KOLONOVÉ EXPERIMENTY POROVNÁNÍ REAKTIVNOSTI NÁPLNĚ PRB PŘI REDUKCI CLU Cíle experimentu 1. Návrh kolonových experimentů 2. Průběh redukce ClU za pomoci železných špon 3. Rychlost reakce, možné vlivy na průběh reakce 4. Testování zvýšení efektivnosti přidáním dalších činidel
EXPERIMENT 1. Parametry kolon - délka 38 cm, průměr 10 cm - rychlost proudění 1 1 m/den -V celk = 2,95 L, V vody = 2,15 L -p ef = 73% -K F = 1 1.10-3 m/s (metoda proměnného hydraulického spádu) Reaktivní náplň - železné špony: 3,4 kg -štěrkový filtr: 0,35 kg - celkem provedeny 3 sady experimentů - testována aktivace reaktivní náplně pomocí železných nanočástic
EXPERIMENT 1. Uspořádání kolon - v každém testu 2 kolony simulující PRB -4 cm štěrkový filtr ve spodní části - kolony promývány vodou ve směru gravitace -průtok řízen peristaltickým čerpadlem
EXPERIMENT 1.A Průběh testu Výsledky -před započetím testu kolony promývány vodou z lokality (3dny) -průtok 240 ml/hod (rychlost proudění cca. 1 m/den) - do kolony č.5 zasáknuta suspenze nanoželeza (20 g) - 1. odběr proveden cca. 1 hodinu po zasáknutí nanoželeza - 3x za den provedeny odběry pro analýzu ClU - 1x za den vzorek na proměření fyz.-chem. Parametrů - délka testu 3 dny - 30-násobný pokles sumy ClU na výstupu kolony - nízké koncentrace ClU na výstupu (částečně způsobené malými koncentracemi ClU ve vstupní vodě) => další experimenty s nově odebranou vodou
EXPERIMENT 1.A Měřené koncentrace ClU Kolona bez nzvi čas ph Eh [mv] 74h 8.5 205 96h 8.1 127 120h 7.9 9 144h 8.1-10 Ko lo na s nzvi čas ph Eh [mv] 74h 8.7 194 96h 8.3 118 120h 7.7 55 144h 8 89
EXPERIMENT 1.B Průběh testu - sestaveny 2 nové kolony s novou náplní železných špon - do kolony č.3 aplikováno nanoželezo -uspořádání testu shodné jako u experimentu 1.A s následujícími rozdíly: - voda s výrazně vyššími koncentracemi ClU -průtok zvýšen na 2580 ml/hod (11 m/den) - frekvence vzorkování 1x za hodinu - doba trvání zkoušky 3 hod
EXPERIMENT 1.B Výsledky - pokles koncentrací ClU na výstupu z kolony o více jak jeden řád - v tabulce jsou zachyceny měřené koncentrace ClU (vstup je průměrem 2 hodnot, výstup průměrem 3 hodnot) Kolona bez nzvi čas ph Eh [mv] 0h 7.47 347 1h 9.01 5 2h 8.44-18 3h 7.92-107 Ko lo na s nzvi čas ph Eh [mv] 0h 7.39 357 1h 9.14 16 2h 8.57-15 3h 8.04 36
EXPERIMENT 1.C Průběh testu - sestaveny 2 nové kolony s nižší reaktivitou - kolona 3: směs štěrku a železných špon (90% štěrku 4,2kg / 10% železných špon 0,42kg) - kolona 5: použity špony z předchozího experimentu (ve spodních 2/3 nahrazeny štěrkem, horní 1/3 vyplněna šponami) -uspořádání testu shodné jako u experimentu 1.B s následujícími rozdíly: -při každém odběru odebírány vzorky ze zásobního barelu, středu kolony a výstupu - minimální průtok 240 ml/hod (1 m/den) - frekvence vzorkování 2x za den - doba testu 5,5 dne - nanoželezo nebylo aplikováno
EXPERIMENT 1.C Výsledky - kolona 3 (90% stěrku, 10% špon), kolona 5 (2/3 štěrku, 1/3 špon) -měřené koncentrace ClU čas >>> 6.9.07 10:00 8.9.07 11:30 9.9.07 9:45 9.9.07 17:00 10.9.07 9:30 10.9.07 15:45 11.9.07 9:30 11.9.07 15:45 Místo odběru Látka barel cis-dce 807 662 623-733 - 591 - TCE 643 438 398-475 - 349 - PCE 3476 1843 1601-1802 - 1310 - Ko lo na 3 střed3 cis-dce - - 262 165 171 138 147 161 [ ug/l ] TCE - - 116 68 68 57 62 61 PCE - - 444 301 306 268 290 281 výtok3 cis-dce - 72 133 103 143 108 104 109 [ ug/l ] TCE - 26 48 36 52 33 36 35 PCE - 209 252 217 272 205 219 220 Ko lo na 5 střed5 cis-dce - - 275 162 191 162 158 184 [ ug/l ] TCE - - 110 65 76 62 61 71 PCE - - 581 347 374 319 301 329 výtok5 cis-dce - 113 160 142 123 101 107 110 [ ug/l ] TCE - 55 62 50 46 34 38 42 PCE - 433 462 336 283 227 231 237
EXPERIMENT 1.C Výsledky - kolona 3 (90% stěrku, 10% špon), kolona 5 (2/3 štěrku, 1/3 špon) - vypočtené účinnosti dechlorace oproti vstupům čas >>> 8.9.07 11:30 9.9.07 9:45 10.9.07 9:30 11.9.07 9:30 Místo odběru Lá tka Průměrná účinnost [%] Ko lona 3 střed3 cis-dce - 58 77 75 75 [ % ] TCE - 71 86 82 82 PCE - 72 83 78 78 výtok3 cis-dce 89 79 80 82 82 [ % ] TCE 94 88 89 90 90 PCE 89 84 85 83 83 Ko lona 5 střed5 cis-dce - 56 74 73 73 [ % ] TCE - 73 84 82 82 PCE - 64 79 77 77 výtok5 cis-dce 83 74 83 82 82 [ % ] TCE 87 84 90 89 89 PCE 76 71 84 82 82
EXPERIMENT 1 Závěry Experimentů 1 -účinnost kolon je ve všech případech na úrovni 90% sumy ClU - podobná účinnost pro PCE a TCE - 1,2cis-DCE menší účinnost odbourávání (částečně způsobeno postupnou redukcí PCE a TCE přes 1,2cis-DCE) - malé rozdíly v účinnosti mezi kolonami -směs štěrku a Fe vyšší účinnost => doba kontaktu mezi Fe a vodou je důležitým faktorem (důležitější než množství Fe) -v případě homogenní kolony zásadní pokles koncentrací v 1. ½ kolony (kinetika 1. řádu). Nejsou problémem počáteční vysoké koncentrace, ale dosažení limitů. - vlivem redoxního potenciálu vody pokračuje dechlorace i v části bez špon (lze využít na lokalitách)
EXPERIMENT 2. Parametry kolon - délka 38 cm, průměr 10 cm - rychlost proudění 1 1 m/den -V celk = 2,95 L, V vody = 2,15 L -p ef = 55% -K F = 1 1.10-4 m/s Reaktivní náplň -směs písku a Fe špon - Fe špony (10%): 0,38 kg - písek (90%): 3,8 kg - spodní štěrkový filtr (4cm) - celkem provedeny 3 experimenty - testována aktivace reaktivní náplně pomocí železných nanočástic a vliv EDTA
EXPERIMENT 2.A Reaktivní materiál 90% písku 10% Fe špony - všechny koncentrace v [ ug/l ] SUD 10.10.2007 11.10.2007 12.10.2007 13.10.2007 14.10.2007 15.10.2007 16.10.2007 17.10.2007 cis-dce 4 689 4 238 4 385 4 588 4 385 4 120 4 108 4 736 TCE 860 778 692 734 717 646 617 626 PCE 22 163 20 981 16 996 17 587 14 863 14 729 13 439 12 933 STRED 10.10.2007 11.10.2007 11.10.2007 12.10.2007 12.10.2007 13.10.2007 13.10.2007 14.10.2007 14.10.2007 15.10.2007 16.10.2007 17.10.2007 cis-dce 632 1 362 993 383 1 216 569 788 454 382 641 514 TCE 57 122 96 37 105 53 78 47 38 61 46 PCE 1 578 3 676 2 708 441 2 215 987 1 476 966 725 1 066 716 VYTOK 10.10.2007 11.10.2007 11.10.2007 12.10.2007 12.10.2007 13.10.2007 13.10.2007 14.10.2007 14.10.2007 15.10.2007 16.10.2007 17.10.2007 cis-dce 865 531 1 112 687 1 018 864 1 133 1 032 1 108 1 510 1 271 TCE 91 51 107 82 97 78 110 102 109 148 120 PCE 4 576 2 650 4 953 3 841 2 608 1 740 1 996 1 857 2 767 2 251 2 343
EXPERIMENT 2.A Měřené koncentrace ClU v zásobním roztoku 25000 ClU_s ud vs. time 20000 15000 ClU [ug/l] 10000 5000 0 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.A Měřené koncentrace ClU ve středu kolony 4000 ClU_s tred vs. time 3500 3000 2500 ClU [ug/l] 2000 1500 1000 500 0 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.A 6000 Měřené koncentrace ClU na výstupu kolony ClU_vytok vs. time 5000 4000 ClU [ug/l] 3000 2000 1000 0 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.A Měřené koncentrace ClU porovnání vstup / výstup 100000 ClU vs. time (po s unuty c as ) 10000 ClU [ug/l] 1000 100 10 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 vytok cis-dce vytok TCE vytok timepce sud cis-dce sud TCE sud PCE
EXPERIMENT 2.A Měřené koncentrace ClU účinnost dechlorace 95.0 ucinnost redukce ClU vs. time 90.0 ucinnost redukce ClU [%l] 85.0 80.0 75.0 70.0 65.0 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 time ucinnost PCE [%] ucinnost TCE [%] ucinnost DCE [%]
EXPERIMENT 2.B Reaktivní materiál 90% písku 10% Fe špony (do vstupní znečištěné vody přidáno EDTA na 75L vody 4g EDTA) - všechny koncentrace v [ ug/l ] SUD 29.10.2007 30.10.2007 31.10.2007 1.11.2007 2.11.2007 5.11.2007 6.11.2007 7.11.2007 8.11.2007 cis-dce 3 918 4 002 3 886 3 557 3 999 4 019 3 770 3 500 2 887 TCE 827 837 792 702 746 782 701 583 439 PCE 16 892 16 539 16 916 14 681 15 045 14 605 13 201 12 390 9 998 STRED 29.10.2007 30.10.2007 31.10.2007 1.11.2007 2.11.2007 5.11.2007 6.11.2007 7.11.2007 8.11.2007 cis-dce 2 229 310 274 340 430 575 597 606 740 TCE 252 1 1 1 1 9 16 14 28 PCE 2 900 523 395 313 478 710 965 958 1 239 VYTOK 29.10.2007 30.10.2007 31.10.2007 1.11.2007 2.11.2007 5.11.2007 6.11.2007 7.11.2007 8.11.2007 cis-dce 1 237 344 497 152 150 326 646 218 775 TCE 139 1 0 1 1 1 19 1 31 PCE 5 551 1 360 1 369 359 222 458 950 397 1 296
EXPERIMENT 2.B Měřené koncentrace ClU v zásobním roztoku 18000 16000 ClU_s ud v s. time 14000 12000 ClU [ug/l] 10000 8000 6000 4000 2000 0 28.10.07 29.10.07 30.10.07 31.10.07 1.11.07 2.11.07 3.11.07 4.11.07 5.11.07 6.11.07 7.11.07 8.11.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.B Měřené koncentrace ClU ve středu kolony 1400 ClU_s tred vs. time 1200 1000 ClU [ug/l] 800 600 400 200 0 29.10.07 30.10.07 31.10.07 1.11.07 2.11.07 3.11.07 4.11.07 5.11.07 6.11.07 7.11.07 8.11.07 9.11.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.B Měřené koncentrace ClU na výstupu kolony ClU_vytok vs. time 1600 1400 1200 1000 ClU [ug /l] 800 600 400 200 0 29.10.07 30.10.07 31.10.07 1.11.07 2.11.07 3.11.07 4.11.07 5.11.07 6.11.07 7.11.07 8.11.07 9.11.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.B 100000 Měřené koncentrace ClU porovnání vstup / výstup ClU vs. time (posunuty cas) 10000 ClU [ug/l] 1000 100 10 29.10.07 31.10.07 02.11.07 04.11.07 06.11.07 08.11.07 vyto k c is -D C E vyto k TC E vyto timk ep C E sud cis-dce sud TCE sud PCE
EXPERIMENT 2.B Měřené koncentrace ClU účinnost dechlorace ucinnost redukce ClU vs. time 99.0 97.0 ucinnost redukce ClU [%l] 95.0 93.0 91.0 89.0 87.0 85.0 28.10.07 29.10.07 30.10.07 31.10.07 1.11.07 2.11.07 3.11.07 4.11.07 5.11.07 6.11.07 7.11.07 8.11.07 time ucinnost PCE [%] ucinnost TCE [%] ucinnost DCE [%]
