Treatment of polluted waters applying combined technologies to improve their quality

The aim of the present thesis was the study of the simultaneous removal of arsenic (trivalent and pentavalent) and hexavalent chromium from natural waters by flocculation using salts of divalent or trivalent iron. For this purpose, experiments were carried out in a jar test device and parameters were studied which may affect the removal of said pollutants, such as the pH value of the solution, the concentration of flocculants, the speciation of arsenic, the concentration of pollutants, the presence of scavengers in the solutions, the composition of the water to be treated, the presence of interfering substances, e.g. phosphates etc. The results of the thesis showed that the simultaneous removal of arsenic (pentavalent and trivalent) and hexavalent chromium can be achieved using salts of both divalent and trivalent iron, in some cases with appropriate modifications. More specifically, in the study of the simultaneous removal of pentavalent arsenic and hexavalent chromium, it was found that by treatment with divalent iron, both pollutants are removed satisfactorily, even in waters with a highly charged composition.In the case where ferric iron was used, very satisfactory removal of pentavalent arsenic was found, but hexavalent chromium was removed at very low rates, as expected.In the case of the simultaneous removal of trivalent arsenic and hexavalent chromium using divalent or trivalent iron, there is no relevant bibliography available. With the use of divalent iron, it was found that hexavalent chromium is removed very satisfactorily, while it was also found that its presence in water helps to enhance the removal of trivalent arsenic, through oxidation caused by its presence in combination with the presence and oxidation of ferrous iron. The use of ferric salts for the simultaneous removal of trivalent arsenic and hexavalent chromium has also never been studied in the literature. The results were extremely interesting, as it was found that the presence of hexavalent chromium contributes to the enhanced removal of trivalent arsenic, through its oxidation due to the presence of chromium and trivalent iron in the solution. However, the removal of hexavalent chromium was again unsatisfactory. Then, in order to achieve simultaneous removal of arsenic and hexavalent chromium and with the use of trivalent iron salts, we studied the use of hydrogen peroxide, in order to investigate whether the redox cycle described by Bokare and Choi can be applied. in the change of valence of hexavalent chromium. The presence of hydrogen peroxide caused the reduction of hexavalent chromium to trivalent and the production of hydroxyl radicals. Trivalent chromium can be removed from solution by precipitation (extremely insoluble) and trivalent arsenic is oxidized by the hydroxyl radical and removed by co-precipitation and adsorption on iron oxides, produced during flocculation and hydrolysis of its salts of ferric iron. This study has also never been reported in the international bibliography. The results were extremely satisfactory and essentially result in a new process for the simultaneous removal of arsenic and hexavalent chromium using ferric salts, which has many more advantages over the use of ferric iron in water treatment.Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της ταυτόχρονης απομάκρυνσης αρσενικού (τρισθενούς και πεντασθενούς) και εξασθενούς χρωμίου από φυσικά νερά με κροκίδωση χρησιμοποιώντας άλατα του δισθενούς ή του τρισθενούς σιδήρου. