Reduction Of Chlorinated Ethenes In Subsurface Reactive Barriers With Zero-Valent Iron
Využití surového železa pro redukci chlorovaných ethenů v podpovrchových reaktivních bariérách
Vedoucí/Supervisor
Prof. Ing. Václav Janda, CSc.
Jazyk/Language
Czech
Abstrakt
Laboratorními kolonovými testy a následnou on-situ poloprovozní zkouškou byla posouzena možnost využití granulovaného surového železa v podobě železných tryskacích písků pro odstraňování rozpuštěných chlorovaných ethenů (PCE, TCE a 1,2 cis DCE) z podzemní vody v Milovicích, lokalitě „jih“, pomocí podpovrchové reaktivní bariéry. Cílem těchto experimentů bylo získání kinetických dat potřebných pro návrh parametrů reálné podpovrchové reaktivní bariéry a posouzení vlivů fyzikálně-chemického složení podzemní vody ve sledované lokalitě na dlouhodobou účinnost této bariéry, zejména možnost změn jejích hydraulických vlastností a reaktivity důsledkem srážení minerálů.
Kolonové testy potvrdily schopnost použitého materiálu redukovat chlorované etheny. Během následného on-situ poloprovozního testu byly získány kinetické konstanty dehalogenace PCE a TCE simulované kinetikou reakce 1. řádu. Kinetické konstanty normalizované na velikost reaktivního povrchu nabývaly hodnot 0,44 ± 0,09 ml.m2.h-1 pro TCE, resp. 0,22 ± 0,11 ml.m2.h-1 pro PCE. Tyto hodnoty byly srovnatelné s daty uváděnými v odborné literatuře. Potřebná šíře provozní PRB odvozená z kinetických dat by pak měla být 21,3 cm pro TCE, resp. 37,1 cm pro PCE.
V reakční zóně docházelo k významným změnám fyzikálně-chemických vlastností testované podzemní vody a to jmenovitě v těchto parametrech: 1. pH, Eh; 2. koncentrace HCO3-, NO3-, Ca a Fe. Ostatní parametry, jako jsou např. koncentrace Mg a SO42- se nezměnily. Rentgenovou difrakcí byla potvrzena přítomnost aragonitu a sideritu vysrážených na zrnech Fe0 na vstupní straně reakční zóny a také v suspenzi vznikající v reakční zóně.
Ze známých hodnot efektivní postupové rychlosti proudění, porozity reaktivního materiálu a molárních objemů aragonitu, resp. sideritu byla vypočítána procentuální změna porozity v důsledku srážení zmíněných minerálů. Ve vstupní zóně bude docházet k intenzivnějšímu srážení minerálů a k výraznějšímu poklesu porozity než v prostřední a výstupní části PRB, přestože rozdíl není výrazný. Po prvním roce provozu poklesne porozita z původní hodnoty 0,4 na hodnotu 0,385 v segmentu 0-21 cm a na hodnotu 0,388 v segmentu 21-60 cm.
Abstract
Reduction of chlorinated ethens by a zero-valent iron was studied in column laboratory tests and an on-site pilot-scale test. The tests showed a sufficient ability of chosen Fe0 material to reduce a mixture of chlorinated ethenes (PCE and TCE) which contaminate groundwater at site Milovice, location „jih“. The goal of the experiments mentioned was to get kinetic data needed for a real subsurface reactive barrier design and a discussion of a groundwater chemistry impact on a long-term performance of PRB, especially with a respect to the precipitation of secondary minerals, which may seriously restrict the longevity of PRB.
Reactions were approximated well by first-order kinetics. Surface area normalized rate constants for PCE and TCE were 0.22 ± 0.11 ml.m2.l-1 and 0.44 ± 0.09 ml.m2.l-1, respectively. These data are consistent with those in a literature. The barrier width according to the kinetic data was as follows: 21.3 cm for TCE and 37.1 cm for PCE, respectively.
In reactive zone there were significant changes of Ca, Fetotal, HCO3-, NO3- concentrations and also of pH and Eh. Other parameters, such as Mg a SO42- remained unchanged. Aragonite and siderite seem to be principal secondary phases that precipitate on reactive material surface and in suspension. Their presence was confirmed by X-ray diffraction.
Porosity after one year of permeable reactive barrier performance was estimated to be reduced from the initial 0.4 to 0,385 in segment 0-21 cm and 0,388 in segment 21-60 cm.