Απομάκρυνση ρυπαντών απο εκχυλίσματα μεταλλευτικών στερεών αποβλήτων με ενεργούς διαπερατούς φραγμούς από ερυθρά ιλυ και ιπταμένη τέφρα
Authors: Μπάρτζας Γεώργιος 
Published: January 2014

Η ανεξέλεγκτη διάθεση στερεών και υγρών αποβλήτων από μεταλλευτικές και μεταλλουργικές δραστηριότητες συχνά προκαλεί εκτεταμένη ρύπανση εδαφών, επιφανειακών και υπόγειων νερών. Η ρύπανση των υπόγειων νερών προκαλείται από τα εκχυλίσματα που παράγονται λόγω της οξείδωσης των υπολειπόμενων θειούχων φάσεων παρουσία νερού, οξυγόνου και βακτηρίων. Τα εκχυλίσματα αυτά χαρακτηρίζονται σε πολλές περιπτώσεις από χαμηλό pH και υψηλή συγκέντρωση ιόντων βαρέων μετάλλων και θειϊκών. Μια σύγχρονη, υποσχόμενη και σχετικά χαμηλού κόστους εναλλακτική τεχνολογία ως προς την άντληση και επιφανειακή επεξεργασία των υπογείων υδάτων με χρήση χημικών αντιδραστηρίων, περιλαμβάνει την κατασκευή, εγκατάσταση και λειτουργία ενεργών διαπερατών φραγμάτων. Τα τελευταία χρόνια παρά το αυξανόμενο ερευνητικό ενδιαφέρον στην εξέλιξη των ενεργών διαπερατών φραγμάτων, το κόστος ενός τέτοιου επί-τόπου συστήματος παραμένει σημαντικό όταν χρησιμοποιούνται υψηλής καθαρότητας ενεργά υλικά όπως π.χ ο ενεργός άνθρακας. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρησιμοποίησης «φθηνών» πληρωτικών υλικών κατάλληλων προς εφαρμογή στα Ενεργά Διαπερατά Φράγματα ώστε να μειωθεί το συνολικό κόστος της μεθόδου επεξεργασίας. Τα πληρωτικά υλικά που μελετήθηκαν περιλαμβάνουν απόβλητα ή παραπροϊόντα άλλων μεταλλευτικών, μεταλλουργικών και χημικών διεργασιών όπως η ιπτάμενη τέφρα, η ερυθρά ιλύς και τα ρινίσματα μεταλλικού σιδήρου. Η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε περιελάμβανε δύο κύριες σειρές εργαστηριακών πειραμάτων συνεχούς-ανοδικής ροής σε στήλες: α) μονο-μεταλλικά πειράματα υδατικών διαλυμάτων δισθενούς χαλκού με σκοπό να κατανοηθούν οι κινητικές διεργασίες, η επίδραση της συγκέντρωσης του μετάλλου, το pH και η ταχύτητα ροής, και β) πολυ-μεταλλικά πειράματα συνθετικών διαλυμάτων όξινης απορροής με σκοπό να προσδιοριστεί η απόδοση και η μακροχρόνια αντιδραστικότητα των ΕΔΦ. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν πειράματα ιχνηθέτησης για να προσδιοριστούν φαινόμενα σχετικά με την υδραυλική μεταφορά των συστημάτων αυτών. Παράγοντες όπως είναι η υδραυλική αγωγιμότητα κάθε πληρωτικού υλικού και ο απαιτούμενος χρόνος παραμονής για μακροχρόνια αποδοτική λειτουργία, η ποιότητα των εκχυλισμάτων, η μείωση της ενεργής δράσης και του πορώδους με την πάροδο του χρόνου καθώς και οι κύριοι μηχανισμοί απορρύπανσης εξετάσθηκαν λεπτομερώς. Γεωχημική μοντελοποίηση των διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των αντιδράσεων μεταξύ των ενεργών υλικών, του ιοντικού φορτίου των βαρέων μετάλλων και των θειϊκών όπως επίσης των ιοντικών μετώπων αντίδρασης και υπολογισμός της μείωσης του πορώδους πραγματοποιήθηκε με χρήση του υπολογιστικού κώδικα προσδιορισμού χημικών μορφών/μεταφοράς μάζας PHREEQC-2 και της βάσης δεδομένων WATEQ4F. Η επεξεργασία των καμπυλών εξόδου της συγκέντρωσης του χαλκού που προέκυψαν από την πρώτη σειρά των πειραμάτων έδειξε ότι η απορρυπαντική διεργασία επηρεάζεται από τους λειτουργικούς παράγοντες που μελετήθηκαν ενώ η απόδοση βελτιώνεται όταν χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες ταχύτητες ροής, αρχικές τιμές pH και συγκέντρωσης χαλκού. Τα πειραματικά αποτελέσματα των καμπυλών εξόδου του χαλκού στις στήλες της ιπτάμενης τέφρας και της ερυθράς ιλύος περιγράφονται ικανοποιητικά από την εφαρμογή του κινητικού μοντέλου Thomas, ενώ από την κινητική μελέτη των στηλών του μεταλλικού σιδήρου προέκυψε ότι η απομάκρυνση του χαλκού ακολουθεί ψευδό πρώτης-τάξης αντίδραση.