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε συσκευή jar test και μελετήθηκαν παράμετροι οι οποίες μπορεί να επηρεάσουν την απομάκρυνση των εν λόγω ρύπων, όπως η τιμή pH του διαλύματος, η συγκέντρωση των κροκιδωτικών, το speciation του αρσενικού, η συγκέντρωση των ρύπων, η παρουσία scavengers στα διαλύματα, η σύσταση του νερού προς επεξεργασία, η παρουσία παρεμποδιστικών ουσιών, π.χ. φωσφορικά κ.α. Τα αποτελέσματα της διατριβής έδειξαν ότι η ταυτόχρονη απομάκρυνση αρσενικού (πεντασθενούς και τρισθενούς) και εξασθενούς χρωμίου μπορεί να επιτευχθεί με χρήση αλάτων τόσο του δισθενούς όσο και του τρισθενούς σιδήρου, σε κάποιες περιπτώσεις με κατάλληλες τροποποιήσεις. Πιο συγκεκριμένα, στη μελέτη της ταυτόχρονης απομάκρυνσης πεντασθενούς αρσενικού και εξασθενούς χρωμίου, βρέθηκε ότι με επεξεργασία με δισθενή σίδηρο απομακρύνονται ικανοποιητικά και οι δύο ρύποι, ακόμα και σε νερά με πολύ επιβαρυμένη σύσταση (π.χ. νερά από εκλύσεις ρυζοκαλλιεργειών). Στην περίπτωση που χρησιμοποιήθηκε τρισθενής σίδηρος, βρέθηκε πολύ ικανοποιητική απομάκρυνση πεντασθενούς αρσενικού, αλλά το εξασθενές χρώμιο απομακρύνθηκε σε πολύ χαμηλά ποσοστά, όπως και αναμενόταν. Στην περίπτωση της ταυτόχρονης απομάκρυνσης τρισθενούς αρσενικού και εξασθενούς χρωμίου με χρήση δισθενούς ή τρισθενούς σιδήρου, δεν υπάρχει σχετική βιβλιογραφία διαθέσιμη. Με τη χρήση δισθενούς σιδήρου βρέθηκε, ότι το εξασθενές χρώμιο απομακρύνεται πολύ ικανοποιητικά, ενώ βρέθηκε επίσης ότι η παρουσία του στο νερό συνδράμει στην ενίσχυση της απομάκρυνσης του τρισθενούς αρσενικού, μέσω οξείδωσης που προκαλεί η παρουσία του σε συνδυασμό με την παρουσία και οξείδωση του δισθενούς σιδήρου. Η χρήση αλάτων τρισθενούς σιδήρου για την ταυτόχρονη απομάκρυνση τρισθενούς αρσενικού και εξασθενούς χρωμίου επίσης δεν έχει μελετηθεί ποτέ στη βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα ήταν εξόχως ενδιαφέροντα, καθώς βρέθηκε ότι η παρουσία εξασθενούς χρωμίου συντελεί στην ενισχυμένη απομάκρυνση του τρισθενούς αρσενικού, μέσω οξείδωσης του λόγω της παρουσίας του χρωμίου και του τρισθενούς σιδήρου στο διάλυμα. Όμως, η απομάκρυνσή του εξασθενούς χρωμίου ήταν και πάλι μη ικανοποιητική. Στη συνέχεια, με σκοπό να πετύχουμε ταυτόχρονη απομάκρυνση αρσενικού και εξασθενούς χρωμίου και με τη χρήση αλάτων τρισθενούς σιδήρου, μελετήσαμε τη χρήση υπεροξειδίου του υδρογόνου, με σκοπό να διερευνήσουμε αν μπορεί να εφαρμοστεί ο οξειδοαναγωγικός κύκλος που περιγράφεται από Bokare και Choi, στην μεταβολή του σθένους του εξασθενούς χρωμίου. Η παρουσία υπεροξειδίου του υδρογόνου, προκάλεσε την αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου σε τρισθενές και παραγωγή ριζών υδροξυλίου. Το τρισθενές χρώμιο μπορεί να απομακρυνθεί από το διάλυμα με καταβύθιση (εξόχως δυσδιάλυτο) και το τρισθενές αρσενικό οξειδώνεται από τη ρίζα υδροξυλίου και να απομακρύνθηκε με συν-καταβύθιση και προσρόφηση στα οξείδια του σιδήρου, που παράγονται κατά την κροκίδωση και υδρόλυση των αλάτων του τρισθενούς σιδήρου. Η μελέτη αυτή επίσης δεν έχει αναφερθεί ποτέ έως τώρα στη διεθνή βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα ήταν εξόχως ικανοποιητικά και ουσιαστικά καταλήγουν σε μια καινούργια διεργασία, για την ταυτόχρονη απομάκρυνση αρσενικού και εξασθενούς χρωμίου με χρήση αλάτων τρισθενούς σιδήρου, ο οποίος έχει πολύ περισσότερα πλεονεκτήματα έναντι της χρήσης δισθενούς σίδηρου στην επεξεργασία νερών

