| Přispěvatelé: |
Tričković, Jelena, Agbaba, Jasmina, Krčmar, Dejan, Kragulj, Isakovski, Marijana, Šćiban, Marina |
| Popis: |
Obalska filtracija predstavlja sistem prečišćavanja rečne vode tokom filtracije kroz porozni materijal akvifera u priobalnoj zoni reka do aluvijalnih izvorišta vode za piće. Jedan od ograničavajućih faktora kod aluvijalnih izvorišta može da bude zagađivanje voda iz kojih se dato izvorište prihranjuje. Sorpcija je najznačajniji abiotički proces koji uslovljava transport organskih polutanata kroz aluvijalni nanos kroz koji se odvija obalska filtracija. Jedinjenja iz grupe hlorovanih fenola, zbog široke primene, toksičnosti i slabe biodegradabilnosti, smatraju se prioritetnim i hazardnim polutantima. Detekcija ovih jedinjenja u rečnoj i vodi za piće ukazuje na značaj istraživanja njihovog ponašanja u procesu obalske filtracije. Ciljevi istraživanja doktorske disertacije su bili: (1) procena uticaja fizičko-hemijskih osobina aluvijalnog nanosa Dunava i ugljeničnog dodatka na vezivanje i zadržavanje hlorovanih fenola u poroznom materijalu akvifera; (2) definisanje mehanizma sorpcije hlorovanih fenola na aluvijalnom nanosu Dunava i biouglju; (3) procena efikasnosti procesa obalske filtracije za uklanjanje hlorovanih fenola iz kontaminirane vode i mogućnosti unapređenja ovog procesa; (4) ocena potencijala primene kraćih i jednostavnijih šaržnih eksperimenata za predviđanje ponašanja hlorovanih fenola tokom obalske filtracije. Karakterizacija slojeva vertikalnog profila aluvijalnog nanosa Dunava pokazala je značajne razlike u fizičkohemijskim karakteristikama ovih slojeva, pre svega u sadržaju gline i hidrauličkoj provodljivosti. Modelovanje rezultata ispitivanja kinetike sorpcije pomoću reakcionih modela i difuzionog modela, ukazalo je na to da je glavni ograničavajući faktor sorpcije interakcija hlorovanih fenola sa površinom geosorbenta i biouglja, ali i da unutarčestična difuzija utiče na sorpcioni proces. Ispitivanje sorpcije u ravnotežnim uslovima pokazalo je da pH vrednost rastvora snažno utiče na sorpciju, jer uslovljava kako dominantan oblik hlorovanih fenola u vodi, tako i naelekt risanje površine ispitivanih sorbenata. Predloženi su mehanizmi sorpcije, pri čemu je zaključeno da se na pH vrednosti 4 kada su ispitivana jedinjenja u molekulskom obliku, sorpcija prvenstveno odvija putem hidrofobnih interakcija i π-π elektron donor-akceptor interkcija. Na višim pH vrednostima glavni mehanizam sorpcije predstavljaju elektrostatičke interakcije, i to na pH vrednosti 7 privlačne sile između jonskih oblika hlorovanih fenola i pozitivno naelektrisane površine sorbenata, dok na pH vrednosti 10 dolazi do elektrostatičkog odbijanja ovih jona i negativno naelektrisane površine sorbenta. Statističkom analizom je potvrđeno da je sorpcija pod jakim uticajem karakteristika geosorbenta (prvenstveno sadržaja gline i organske materije) na pH vrednostima 4 i 10, dok je na pH vrednosti 7, kada su ispitivana jedinjenja u različitoj meri jonizovana, ukazano na značaj molekulskih osobina sorbata (hidrofobnost, polarizabilnost, konstanta disocijacije). Simuliranjem procesa obalske filtracije kroz aluvijalni nanos uočeno je da slojevi geosorbenta koji imaju veći sadržaj gline i organske materije imaju visok potencijal da zadrže hlorovane fenole. Slojevi sa nižim sadržajem ovih komponenti, koji su okarakterisani većom hidrauličkom provodljivošću, generalno su slabo uklonili hlorovane fenole iz vode. Dodatkom biouglja u ove slojeve, poboljšano je zadržavanje svih ispitivanih jedinjenja u aluvijalnom nanosu, pri čemu je retardacija povećana 14-140 puta u odnosu na kolone bez dodatka biouglja. Korelacija dobijenih parametara transporta sa osobinama geosorbenta i hlorovanih fenola, ukazala je na značajan uticaj sadržaja gline i specifične površine sorbenta, kao i polarizabilnosti i stepena disocijacije sorbata. Nije pronađena