Διερεύνηση της αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου σε υπόγεια ύδατα με χρήση πολυθειούχου ασβεστίου και νανοσιδήρου μηδενικού σθένους

Λαγκουβάρδος, Κωνσταντίνος; Lagkouvardos, Konstantinos

dc.contributor.author	Λαγκουβάρδος, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Lagkouvardos, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2020-01-17T11:20:08Z
dc.date.available	2020-01-17T11:20:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49670
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17368
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-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Υπόγειο νερό	el
dc.subject	Αναγωγή	el
dc.subject	Πολυθειούχο ασβέστιο	el
dc.subject	Ωανοσίδηρος μηδενικού σθένους	el
dc.subject	Hexavalent chromium	en
dc.subject	Groundwater	en
dc.subject	Reduction	en
dc.subject	Calcium polysulfide	en
dc.subject	Nano-zero valent iron	en
dc.title	Διερεύνηση της αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου σε υπόγεια ύδατα με χρήση πολυθειούχου ασβεστίου και νανοσιδήρου μηδενικού σθένους	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Τεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-06-26
heal.abstract	Ένα αρκετά σοβαρό και πολύπλοκο πρόβλημα αποτελεί η ρύπανση του υπόγειου νερού και του εδάφους. Η ρύπανση προκαλείται κυρίως από ανθρωπογενείς δραστηριότητες στον τομέα της βιομηχανίας και ανεπαρκείς πρακτικές διάθεσης των αποβλήτων. Το εξασθενές χρώμιο (Cr(VI)) αποτελεί έναν πολύ συχνά ανιχνεύσιμο ρύπο των υπόγειων νερών και εδαφών και οι μέθοδοι απομάκρυνσής του έχουν μελετηθεί από πολλούς ερευνητές. Το χρώμιο ανήκει στην κατηγορία των βαρέων μετάλλων και στο περιβάλλον συναντάται κυρίως σε δύο οξειδωτικές καταστάσεις, την τρισθενή (Cr(III)) και την εξασθενή (Cr(VI)). Το Cr(III) είναι σε μικρές δόσεις απαραίτητο για τον ανθρώπινο οργανισμό, αδιάλυτο και μη κινητικό στο υπόγειο γεωπεριβάλλον. Αντιθέτως το Cr(VI) είναι ιδιαίτερα τοξικό και πιθανώς καρκινογόνο, ενώ χαρακτηρίζεται από αυξημένη διαλυτότητα και κινητικότητα στους υπόγειους υδροφορείς. Παρά την πιθανή γηγενή προέλευση του Cr(VI) οι υψηλές συγκεντρώσεις που έχουν ανιχνευτεί σε πολλές περιπτώσεις στο υπόγειο νερό και το έδαφος αποδίδονται στην ευρεία χρήση του χρωμίου σε βιομηχανικές δραστηριότητες. Έχουν διερευνηθεί πολλές εναλλακτικές μέθοδοι αποκατάστασης ρυπασμένων με Cr(VI) χώρων. Οι επικρατέστερες τεχνικές απομάκρυνσης του Cr(VI) βασίζονται στην αντίδραση αναγωγής και τη μετατροπή του σε Cr(III). Πολλά αναγωγικά μέσα έχουν μελετηθεί και χρησιμοποιηθεί ανά περιόδους με αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα. Στη συγκεκριμένη εργασία σκοπός ήταν να διερευνηθεί η αναγωγική ικανότητα δύο διαφορετικών αναγωγικών μέσων, του πολυθειούχου ασβεστίου (CPS) και του νανοσιδήρου μηδενικού σθένους (nZVI). Πραγματοποιήθηκαν σειρές batch πειραμάτων καθώς και πειράματα στήλης μέσω των οποίων διαπιστώθηκε ότι η χρήση τόσο του CPS όσο και του nZVI μπορούν να αποτελέσουν αποδοτικές τεχνικές απομάκρυνσης του Cr(VI) (1000 μg/L) από το υπόγειο νερό. Στην περίπτωση του CPS διερευνήθηκε η επίδραση του χρόνου επαφής, της δόσης του CPS και της παρουσίας εδαφικού υλικού στην αναγωγική του ικανότητα. Στην υγρή φάση τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μία δόση CPS 4.6 φορές μεγαλύτερη από τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη είναι ικανή να επιτύχει το όριο της νομοθεσίας για τη συγκέντρωση του χρωμίου των 50 μg/L από την πρώτη μέρα. Όταν τα δείγματα περιείχαν εδαφικό υλικό απαιτήθηκε μεγαλύτερη δόση, και συγκεκριμένα 6.5 φορές μεγαλύτερη από την απαιτούμενη βάσει της στοιχειομετρίας, λόγω της κατανάλωσης του CPS από ενώσεις του εδάφους. Ακόμη διερευνήθηκε η κατανάλωση του CPS από άλλες ενώσεις του υπόγειου νερού (π.χ. νιτρικά) και το οξυγόνο, καθώς και η επίδραση του CPS στην κινητοποίηση άλλων μετάλλων του εδάφους. Διαπιστώθηκε ότι η χρήση CPS δεν οδηγεί σε αναγωγή των νιτρικών και των νιτρωδών ιόντων και η σταθερότητα των θειούχων ενώσεων επηρεάζεται από την παρουσία οξυγόνου. Το CPS παρατηρήθηκε ότι μπορεί ταυτόχρονα να απομακρύνει το νικέλιο του υπόγειου νερού (1300 μg/L) και η παρουσία του δεν αύξησε την κινητικότητα των μετάλλων του εδάφους. Μέσω πειραμάτων στήλης μελετήθηκε η απόδοση του CPS στην απομάκρυνση του Cr(VI) και σε συνθήκες ροής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το CPS ήταν ιδιαίτερα αποδοτικό, αφού η απομάκρυνση του Cr(VI) έφτασε στο 88% χωρίς να βρίσκεται σε περίσσεια ως προς τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη δόση. Βέβαια το όριο της νομοθεσίας για το χρώμιο δεν ικανοποιήθηκε, καθώς η τελική