Zastosowanie zeolitu do usuwania jonów metali śladowych z wody w technologii przepuszczalnych barier aktywnych

Zawierucha, I.; Malina, G.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie zeolitu do usuwania jonów metali śladowych z wody w technologii przepuszczalnych barier aktywnych

Autorzy

Zawierucha I. , Malina G.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Application of zeolite to trace metal removal from groundwater in permeable reactive barrier systems (PRB)

Języki publikacji

Abstrakty

Przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych mających na celu określenie możliwości usuwania jonów cynku, kadmu i ołowiu z wód podziemnych na naturalnym zeolicie w postaci przepuszczalnej bariery aktywnej. Wykazano, że skuteczność usuwania jonów badanych metali w testach nieprzepływowych zależała od dawki sorbentu, początkowej zawartości jonów metali, pH wody i czasu kontaktu. Wysoką skuteczność usuwania jonów metali (>90%) w tym procesie uzyskano stosując dawkę zeolitu 50 g/m³, pH=6÷7 oraz czasu kontaktu 2 h. Przeprowadzone badania w układzie przepływowym (test kolumnowy) umożliwiły odtworzenie warunków panujących podczas przepływu zanieczyszczonych wód podziemnych przez przepuszczalną barierę aktywną. Skuteczne działanie zeolitu jako bariery aktywnej (>99%) utrzymywało się w czasie odpowiadającym 5÷6-krotności wymiany objętości złoża. Niewielkie zmiany pH wody oraz brak oddziaływania zeolitu z obecnymi w niej anionami sugerują długą żywotność i stabilność tego materiału jako bariery aktywnej w oczyszczaniu wód podziemnych.

The laboratory results were presented aiming at evaluation of natural zeolite (clinoptilolite) potential as PRB material in removal of lead, zinc and cadmium from groundwater. It was demonstrated that efficacy of trace metal removal in jar tests depended on sorbent dose, initial metal ion concentration, groundwater pH and contact time. High efficacy of metal ion removal (>90%) was received using zeolite at a dose of 50 g/m³ at pH=6÷7 and with contact time of 2 h. The continuous-flow column experiment allowed imitating conditions of contaminated groundwater flow through PRB. Performance of the zeolite permeable reactive barrier (>99%) remained effective for the time corresponding to 5÷6 zeolite bed volumes. Insignificant changes in groundwater pH and lack of interactions between zeolite and groundwater anions suggest longevity and stability of zeolite as the reactive barrier in groundwater remediation.

Słowa kluczowe

adsorpcja zeolit metale śladowe woda podziemna

adsorption zeolite trace metals groundwater

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2014

Tom

Vol. 36, nr 1

Strony

39--44

Opis fizyczny

Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Zawierucha I.

jchoma@wat.edu.pl

Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, al. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Malina G.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, al. Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

