Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The significance of electrokinetic potential in the adsorption process of humic substances

Świderska R., Anielak A. M.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2004

|

Tom 6

31-49

EN

Humic substances (HS) commonly found in ground waters give the ground waters colour and until recently, have been treated as being totally harmless and having no ill effects on human and animal health. However, research carried out in recent years has shown that those substances when undergoing the chlorination process are precursors of halogen-organic pollutants, including mutagenic and cancerogenous compounds such as trihalomethans (a derivative of short chained aliphatic carbohydrates like chloroform) and 3-chloro-4-(dichloromethyl)-5-hydroxy-2(5H)-furanone (MX). Besides, humic substances, because of their structure which gives them hydrophilic character [1] are good sorbents for both organic and inorganic substances including toxic compounds too, such as pesticides, phthalates and polychlorinated biphenyls. On account of these properties, it is necessary to undertake the total removal of humic substances from water intended for public supply. A commonly used process to get rid of water colour is coagulation together with less effective processes such as sorption or ion-exchange [2]. Coagulation may be supported by substances showing sorption features. Those substances are usually added to water being treated. That potential characterizes moving particles and occurs in the place where shear plane forms. To make it clearer, it is assumed that the electrokinetic potential dominates on the border of the adsorptive layer and the diffuse layer. When we know the value of the electrokinetic potential (called potential) we can explain the phenomena taking place between the phases in the physico-chemical processes [3]. That is why the electrokinetic potential was used to examine and explain the mechanism of humic substances removal in the adsorption process and a hypothetical model of that process was developed for defining the optimum process conditions. Activated bentonite was obtained by the exchange of interpack cations against protons. 100 g of natural bentonite was mixed with 500 mL of 6 n HCl and heated for 2 hours to a temperature of 100°C. After two hours the supernatant was separated from the residue by decanting and then the bentonite was purified. This process was repeated twice. Then, the bentonite was dried at 105°C until its weight stabilised. In order to give the water turbidity and colour, silica (10 mg/L) and HS were added. The silica was prepared in the following way: 25 g of technical water-glass was dissolved in 500 mL of distilled water and the solution was adjusted to achieve pH 7.0 by using H2SO4. This solution was stirred very slowly for 2 hours until a colloidal solution was reached. The solution was diluted until it reached a volume of 1 litre. The final concentration of silica was 10g/L. Before using the silica was homogenised. The water reaction was corrected with NaOH or HCl solution to maintain pH of 5.5 or 7.5. The electrokinetic potential of hydrophobic activated carbon Norit CN 1 has negative or positive values depending on the pH of the solution. The electrokinetic potential of fulvic and humic acids and activated silica is negative. Humic acids adsorption takes place as a result of the electrostatic attraction of functional groups or intermolecular interaction forces between hydrophobic functional groups (aliphatic chains and aromatic rings) and adsorbent - depending on the character of the adsorbent surface and its electrokinetic potential. In the case of the adsorbate and the adsorbent surfaces having the same charge, adsorption takes place by bridging with multivalent cations. Silica influences the adsorption capacity of all the compounds participating in the adsorption. Humic acids adsorption on adsorbents depends on the affinity series (according to sorption ability): CN>Sup>Ba>B, which changes in the presence of silica, with a humic substances concentration < 138 mg Pt/L: Sup>CN>Ba>B. The phenomena occurring on the phase boundary during the process of coagulation and the adsorption of humic substances in the presence and absence of adsorbents can be described with chemical and physicochemical reaction equations.