EXPERIMENT 2.C Reaktivní materiál 90% písku 10% Fe špony (do kolony zasáknuto 300ml suspenze s nanofe TODA cca. 60g nanofe) - všechny koncentrace v [ ug/l ] SUD 23.11.2007 26.11.2007 27.11.2007 28.11.2007 29.11.2007 30.11.2007 cis-dce 1 705 1 485 1 880 2 199 1 891 2 040 TCE 183 148 209 252 235 249 PCE 6 288 5 361 8 282 9 153 8 263 8 303 STRED 23.11.2007 26.11.2007 27.11.2007 28.11.2007 29.11.2007 30.11.2007 cis-dce 932 844 977 900 921 TCE 76 70 78 74 75 PCE 1 587 1 906 2 230 2 148 1 918 VYTOK 23.11.2007 26.11.2007 27.11.2007 28.11.2007 29.11.2007 30.11.2007 cis-dce 1 140 953 968 999 838 861 TCE 87 73 78 80 68 73 PCE 1 789 1 814 2 047 2 329 1 813 1 809
EXPERIMENT 2.C Měřené koncentrace ClU v zásobním roztoku 10000 9000 ClU_s ud vs. time 8000 7000 6000 ClU [ug/l] 5000 4000 3000 2000 1000 0 23.11.07 24.11.07 25.11.07 26.11.07 27.11.07 28.11.07 29.11.07 30.11.07 1.12.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.C Měřené koncentrace ClU ve středu kolony 2500 ClU_s tred vs. time 2000 1500 ClU [ug/l] 1000 500 0 27.11.07 27.11.07 28.11.07 28.11.07 29.11.07 29.11.07 30.11.07 30.11.07 1.12.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.C 2500 Měřené koncentrace ClU na výstupu kolony ClU_vytok vs. time 2000 1500 ClU [ug/l] 1000 500 0 26.11.07 26.11.07 27.11.07 27.11.07 28.11.07 28.11.07 29.11.07 29.11.07 30.11.07 30.11.07 1.12.07 time cis-dce TCE PCE
EXPERIMENT 2.C Měřené koncentrace ClU porovnání vstup / výstup 100000 ClU vs. time (posunuty cas) 10000 ClU [ug/l] 1000 100 10 22.11.07 23.11.07 24.11.07 25.11.07 26.11.07 27.11.07 28.11.07 29.11.07 30.11.07 01.12.07 vytok cis-dce vytok TCE timevytok PCE sud cis-dce sud TCE sud PCE
EXPERIMENT 2.C Měřené koncentrace ClU účinnost dechlorace 80.0 75.0 ucinnost redukce ClU vs. time 70.0 65.0 ucinnost redukce ClU [%l] 60.0 55.0 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 23.11.07 24.11.07 25.11.07 26.11.07 27.11.07 28.11.07 29.11.07 30.11.07 1.12.07 time ucinnost PCE [%] ucinnost TCE [%] ucinnost DCE [%]
100 ucinnost redukce PCE vs. time EXPERIMENT 2 Porovnání účinností dechlorace ( špony X špony+edta X špony+nanofe ) 90 ucinnost redukce PCE [%l] 80 70 60 50 PCE [%] Fe PCE [%] EDTA PCE [%] nanofe 40 30 9.10.07 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 19.10.07 20.10.07 time
100 ucinnost redukce TCE vs. time EXPERIMENT 2 90 Porovnání účinností dechlorace ( špony X špony+edta X špony+nanofe ) 80 TCE [%] Fe ucinnost redukce TCE [%l] 70 60 50 TCE [%] EDTA TCE [%] na nofe 40 30 9.10.07 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 19.10.07 20.10.07 time
100 ucinnost redukce DCE vs. time EXPERIMENT 2 Porovnání účinností dechlorace ( špony X špony+edta X špony+nanofe ) 90 80 ucinnost redukce DCE [%l] 70 60 50 DCE [%] Fe DCE [%] EDTA DCE [%] na nofe 40 30 9.10.07 10.10.07 11.10.07 12.10.07 13.10.07 14.10.07 15.10.07 16.10.07 17.10.07 18.10.07 19.10.07 20.10.07 time
EXPERIMENT 2 Závěry Experimentů 2 - zjištěná průměrná účinnost jednotlivých kolon: samotné Fe špony 80% Fe špony s EDTA 90% Fe špony s nanofe 60% -nižší účinnost kolony s nanočásticemi je způsobena vyššími koncentracemi iontů v podzemní vodě (konkurenční reakce redukce síranů, dusičňanů) - prokázaný pozitivní vliv EDTA na průběh reakce - částečně prokázán pozitivní vliv nanočástic (po celou dobu pokusu pozorován vytrvalý růst účinnosti) - na koloně se samotnými šponami lze pozorovat pokles účinnosti pro TCE a DCE (pasivace reaktivní náplně)