1. J. KYZIOŁ-KOMOSIŃSKA, L. KUKUŁKA: Wykorzystanie kopalin towarzyszących pokładom złóż węgli brunatnych do usuwania metali ciężkich z wód i ścieków. Prace i Studia IPIŚ PAN 2008, nr 75, ss. 1–152.
2. I. ZAWIERUCHA, G. MALINA: Zastosowanie żywic jonowymiennych do usuwania metali ciężkich z wód podziemnych przy użyciu przepuszczalnych barier aktywnych. W: Rekultywacja i rewitalizacja terenów zdegradowanych [red. G. MALINA], PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań 2011, ss. 175–184.
3. I. ZAWIERUCHA, G. MALINA: Analiza porównawcza wybranych materiałów reaktywnych stosowanych w przepuszczalnych barierach aktywnych. W: Rekultywacja i rewitalizacja terenów zdegradowanych [red. G. MALINA], PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań 2012, ss. 173–184.
4. M.A. HASHIM, S. MUKHOPADHYAY, J.N. SAHU, B. SENGUPTA: Remediation technologies for heavy metal contaminated groundwater. Journal of Environmental Management 2011, Vol. 92, No. 10, pp. 2355–2388.
5. D.H. PHILLIPS: Permeable reactive barriers: A sustainable technology for cleaning contaminated groundwater in developing countries. Desalination 2009, Vol. 248, No. 1–3, pp. 352–359.
6. R. THIRUVERIKATACHARI, S. VIGNESWARAN, R. NAIDU: Permeable reactive barrier for groundwater remediation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 2008, Vol. 14, No. 2, pp. 145–156.
7. K. KOMNITSAS, G. BARTZAS, K. FYTAS, I. PASPALIARIS: Long-term efficiency and kinetic evaluation of ZVI barriers during clean-up of copper containing solutions. Minerals Engineering 2007, Vol. 20, No. 13, pp. 1200–1209.
8. N. MORACI, P.S. CALABRO: Heavy metals removal and hydraulic performance in zero-valent iron/pumice permeable reactive barriers. Journal of Environmental Management 2010, Vol. 91, No. 11, pp. 2336–2341.
9. D.H. PHILLIPS, D.B. WATSON, Y. ROH, B. GU: Mineralogical characteristics and transformations during long-term operation of a zerovalent iron reactive barrier. Journal of Environmental Quality 2003, Vol. 32, No. 6, pp. 2033–2045.
10. I. ZAWIERUCHA, G. MALINA: Performance of ZVI for removal of heavy metals from groundwater within a PRB. Polish Journal of Environmental Studies 2012, Vol. 21, No. 5A, pp. 450–453.
11. F. di NATALE, M. di NATALE, R. GRECO, A. LANCIA, C. LAUDANTE, D. MUSMARRA: Groundwater protection from cadmium contamination by permeable reactive barriers. Journal of Hazardous Materials 2008, Vol. 160, No. 2–3, pp. 428–434.
12. A. JUSOH, L.S. SHIUNG, N. ALI, M.J.M.M. NOOR: A simulation study of the removal efficiency of granular activated carbon on cadmium and lead. Desalination 2007, Vol. 206, No. 1–3, pp. 9–16.
13. K. KOMNITSAS, G. BARTZAS, I. PASPALIARIS: Efficiency of limestone and red mud barriers: Laboratory column studies. Minerals Engineering 2004, Vol. 17, No. 2, pp. 183–194.
14. R.O. ABDEL RAHMAN, O.A. ABDEL MOAMEN, M. HANAFY, N.M. ABDEL MONEM: Preliminary investigation of zinc transport through zeolite-X barrier: Linear isotherm assumption. Chemical Engineering Journal 2012, Vol. 185, pp. 61– 70.
15. P. MISAELIDES: Application of natural zeolites in environmental remediation: A short review. Microporous and Mesoporous Materials 2011, Vol. 144, No. 1–3, pp. 15–18.
16. J. WANTANAPHONG, S.J. MOONEY, E.H. BAILEY: Quantification of pore clogging characteristics in potential permeable reactive barrier (PRB) substrates using image analysis. Journal of Contaminant Hydrology 2006, Vol. 86, No. 3–4, pp. 299–320.
17. S.H. LEE, H.Y. JO, S.T. YUN, Y.J. LEE: Evaluation of factors affecting performance of a zeolitic rock barrier to remove zinc from water. Journal of Hazardous Materials 2010, Vol. 175, No. 1–3, pp. 224–234.
18. Y. YUKSELEN-AKSOY: Characterization of two natural zeolites for geotechnical and geoenvironmental applications. Applied Clay Science 2010, Vol. 50, No. 1, pp. 130–136.
19. J. FRONCZYK: Przepuszczalne bariery reaktywne – właściwości materiału aktywnego. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 2006, vol. 15, nr 1(33), ss. 85–94.
20. E. ERDEM, N. KARAPINAR, R. DONAT: The removal of heavy metal cations by natural zeolites. Journal of Colloid and Interface Science 2004, Vol. 280, No. 2, pp. 309–314.
21. V.J. INGLEZAKIS, M.D. LOIZIDOU, H.P. GRIGOROPOULOU: Ion exchange of Pb2+, Cu2+, Fe3+ and Cr3+ on natural clinoptilolite: Selectivity determination and influence of acidity on metal uptake. Journal of Colloid and Interface Science 2003, Vol. 261, No. 1, pp. 49–54.
22. F. RUGGIERI, V. MARÍN, D. GIMENO, J.L. FERNANDEZ-TURIEL, M. GARCÍA-VALLES, L. GUTIERREZ: Application of zeolitic volcanic rocks for arsenic removal from water. Engineering Geology 2008, Vol. 101, No. 3–4, pp. 245–250.
23. H.M. BAKER, A.M. MASSADEH, H.A. YOUNES: Natural Jordanian zeolite: removal of heavy metal ions from water samples using column and batch methods. Environmental Monitoring Assessment 2009, Vol. 157, No. 1–4, pp. 319–330.
24. L.Y. LI, K. TAZAKI, R. LAI, K. SHIRAKI, R. ASADA, H. WATANABE, M. CHEN: Treatment of acid rock drainage by clinoptilolite – Adsorptivity and structural stability for different pH environments. Applied Clay Science 2008, Vol. 39, No. 1–2, pp. 1–9.
25. J.B. PARK, S.H. LEE, J.W. LEE, C.Y. LEE: Lab scale experiments for permeable reactive barriers against contaminated groundwater with ammonium and heavy metals using clinoptilolite (01-29B). Journal of Hazardous Materials 2002, Vol. 95, No. 1–2, pp. 65–79.
26. A.Z. WOINARSKI, G.W. STEVENS, I. SNAPE: A natural zeolite permeable reactive barrier to treat heavy-metal contaminated waters in Antarctica – kinetic and fixed-bed studies. Process Safety and Environmental Protection 2006, Vol. 84, No. B2, pp. 109–116.
27. S.B. WANG, Y.L. PENG: Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical Engineering Journal 2010, Vol. 156, No. 1, pp. 11–24.
28. J. DONG, Y.S. ZHAO, W.H. ZHANG, M. HONG: Laboratory study on sequenced permeable reactive barier remediation for landfill leachate-contaminated groundwater. Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 161, No. 1, pp. 224–230.
29. S.A. KIM, S. KAMALA-KANNAN, K.J. LEE, Y.J. PARK, P.J. SHEA, W.H. LEE, H.M. KIM, B.T. OH: Removal of Pb(II) from aqueous solution by a zeolite-nanoscale zero-valent iron composite. Chemical Engineering Journal 2013, Vol. 217, pp. 54–60.
30. S. KOCAOBA: Comparison of Amberlite IR 120 and dolomite’s performances for removal of heavy metals. Journal of Hazardous Materials 2007, Vol. 147, No. 1–2, pp. 488–496.
31. L. MONSER, N. ADHOUM: Tartrazine modified activated carbon for the removal of Pb(II), Cd(II) and Cr(III). Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 161, No. 1, pp. 263–269.
32. T. van NOOTEN, L. DIELS, L. BASTIAENS: Design of a multifunctional permeable reactive barrier for the treatment of landfill leachate contamination: Laboratory column evaluation. Environmental Science and Technology 2008, Vol. 42, No. 23, pp. 8890–8895.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-bd737281-eae5-4616-a03c-bb9fbe0f14ee