A microcosm study of permeable reactive barriers filled with granite powder and compost for the treatment of water contaminated with Cr (VI)

  1. Cancelo-González, Javier
  2. Prieto, Diego Martiñá
  3. Paradelo, Remigio
  4. Barral, María Teresa
Revista:
Spanish Journal of Soil Science: SJSS

ISSN: 2253-6574

Ano de publicación: 2015

Volume: 5

Número: 2

Páxinas: 180-190

Tipo: Artigo

DOI: 10.3232/SJSS.2015.V5.N2.07 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openDialnet editor

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Resumo

Las barreras permeables reactivas (BPRs) son tecnologías de eliminación de contaminantes en aguas subterráneas, que consisten en una pantalla perpendicular al flujo de agua subterránea contaminada, rellena de un material con capacidad de adsorber, precipitar o degradar los contaminantes. Se han evaluado diversos materiales reactivos como material de relleno de BPRs, siendo de especial interés la utilización de materiales residuales, por la posibilidad de su reutilización y, frecuentemente, menor coste. Con este fin se estudió la capacidad de retención de Cr (VI) de compost de corteza de pino (PB) y de una mezcla al 50 % de compost y serrines graníticos (PB50), utilizando un dispositivo diseñado específicamente para este estudio, que reproduce una barrera permeable reactiva a escala de laboratorio. Para evaluar la retención se llevó a cabo un experimento de percolación con una disolución de 100 mg L-1 de Cr (VI) en KNO3 0,01M,  seguido de una etapa de lavado con el fondo salino, para evaluar la liberación del Cr previamente retenido.  Los resultados mostraron una gran eficacia del compost como material de relleno de BPRs, consiguiendo una retención de Cr cercana al 100%. La mezcla de serrín granítico y compost presentó una capacidad de retención que osciló entre el 18 y el 46% a lo largo del experimento. El Cr retenido por el material de relleno se encuentra fuertemente fijado, pues no se desorbe por lixiviación con la solución salina y las concentraciones en los extractos obtenidos mediante la aplicación del procedimiento estándar de lixiviación Toxic Characteristic Leaching Procedure (TCLP) fueron inferiores 1 mg L-1. Este comportamiento minimiza el riesgo de  liberación del Cr retenido por el material de la barrera, en el supuesto de que fuera atravesada por un agua no contaminada con Cr. La modelización con Visual Minteq indica que, en los eluatos de los experimento con PB, se ha producido reducción de Cr (VI) a Cr (III), y éste se encuentra asociado con la materia orgánica disuelta, lo que sugiere una reducción de la toxicidad en comparación con la que presenta el Cr (VI) introducido en la solución de percolación. En los eluatos del experimento con PB50 se encuentran tanto Cr (III) como Cr (VI), y la forma oxidada no se encuentra asociada con la materia orgánica disuelta. Los resultados de este estudio indican que el compost de corteza de pino tiene un gran potencial para ser usado como material de relleno de barreras permeables reactivas.