συγκέντρωση του Cr(VI) ήταν 150 μg/L. Όσον αφορά τη χρήση του nZVI μελετήθηκε και σε αυτήν την περίπτωση η αναγωγική του ικανότητα με και χωρίς την παρουσία εδάφους. Για το nZVI προσδιορίστηκε η τιμή περίσσειας για την οποία η συγκέντρωση του Cr(VI) έγινε μικρότερη από το όριο της νομοθεσίας (50 μg/L) μετά την πρώτη μέρα και όχι η επίδραση του χρόνου στην αναγωγή. Στην υγρή φάση το όριο επιτεύχθηκε για τιμή περίσσειας ίση με 4, ενώ η προσθήκη του εδαφικού υλικού είχε ως αποτέλεσμα η απαιτούμενη δόση του nZVI να πρέπει να γίνει 25 φορές μεγαλύτερη από τη στοιχειομετρική. Τέλος διερευνήθηκε η επίδραση του pH στην αποδοτικότητα του nZVI, με τα αποτελέσματα να δηλώνουν ότι ενδεχόμενη αύξηση της τιμής του pH μειώνει την απομάκρυνση του Cr(VI).	el
heal.abstract	Groundwater and soil contamination is a rather serious and complex problem. Contamination is mainly caused by anthropogenic industrial activities and inadequate waste disposal practices. Hexavalent chromium is a common contaminant of groundwater and soil and thus several decontamination methods have been studied by many researchers. Chromium is a heavy metal found in two main oxidative states in the geoenvironment: the trivalent (Cr(III)) and hexavalent (Cr(VI)) states. Cr(III) is indispensable to the human body, insoluble and not mobile in the geoenvironment. On the other hand, Cr(VI) is particularly toxic and possibly carcinogenic, and is characterized by increased solubility and mobility in aquifers. Despite the possible geogenic origin of Cr(VI), high concentrations that have been detected in many cases in groundwater and soil are attributed to the widespread use of chromium in industrial activities. Many alternative methods of recovering Cr(VI) contaminated sites have been explored. The predominant techniques for removing Cr(VI) are based on the reduction reaction and its conversion to Cr(III). Many reducing agents have been widely studied and used with satisfactory results. In the present study, the aim was to investigate the reduction capacity towards Cr(VI) of two different reducing agents, calcium polysulfide (CPS) and nano-zero valence (nZVI). Several series of batch experiments and column tests were carried out and the results showed that both CPS and nZVI can be efficient techniques for Cr(VI) (1000 μg/L) removal from groundwater. In the case of CPS, the effect of contact time, CPS dosage and the presence of soil material, on its reduction capacity was investigated. In the aqueous phase, the results showed that CPS dosage of 4.6 times the stoichiometrically required is able to reach the regulatory concentration limit of 50 μg/L within 24 hours. In the case of adding soil material in the aqueous phase higher dose was required, specifically 6.5 times greater than required by stoichiometry. This was a result of the CPS consumption by soil compounds. The consumption of CPS by other groundwater compounds (eg nitrates) and oxygen, as well as the effect of CPS on the mobilization of other soil metals was also investigated. It was found that the use of CPS does not lead to the reduction of nitrates and nitrite ions and the stability of the sulfur compounds is affected by the presence of oxygen. In addition, CPS was observed to be able to remove nickel (1300 μg/L) from groundwater simultaneously with Cr(VI). The presence of CPS in the soil solution did not increase the mobility of other heavy metals contained in soil. Column test was used in order to investigate the effectiveness of CPS in the removal of Cr(VI) and flow conditions. The results showed that CPS was highly effective since Cr(VI) removal reached 88%. The CPS concentration used was the stoichiometrically required for Cr(VI) reduction. However, the legislation limit of chromium concentration was not met, since the final concentration of Cr(VI) was 150 μg/L. Finally, regarding the use of nZVI, its reduction capacity was studied in the cases of presence and absence of soil. The nZVI excess value for which the Cr(VI) concentration was less than the legislation limit (50 μg/L) within 24 hours was determined. In the aqueous phase the limit was reached for an excess value equal to 4. The addition of soil material resulted in the increase of the required nZVI dosage equal to 25 times higher than the stoichiometric ratio. Moreover, the effect of pH on the efficiency of nZVI was investigated, with the results indicating that a possible increase of pH value reduces Cr(VI) removal.	en
heal.advisorName	Δερματάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νάνου, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true