Mineraliska material som reaktiva filter för avskiljning av tungmetaller från dagvatten

Autor: Lindquist, Anna
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2005
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Highly polluted urban storm water from e.g. highways can contain large amounts of heavy metals that may cause harm if they are discharged into recipients. To remove the heavy metals a possible low-cost method that does not require much maintenance, could be the use of reactive filters with filter materials consisting of industrial residues or other cheap mineral based materials. Dissolved metal ions are removed by reactive filters through the processes of ions binding to active sites on the surface of the filter materials, or by formation of insoluble precipitates. The ability of CaO-treated granulated blast-furnace slag, iron oxide coated sand, olivine and nepheline to remove seven heavy metals (Cr, Cd, Cu, Ni, Zn, Pb and Hg) from urban storm water was studied. Initially batch experiments were performed where the effect of pH, dissolved organic carbon (DOC) and dissolved ions on the adsorption efficiency was studied. The experiments were conducted with urban storm water and with a reference solution (10 mM NaNO3), both containing the same concentration of heavy metals (approx. 1 μM). The two materials with the best results were further investigated in a column study, where the capacity of the filter was tested. Chemical equilibrium calculations using the program Visual MINTEQ were performed in order to assess the role of precipitation as a mechanism for removal. The results show that the blast-furnace slag was the most effective filter material and that it has great potential to be used as a heavy metal remover. Also the iron oxide coated sand worked satisfactory. The highest degree of removal was obtained for lead, cadmium and nickel, for which the removal efficiency exceeded 90% after a load of 300 times the water volume in the columns. For some metals, mainly copper, chromium and mercury the dissolved organic matter affected the removal negatively. The chemical mechanisms causing the removal are specific adsorption to the surfaces of the materials, and for the blast-furnace slag probably precipitation of insoluble metal sulfides.
Starkt förorenat dagvatten som rinner av från exempelvis motorvägar, kan innehålla betydliga mängder tungmetaller som kan orsaka skada om de kommer ut i omgivande vattendrag. En billig metod för tungmetallavskiljning, som inte kräver så mycket underhåll, skulle kunna vara att använda reaktiva filtermaterial bestående av restprodukter eller andra mineraliska lågkostnadsmaterial. Reaktiva filter fungerar som metallavskiljare genom att de lösta metalljonerna binder till ytgrupper på filtermaterialen eller att svårlösliga utfällningar bildas. Förmågan att avskilja sju tungmetaller (Cr, Cd, Cu, Ni, Zn, Pb och Hg) ur dagvatten har undersökts för fyra mineraliska filtermaterial, kalciumoxiddopad masugnsslagg, järnoxidsand, olivin och nefelin. Studien inleddes med skakförsök där adsorptionens pH-beroende undersöktes. Försöken gjordes dels med dagvatten, dels med en referenslösning (10 mM NaNO3) med samma tungmetallkoncentration (ca 1μM). Detta gjordes för att studera effekter av löst organiskt material och andra ligander på adsorptionen. Därefter testades de material som uppvisat bäst resultat i skakförsöket i kolonnförsök, ett försök som mer efterliknar en praktisk tillämpning och där filtrets kapacitet kan studeras. Genom kemiska jämviktsberäkningar med programmet Visual MINTEQ var det möjligt att undersöka om bildningen av svårlösliga metallutfällningar bidrog till metallavskiljningen. Resultaten visar att slaggen var det effektivaste filtermaterialet och att detta har stor potential att användas för avskiljning av tungmetaller. Även järnoxidsanden fungerade tillfredsställande. De metaller som avskiljdes bäst var bly, kadmium och nickel, för vilka avskiljningen var > 90 % i kolonnförsöket efter en belastning motsvarande 300 gånger vattenmängden i kolonnerna. För vissa metaller, främst koppar, krom och kvicksilver, försämrades avskiljningen betydligt när löst organiskt material fanns närvarande. Mekanismerna som står för avskiljningen är till störst del adsorption till grupper på filtermaterialens ytor, men bildning av svårlösliga metallsulfider är också tänkbar för slaggen.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: