title: Geochemical characterization of soil contaminated with hexavalent chromium and investigation of its adsorption capacity in hexavalent chromium
title: Γεωχημικός χαρακτηρισμός εδάφους ρυπασμένο με εξασθενές χρώμιο και διερεύνηση της προσροφητικής του ικανότητας σε εξασθενές χρώμιο
Creators: name: Παναγοπουλος Δημητριος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Στο γεωπεριβάλλον, σε μεγαλύτερες ή μικρότερες συγκεντρώσεις, εντοπίζονται ενώσεις χρωμίου. Το χρώμιο, εκτός από την γηγενή του ύπαρξη, χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές δραστηριότητες. Αφενός, η παρουσία του οφείλεται σε γεωλογικούς σχηματισμούς όπως υπερβασικά πετρώματα και οφιολιθικά εδάφη. Παρόλα αυτά  η ανθρώπινη δραστηριότητα συμβάλλει στην συσσώρευση χρωμικών ενώσεων στους υδροφορείς λόγω ανεξέλεγκτης απόρριψης αποβλήτων. Οι κυριότερες μορφές εμφάνισης του χρωμίουστο περιβάλλον, βάσει της οξειδωτικής του κατάστασης, είναι δύο. Η τρισθενής και η εξασθενής. Το τρισθενές χρώμιο Cr(III), είναι αναγκαίο για τον ανθρώπινο οργανισμό καθώς ενισχύει την μεταβολική διαδικασία ενώ το εξασθενές χρώμιο Cr(VI) αποτελεί μεγάλη απειλή, όταν βρίσκεται σε μεγαλύτερες, από την επιτρεπτή, συγκεντρώσεις αφού ελλοχεύει τον κίνδυνο, δερματικών παθήσεων, καρκίνων, αναπαραγωγικών προβλημάτων και άλλων.
Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, διερευνήθηκε η προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου σε έδαφος από τρείς γεωτρήσεις από την περιοχή του Ασωπού, όπου έχουν ήδη εντοπιστεί μεγάλες συγκεντρώσεις εξασθενούς χρωμίου στο υπόγειο νερό. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκε και  ο γεωχημικός χαρακτηρισμός του εδάφους το οποίο μελετήθηκε ως προς την προσροφητική του ικανότητα, προκειμένου να διαπιστωθούν ορυκτολογικές, χημικές και άλλες παράμετροι που θα μπορούσαν να λειτουργούν βοηθητικά ή ανασταλτικά στην παραπάνω διαδικασία.
Για την διερεύνηση της προσροφητικής ικανότητας του εν λόγω εδάφους, πραγματοποιήθηκαν batch πειράματα, και εξετάστηκε η επίδραση του pH στην προσρόφηση με συγκέντρωση 1 ppm και 5 ppm αλλά και την διαφοροποίηση της καμπύλης προσρόφησης σε συνάρτηση με την κοκκομετρία. Για τον λόγο αυτό, επιλέχθηκαν πέντε διαφορετικές κοκκομετρίες και πραγματοποιήθηκαν εκ νέου τα ίδια batch πειράματα για τις ίδιες συγκεντρώσεις. Ταυτόχρονα, συνεκτιμήθηκε η αρχική συγκέντρωση του εξασθενούς χρωμίου στην κάθε πιλοτική γεώτρηση.
Διαπιστώθηκε λοιπόν, πως η μεταβολή του pH, έχει μεγάλη επίδραση στη προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου και πιο συγκεκριμένα, για ένα εύρος pH από 4 έως 8, παρατηρήθηκε πως όσο αυξάνεται το pH, μειώνεται η προσρόφηση. Επίσης, η αρχική συγκέντρωση του Cr(VI) βρέθηκε να επιδρά σημαντικά στην προσροφόμενη συγκέντρωση του εξασθενούς χρωμίου. Από τις τρείς πιλοτικές γεωτρήσεις, οι δύο ήταν ιδιαίτερα ρυπασμένες, με συγκεντρώσεις Cr(VI)  600-900 ppb ενώ η τρίτη δεν ήταν ρυπασμένη. Στην τελευταία λοιπόν, λόγω του ότι ήταν ακόρεστη ως προς το Cr(VI), μετρήθηκαν απομακρύνσεις έως και 40% υψηλότερες σε σχέση με τις άλλες δύο. Τέλος, συνεκτιμήθηκαν τα δεδομένα από τον γεωχημικό χαρακτηρισμό, σε συνάρτηση με τις καμπύλες προσρόφησης για τις δύο διαφορετικές αρχικές συγκεντρώσεις αλλά και τις διαφορετικές κοκκομετρίες προκειμένου να προσδιοριστούν ποιο είναι το κοκκομετρικό κλάσμα που ελέγχει την προσροφητική διεργασία αλλά και αν υπάρχουν συγκεκριμένα χημικά στοιχεία που πιθανώς επηρεάζουν τη προσρόφηση. Τα άμορφα οξείδια του σιδήρου και ο αυξημένος οργανικός άνθρακας, επηρρεάζουν την διαδικάσια, αφενώς μεν γιατι η χαμηλή συγκέντρωση των πρώτων μειώνει την προσροφητική ικανότητα των εδαφών ενώ η αυξημένη συγκέντρωση οργανικού άνθρακα, εντείνει την αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου σε τρισθενές


description: In the geo-environment, at greater or lesser concentrations, chromium compounds are detected. Chromium, in addition to its indigenous existence, is widely used in industrial activities. On the one hand, its presence is due to geological formations such as hyper basic rocks and ophiolithic soils. However, human activity contributes to the accumulation of chromium compounds in aquifers due to uncontrolled waste disposal. The main forms of appearance of chromium in the environment, based on its oxidative status, are two. Trivalent and Hexavalent chromium. Trivalent chromium Cr (III) is necessary for the human body as it strengthens the metabolic process whereas hexavalent Cr (VI) is a major threat when it is at greater than the permissible concentrations, as it underlies the risk of skin diseases, cancers, reproductive issues and more.
In the context of this diploma thesis, the adsorption of hexavalent chromium, in soil from three pilot drillings from the Asopos area, was studied, where large concentrations of hexavalent chromium in groundwater have already been identified. At the same time, the geochemical characterization of the soil, which was studied in terms of its adsorption capacity, was carried out in order to establish mineralogical, chemical and other parameters that could function or inhibit the above process.
To investigate the adsorption capacity of the soil in question, batch experiments were carried out, and the effect of pH on adsorption was examined at a concentration of 1 ppm and 5 ppm but also on the variation of the adsorption curve in relation to the granulometry. For this reason, five different granulometries were selected and the same batch experiments were repeated for the same concentrations. At the same time, the initial concentration of hexavalent chromium in each pilot borehole was taken into account.
It has been found, therefore, that a change in pH values has a great effect on the adsorption of hexavalent chromium, and more specifically, for a pH range of 4 to 8, it has been observed that as the pH increases, adsorption decreases. Also, the initial concentration of Cr (VI) was found to significantly affect the adsorbed concentration of hexavalent chromium. Of the three pilot drillings, the two were highly polluted, with Cr (VI) concentrations of 600-900 ppb while the third was not contaminated. In the latter, due to its unsaturation regarding the Cr (VI), removals were measured up to 40% higher than the other two.
Finally, data from the geochemical characterization were taken into account in relation to the adsorption curves for the two different initial concentrations but also the different granulometries in order to determine the granulometric fraction controlling the adsorption process but also if there are specific chemical elements likely to affect the process. Amorphous iron oxides and increased organic carbon affect the process, because the low concentration of the former reduces soil adsorption capacity, while increased organic carbon concentration intensifies the reduction of Cr(VI) to Cr(III).