Batch Sorption Studies of Aqueous Cadmium and Lead from Contaminated Water onto Selected Biosorbents

Tid: Fr 2019-10-25 kl 14.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26, KTH Campus, STOCKHOLM (English)

Ämnesområde: Mark- och vattenteknik

Respondent: Grace Kizito Bakyayita , Vatten- och miljöteknik, Makerere University, Kyambogo University, Land and Water Resources Engineering

Opponent: Biträdande Professor Ann-Margret Hvitt Strömvall, Chalmers

Handledare: Docent Ann-Catrine Norrström, Vatten- och miljöteknik; Senior Lecturer Robinah N. Kulabako, Makerere University; Lecturer Maimuna Nalubega, Makerere University, Kampala Uganda; Dr Roger Thunvik, Retired

Abstract

Kadmium och bly är föroreningar som har skadliga hälsoeffekter på ekosystem genom endera kronisk exponering för låga halter eller akut exponering från höga halter. Även om metallerna fastläggs till jordpartiklar och organiskt material så att deras förekomst i markvatten är låg, så kan de frigöras och transporteras ned till grundvattnet om jordens mättnaskapacitet uppnås eller om pH sjunker. Halterna av spårmetaller beror av naturliga källor t ex bakgrundshalter, vittring och vulkanisk aktivitet såväl som antropogena källor. Men även om naturliga källor kan bidra till förhöjda halter så är det vanligen de atropogena källor som dominerar. Ytvatten, dagvatten, lakvatten från deponier och ytligt grundvatten provtogs i Lake Victorias avrinningsområde i Uganda. Resultaten från analyser visade att grundvattnet från utvalda skyddade källor hade förhöjda halter av spårmetaller speciellt Pb2+ och anjonerna NO3-, Cl- och katjonerna Fe, Mn och K. Dagvattnet från de skyddade källornas avrinningsområde var framför allt förorenat med Pb2+. Ytvattnet från de utvalda vattendragen hade pH>7 och var förorenade med järn och mangan. Lakvattnet från en deponi innehöll höga halter av arsenik och i Lubigi channel hade höga halter av föroreningar från skrotansamlingar och bilverkstäder. Föroreningshalterna i ytvatten var relaterad till förändrade demografiska fördelningar och antropogena aktiviteter kopplade till urbanisering och industrialisering i avrinningsområdet. För att bestämma fördelning av metalljonerna i oorganisk och organisk fas i vattnet användes jämviktsmodellen Visual MINTEQ 3.1. Riskbedömningen av exponering från utvalda spårmetaller genomfördes med de Svenska bedömningsgrunderna för ytvatten och med ett Bio-met software verktyg. För utvärdering av föroreningshalterna i grundvatten användes WHO och Ugandas riktvärden.Flera konventionella reningsmetoder för att åtgärda toxiska spårmetaller i olika typer av vatten så att tillåtna koncentrationer uppnås är tillgängliga. Tyvärr så har metoderna höga installations- och drifts kostnader samt att de producerar giftiga slam avfall som måste omhändertas och inte alltid fungerar effektivt för att fastlägga spårmetaller. Då sorptionsstudier har visat att olika biomassor är effektiva för att rena vatten från spårmetaller i låga koncentrationer har de därför blivit intressanta alternativ. De biomassor som ingick i studien var avfall från odlingar av Albizia coriaria, Erythrina abyssinica, Coffea canephora, Cyperus papyrus och Musa spp.De valdes studien valdes ut eftersom stora kvantiteter finns tillgängliga och det saknas andra användningsområden. Experiment utfördes på biomassorna för att karakterisera de strukturella komponenter som bidrar till bindningen av metall joner, konkurrerande katjoner, katjonbyteskapaciteten, materialens effektivitet och verkningsgrad för fastläggning av utvalda spårmetaller. Biomaterialen behandlades med natriumhydroxid och väteperoxid och fastläggningen före och efter behandlingen jämfördes. För bestämning av de vattenlösliga oorganiska komponenterna i lakvatten användes ICP-MS och de fasta strukturella beståndsdelarna analyserades med XRD. Med jämvikts- och kinetiska skakförsök utvärderas biomassorna förmåga att fastlägga kadmium och bly i förorenat vatten. Lakvattnet från skakförsöken analyserades för DOC och spårmetaller och data från experimenten anpassades till kinetiska modeller och isotermer. Resultaten visade att behandlingen med natriumhydroxid ökade fastläggningen till biomassorna i högre grad än väteperoxidbehandlingen. En Pseudo-second-order kinetisk modell och Langmuir isoterm hade god anpassning till data från experimenten med enskilda metaller, medan Freundlich isotherm passade bättre när fler joner konkurrerade om sorptions ytorna. Den underliggande mekanismen är troligen chemisorption som förekommer i ett monolager men som har heterogena ytegenskaper. Experiment med lösningar som innehöll både bly och kadmium visade att blyupptaget överskred upptaget av kadmium vilket indikerar att affiniteten är högre för bly än för kadmium. Även om det fortfarande finns osäkerheter så visar resultaten från studien att de undersökta biomassorna är lovande åtgärdsmaterial för att fastlägga Cd och Pb i förorenat naturligt vatten.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259921

Innehållsansvarig:infomaster@abe.kth.se
Tillhör: Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE)
Senast ändrad: 2019-09-26