Απομάκρυσνη βαρέων μετάλλων απο βιομηχανικά υγρά απόβλητα με εφαρμογή συστήματος προσρόφησης - υπερδιήθησης - Βλασίδου, Ιωάννα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2014)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη της απομάκρυνσης βαρέων μετάλλων από βιομηχανικά υγρά απόβλητα με εφαρμογή συστήματος προσρόφησης – υπερδιήθησης. Τα υπό εξέταση μέταλλα είναι κύριως ο ψευδαργυρος (Zn) και το νικέλιο (Ni). Η απομάκρυνση του ψευδαργύρου και του νικελίου διερευνήθηκε για την περίπτωση όπου καθένα από αυτά τα μέταλλα βρίσκονταν μόνο του στα υγρά απόβλητα ή στα υδατικά διαλύματα (μονοστοιχειακό διάλυμα), αλλά και για την περίπτωση της παρουσία άλλων ανταγωνιστικών μετάλλων (πολυστοιχειακό διάλυμα Ni, Zn, Cu, Pb). Τα ορυκτά που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεργασία της προσρόφησης των μετάλλων είναι ο ζεόλιθος, ο μπετονίτης και ο βερμικουλίτης. Η απομάκρυνση των μετάλλων καθώς και η επίδραση του κάθε προσροφητικού μέσου εξετάστηκε ξεχωριστά με τη διενέργεια πειραμάτων όπου αρχικά πραγματοποιείται προσθήκη ορυκτού στα υγρά απόβλητα και στη συνέχεια προσθήκη ορυκτού στο διήθημα πρωτοβάθμιων υγρών αποβλήτων (διεργασία δύο σταδίων). Παρατηρήθηκε ότι η δράση των ορυκτών για την προσρόφηση των μετάλλων, ευνοείται στο δεύτερο στάδιο της διεργασίας. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση του pH στην απομάκρυνση του Zn, του Ni καθώς και των μετάλλων του πολυστοιχειακού διαλύματος, τόσο από υγρά απόβλητα όσο και από υδατικά διαλύματα. Όσο αυξάνεται το pH τόσο μεγαλύτερη απομάκρυνση των μετάλλων παρατηρείται. Σε αλκαλικό περιβάλλον ευνοείται η κατακρήμινση/συμπλοκοποίηση των μετάλλων με αποτέλεσμα να παρατηρούνται μεγάλες απομακρύνσεις. Επιπλέον, μελετήθηκε και η επίδραση της συγκέντρωσης των ενώσεων CO3-2, PO4-3, SO4-2, Cl- στην απομάκρυνση των μετάλλων από υδατικά διαλύματα. Αποδείχθηκε ότι η προσθήκη των ενώσεων ευνοεί την απομάκρυνση των μετάλλων λόγω συμπλοκοποίησης. Επίσης, μελετήθηκαν οι ισόθερμες προσρόφησης στις οποίες η συγκέντρωση του μετάλλου που προσροφάται στο προσροφητικό υλικό είναι ίση με την συγκέντρωση που εκροφάται. Εξετάστηκαν τρεις, δύο-παραμέτρων ισόθερμες προσρόφησης των μετάλλων σε ορυκτά (μέσο προσρόφησης) και σε υγρά απόβλητα : (α) του Langmuir, (β) η Freundlich και (γ) Dubinin – Radushkevich. Η γραμμική μορφή του μοντέλου Langmuir ήταν το καλύτερο μοντέλο για την προσρόφηση του Zn και του Ni, τόσο σε μονοστοιχειακό όσο και σε πολυστοιχειακό σύστημα υγρών αποβλήτων, εφόσον είχε την υψηλότερη τιμή R2 και το χαμηλότερο σφάλμα χ2. Το μοντέλο Langmuir επιβεβαιώνει την μονο-στρωματική κάλυψη των ιόντων του μετάλλου πάνω στα ορυκτά και την ομοιογενή κατανομή των ενεργών θέσεων των ορυκτών, δεδομένου ότι το πρότυπο αυτό προϋποθέτει ότι η επιφάνεια είναι ομοιογενής. Επιπλέον, εξετάστηκαν οι κινητικές προσρόφησης του ψευδαργύρου, του νικελίου και του πολυστοιχειακού διαλύματος στα υγρά απόβλητα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων συγκρίθηκαν με τα μοντέλα ψευδο-πρώτης τάξης, ψευδο-δεύτερης τάξης καθώς και τις εξισώσεις Elovich και παρατηρήθηκε ότι η προσρόφηση των μετάλλων, ακολουθεί κινητική ψευδο-δεύτερης τάξης όπως αποδεικνύεται από την υψηλή τιμή του R2 (>0.99) και από τη σύγκριση του qe που προκύπτει πειραματικά με εκείνα που προβλέπουν τα μοντέλα. Τέλος εξετάστηκε η επίδραση των SO4-2 και των PO4-3, του pH, όπως επίσης και η συνεισφορά των ορυκτών στην απομάκρυνση μετάλλων από υγρά απόβλητα. Παρατηρείται ότι η δράση του ορυκτού παρεμποδίζεται παρουσία θειϊκών και φωσφορικών ιόντων σε μεγαλύτερη συγκέντρωση.