Chemical stabilization of zinc from contaminated soil using nano zero-valent iron

B.Sc. Emily Anne Thompson, BS

Master's thesis

Abstract:

Abstract:The anthropogenic increase of zinc in Příbram, Czech Republic, caused by anearby smelting plant has caused vast contamination to the nearby soils and LitavkaRiver. The use of nano zero-valent iron (nZVI) for adsorption and stabilization of zincoffers an interesting remediation technique due to its large surface area and therefore,heightened reactivity. Since it is an in-situ method, it is less invasive, produces lesswaste, is more cost effective, timely, and can cover a wide range of contaminantcategories. To determine the efficacy of nZVI, soil was taken from Příbram and used ina soil column leaching experiment. Specifically, the column experiment was used todetermine which application method of nZVI was most efficient; either distributedevenly throughout the contaminated soil, or in a single layer below the contaminatedsoil. A batch experiment was conducted first to determine the sorption efficiency ofnZVI, followed by a leaching experiment to determine optimal dosage of nZVI, andfinally a column leaching experiment to determine which application method was mostefficient at stabilizing zinc in the soil. The results showed the optimal dose of nZVI was2% and having nZVI significantly reduced the amount of zinc in the leachate and porewater. However, the applications only showed significant results when compared tothe control. When the two application methods were compared to each other, therewas no statistical significance. This means having nZVI in the soil, no matter what theapplication, will significantly stabilize zinc, making it safe from further soil, crop, orwater contamination.Antropogenní nárůst koncentrace zinku v oblasti Příbramska (způsobenýpřítomností nedalekých kovohutí) zapříčinil obrovskou kontaminaci okolních půd a říčkyLitavky. Použití elementárního nanoželeza (nZVI) pro sorpci a stabilizaci zinku se jevíjako zajímavý sanační technika vzhledem ke svému velkému povrchu, a tudíž izvýšené reaktivitě. Jedná se o in-situ metodu, to je méně invazivní, produkující méněodpadu, nákladově efektivní, včasnou která může zahrnovat širokou škálukontaminantů. Pro stanovení účinnosti nZVI byla použita právě půda z oblastiPříbramska s použitím loužicího experimentu. Pro tyto účely byl použit kolonovýexperiment, kdy byla testována aplikace nZVI ve vrstvě resp. homogenní zapravení dotestovaného profilu. Nejprve však byly realizovány vsádkový respektive loužicíexperiment ke zjištění optimální dávky zkoumaného sorbentu, následovaný právěkolonovým experimentem ke zjištění způsobu aplikace. Výsledky ukazují, že optimálnídávka nZVI byla 2 %, kdy koncentrace Zn v půdní vodě byla významně snížena. Obazpůsoby aplikace sice ukazují signifikantní snížení oproti kontrole, ale samotný způsobaplikace nevykazuje statisticky významný rozdíl. Což poukazuje na skutečnost, že nenípodstatné jakým způsobem je nZVI aplikováno do půdy na každý pád však dojde keznačnému snížení biodostupné koncentrace zinku.

Keywords

zinc, nanoparticles, sorption, remediation, metal oxides

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Lukáš Trakal, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Geology / Environmental Geosciences