PL

W pracy przebadano proces adsorpcji substancji humusowych na wybranych sorbentach-obciążnikach stosowanych w procesie koagulacji wód powierzchniowych. Określono szereg powinowactwa danych adsorbentów do substancji humusowych. W oparciu o pomiary potencjału elektrokinetycznego cząstek adsorbentu-obciążnika przedstawiono hipotetyczny proces adsorpcji substancji humusowych na powierzchni ciała stałego. Zgodnie z tym modelem adsorpcja substancji humusowych zachodzi w wyniku przyciągania elektrostatycznego grup funkcyjnych lub oddziaływania sił między-cząsteczkowych między hydrofobowymi fragmentami (alifatycznymi łańcuchami i aromatycznymi pierścieniami) i adsorbentem - w zależności od charakteru powierzchni adsorbentu i jego potencjału elektrokinetycznego. W przypadku, gdy powierzchnie adsorbatu i adsorbentu mają ładunki jednoimienne adsorpcja zachodzi poprzez mostkowanie wielowartościowymi kationami. Inne wnioski, które można wyciągnąć na podstawie uzyskanych wyników badań, są następujące: potencjał elektrokinetyczny hydrofobowego węgla aktywnego Norit CN 1 posiada wartości dodatnie lub ujemne w zależności od pH roztworu, potencjał elektrokinetyczny kwasów fulwowych i huminowych oraz krzemionki jest ujemny, krzemionka posiada wpływ na pojemność sorpcyjną wszystkich związków biorących udział w procesie adsorpcji, adsorpcja kwasów huminowych na adsorbentach zależy od szeregu powinowactwa (na podstawie zdolności sorpcyjnej): CN>Sup>Ba>B, który zmienia się w obecności krzemionki, przy stężeniu substancji humusowych < 138 mg Pt/L na: Sup>CN>Ba>B, zjawiska zachodzące na granicy faz w czasie procesu koagulacji i adsorpcji substancji humusowych w obecności i braku adsorbentów można opisać równaniami rekcji chemicznych i fizykochemicznych.

2

Koagulacja wód powierzchniowych z udziałem substancji wspomagających

Świderska R., Anielak A. M.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2004

|

Tom 6

139-157

PL

Wody powierzchniowe najczęściej oprócz organicznych i mineralnych cząstek koloidalnych powodujących mętność zawierają substancje rozpuszczone, w tym humusowe, nadające wodzie zapach i barwę. Substancje humusowe (SH) będące wielkocząsteczkowymi produktami humifikacji cząstek roślinnych i zwierzęcych, mają bliżej nieokreśloną strukturę chemiczną z fragmentami alifatycznymi i aromatycznymi o różnym stopniu rozgałęzienia. Do niedawna substancje te były uważane za nieszkodliwe i usuwano je z wody ze względów estetycznych. Okazało się jednak, że posiadają liczne grupy funkcyjne, głównie karboksylowe i fenolowe, które nadają im elektroujemny charakter i silne właściwości sorpcyjne. Dlatego w wodach są nośnikami wielu substancji organicznych i nieorganicznych, w tym toksycznych pestycydów, ftalanów czy metali ciężkich, zwłaszcza jonów miedzi i ołowiu [1]. Badania potencjału elektrokinetycznego wykazały, że kwasy fulwowe i huminowe mają potencjał elektrokinetyczny ujemny, a jego wartość bezwzględna maleje ze wzrostem pH i ilości zaadsorbowanych kationów metali. Ze wzrostem zawartości metali w SH maleje również stopień ich dyspersji, a także absorbancja roztworów kwasów fulwowych [2,3]. W procesach utleniania i dezynfekcji wody substancje humusowe są prekursorami związków chloroorganicznych o właściwościach kancero- i mutagennych. Dlatego konieczne jest dokładne ich usunięcie z wody wraz z asocjowanymi z nimi zanieczyszczeniami. Celem pracy było określenie wpływu czasu dozowania i właściwości fizykochemicznych wybranych substancji wspomagających na efektywność oczyszczania wody powierzchniowej, zawierającej substancje humusowe o określonych właściwościach chemicznych i fizykochemicznych. Na podstawie przeprowadzonych badań procesu koagulacji z udziałem substancji wspomagających można sformułować następujące wnioski: W procesie koagulacji w obecności substancji wspomagających istotne są wszystkie z badanych czynników, to jest: stężenie substancji humusowych, pH, stężenie substancji wspomagającej i czas jej dozowania oraz twardość wody. Substancje humusowe są skuteczniej usuwane w odczynie kwaśnym, co jest uwarunkowane ich strukturą chemiczną i ładunkiem powierzchniowym. Kolejność dozowania koagulantu i substancji wspomagającej wpływa na efektywność usuwania mętności - korzystniej jest dodawać substancję wspomagającą o ujemnym ładunku powierzchniowym po koagulancie. Twardość uzdatnianej wody wpływa korzystnie na usuwanie barwy. Ze wzrostem ilości kationów wieloładunkowych, maleje barwa końcowa. Kationy te tworzą mostki łączące cząsteczki substancji humusowych w większe, łatwiej strącane aglomeraty.

