Μελέτη απομάκρυνσης εξασθενούς χρωμίου από το πόσιμο νερό
Creators: name: Καπράρα, Ευθυμία Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Εξασθενές χρώμιο
Πόσιμο νερό
Hexavalent chromium
Drinking water

description: Η σημαντική επίδραση του Cr(VI) στην ανθρώπινη υγεία και η επιβεβαίωση του φυσικού σχηματισμού του στα υπόγεια νερά πολλών περιοχών παγκοσμίως το έχουν «αναδείξει» ως έναν από τους πιο επικίνδυνους ρύπους καθιστώντας την απομάκρυνσή του από το νερό ιδιαίτερα σημαντική τόσο για την επιστημονική κοινότητα, όσο και για την κοινωνία την ίδια. Η παρούσα διδακτορική αφορά στην καταγραφή των επιπέδων Cr(VI) στο πόσιμο νερό της Ελλάδας και στην ανάπτυξη/βελτιστοποίηση διεργασιών, οι οποίες είναι ικανές να πετύχουν πλήρη απομάκρυνση του Cr(VI) από το νερό χωρίς να αλλοιώνουν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του. Η έρευνα αποκάλυψε την παρουσία Cr(VI) στο πόσιμο νερό σημαντικού τμήματος του Ελλαδικού χώρου. Χαρακτηριστικά, στο ένα τρίτο των 700 περίπου δειγμάτων που αναλύθηκαν προσδιορίστηκε υψηλή συγκέντρωση Cr(VI), με το 13% να κυμαίνεται μεταξύ 5-10 μg/L, το 20% μεταξύ 10-50 μg/L και το 3% να υπερβαίνει το όριο ποσότητας των 50 μg/L. Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων δε βρεθήκαν ανθρωπογενείς πηγές χρωμίου, επιβεβαιώνοντας τη φυσική προέλευση του Cr(VI) στα υπόγεια νερά. Η συγκέντρωση του Cr(VI) υπερέβαινε το 95% του συνολικού χρωμίου, επαληθεύοντας τη θεώρηση ότι η παρουσία του χρωμίου στα φυσικά νερά αποδίδεται κυρίως στο Cr(VI). Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις Cr(VI) παρατηρήθηκαν σε περιοχές όπου τα υπόγεια νερά φιλοξενούνται σε αλλουβιακά ιζήματα που προήλθαν από την αποσάθρωση γειτονικών οφιολιθικών πετρωμάτων. Κριτική και εργαστηριακή αξιολόγηση των μεθόδων απομάκρυνσης Cr(VI) από το νερό υπέδειξε ότι ο συνδυασμός αναγωγής του Cr(VI) και προσρόφησης του Cr(III) αποτελεί το απαραίτητο χαρακτηριστικό μίας επιτυχημένης διεργασίας. Ειδικότερα, η εργαστηριακή αξιολόγηση έδειξε ότι: • Η εφαρμογή Na2S2O4 με χρήση FeOOH σαν καταλυτική επιφάνεια μπορεί να εξασφαλίσει πλήρη απομάκρυνση του Cr(VI). • Η εφαρμογή μετάλλων σε στοιχειακή μορφή ή κράματα δε συνίσταται για την επεξεργασία του πόσιμου νερού καθώς συνδέεται με χαμηλή απόδοση απομάκρυνσης Cr(VI) (&gt;10 μg/L) ή υψηλή υπολειμματική συγκέντρωση των μετάλλων στο ρεύμα εξόδου. Παρόμοια ήταν και η συμπεριφορά των θειούχων αλάτων του σιδήρου και του κασσιτέρου. • Η εφαρμογή Fe3O4 μπορεί να οδηγήσει σε πλήρη απομάκρυνση Cr(VI) με ικανοποιητική απόδοση (Q10 &gt; 5 mg Cr(VI)/g Fe3O4) και αποδεκτό κόστος όταν το pH του νερού είναι μικρότερο από 7. • Η ικανότητα απομάκρυνσης Cr(VI) του καινοτόμου υλικού Sn6O4(OH)4 είναι εξαιρετικά υψηλή (Q10 = 20 mg/g), η οποία επιπλέον παραμένει σταθερή στην περιοχή pH 7-8. Λαμβάνοντας υπόψη τη τεχνοοικονομική βιωσιμότητα των μεθόδων και την επίδραση τους στο περιβάλλον -κυρίως στην ποιότητα του νερού- συμπεραίνεται ότι η χρήση Sn6O4(OH)4 σε κλίνη αποτελεί τη βέλτιστη λύση για εφαρμογή σε μονάδες επεξεργασίας πόσιμου νερού.
description: The pollution of groundwater by Cr(VI) has long been recognized as a severe environmental issue following the indications for harmful effects on human health and other life forms. Along with its severe toxicity, the verification of Cr(VI) natural formation has made it a priority pollutant, crucial to be removed from water streams designated as potable water sources. The aim of this thesis was to examine the possible correlation of Cr(VI) appearance in drinking water of Greece with the corresponding geological background and to promote technologies that can remove Cr(VI) to concentrations below 10 μg/L without downgrading water quality characteristics. A wide sampling and chemical analysis of tap waters from more than 700 sites, supplied by groundwater resources, was conducted focusing on areas in which the geological substrate is predominated by ultramafic minerals. Results indicated that although violations of current chromium regulation limit in tap water are very rare, 25% of cases showed Cr(VI) concentrations above 10μg/L, whereas Cr(VI) was detectable in 70% of the samples (&gt;2μg/L). In addition, Cr(VI) concentrations accounted for more than 95% of the total Cr, verifying that chromium concentrations in natural waters should be mostly attributed to Cr(VI). The natural presence of Cr(VI) is mainly due to the contact of water with ophiolitic rocks in shallow alluvial and neogene aquifers or with sediments formed by erosion and weathering of nearby ophiolitic rocks. Critical review and experimental evaluation of technologies used for Cr(VI) removal from water indicated that most successful processes combine Cr(VI) reduction to Cr(III) and adsorption of the latter in an active surface. In particular, experimental evaluation under continuous flow configuration revealed that: • Catalytic Cr(VI) reduction by Na2S2O4 through a FeOOH surface can ensure complete removal of Cr(VI). • Zero valent metals, mixed metals as well as iron and tin sulphides cannot be applied at drinking water treatment, due to several limitations, such as low uptake capacity towards Cr(VI) removal or metals’ leaching to treated water above the respective drinking water regulation limits. • Fe3O4 presented an adequate Cr(VI) removal capacity, achieving residual Cr(VI) concentrations at very low ppb level, while meeting the requirements for drinking water treatment. • The development of a novel adsorbent, based on Sn(II) oxy-hydroxide proved highly efficient in Cr(VI) removal, presenting a removal capacity of around 19 mg/g, keeping the levels of outflow Cr(VI) below 10 μg/L during the treatment of natural-like water at a pH range 7-8. Such characteristics set this product as a favorable candidate for wide application in water treatment units.