Processes of Removing Zinc from Water using Zero-Valent Iron

Zero-valent iron has received considerable attention for its potential application in the removal of heavy metals from water. This paper considers the possibility of removal of zinc ions from water by causing precipitates to form on the surface of iron. The chemical states and the atomic concentrations of solids which have formed on the surface of zero-valent iron as well as the type of the deposited polycrystalline substances have been analyzed with the use of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD), respectively. The BET surface area, the pH at point of zero charge (pH(PZC)), the ORP of the solutions, and the pH and chemical concentrations in the solutions have also been measured. Furthermore, the paper also considers the possibility of release of zinc from the precipitates to demineralised water in changing physicochemical and chemical conditions. In a wide range of pH values, Zn(x)Fe(3 − x)O(4) (where x ≤ 1) was the main compound resulting from the removal of zinc in ionic form from water. In neutral and alkaline conditions, the adsorption occurred as an additional process

Groundwater treatment with the use of zero-valent iron in the permeable reactive barrier technology

The industrial dumping sites located in the southern provinces of Poland pollute groundwaters with metals. In the article, the possibility of groundwater (polluted by metals) treatment with the use of Permeable Reactive Barrier Technology has been presented. In this technology, the contaminants are removed from the aquifer by a flow of the groundwater through a PRB filled with a special reactive material. The wastewater (which simulated groundwater) circulated through the column filled with zero-valent iron in the laboratory tests. During the tests, the treatment processes proceeded. Chromium, copper, nick-el, cobalt, lead, cadmium and zinc, occurring in the water as cations and anions, have been removed in the iron bed. The rapid metal removal has likely occurred due to the reduction and precipitation/co-precipitation and/or due to adsorption onto the iron metal surface or/and onto the iron corrosion products. Barium Ba2+ was the only metal, which has not been removed from the wastewater in the column. A rapid decrease of the redox potential and oxygen concentration as well as an increases of the pH value and stabilizations have also been observed during the flow of water through the column. Due to the Fe/Fe2+ half reaction during the treatment processes, the iron concentration has increased as well

Zero-valent iron for removal of inorganic contaminants from low pH water

The coal mine waste dumps located in the southern provinces of Poland pollute groundwater with metals. As a result of batch experiments presented in the paper, it can be said that it is possible to remove chromium and copper from the groundwater (which is affected by acid mine drainage, thus characterized by low pH) with the use of zero-valent iron in permeable reactive barrier technology. The contaminants are removed from the aquifer by the flow of groundwater through a reactive barrier filled with a special reactive material. Rapid metal removal likely occurred due to the reduction and the precipitation/co-precipitation and/or due to the adsorption onto the iron metal surface or/and onto the iron corrosion products. In accordance with the research it has also been found that in more alkaline environment, the oxidation of Fe(0) proceeds slower. A rapid decrease of the redox potential as well as the increases of pH have also been observed in the batch tests when the dose of Fe(0) in solutions increased

Hydrocarbons removal from underground coal gasification water by organic adsorbents

The main problems in the case of the undergorund coal gasificiation process is the possible pollution of surrounding aquifers. The underground gasification cavity is a source of both gaseous and liquid pollutants and these are mainly aromatic hydrocarbons, phenols, heavy metals and others. In order to prevent underground water from pollution a permeable reactive barrier was proposed. The filling was granulated activated carbon and SPILL-SORB (peat) – two commonly available sorbents adequate for hydrocarbons removal. The wastewater (synthetic solution which simulated groundwater contaminated with the UCG products) was prepared by mixing distilled water with desired amounts of substances such as phenols, benzene, toluene, xylene, naphthalene etc. Batch tests were performed in order to measure sorption of phenols and benzene from the post-UCG water on the mentioned sorbents. Experimental results were fitted with linear and non-linear Freundlich and Langmuir isotherm models. The obtained data showed that removal of phenols and benzene in case of GAC was much more efficient. However, sorption was lower than in the case of literature data and can be explained by complex composition of the solution and pre-treatment of the samples. The Langmuir model gave a better fit in the case of GAC, whereas Freundlich isotherm model was matching the data better in case of SPILL-SORB

