Διερεύνηση τεχνικών σταθεροποίησης σε εδάφη ρυπασμένα με Ni και Cu

Γκίκα, Σοφία; Gkika, Sofia

dc.contributor.author	Γκίκα, Σοφία	el
dc.contributor.author	Gkika, Sofia	en
dc.date.accessioned	2015-08-24T11:16:05Z
dc.date.available	2015-08-24T11:16:05Z
dc.date.issued	2015-08-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41105
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10063
dc.rights	Default License
dc.subject	Σταθεροποίηση	el
dc.subject	Νικέλιο	el
dc.subject	Χαλκός	el
dc.subject	Έδαφος	el
dc.subject	Ενεργός άνθρακας	el
dc.subject	Stabilization	el
dc.subject	Nickel	el
dc.subject	Copper	el
dc.subject	Soil	el
dc.subject	Activated carbon	el
dc.title	Διερεύνηση τεχνικών σταθεροποίησης σε εδάφη ρυπασμένα με Ni και Cu	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-04-02
heal.abstract	Στα εδάφη η μέση συγκέντρωσή του Ni είναι 20 mg/kg, και το σύνηθες εύρος τιμών κυμαίνεται από 5 μέχρι 550 mg/kg ενώ για το Cu η μέση συγκέντρωση στα εδάφη είναι 30 mg/kg, και το σύνηθες εύρος τιμών κυμαίνεται από 2 μέχρι 250 mg/kg. Τόσο ο χαλκός όσο και το νικέλιο αποτελούν θρεπτικά συστατικά για τα φυτά, τα ζώα καθώς και τον άνθρωπο όμως σε μικρές συγκεντρώσεις. Σε περιπτώσεις υπερσυσσώρευσης λόγω ρύπανσης και τα δύο καθίστανται επικίνδυνα για το οικοσύστημα και την ανθρώπινη υγεία. Έχουν θεσπιστεί όρια ποιότητας σε διάφορες Ευρωπαϊκές χώρες για τις συγκεντρώσεις Ni και Cu στα εδάφη. Το εύρος των τιμών αυτών των συγκεντρώσεων σε βιομηχανικές περιοχές κυμαίνεται στα 150- 700 mg/kg για το Ni και στα 200- 800 mg/kg για το Cu. Όταν οι συγκεντρώσεις αυτών των βαρέων μετάλλων υπερβούν τα παραπάνω όρια κρίνεται απαραίτητο να ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα για την αποκατάσταση εδαφών και υδάτων αλλά και την προστασία τους από την ρύπανση. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες πρακτικές για την αποκατάσταση των ρυπασμένων εδαφών. Οι πρακτικές αυτές, διακρίνονται σε φυσικοχημικές, χημικές, βιολογικές και θερμικές. Στην παρούσα μελέτη η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για την αποκατάσταση εδάφους ρυπασμένου με νικέλιο και χαλκό είναι η σταθεροποίηση. Οι δοκιμές σταθεροποίησης πραγματοποιήθηκαν σε έδαφος στο οποίο εφαρμόσθηκε τεχνητή ρύπανση, διαβρέχοντας το δείγμα εργασίας με διάλυμα NiSO4 και CuCl2, έτσι ώστε να προστεθεί Ni και Cu σε ποσότητα ίση με 2000 mg/kg και για κάθε μέταλλο. Έγινε αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας τεσσάρων (4) σταθεροποιητικών μέσων. Για την σταθεροποίηση χρησιμοποιήθηκαν 4 υλικά: (1) νανοσίδηρος ο οποίος παρασκευάστηκε με τη μέθοδο της αναγωγής με πράσινο τσάι (GT-nZVI), (2) ανθρακικό ασβέστιο, CaCO3, (3) μονοφωσφορικό ασβέστιο, CaHPO4, και (4) ενεργός άνθρακας. Για κάθε υλικό εφαρμόσθηκαν 4 δόσεις. Η αποτελεσματικότητα της σταθεροποίησης αξιολογήθηκε εφαρμόζοντας την δοκιμή εκπλυσιμότητας EN12457 μετά την παρέλευση 4, 5, 6, 7 και 10 εβδομάδων. Από τα αποτελέσματα των δοκιμών διαπιστώθηκε ότι το ίδιο το έδαφος έχει υψηλή ικανότητα δέσμευσης του Ni και του Cu. Συγκεκριμένα από τα 2000 mg/kg που προστέθηκαν στο έδαφος μόνον τα 0.23 mg/kg του Ni και τα 0.80 mg/kg του Cuαποδεσμεύτηκαν στην υδατική φάση μετά την πάροδο 4 εβδομάδων από την εφαρμογή της τεχνητής ρύπανσης. Εντούτοις η αρχική δέσμευση του Ni στο έδαφος δεν φαίνεται να εξασφαλίζει μακροπρόθεσμη σταθερότητα. Το Ni εμφανίζει τάση αυξημένης κινητοποίησης