Αποκατάσταση υδάτων και ρυπασμένων εδαφών από αρσενικό με χρήση ρινισμάτων σιδήρου: διερεύνηση διεργασιών

Abstract

Arsenic contamination in groundwater has gained great attention in recent years because of its toxicity to humans. Arsenic is a toxic metalloid that causes cancer. High levels of arsenic have been reported in many regions all over the world such as in Argentina, Chile, Mexico, China, Hungary, Bangladesh, West Bengal (India), Vietnam, U.S.A. and Macedonia (Greece). Several arsenic removal technologies have been applied for reducing arsenic in water. A new technology uses zero-valent iron (ZVI) for removing arsenic and it does not require a pre-oxidation step. This technology can remove arsenic below the MCL (10 μg/L).The general aim of this dissertation is to examine the mechanisms of arsenic removal from geothermal waters by ZVI and to identify the exact products formed onto the surface of ZVI in long period experiments. This study will examine the process of aging and the products that are responsible for the clogging of ZVI columns. In addition this dissertation will study arsenic mobilization from contaminated soils in geothermal regions and arsenic stabilization in soils with ZVI. OBJECTIVES OF THE DISSERTATION:Objective 1. Literature Review-Description of the study area. Objective 2. Examination of the factors that affect arsenic removal from geothermal water by ZVI. Study of thermodynamic parameters.Objective 3. Mechanism of Arsenic removal from water by ZVI –Modeling.This objective refers: i) To conduct column experiments in the laboratory, with synthetic geothermal water, in order to obtain data for the removal of arsenic by ZVI. ii) To examine the breakthrough curves of arsenic removal in respect to the speciation of arsenic, and/or the presence of competing ions. iii) To model the experimental data of the column experiments. Modeling of arsenic removal in the column experiments is an important tool for the elucidation of the mechanisms of arsenic. iv) To examine the main products formed onto the surface of ZVI with spectroscopic studiesObjective 4. Mobility of arsenic from contaminated soils –Mechanism and Modeling. This objective refers to i) the examination of the factors that affect the mobility of arsenic from contaminated soils and ii) to the examination of the factors and mechanisms responsible for the immobilization /stabilization of arsenic in soils when incorporated with ZVI.

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μεγάλη ανησυχία για την επίδραση του αρσενικού στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Το αρσενικό είναι ένα τοξικό μεταλλοειδές στοιχείο που προκαλεί καρκίνο. Περιοχές πλούσιες σε αρσενικό απαντώνται σε όλο τον κόσμο όπως στην Αργεντινή, Χιλή, Μεξικό, Κίνα, Ουγγαρία, Μπαγκλαντές, Δυτική Βεγγάλη (Ινδία) Βιετνάμ, ΗΠΑ καθώς και στην Ελλάδα. Η ύπαρξη του αρσενικού στα εδάφη και στα νερά οφείλεται σε φυσικά όσο και σε ανθρωπογενή αίτια. Οι κύριες μορφές του αρσενικού στα φυσικά νερά είναι το As(V) και το As(III). Λόγω της μεγάλης τοξικότητας του αρσενικού και της ύπαρξης του σε πολλές περιβαλλοντικές περιοχές σε όλο τον κόσμο, υπάρχει μεγάλη ανάγκη ανάπτυξης μιας αποτελεσματικής τεχνολογίας για την απομάκρυνση του από το πόσιμο νερό. Η τεχνολογία με χρήση ρινισμάτων σιδήρου, έχει χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση του αρσενικού σε επίπεδα χαμηλότερα των 10 μg/L, κάτω από διάφορες συνθήκες, στο εργαστήριο και στο πεδίο. Ο κύριος στόχος της διδακτορικής διατριβής ήταν η κατανόηση των μηχανισμών απομάκρυνσης αρσενικού με στοιχειακό σίδηρο και των προϊόντων που σχηματίζονται πάνω στα ρινίσματα σιδήρου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην κατανόηση των μηχανισμών απομάκρυνσης αρσενικού από γεωθερμικά νερά. Επίσης, εξετάζεται η κινητοποίηση του αρσενικού από ρυπασμένα εδάφη καθώς και η απομάκρυνση/ σταθεροποίηση του αρσενικού σε εδάφη με στοιχειακό σίδηρο. Η περιοχή μελέτης της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ένα γεωθερμικό πεδίο στην περιοχή της Τρίγλιας (Δυτική Χαλκιδική, Ελλάδα). Οι επιμέρους στόχοι της διδακτορικής διατριβής είναι:•Η περιγραφή της περιοχής μελέτης.•Η εξέταση των παραγόντων που επηρεάζουν την απομάκρυνση του αρσενικού από γεωθερμικά νερά με στοιχειακό σίδηρο και ο προσδιορισμός θερμοδυναμικών σταθερών.•Η μελέτη της απομάκρυνσης αρσενικού από το νερό σε πειράματα στηλών μεγάλης διάρκειας.•Η μοντελοποίηση των μηχανισμών απομάκρυνσης αρσενικού.•Η εξέταση των κυριότερων προϊόντων που σχηματίζονται στην επιφάνεια των ρινισμάτων του σιδήρου και η εξέταση της οξειδοαναγωγικής κατάστασης του προσροφημένου, στην επιφάνεια του στοιχειακού σιδήρου, αρσενικού με φασματοσκοπικές μεθόδους.•Η μελέτη της απελευθέρωσης του αρσενικού από ρυπασμένα εδάφη.•Η μελέτη της προσρόφησης του αρσενικού σε ρυπασμένα εδάφη.• Η σταθεροποίηση του αρσενικού σε εδάφη με στοιχειακό σίδηρο.•Η μοντελοποίηση της διάβρωσης του στοιχειακού σιδήρου και της σταθεροποίησης του αρσενικού σε εδάφη με χρήση στοιχειακού σιδήρου