Study of precipitates formed on iron reactors following the removal of copper from water

The presence of heavy metals, e.g. Cu in groundwater as a result of acid mine drainage (AMD) poses a threat to the environment. In order to remove cationic copper from solutions simulating the AMD, iron reactors were applied as zero-valent iron. The precipitates formed on the surface of the reactors and their specific surface area were determined. Affinity of copper in ionic form with reactors was investigated. The results show that for iron reactor immersed in solution of initial pH 3, copper oxides as well as iron oxides and carbonates (to lower extent) were formed. More reaction products were generated in case of higher pH (initial pH = 6). These were mainly: copper and iron oxides, Cu0, and probably iron sulfates and carbonates. These precipitates caused an increase in specific surface of the reactors. In both cases (mainly for the reactor immersed in a solution of lower pH) the surface of the reactors was not covered entirely with a coating. The sorption study indicated that copper ions may be retained on the surface of reactors only at higher pH, because the pH at point of zero charge of iron reactors was ca. 6.2

Benzene and phenols removal from groundwater by PRB technology

Omówiono usuwanie benzenu i fenoli z wód gruntowych, zanieczyszczonych odciekami ze składowiska odpadów, za pomocą technologii tzw. bariery remediacyjnej, określanej skrótem PRB (Permeable Reactive Barrier). W tej nowatorskiej technologii zanieczyszczenia usuwane są bezpośrednio w warstwie wodonośnej, w wypełnionej odpowiednim materiałem barierze aktywnej. Jako proces oczyszczania wód gruntowych w modelu numerycznym zastosowano adsorpcję zanieczyszczeń na granulowanym węglu aktywnym. Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych stwierdzono możliwość usuwania benzenu i fenoli z wód gruntowych za pomocą procesu adsorpcji na węglu aktywnym. Wykazano wysoką skuteczność tych procesów w technologii PRB dla wód gruntowych wybranego składowiska odpadów. Skuteczność oczyszczania określona w piezometrach w wyniku symulacji wahała się od 84,5% do 99,9% i zależała od ich odległości od barier aktywnych. Ograniczona pojemność adsorpcyjna węgla aktywnego sprawia, iż po pewnym czasie pracy konieczna jest jego wymiana lub regeneracja. W celu ułatwienia okresowej wymiany węgla aktywnego barierę aktywną proponuje się wykonać z gotowych prefabrykatów lub kolumn filtracyjnych.The permeable reactive barrier (PRB) technology was used to remove benzene and phenols from groundwater contaminated with leachates from a municipal landfill. This novel technology of groundwater remediation provides direct removal of the contaminants in the aquifer by passing them through a barrier filled with appropriate active material. In the numerical model used of in this study the treatment process was represented by GAC adsorption, after laboratory tests had substantiated the potential of the GAC bed for the efficient removal of benzene and phenols from groundwater. The removal efficiency obtained with the PRB technology for the groundwater in the proximity of a landfill of choice was found to be high. Determined in piezometers as a result of simulation, the extent of removal varied from 84.5% to 99.9%, depending on the distance of the piezometers from the active barriers. Because of the limited adsorbing capacity of the GAC bed, the active carbon must be regenerated or replaced. In order to facilitate the temporary replacement of the GAC, it was suggested that the reactive barrier should be made of prefabricated units or filter columns

Removal of heavy metals from groundwater affected by acid mine drainage

Batch tests have been used to assess the level of the removal of metals (copper, nickel, cobalt, zinc, and chromium, in cationic and in anionic forms) from water at low pH values affected by acid mine drainage. The predominant processes which result in the removal with the use of zero-valent iron (Fe0) in Permeable Reactive Barrier Technology were evaluated. The most probable processes for each metal have been presented in drawings. There are: reductive precipitation leading to the metallic form, co-precipitation mainly with iron in the form of oxides and/or hydroxides and adsorption on the surface of iron corrosion products or on the surface of zero-valent iron

