Πειραματική διερεύνηση απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υπόγεια νερά

Σενής, Ιωάννης; Senis, Ioannis

dc.contributor.author	Σενής, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Senis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2015-11-02T09:20:32Z
dc.date.available	2015-11-02T09:20:32Z
dc.date.issued	2015-11-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41485
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4284
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Βαρέα μέταλλα	el
dc.subject	Υπόγεια ύδατα	el
dc.subject	Κροκίδωση	el
dc.subject	Καθίζηση	el
dc.subject	Νικέλιο	el
dc.subject	Κάδμιο	el
dc.subject	Μόλυβδος	el
dc.subject	Χρώμιο	el
dc.subject	Εξασθενές	el
dc.subject	Απορρύπανση	el
dc.subject	Heavy netals	en
dc.subject	Groundwater	en
dc.subject	Nickel	en
dc.subject	Lead	en
dc.subject	Cadmium	en
dc.subject	Chromium	en
dc.subject	Hexavalent	en
dc.subject	Coagulation	en
dc.subject	Flocculation	en
dc.subject	Sedimentation	en
dc.subject	Pollution	en
dc.title	Πειραματική διερεύνηση απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υπόγεια νερά	el
dc.title	Experimental investigation of heavy metals removal from groundwater	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.classification	Διαχείριση υδατικών πόρων	el
heal.classification	Τεχνική Απορρύπανσης	el
heal.classification	Enviromental engineering	en
heal.classification	Water Quality	en
heal.classification	Ποιότητα Υδάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-06-25
heal.abstract	Η ανεξέλεγκτη απόρριψη βαρέωνμετάλλων από τις βιομηχανίεςστο περιβάλλον,μέσω ανεπεξέργαστων βιομηχανικών αποβλήτων, έχει αποκτήσει τρομακτικές διαστάσεις, με αποτέλεσμα η ρύπανση υδατικών πόρων από βαρέα μέταλλα να έχει καταστεί ως ένα από τα πιο σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα στη σημερινή εποχή. Αυτό οδηγεί στην ολοένα και αυξανόμενη έρευνα για την βέλτιστη απομάκρυνση των βαρέων μετάλλων από ρυπασμένους υδατικούς πόρους, με την πιο εύκολη και οικονομική μέθοδο. Κύριο αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η πειραματική διερεύνηση απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από υπόγεια νερά με κροκίδωση. Η εξεταζόμενη μέθοδος απομάκρυνσης περιλαμβάνει τα στάδια της κροκίδωσης (προσθήκη χημικών, ταχεία μίξη και συσσωμάτωση), την καθίζηση και την διήθηση από φίλτρο άμμου. Παράλληλα, είναι η μέθοδος που εφαρμόζεται στις περισσότερες σύγχρονες μονάδες επεξεργασίας πόσιμου νερού και χαρακτηρίζεται απο ευκολία εφαρμογής αλλά και οικονομία. Τα μέταλλα στα οποία εξετάστηκε η απομάκρυνση είναι το νικέλιο (Ni), ο μόλυβδος (Pd), το κάδμιο (Cd), το ολικό χρώμιο (Cr) και το εξασθενές (Cr+6). Το πειραματικό κομμάτι της εργασίας πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας (Ε.Υ.Τ.) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Ε.Μ.Π.) στο διάστημα Νοέμβρης 2014 – Απρίλιος 2015. Οι αναλύσεις των βαρέων μετάλλων έγιναν σε φούρνο γραφίτη ατομικής απορρόφησης (AAS).Τα νερά που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάγκη του πειράματος λαμβάνονταν ανά τακτικά διαστήματα από γεώτρηση στην ευρύτερη περιοχή των υπόγειων νερών του Ασωπού. Επίσης, πριν την επεξεργασία γινόταν προσθήκη βαρέων μετάλλων (spiking) στα νερά αυτά, με σκοπό να πετύχουμε συγκεκριμένη αρχική συγκέντρωση. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν σειρές πειραμάτων jar test με χαμηλές (35-80 μg/l) και υψηλές (1000-2000 μg/l) αρχικές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων ανάλογα με το μέταλλο, Έγινε χρήση 7 κροκιδωτικών (Lime, Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, FeClSO4, Fe2(SO4)3, PAC 18)σε διαφορετικές δόσεις με σκοπό για να εξεταστεί η επίδραση τους στην απομάκρυνση των 4 εξεταζόμενων βαρέων μετάλλων, μετά από ταχεία μίξη, συσσωμάτωση και καθίζηση. Το Νικέλιο είχε ικανοποιητική απομάκρυνση με την προσθήκη υδράσβεστου (Lime). Πετύχαμε απομάκρυνση πάνω από 88% με δόση 270 mg/l Ca(OH)2, με αρχική τιμή Νικελίου ~84 μg/l. Το Κάδμιο είχεεξίσου πολύ καλή απομάκρυνση με την προσθήκη υδράσβεστου (Lime), καθώς απομακρύνθηκε πάνω από το 99,6% με δόση 120 mg/l Ca(OH)2, με μετρούμενη αρχική τιμή ~61 μg/l. Ο Μόλυβδος (Pb) είχε ικανοποιητική και εύκολη απομάκρυνση (<5 μg/l), με όλα τα κροκιδωτικά που χρησιμοποιήθηκαν και σχεδόν σε όλες τις δοσολογίες. Τέλος, το Εξασθενές Χρώμιο (CrVI) είχε ικανοποιητικήκαι εύκολη απομάκρυνση με κροκιδωτικά τα οποία είχαν σαν ενεργό συστατικό τον σίδηρο (FeSO4, Fe2(SO4)3, FeClSO4 και FeCl3), με βέλτιστο το FeSO4, το οποίο με αρχική τιμή εξασθενούς χρωμίου ~58 μg/l και δόση 20 mg/l, απομάκρυνε το 96% του μετάλλου. Οι απομακρύνσεις αυτές επαληθεύτηκαν σε γενικές γραμμές και με υψηλες αρχικές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων. Στη συνέχεια, έγινε η συνδυαστική προσθήκη 2 κροκιδωτικών (Lime και FeSO4), με σκοπό την επίτευξη της ταυτόχρονης απομάκρυνσης όλων των βαρέων μετάλλων που εξετάστηκαν (Ni, Cd, Pb, Cr+6). Οι δύο συνδυασμοί που βρέθηκαν να έχουν ταυτόχρονη ικανοποιητική απομάκρυνσημετάλλων εφαρμόστηκαν στο σύστημα επεξεργασίας του εργαστηρίου (μεγαλύτερη κλίμακα από το jar test). Αρχικά εφαρμόστηκε σύστημα διπλής καθίζησης (με προσθήκη αρχικά 20 mg/l FeSO4 και μετά 250 mg/l Lime) και στη συνέχεια σύστημα μονής καθίζησης (ταυτόχρονη προσθήκη250 mg/l Lime και 40 mg/lFeSO4). Και στα δύο συστήματα είχαμε ικανοποιητική απομάκρυνση όλων των μετάλλων μετά την καθίζηση (κάτω από τα νομοθετικά όρια), με ποσοστά απομάκρυνσης που επαληθεύουν τις απομακρύνσεις που βρέθηκαν στο jar test. Τέλος, δοκιμάστηκαν χαμηλότερες δόσεις κροκιδωτικών με σκοπό να εξεταστεί η ενδεχόμενη συμμετοχή του αμμόφλιτρου. Πετύχαμε ικανοποιητική απομάκρυνση όλων των εξεταζόμενων μετάλλων μετά από το αμμόφιλτρο, με ταυτοχρονή προσθήκη μόλις 40mg/l Lime και 10 mg/l FeSO4. Η εξεταζόμενη μέθοδος απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων με κροκίδωση, εκτός τα από ικανοποιητικά αποτελέσματα των πειραμάτων, χαρακτηρίζεται απο ευκολία εφαρμογής (ταυτίζεται με τα βασικά βήματα μίας τυπικής μονάδας επεξεργασίας πόσιμου) αλλά και ενδεχόμενη οικονομία. Πιο συγκεκριμένα, αποκλειστικά το κόστος των κροκιδωτικών για ικανοποιητική απομάκρυνση βαρέων μετάλλων (Ni, Cd, Pb, Cr+6) ανέρχεται μόλις στα 0,0081 €/m3(με αμμόφιλτρο), ενώ ανεβαίνει στα 0,0447 €/m3(μονή καθίζηση) και 0,0397 €/m3(διπλή καθίζηση). Η απομάκρυνση βαρέων μετάλλων με κροκίδωση είναι ένα πολλά υποσχόμενο σύστημα επεξεργασίας νερών ρυπασμένων με τοξικά μέταλλα. Προτείνονται για μελλοντική έρευνα θέματα όπως η επεξεργασία και η διάθεση της ιλύος, η ενδεχόμενη απομάκρυνση διαφορετικών βαρέων μετάλλων όπως το Αρσενικό,αλλά και ερευνα για την ικανοποιητική απομάκρυνση βαρεών μετάλλων μέσω διαφόρων συστημάτων διύλισης, με ακόμα χαμηλότερες δόσεις κροκιδωτικών.	el
heal.abstract	The uncontrolled disposal of heavy metals from industries on the environment, through untreated industrial liquid waste, has become one of the most serious environmental problems today, causing pollution of water resources by heavy metals. As a result, the search for the optimal removal of heavy metals from contaminated water resources, with the most convenient and low-cost method, is constantly growing. The main object of this thesis is the experimental investigation of heavy metals’removal from polluted groundwater, by adding flocculants. The method studied in this thesis includes the flocculation steps (adding flocculants, rapid mixing and agglomeration), sedimentation and sand filtration. This method is used by the most drinking water treatment plants and is characterized by ease of application and low-cost. The examined metals were Nickel (Ni), Lead (Pd), Cadmium (Cd), total Chromium (Cr) and hexavalent (Cr+6). The experimental part of the