korelacija između koeficijenata raspodele izračunatih iz šaržnih i kolonskih eksperimenta, što ukazuje na to da šaržni eksperimenti sorpcije u ravnotežnim uslovima ne mogu predvideti ponašanje hlorovanih fenola u neravnotežnim uslovima tokom procesa obalske filtracije. Detection of these compounds in both river and drinking water indicates the importance of investigating their behavior in the RBF process. The objectives of this doctoral dissertation were: (1) to assess the impact of physico-chemical properties of the alluvial sediment of the Danube river and of biochar on the binding and retention of CPs in the porous material of the aquifer; (2) defining the mechanism of CPs sorption on alluvial sediment and biochar; (3) evaluation of the efficiency of the RBF process for the removal of CPs from contaminated water and the possibility of improving this process by biochar amendment; (4) evaluation of the potential application of faster and simpler batch experiments to predict the behavior of CPs during riverbank filtration.The characterization of alluvial sediment vertical profile layers showed significant differences in the physico-chemical properties of these layers, primarily in their clay content and hydraulic conductivity. Results of sorption kinetics experiments were modelled by three reaction models and a diffusion model. The best fit with the pseudo-second order model indicated that the main limiting factor of sorption is interaction of CPs with the surface of geosorbent and biochar. Multi-linear curves obtained by the diffusion model, indicate that intraparticle diffusion also affects the sorption process. The examination of sorption under equilibrium conditions showed that the pH value of the solution strongly influences sorption, as it conditions both the dominant form of CPs in water and the surface charge of theinvestigated sorbents. Several sorption mechanisms were proposed. At pH 4, when CPs are predominantly in their molecular forms, sorption takes place primarily through hydrophobic interactions and π-π electron donor-acceptor interactions. At higher pH values, the main sorption mechanism is electrostatic interactions: at pH 7 electrostatic attraction between the ionic forms of CPs and the positively charged surface of the sorbents, and at pH 10 electrostatic repulsion of these ions and the negatively charged surface of the sorbents. Statistical analysis confirmed that sorption is strongly influenced by the properties of the geosorbent (primarily clay and organic matter content) at pH 4 and 10, while at pH 7, when CPs are ionized to varying degrees, the importance of molecular properties of sorbates such as hydrophobicity, polarizability and dissociation constant was also indicated. By simulating the RBF process through the alluvial sediment, it was observed that layers of geosorbent with higher clay and organic matter content have a high potential to retain chlorinated phenols. Layers with lower contents of these components, which are also characterized by higher hydraulic conductivities, generally showed poor removal of CPs from water. The addition of biochar to these layers improved the retention of all test compounds in the alluvial sediment, with the retardation increasing 14-140 times relative to the columns without biochar amendment. The correlation of the obtained transport parameters with the properties of the investigated geosorbent layers and CPs indicated a significant influence of the clay content and the specific surface area of the geosorbent, as well as the polarizability and the degree of dissociation of the sorbates. No correlation between the distribution coefficients calculated from the batch and column experiments was found,indicating that batch experiments of sorption under equilibrium conditions cannot predict the behaviour of CPs under nonequilibrium conditions during RBF. |
