Hydraulic performance of zero-valent iron and nano-sized zero-valent iron permeable reactive barriers-laboratory test

The hydraulic conductivity of zero-valent iron treatment zone of permeable reactive barriers (PRBs) may be decreased by reducing the porosity caused by gas production and solids precipitation. The study was undertaken in order to evaluate the influence of chloride and heavy metals on the hydraulic conductivity of ZVI and nZVI using hydraulic conductivity tests as well as continuous column tests. Results show that the lead retention in the solution had no impact for hydraulic conductivity in ZVI sample, on the other hand the calculated hydraulic conductivity losses in nZVI sample (from 4.10·10–5 to 2.30·10–5 m·s–1) were observed. Results also indicate that liquids containing the mixture of heavy metals may cause signifi cant decrease in hydraulic conductivity (from 1.03·10–4 to 1.51·10–6 m·s–1). During the column tests, several number of clogging of the reactive material caused by iron hydroxides precipitation was observed over the course of injection of heavy metals solution. In contrast, the hydraulic conductivity of ZVI and nZVI is unaffected when they are permeated with chloride ions solution (k = 1.03·10–4 m·s–1). Finally, the results indicate the need to take account of changes in the hydraulic conductivity of reactive materials for successful implementation of PRBs technology.

Produkcja gazów oraz wytrącanie się nierozpuszczalnych cząstek stałych może być przyczyną zmian współczynnika filtracji przepuszczalnych barier reaktywnych PBR wykonanych z żelaza zero-wartościowego (ZVI). Zmiany te mogą być przyczyną nieprawidłowego przebiegu procesów oczyszczania środowiska gruntowo-wodnego. W artykule przedstawiono wyniki laboratoryjnych badań przepuszczalności hydraulicznej mających na celu sprawdzenie wpływu chlorków i metali ciężkich (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) na wartość współczynnika filtracji (k) wybranych materiałów reaktywnych – ZVI i nZVI. Analiza uzyskanych wyników badań wykazała brak wpływu chlorków oraz jonów ołowiu na współczynnik filtracji ZVI (k = 1,03·10–4 m·s–1). Obecność Pb(II) w roztworze spowodowała natomiast znaczące zmniejszenie wartości k nZVI z 4,10·10–5 do 2,30·10–5 m·s–1. Przepływ roztworu zawierającego mieszaninę metali ciężkich przez próbkę ZVI również spowodował zmniejszenie zdolności filtracyjnych materiału, co mogło być spowodowane intensywnie zachodzącymi procesami redukcji materiału. Współczynnik filtracji podczas trwania badania zmniejszył się z wartości 1,03·10–4 do 1,51·10–6 m·s–1. Podczas filtracji roztworu mieszaniny metali ciężkich przez kolumny wypełnione ZVI zaobserwowano kolmatację materiału spowodowaną wytracaniem się wodorotlenków żelaza i metali ciężkich, czemu towarzyszyło zwiększenie odczynu oraz zmniejszenie potencjału oksydacyjno-redukcyjnego roztworu wypływającego z kolumny. Zaprezentowane w artykule wyniki badań wskazują na konieczność uwzględnienia podczas projektowania PBR wpływu zanieczyszczeń na zmiany właściwości filtracyjnych materiałów reaktywnych.