, ARISTEIA II Σας ευχαριστώ για τη προσοχή σας

Σχετικά έγγραφα

ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΤΗΝ ΑΓΡΟΔΙΑΤΡΟΦΗ:

Δρ. Μ. Κλάπα, Ερευνήτρια Β, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ Δρ. Β. Δρακόπουλος, Διευθυντής εφαρμογών, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΤΗΝ ΑΓΡΟΔΙΑΤΡΟΦΗ: ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΑΙ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ITE/IEXM H Περιεχόμενα Η παραγωγική αλυσίδα