thesis, conducted at the Sanitary Engineering Laboratory (S.E.L.) of the National Technical University of Athens (N.T.U.A.),between November 2014 and April 2015. The heavy metals analysisperformed with atomic absorption spectrometry (AAS, graphite furnace). The water used for the experiment wasregularly collected from underground water, inthe area of Asoposriver basin. Also, heavy metals were added to the water (spiking), before every process start, in order to achieve a particular initial metal concentration. Firstly, jar test experiments were conducted, with low (35-80 μg/l) and high (1000-2000 μg/l) initial concentrations of heavy metals (depending on the metal). Seven common flocculants were tested (Lime, Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, FeClSO4, Fe2(SO4)3, PAC 18), at various dosages, in order to examine their impact on the removal of the four examined heavy metals, after rapid mixing, agglomeration and sedimentation. Nickel removal was satisfactory, by adding calcium hydroxide (lime). We have reachedup to 88% removal(initial concentration ~84 μg/l), by adding 270 mg/l Ca(OH)2. Cadmium removal was satisfactory as well, with up to 99,6% removal(initial concentration ~61 μg/l), by adding 120 mg/l Ca(OH)2. Lead removal was easier to achieve (<5 μg/l),with all the flocculants used, almost with all dosages.Finally, Hexavalent Chromium (CrVI) removal was satisfactory with the use of flocculants which iron is the active component (FeSO4, Fe2(SO4)3, FeClSO4 και FeCl3). The most active of them was ferrous sulfate (FeSO4), which achieved up to 96% removal (initial concentration ~58 μg/l), by adding just 20 mg/l FeSO4. The removals of heavy metals were verified with high initial metal concentrations as well. The next step was checking the combined act of two flocculants (Lime and FeSO4), in order to achieve simultaneous removal of all heavy metals tested (Ni, Cd, Pb, Cr+6). Two combinations were found to have simultaneous efficient removal of all metals and they were applied at the laboratory processing system (larger scale of jar test). Firstly, there were applied dual sedimentation system (firstly was added 20 mg/l FeSO4 and then 250 mg/l Lime) and then single sedimentation system (simultaneous addition of 250 mg/l Lime and 40 mg/l FeSO4). Both systems had a satisfactory removal of all the metals tested after sedimentation (below detection point), with removal rates that verify the removals found at the jar test. Finally, there were applied lower flocculantdoses, in order to examine the possible participation of sand filtration. It was achieved satisfactory removal of all the metals tested after the sand filtration, with only 40 mg/l Lime and 10 mg/l FeSO4. The examined method of heavy metals removal by flocculation, apart from the satisfactoryremoval results, it is also characterized by ease(basic steps of a typical drinking water treatment plant) and possibly low-costapplication. Specifically, only the cost of the flocculants added for efficient removal of heavy metals (Ni, Cd, Pb, Cr+6),was calculated to 0,0081 €/m3 (with sand filtration) and rises to 0,0447 €/m3 (single sedimentation) and 0,0397 €/m3 (dualsedimentation). The removalof heavy metalsby flocculation from contaminated water resources, is ahighly promising heavy metal treatment system. There was suggested for future research a series of issues, in order to achievea feasible and obtainable application. These issues involve the treatment and disposal of the toxic sludge, the possible removal of different heavy metals like Arsenic and also research for the efficient removal of heavy metals through various refining systems with even lower doses of flocculants.	en
heal.advisorName	Ανδρεαδάκης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	187 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true