Odzyskiwanie miedzi z wody z wykorzystaniem reaktora żelaza

In the article the way of recovery of copper ions from water using iron reactor and magnetic separator was presented. First, the copper was precipitated on iron plates when the water flowing through a reactor, then the precipitates were scraped mechanically using sandpaper and at the end, they were separated magnetically. The magnetic and non-magnetic products were digested and the concentration of chosen metals (Fe, Cu) were measured to assess the efficiency of copper recovery. The study was conducted for two solutions with initial pH 3 and 6. For them, the efficiency of copper recovery were 85% and 45%, respectively.W artykule przedstawiono sposób odzysku jonów miedzi z wody przy użyciu reaktora żelaza i separatora magnetycznego. W pierwszej kolejności jony miedzi były wytrącane na płytach stalowych podczas przepływu wody przez reaktor. Następnie osad zdrapywano mechanicznie za pomocą papieru ściernego i poddano separacji magnetycznej. Produkty magnetyczne i niemagnetyczne były mineralizowane i w uzyskanych roztworach oznaczano stężenia metali (Fe, Cu) celem określenia sprawności odzysku miedzi z wody. Badania przeprowadzono dla dwóch roztworów o początkowej wartości pH 3 i 6. Sprawność odzysku miedzi dla tych roztworów wynosiła odpowiednio 85% i 45%

Oczyszczanie in-situ wód podziemnych zanieczyszczonych przez produkty podziemnego zgazowania węgla