με την πάροδο του χρόνου καθώς και όταν δημιουργούνται συνθήκες μείωσης του pH. Οι θερμοδυναμικοί υπολογισμοί σε σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα υποδεικνύουν ως πιθανότερο μηχανισμό δέσμευσης την προσρόφηση του Ni στα σιδηροξείδια του εδάφους. Η δέσμευση του Cu στο έδαφος «ως έχει» φαίνεται να είναι σταθερότερη. Η εκχυλισιμότητά του μειώνεται με την πάροδο του χρόνου, ενώ οι αυξομειώσεις του pH στο εύρος 6.5-7.7 δεν φαίνεται να έχουν ιδιαίτερα αρνητικές επιπτώσεις. Οι θερμοδυναμικοί υπολογισμοί, σε σύγκριση με τις πειραματικές μετρήσεις, υποδεικνύουν ως πιθανότερο μηχανισμό δέσμευσης την καταβύθιση μαλαχίτη, Cu2(OH)2CO3 (μαλαχίτης), η οποία είναι πιθανή δεδομένης της ασβεστολιθικής σύστασης του εδάφους που αποτελεί πηγή ανθρακικών ανιόντων. Η προσθήκη αιωρήματος νανοσιδήρου (GT-nZVI) στο έδαφος δεν είχε σταθεροποιητική επίδραση. Αντίθετα προκάλεσε κινητοποίηση τόσο του Cu όσο και του Ni κυρίως λόγω της μείωσης του εδαφικού pH. Μη αποτελεσματική ήταν και η προσθήκη φωσφορικoύ ασβεστίου, CaHPO4. Θερμοδυναμικοί υπολογισμοί έδειξαν ότι οι φωσφορικές ενώσεις Ni και Cu (Ni3(PO4)2 και Cu3(PO4)2) έχουν υψηλή διαλυτότητα, δηλαδή η προσθήκη φωσφορικών ανιόντων δεν μπορεί να μείωση την εκπλυσιμότητα των δύο ιχνοστοιχείων κάτω από το περιβαλλοντικό όριο των 0.05 mg/L σε καμία τιμή pH. Η προσθήκη CaCO3 δεν βελτιώνει την εκπλυσιμότητα του Ni, ενώ έχει θετική επίδραση στην περίπτωση του Cu, καθώς μειώνει την εκχυλισιμότητά του κατά 40% σε σύγκριση με το έδαφος ελέγχου. Από όλα τα σταθεροποιητικά μέσα που εξετάσθηκαν την καλύτερη επίδοση είχε ο ενεργός άνθρακας. Μείωσε δραστικά την εκχυλισιμότητα του Cu κάτω από το όριο ανίχνευσης, δηλαδή σε επίπεδο 5 φορές χαμηλότερο από το όριο ποιότητας των 0.05 mg/L. Στην δοσολογία των 5 g/kg μείωσε και την κινητικότητα του Ni κάτω από το όριο εκπλυσιμότητας των εδαφών. Παράλληλα φάνηκε ότι μπορεί να προσροφήσει και τα συνοδευτικά ανιόντα, όπως φάνηκε από το γεγονός ότι μείωσε την αγωγιμότητα του επιρρυπασμένου εδάφους, στο αρχικό επίπεδο του υγιούς εδάφους.	el
heal.abstract	The present study evaluates the effectiveness of four (4) stabilizing agents for immobilization of Cu2+ and Ni2+ in soils. The experiments were carried out using a soil with calcareous matrix, which was artificially contaminated with 2000 mg/kg Ni and 2000 mg/kg Cu. The amendments used were: nano-zero valent iron (nZVI), calcium carbonate (CaCO3), activated carbon and calcium phosphate (CaHPO4). The above additives were applied in 4 different proportions for the restoration of polluted soil. The effectiveness of stabilization was evaluated applying a variant of ΕΝ12457.02 standard leaching test to the treated soils. Amongst the tested additives, nZVI and CaHPO4 were found to have a negative impact due to the decrease of soil pH. Addition of calcium carbonate was found to reduce the leachability of Cu by 40% in comparison with control soil, but had no effect on the mobility of Ni. Best results were obtained with activated carbon, which was able to reduce the leachability of Ni at values below the environmental limit of 0.05 mg/L and that of Cu at values even lower, i.e. below the detection limit of 0.009 mg/L.	en
heal.advisorName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Πασπαλιάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	111 σ.
heal.fullTextAvailability	true