Δημιουργία υποστηρικτικού υλικού (βιντεομαθήματα) για την κατανόηση του κεφαλαίου της ιοντικής ισορροπίας της Γ τάξης του λυκείου και την διδασκαλία βασικών εννοιών της χημείας της Α λυκείου

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η κατασκευή μιας διαδικτυακής εφαρμογής πλαισιωμένη από έναν σεβαστό αριθμό βιντεομαθημάτων χημείας δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης όπου θα εξυπηρετεί τους μαθητές λυκείου στο μάθημα της χημείας. Οι βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για το σκοπό αυτό είναι το σύστημα διαχείρισης περιεχομένου ιστοσελίδων WordPress. Επίσης η επεξεργασία του οπτικοακουστικού εκπαιδευτικού υλικού έγινε κυρίως με το πρόγραμμα Camtasia Studio και Smartnotebook. Το Camtasia Studio Είναι ένα λογισμικό με δύο βασικές λειτουργίες: Την εγγραφή οθόνης (screen recording) και την επεξεργασία βίντεο (editing). Στην μεταπτυχιακή αυτή εργασία περιλαμβάνονται αναλυτικές οδηγίες δημιουργίας των βιντεομαθημάτων και μερικές απαραίτητες θεωρητικές γνώσεις. Τα βιντεομαθήματα, τα οποία χωρίζονται σε επτά Α Λυκείου και δεκαέξι Γ Λυκείου, κατασκευάστηκαν σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο – στούντιο στα Εκπαιδευτήρια Μαντουλίδη.The purpose of this diploma thesis was to build an online application, framed by a renowned number of secondary chemistry video lessons where it will serve high school students in the chemistry lesson. The key technologies used for this purpose are the WordPress and Joomla web content management system. Also the editing of the audiovisual educational material was done mainly with the Camtasia Studio and Smartnotebook program. Camtasia Studio is a software with two basic functions: Screen recording and video editing. This postgraduate thesis includes detailed instructions for creating video lessons and some necessary theoretical knowledge. Video tutorials, which are divided into seven first grade High School and sixteenth third grade High School, were constructed in a specially designed space - studios at Mandoulides Schools

Simultaneous Removal of Arsenate and Chromate from Ground- and Surface- Waters by Iron-Based Redox Assisted Coagulation

Arsenic (As) and chromate (Cr(VI)) contamination of ground and surface waters is a major problem worldwide. Given that a new drinking water limit is anticipated for Cr(VI) and that the limit of arsenic in drinking water is quite low (10 μg/L), there is an urgent need for evaluating technologies that could be efficient for removal of both contaminants simultaneously. In this work, the use of Fe(II) redox assisted coagulation was investigated to simultaneously remove the contaminants of interest. The basic principle of this technology is that Fe(II) could react with Cr(VI) and form Fe(III)-hydroxides and insoluble Cr(III) species, while the freshly formed Fe(III) hydroxides are very efficient adsorbents for As(V). The effect of pH, the water matrix composition, Fe(II) dose, initial contaminant concentrations, NOM presence and phosphate concentration were the examined parameters. The results revealed that with a dose of 2 mg/L Fe(II), residual As(V) and Cr(VI) concentrations were both below 10 μg/L, from initial concentrations of 50 μg/L. Though, this is effective only at circumneutral pH values. This is however not a big obstacle, since most natural waters, especially groundwaters, have near neutral pH values. At these pH values, residual iron concentration was far below 200 μg/L. The presence of phosphate anions inhibited As(V) removal but had no effect on Cr(VI) removal. Increasing Fe(II) concentrations eliminated the effect of phosphate and provided simultaneous phosphate removal. Therefore, Fe(II) coagulation can be applied, with secured results, for simultaneous As(V), Cr(VI) and phosphate removal from waters

H₂O₂-Enhanced As(III) Removal from Natural Waters by Fe(III) Coagulation at Neutral pH Values and Comparison with the Conventional Fe(II)-H₂O₂ Fenton Process

Arsenic is a naturally occurring contaminant in waters, which is toxic and adversely affects human health. Therefore, treatment of water for arsenic removal is very important production of safe drinking water. Coagulation using Fe(III) salts is the most frequently applied technology for arsenic removal, but is efficient mostly for As(V) removal. As(III) removal usually requires the application of a pre-oxidation step, which is mainly conducted by chemical or biological means. In this study, we show that Fe(III) coagulation in the presence of H2O2 can be a very efficient treatment process for As(III) removal, which has been never been shown before in the literature. The results showed that addition of 8.7–43.7 mM hydrogen peroxide to Fe(III) coagulation process was able to increase the effectiveness of As(III) removal in synthetic groundwater by 15–20% providing residual concentrations well below the regulatory limit of 10 μg/L from initial As(III) concentrations of 100 μg/L, at pH 7. The enhanced coagulation process was affected by the solution pH. The removal efficiency substantially declined at alkaline pH values (pH > 8). Addition of EDTA in the absence of H2O2 had a strong inhibiting effect where the As(III) removal was almost zero when 88.38 μΜ EDTA were used. Radical quenching experiments with 50, 100 and 200 mM DMSO, methanol and 2-propanol in the H2O2-coagulation process had a slightly adverse effect on the removal efficiency. This is considered as indicative of an adsorption/oxidation of As(III) process onto or very near the surface of iron oxide particles, formed by the hydrolysis of Ferric iron ions. In practice, the results suggest that addition of H2O2 increases the As(III) removal efficiency for Fe(III) coagulation systems. This is an important finding because the pre-oxidation step can be omitted with the addition of H2O2 while treating water contaminated with As(III)