Απομάκρυνση σεληνίου από το νερό και ειδοταυτοποίηση των οξυ-ανιόντων του
Authors: Καλαϊτζίδου Κυριακή 
Published: September 2021

Η παρουσία του σεληνίου στα φυσικά/υπόγεια νερά και η απομάκρυνσή του από αυτά αποτελούν ένα από τα σημαντικά προβλήματα που απασχολούν την επιστημονική κοινότητα. Η τοξική του δράση και η επιβεβαιωμένη παγκόσμια παρουσία του οδήγησαν στην ανάπτυξη τεχνολογιών απομάκρυνσής του από το πόσιμο νερό, με όριο ποσιμότητας για την Ευρωπαϊκή Ένωση τα 10 μg/L. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση διεργασιών απομάκρυνσης του σεληνίου με στόχο την ποσιμότητα, καθώς επίσης η δυνατότητα εφαρμογής τους σε πλήρη κλίμακα. Για το λόγο αυτό τα πειράματα διεξήχθησαν σε συνθήκες παρόμοιες των φυσικών νερών (pH 6-8, έως 100 μg Se/L). Εξετάζοντας τη διεργασία της προσρόφησης τα υδροξυ-οξείδια του σιδήρου λόγω της συνάφειας τους με το Se(IV) παρουσίασαν τεχνολογικά εφαρμόσιμες προσροφητικές ικανότητες. Η συσχέτιση του θετικού επιφανειακού φορτίου (PSCD) των υδροξυ-οξειδίων του σιδήρου με την προσροφητική ικανότητα Se(ΙV), οδήγησε στη σύνθεση FeOOHs σε τιμές pH 2 και 2,5 με το FeOOH/2,5 να παρουσιάζει τη μέγιστη τιμή PSCD 3,25 mmol OH-/g, και συνεπώς τη βέλτιστη προσροφητική ικανότητα στο όριο ποσιμότητας Q10 = 2,95 μg Se(IV)/mgFeOOH/2,5 στα πειράματα ισόθερμων και Q10 = 4,3 mg Se(IV)/g στις μικροστήλες προσρόφησης. Παρατηρήθηκε επίσης ότι η παρουσία δομικών θειικών στα προσροφητικά υλικά επηρεάζει αρνητικά την προσροφητική ικανότητα σε Se(IV) με το μηχανισμό να πιστοποιείται και από τη διεξαγωγή φασματοσκοπίας λεπτής υφής απορρόφησης ακτίνων Χ (XAFS) στα FeOOH/2,5 με δομικά θειικά και FeOOH/8 χωρίς δομικά θειικά, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα μικροστηλών προσρόφησης. Αντίθετα, η ιοντο-εναλλαγή των SeO32-με τα χημειοροφημένα θειικά στη στιβάδα Stern ευνοεί την προσρόφηση. Επίσης, η απομάκρυνση του Se(IV) με την κροκίδωση/ιζηματοποίηση παρουσιάζει τεχνολογικά εφαρμόσιμα αποτελέσματα με βέλτιστη απόδοση από το κροκιδωτικό προ-υδρολυμένου FeCl3 σε pH 2,5±0,2 με επίτευξη απόδοσης απομάκρυνσης Q10 =4,2 mg Se(IV)/g Fe3+ σε pH 7. Ακόμη πραγματοποιήθηκε οικονομική σύγκριση απομάκρυνσης Se(IV) με κροκίδωση/ιζηματοποίηση με προ-υδρολυμένο Fe3+ - FeCl3∙6H2Ο και με προσρόφηση - αναγέννηση και επαναχρησιμοποίηση του FeOOH/5,5 σε μονάδα επεξεργασίας 100 m3/h, σε pH 7 και αρχικές συγκεντρώσεις 30 – 100 μg Se(IV)/L. Η προσρόφηση με έναν κύκλο εφαρμογής είναι συμφέρουσα μόνο για αρχικές συγκεντρώσεις <30 μg Se(IV)/L. Βέβαια, η αναγέννηση και επαναχρησιμοποίηση του προσροφητικού υλικού συμβάλλει στη μείωση του λειτουργικού κόστους της διεργασίας προσρόφησης. Ειδικότερα, για αρχική συγκέντρωση 100 μg Se(IV)/L και 50 μg/L η προσρόφηση είναι πιο από την κροκίδωση/ιζηματοποίηση μετά τον 5ο και 2ο κύκλο αναγέννησης αντίστοιχα. Απομάκρυνση Se(VI) επιτεύχθηκε μόνο σε pH 4 με κροκίδωση/ιζηματοποίηση με κροκιδωτικό FeCl3. Επιπλέον, αναπτύχθηκε μια εύχρηστη μέθοδος ειδοταυτοποίησης των οξυ-ανιόντων του σεληνίου (SeO32- και SeO42-). Η καινοτόμος αυτή μέθοδος απαιτεί εξοπλισμό χαμηλού κόστους και είναι συμβατή με όλες τις μεθόδους προσδιορισμού ολικού σεληνίου στο νερό, ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μετρήσεις πεδίου με χρήση φορητού εξοπλισμού. Αναπτύχθηκε με βάση την εκλεκτική προσρόφηση του Se(IV) στο εμπορικά διαθέσιμο υδροξυ-οξείδιο του σιδήρου Bayoxide, το οποίο έχει χαμηλό θετικό επιφανειακό φορτίο, με αποτέλεσμα την ολική απομάκρυνση του Se(IV) και τη μηδενική απομάκρυνση του Se(VI). Οι βέλτιστες πειραματικές συνθήκες για την ειδοταυτοποίηση είναι: δόση Bayoxide 0,5 g/L, pH 7,3±0,2, T 20oC, χρόνος επαφής 30 min για αρχικές συγκεντρώσεις ολικού σεληνίου ως 200 μg/L.