EN

In general surface waters have high colour and turbidity. Colour is caused by humic substances (SH), macromolecular compounds formed as a result of humification of vegetal and animal remnants. SH due to their sorption ability of many harmful organic pollutants produced by human and their ability of forming complexes with heavy metals, are removed from water during its treatment. The coagulation process, which is most often used for this purpose, can be intensified by adding aiding substances to water, which make sedimentation of formed flocs easier and adsorb pollutants at the same time. This paper presents results of research on the efficiency of SH removal during the coagulation with aluminium sulphate or iron sulphate in the presence of the aiding substances. The following aiding substances were applied: bentonite, activated bentonite and two kinds of powdered activated carbons, which have different surface charge. Experiments were performed in matrixes 25 according to Yates' method and then the main effects and interactions were calculated. Factors like initial concentration of humic substances, pH, dosage time, dose of aiding substance, as well as hardness of water were variable. Basis of colour and turbidity of the treated water the efficiency of coagulation was defined. In this paper the influence of chosen factors and electrokinetic potential of particles, which took part in the process on the efficiency of water treatment was defined. The interactions between selected factors were revealed. Results of the carried out research show that humic substances are removed more effectively in the acid environment. In this environment their carboxyl groups are less dissociated than in alkali or neutral environment and that's why SH have less electronegative surface charge. The research also showed that due to effectiveness of turbidity removal it is better to dose the aiding substances after the coagulant. This dependence results from surface charge of coagulated particles. Electropositive hydroxy complexes with humic substances connect with electronegative aiding substances more willingly than with electronegative SH.

3

Usuwanie substancji humusowych w procesie koagulacji

Świderska R., Anielak A. M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Inżynieria Środowiska

|

2001

|

Z. 15

92-100

PL

W pracy badano efektywność usuwania substancji humusowych w procesie koagulacji siarczanem glinowym z udziałem pylistych węgli aktywnych. Określono wpływ czasu dozowania węgla aktywnego, potencjału elektrokinetycznego cząstek biorących udział w procesie koagulacji oraz składu oczyszczanej wody na efektywność uzdatniania wody, a także wykazano efekty interakcyjne zachodzące między poszczególnymi składnikami układu. Wykazano, że kwasy humusowe są skuteczniej usuwane w odczynie kwaśnym, co jest uwarunkowane ich strukturą chemiczną. Ponadto stwierdzono, że ze względu na efektywność usuwania mętności korzystniej jest dodawać obciążnik po koagulancie. Wykazano również, że twardość uzdatnianej wody wpływa korzystnie na usuwanie barwy (im więcej kationów wielowartościowych, tym mniejsza barwa końcowa wody).

EN

This paper presents results of the investigations on the efficiency of humic substances removing from water. They were removed during coagulation process by sulphate aluminium with presence of powered activated carbon. The influence of time when activated carbon was dosed, electrokinetical potential of particles, which took part in this process and water's composition on effectiveness of water treatment was defined. The interactions between selected factors were revealed. On the basis of research carried out it is showed that humic acids are removed more effectively in the acid environment. The research also showed that due to effectiveness of turbidity removal it is better to dose activated carbon after the coagulant. However water hardness helps to remove the colour (along with increase of amount of 2- and 3-valued cations, final colour decreases).

4

The influence of the adsorbents' electrokinetic potential on the adsorption process of humic substances

Anielak A. M., Świderska R.

Environment Protection Engineering

|

2001

|

vol. 27, nr 1

23-34

EN

The paper presents an anal. of the structure of humic substances and their behavior in the water environment. The adsorption process of humic substances on the three following adsorbents was tested: natural bentonite, activated bentonite, and activated carbon (Norit CN 1). A dependence of the electrokinetic potential on the adsorption ability of adsorbent particles was found. The presence of multivalent cations in water is an important factor influencing the course and efficiency of sorption process.

PL

Zanalizowano strukturę substancji humusowych i ich zachowanie w środowisku wodnym. Zbadano proces adsorpcji substancji humusowych na trzech adsorbentach: bentonicie naturalnym, bentonicie uaktywnionym i węglu aktywnym Norit CN 1. Stwierdzono, że istnieje zależność między wartością potencjału elektrokinetycznego a zdolnością adsorpcyjną cząstek adsorbentu. Istotnym czynnikiem wywołującym przebieg i skuteczność procesu sorpcji była obecność w wodzie wielowartościowych kationów.