Μελέτη της ικανότητας του τροποποιημένου ζεόλιθου ως μέσο απορρύπανσης υδάτων άρδευσης

Διδακτορική Διατριβή - Συγγραφέας: Διονυσίου, Ουρανία-Νίνα Σ., Επιβλέπων: Μισοπολινός, Νικόλαος, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Γεωπονική Σχολή, 2010.

Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν ορισμένες συνθήκες οι οποίες επιδρούν στην προσρόφηση Β και Ρ σε επιφανειακά τροποποιημένο φυσικό ζεόλιθο (κλινοπτιλόλιθο), με δεκαέξυλο- τριμεθυλο- αμμώνιοβρωμίδιο (C19H42BrN ή HDTMA–Br), προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ως μέσο απορρύπανσης υδάτων άρδευσης και υδατικών συστημάτων. Συγκεκριμένα μελετήθηκε: α) η επίδραση της έκπλυσης του ζεόλιθου με HCl πριν την τροποποίησή του και β) η επίδραση της αύξησης του pH, στην προσρόφηση Β από τον ζεόλιθο. Στη συνέχεια μελετήθηκε: γ) η επίδραση του λόγου «εξωτερικό διάλυμα / προσροφητικό μέσο», δ) η επίδραση του χρόνου εξισορρόπησης, ε) η επίδραση της θερμοκρασίας, στ) η επίδραση του pH και ζ) η επίδραση της παρουσίας NO3-, στην προσρόφηση Ρ στον ζεόλιθο. Τέλος διερευνήθηκε: η) ο ρυθμός απελευθέρωσης του Ρ από τον ζεόλιθο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο τροποποιημένος φυσικός ζεόλιθος έχει την ικανότητα να προσροφά Β, η οποία μειώθηκε, όταν προηγήθηκε η έκπλυση με HCl και αυξήθηκε όταν προηγήθηκε η έκπλυση με HCl και ρυθμίστηκε το pH στην αλκαλική περιοχή (pH ~ 9,5). Σε όλες όμως τις περιπτώσεις, το ποσό του προσροφημένου Β, εκφρασμένο σαν ποσοστό του αρχικά προστιθέμενου, ήταν πολύ χαμηλότερο από αυτά που αναφέρονται στην βιβλιογραφία για άλλα ανιόντα. Επίσης η συγκέντρωση του Β στο διάλυμα ισορροπίας ξεπερνούσε το κρίσιμο όριο των 3 mg L1 (για χρήση νερού για άρδευση), ακόμη και όταν η συγκέντρωση Β στο εξωτερικό διάλυμα ήταν 5 mg L1. Όσον αφορά το Ρ, τα πειράματα έδειξαν ότι η προσρόφηση Ρ στον τροποποιημένο φυσικό ζεόλιθο αυξήθηκε με τη μείωση του λόγου «εξωτερικό διάλυμα / προσροφητικό μέσο». Διαπιστώθηκε ότι ο απαιτούμενος χρόνος εξισορρόπησης, για την ολοκλήρωση της προσρόφησης του Ρ ήταν ≤ 1h και δε διαφοροποιήθηκε με τη συγκέντρωση του Ρ στο εξωτερικό διάλυμα. Βρέθηκε ότι η αντίδραση προσρόφησης Ρ περιγράφεται πιστότερα από την εξίσωση Langmuir σε σχέση με την εξίσωση Freundlich και ήταν εξώθερμη. Επίσης, με την αύξηση του pH από την όξινη στην αλκαλική περιοχή αυξήθηκε η προσρόφηση Ρ. Επίσης, υπήρχαν αρκετές ενδείξεις ότι ο τροποποιημένος φυσικός κλινοπτιλόλιθος παρουσίασε μεγαλύτερη προσροφητική συνάφεια για τα δισθενή φωσφορικά ανιόντα έναντι των μονοσθενών. Στην περίπτωση που στο εξωτερικό διάλυμα υπήρχαν μαζί με τα φωσφορικά και νιτρικά ανιόντα, όσο η συγκέντρωση των νιτρικών ανιόντων ήταν από 0 έως 25 mg L-1 δεν μειώθηκε η προσρόφηση Ρ με την παρουσία των νιτρικών ανιόντων. Όταν όμως η συγκέντρωση των νιτρικών ανιόντων διπλασιάσθηκε η προσρόφηση Ρ μειώθηκε. Παρατηρήθηκε επίσης ότι ο τροποποιημένος φυσικός ζεόλιθος έχει την ικανότητα να προσροφά μεγάλες ποσότητες Ρ, τις οποίες ελευθερώνει δύσκολα και με αργό ρυθμό. Το μεγαλύτερο ποσοστό Ρ εκροφήθηκε κατά τη διάρκεια του 1ου 24ωρου, σε χρόνο μικρότερο από 15 λεπτά. Μετά, η εκρόφηση Ρ σταθεροποιήθηκε σε πολύ χαμηλά επίπεδα, και συνεχίστηκε με σταθερότητα ως τις 240 h, με συγκεντρώσεις εκροφημένου P στο διάλυμα ισορροπίας που κυμαίνονταν από 0,1 - 0,3 mg L-1. Επίσης βρέθηκε ότι η εκρόφηση του Ρ δεν εξαρτάται από το χρόνο και από την αρχική συγκέντρωσή του στο υλικό. Τέλος, συνδυάζοντας τα αποτελέσματα από τα πειράματα που αφορούσαν την προσρόφηση και την εκρόφηση του Ρ, μπορούν να βγουν γενικά συμπεράσματα για το μηχανισμό προσρόφησης των φωσφορικών ανιόντων στον τροποποιημένο φυσικό κλινοπτιλόλιθο. Φαίνεται ότι η προσρόφηση οφείλεται σε δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσεως, που αναπτύσσονται μεταξύ της θετικά φορτισμένης επιφάνειας του ζεόλιθου και του αρνητικού φορτίου του ιόντος το οποίο βρίσκεται στο εξωτερικό διάλυμα (μηχανισμός ανιονικής ανταλλαγής). Από τα αποτελέσματα των παραπάνω πειραμάτων αποδεικνύεται ότι ο η χρήση του τροποποιημένου με HDTMABr φυσικού κλινοπτιλόλιθου ως προσροφητικό μέσο μπορεί να θεωρηθεί ως μια καλή μέθοδος για την απορρύπανση υδάτων και υδατικών συστημάτων υψηλής συγκέντρωσης Ρ. Υπό ορισμένες προϋποθέσεις, το υλικό μπορεί να θεωρηθεί ασφαλές ως προς τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της χρησιμοποίησής του για την απομάκρυνση της περίσσειας Ρ από νερά άρδευσης και άλλα υδατικά συστήματα εμπλουτισμένα σε Ρ. Τέλος, υπάρχει η πιθανότητα αν η προσροφημένη ουσία είναι μόνο φωσφορικά ανιόντα, τότε ο ζεόλιθος μπορεί να ενσωματωθεί στο έδαφος για να συμπληρώσει τις ανάγκες των φυτών σε Ρ.