Referencias bibliográficas

  • AFCEE (Air Force Center for Engineering and the Environment). 2008. Technical protocol for enhanced anaerobic bioremediation using permeable mulch biowalls and bioreactors. Technical Directorate, Environmental Science Division, Technology Transfer Outreach Office.
  • Bartlett RJ, Kimble JM, 1976. Behavior of chromium in soils: II. Hexavalent forms. Jour Environ Quality 5:383–386.
  • Barral MT, Paradelo R, Liste A, Cancelo-González J, Balufo A, Prieto DM. 2014. Reutilization of granite powder as a component of permeable reactive barriers for the treatment of Cr(VI)-contaminated waters. SJSS 4(2):179-191.
  • Barral MT, Silva B, García-Rodeja E, Vázquez N. 2005. Reutilization of granite powder as an amendment and fertilizer for acid soils. Chemosphere 61:993-1002.
  • Battacharaya AK, Naiya TK, Mandal SN, Das SK. 2008. Adsorption, kinetics and equilibrium studies on removal of Cr(VI) fron aqueous solutions using different low-cost adsorbents. Chem Eng J 137:529-541.
  • Benefield LD, Judkins JF, Weand BL. 1982. Process Chemistry for Water and Wastewater Treatment. Englewood Cliffs, N.J: Prentice-Hall.
  • Blowes DW, Ptacek CJ, Benner SG, McRae CWT, Bennett TA, Puls RW. 2000. Treatment of inorganic contaminants using permeable reactive barriers. J Contam Hydrol 45:123-137.
  • Boddu VM, Abburi K, Talbott JL, Smith ED. 2003. Removal of hexavalent chromium from wastewater using a new composite chitosan biosorbent. 2003. Enviro Sci and Technol 37:4449-4456.
  • Bolan NS, Adriano DC, Natesan R, Koo B-J. 2003. Effects of organic amendments on the reduction and phytoavailability of chromate in mineral soil. J Environ Qual 32:120–128.
  • Boni MR, Sbaffoni S. 2009. The potential of compost-based biobarriers for Cr (VI) removal from contaminated groundwater: Column test. J Hazard Mater 166:1087–1095.
  • Cary EE, Alloway WH, Olson OE. 1977. Control of chromium concentration in food plants. 2. Chemistry of chromium in soils and its availability to plants. J Agr Food Chem 25:305–309.
  • Costa M. 2003. Potential hazards of hevalent chromate in our drinking water. Toxicol ApplPharm 188:1-5.
  • Farrell M, Jones DL. 2009. Critical evaluation of municipal solid waste composting and potential compost markets. Bioresource Technol 100(19):4301-4310.
  • Gustafsson, J.P., 2010. Visual MINTEQ ver. 3.0. Available at http://www2.lwr.kth.se.
  • IGME. 1981. Instituto Geológico y Minero de España. Mapa Geológico 1:50.000, Hoja Vigo.
  • Jain M, Garg VK, Kadirvelu K. 2009. Equilibrium and kinetic studies for sequestration of Cr(VI) from simulated wastewater using sunflower waste biomass. J Hazard Mater 171:328-334.
  • Kinniburgh DG, Milne CJ, Benedetti MF, Pinheiro JP, Filius J, Koopal LK, van Riemsdij WH. 1996. Metal ion binding by humic acid: application of the NICA-Donnan model. Environ Sci Technol 30(5):1687-1698.
  • Koby M. 2009. Adsorption, kinetic and equilibrium studies of Cr(VI) by hazelnut shell activated carbon. Adsorpt Sci Technol 22:51-64.
  • López-García M, Lodeiro P, Herreo P, Barriada JL, Rey-Castro C, David C, Sastre de Vicente ME. 2013. Experimental evidence s for a new model in the description of the adsorption-coupled reduction of Cr(VI) by protonated banana skin. Bioresource Technol 139: 181-189.
  • Losi ME, Amrhein C, Frankenberger WT. 1994. Factors affecting chemical and biological reduction of Cr (VI) in soil. Environ Toxicol Chem 13:1727–1735.
  • Milne CJ, Kinninburgh DG, Tipping E. 2001. Generic NICA-Donnan Model Parameters for Proton Binding by Humic Substances. Environ Sci Technol. 35:2049-2059.
  • Miretzky P, Cirelli AF. 2010. Cr(VI) and Cr(III) removal from aqueous solution by raw and modified lignocellulosic materials: a review. J Hazard Mater. 180(1-3):1-19.
  • Módenes AN, Espinoza-Quiñones FR, Palácio SM, Kroumov AD, Stutz G, Tirao G, Camera AS. 2010. Cr(VI) reduction by activated carbon and non-living macrophytes roots as assessed by Kb spectroscopy. Chem Eng J. 162(1):266-272.
  • Palmer CD, Wittbrodt PR. 1991. Processes affecting the remediation of chromium-contaminated sites. Environ Health Persp. 92:25-40.
  • Paradelo R, Barral MT. 2012. Evaluation of the potential capacity as metal biosorbents of two MSW composts with different Cu, Pb and Zn content. Bioresource Technol. 104:810-813.
  • Park JH, Lamb D, Paneerselvam P, Choppala G, Bolan N, Chung J. 2011. Role of organic amendments on enhanced bioremediation of heavy metal(loid) contaminated soils. J Hazard Mater 185(2-3): 549-574.
  • Park D, Lim SR, Yun YS, Park JM. 2007. Reliable evidences that the removal mechanism of hexavalent chromium by natural biomaterials is adsorption-coupled reduction. Chemosphere 70:298-305.
  • Park D, Lim S-R, Yun Y-S, Park JM. 2008. Development of a new Cr(VI)-biosorbent from agricultural biowaste. Bioresource Technol 99:8810-8818.
  • Pereira MG, Korn M, Santos BB, Ramos MG. 2009. Vermicompost for tinted organic cationic dyes retention. Water Air Soil Pollut. 200:227-235.
  • Tsui LS, Roy WR, Cole MA. 2003. Removal of dissolved textile dyes from wastewater by a compost sorbent. Color Technol. 119:14-18.
  • Shen, YS, Wang S.L, Huang ST, Tzou YM, Huang JH. 2010. Biosorption of Cr(VI) by coconut coir: spectroscopic investigation on the reaction mechanism of Cr(VI) with lignocellulosic material. J Hazard Mater 179(1-3):160-165.
  • Silva B, Paradelo R, Vázquez N, García-Rodeja E, Barral MT. 2013. Effect of the addition of granitic powder to an acid soil from Galicia (NW Spain) in comparison with lime. Environ Earth Sci. 68:429-437.
  • Smith SR. 2009. A critical review of the bioavailability and impacts of heavy metals in municipal solid waste composts compared to sewage sludge. Environ Int. 35:142-156.
  • Sjöstedt CS, Gustafsson JP, Köhler SJ. 2010. Chemical equilibrium modeling of organic acids, pH, aluminum and iron in Swedish surface waters. Environ Sci Technol. 44:8587-8593.
  • Tipping E. 2002. Cation binding by humic substances. Cambridge, UK: Cambridge University Press. USEPA, Method 1311: Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). 1992. US Environmental Protection Agency, Washington DC.
  • USEPA, U.S. Environ. Protection Agency. 1997. Permeable Reactive Subsurface Barriers for the Interception and Remediation of Chlorinated Hydrocarbon and Chromium (VI) Plumes in Ground Water.U.S.EPA Remedial Technology Fact Sheet.EPA/600/F-97/008.
  • Wei Y.-L, Lee Y-C, Hsieh H-F. 2005. XANES study of Cr sorbed by a kitchen waste compost from water. Chemosphere 61: 1051-1060.
  • Zheng YM, Liu T, Jiang J, Yang L, Fan Y, Wee ATS, Chen JP. 2011. Characterization of hexavalent chromium interaction with Sargassum by X-ray absorption fine structure spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and quantum chemistry calculation. J Colloid Interface Sci. 35 (2):741–748.
Fonte de datos: Dialnet