In the paper the contaminants that may be generated in Underground Coal Gasification (UCG) process were listed and include mainly mono- and polycyclic aromatic hydrocarbons, phenols, heavy metals, cyanides, ammonium, chloride and sulphate. As a method of UCG contaminated groundwater treatment a Permeable Reactive Barrier technology was proposed. To assess the effectiveness of this technology two tests were carried out. Granulated activated carbon (GAC) and zeolite, and granulated activated carbon and scrap iron were applied in the first and second test respectively. For these materials the hydro geological parameters called reactive material parameters were determined and discussed. The results of the experiments showed that GAC seems to be the most effective material for phenols, BTX, PAH, cyanides and slightly lowers ammonia removal, while zeolites and scrap iron removed free cyanide, ammonia and heavy metals respectively.Podziemne Zgazowanie Węgla (PZW) jest alternatywną metodą pozyskiwania energii z węgla. Jest to zespół przemian termicznych i chemicznych przebiegających bezpośrednio w złożu węgla, zachodzących pomiędzy substancją organiczną a czynnikiem zgazowującym, jakim może być powietrze, tlen, para wodna, dwutlenek węgla. Poza wieloma zaletami metoda ta niesie za sobą także wiele zagrożeń, które były rozważane w ramach projektu HUGE 2 (nr RFCR-CT-2011-00002). Jednym z nich jest zagrożenie środowiska wód podziemnych produktami PZW, do których należą wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, BTX, fenole, metale ciężkie, cyjanki, jony amonowe, chlorki i siarczany. W celu zminimalizowania tego zagrożenia w pracy rozważono zastosowanie w obszarze reaktora PZW technologii Przepuszczalnej Bariery Reaktywnej (PRB). W technologii tej zanieczyszczenia usuwane są in-situ poprzez przepływ wód przez odpowiednio dobrany materiał reaktywny. W tablicy 1 przedstawiono podstawowe parametry bariery, które należy określić, aby skutecznie i długotrwale chronić środowisko wodne przed zanieczyszczeniami. Jako materiał reaktywny w pracy wybrano, na podstawie zdolności oczyszczania, granulowany węgiel aktywny (do usuwania związków organicznych) oraz żelazo metaliczne i alternatywnie zeolity (do usuwaniazwiązków nieorganicznych i pozostałych związków organicznych po złożu węgla aktywnego). Badania prowadzone były w dwóch instalacjach badawczych składających się z pompy perystaltycznej oraz dwóch szeregowo połączonych szklanych kolumn filtracyjnych (rys. 1). W obu instalacjach pierwsza kolumna wypełniona była granulowanym węglem aktywnym, zaś druga odpowiednio w pierwszej i drugiej instalacji, żelazem metalicznym i zeolitami. Materiał reaktywny poza zdolnościami do usuwania zanieczyszczeń, musi również charakteryzować się długotrwałą i stabilną przepuszczalnością dla wód. Dlatego też jego skład ziarnowy dobrano w taki sposób, aby współczynnik filtracji materiału reaktywnego zawierał się między 2x10-4 i 6x10-3 m/s (co oznacza że powinien charakteryzować się maksymalnymi wartościami współczynnika filtracji dla piasku drobnoziarnistego i gruboziarnistego). Tabele 3 i 4 przedstawiają odpowiednio skład ziarnowy materiału reaktywnego zastosowanego w badaniach laboratoryjnych oraz jego główne parametry hydrogeologiczne. Zastosowany w badaniach roztwór przygotowany został poprzez zmieszanie wody destylowanej z odpowiednimi masami odczynników chemicznych, uzyskując w ten sposób stężenia zanieczyszczeń podobne do wartości przedstawionych w pracach (Kapusta & Stańczyk, 2011; Liu & in., 2006). W tabelach 5 i 6 oraz na rysunkach 2-8 przedstawiono wartości parametrów fizykochemicznych oraz stężeń substancji chemicznych zmierzonych w wodach pobranych z instalacji badawczych 1 i 2. We wnioskach pracy stwierdzono, iż granulowany węgiel aktywny jest odpowiednim materiałem do usuwania z wód fenoli, BTX, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, wolnych cyjanków oraz w mniejszym stopniu również jonów amonowych. Węgle nie wpływały na temperaturę wód oraz na potencjał redox i przewodność elektrolityczną. Zeolity z kolei skutecznie usuwały wolne cyjanki, jony amonowe oraz w pewnym stopniu fenole. W zależności od składu chemicznego wód oraz powinowactwa metali do zeolitów mogły one również usuwać metale ciężkie. Zeolity nie wpływały natomiast na temperaturę i powodowały znaczące obniżenie się wartości pH oraz przewodności elektrolitycznej wody. Przepływająca przez złoże zeolitu woda wzbogacała się z kolei (z całą pewnością w początkowym etapie pracy złoża) w rozpuszczony tlen, co miało odzwierciedlenie w wyższych wartościach potencjału redox w kolejnych punktach poboru wody. Ostatnim analizowanym w pracy materiałem było żelazo metaliczne. Chociaż nie wpływało ono w żaden sposób na stężenie związków organicznych w wodach, przyczyniło się do usunięcia z nich wszystkich metali ciężkich. Żelazo spowodowało ponadto wzrost temperatury i wartości pH oraz zdecydowane obniżenie się potencjału redox i stężenia tlenu rozpuszczonego. Rozważając zastosowanie wymienionych materiałów reaktywnych w technologii PRB do usuwania produktów PZW trzeba pamiętać o ograniczonej pojemności sorpcyjnej węgla aktywnego oraz zeolitów oraz o konieczności poddawania ich reaktywacji. Fakt ten oraz duże trudności technologiczne związane z zainstalowaniem materiału oraz jego wymianą stanowią wyzwanie do dalszych analiz i prac w tym obszarze

Species formed on iron surface during removal of copper ions from aqueous solutions

The subject of the research covered in this paper is the removal of copper (Cu2+) cations from water at low pH (initial values of pH 3 and 6) by means of zero-valent iron. The chemical states and atomic concentrations of solids formed on the surface of zero-valent iron, and the type of deposited polycrystalline substances have been analyzed with the use of XPS and XRD. The type of process causing the copper removal from water at low pH, corresponding to the effect of acid mine drainage, has been identified by analyzing the changes of physicochemical parameters and specified chemicals content in water. Cu2+ was removed from water for the initial pH of 6 was much more effective than at lower pH. The formation of CuxFe3-xO4 , where x≤1, and to a lesser degree Cu2O, Cu0 and/or CuO and/or Cu2S, were the basic processes of the removal of copper at almost neutral pH of water (pH about 6), while the formation of copper in metallic form and Cu2O, as well as probably CuO, were the basic processes for lower pH (pH about 3). The adsorption of Cu2+ on the surface of shell covering square-shaped cold-rolled steel sheet cell was an additional process causing the removal of copper from water at almost neutral pH