Sex olika adsorbentmaterial har undersökts m a p förmågan att ta upp kolväten från petroleumrester. Arbetet är genomfört i labskala och materialen har beskrivits med specifik yta och porositet. Adsorbtionsisotermer har upprättats.
Av: Jörgen Hanaeus
Förmågan att avskilja petroleumrester är viktig hos behandlingsenheter för dagvatten. Adsorbenter är användbara komponenter vid lokal dagvattenbehandling och sex adsorbentmaterial valdes ut för att undersökas i labskala, nämligen aktiverat kol, aktiverad lignit, nollvärt järn, skiktad (exfoliated) grafit, amorf järnhydroxid och aktiverad aluminium.
Materialen karakteriserades via elektronmikroskopi, porositetsmätning och mätning av specifik yta. Materialen placerades i kolonn, lätt brännolja tillfördes och analyserades före och efter passage. Adsorbtionen bestämdes och Langmuirisotermerna beskrev effekten väl. Den skiktade grafiten föll bäst ut med en största adsorbtionskapacitet för petroleumrester av 3.85 g per g adsorbent.
Bakgrund
Förorenat trafikdagvatten är en tilltagande miljöstörning och i tätorter blir ofta vattenbehandling nödvändig. I större centrumområden kan det vara svårt att utnyttja markkrävande teknik, så kompakta lösningar blir nödvändiga. Metoderna ska alltså fungera med kort uppehållstid för vattnet. Reaktorer med adsorbentmaterial, t ex i brunnar, blir då möjliga lösningar.
Tidigare studier av kompakt teknik har fokuserat främst på dagvattnets tungmetallinnehåll, medan författarna hittat endast en studie som ägnats organiska spårämnen (metyl tert-butyleter, MTBE). Ett motiv för föreliggande studie var därför att hitta adsorbenter för dessa.
MTBE fanns i låga koncentrationer i trafikdagvatten, median 1,5µg/L. Petroleumrester eller TPH (Total Petrol Hydrocarbons) däremot finns på mg/L-nivå och är en blandning av många kolväten, mättade, omättade och cykliska. Ett så högt TPH-värde som 26 mg/L har uppmätts.
Sex adsorbentmaterial valdes ut för att undersökas i labskala, nämligen aktiverat kol, aktiverad lignit, nollvärt järn, skiktad grafit, amorf järnhydroxid med hematit samt aktiverad aluminium. (Produktnamn anges i artikeln).
Målet var att finna hastighet och kapacitet för kolväteadsorbtionen. Vidare att analysera fysiska karakteristika för adsorbenterna samt att finna en modell som beskrev adsorbtionen väl.
Som modellämne användes lätt brännolja som bl a innehåller beståndsdelarna naftalen och pyren.
Försök
De valda adsorbentmaterialen analyserades i svepelektronmikroskop. Specifik yta och porvolymer bestämdes också liksom ämnessammansättning.
500 mL brännoljelösning pumpades genom kolonnen (φ 1,5 cm, H =10 cm) som bestod av 5g av resp material, löst packat och placerat mellan två glasfiberfilter. Adsorbentkoncentrationen blev då 10 g/L. Lösningens initiella TPH-koncentration varierades mellan 42-100 mg/L och prov togs från 2 till 120 min pumpning för att följa adsorbtionen.
Langmuirs och Freundlichs isotermer ansattes för de olika adsorbentmaterialen och brännoljan ifråga.
Resultat
Elektronmikroskoperingen visade att partiklarna av aktiverat kol och aktiverad lignit var kantiga och med råa ytor. Den skiktade grafiten var mer ormlik i strukturen och med jämnare yta och större porer. Det nollvärda järnet hade svamplik struktur med några makroporer. Järn- och aluminiumoxiderna hade mycket oregelbundna ytor.
Beträffande specifik yta (med BET-metod) var det aktiverade kolet högst med 1 116 m2/g. Lägst hade skiktad grafit och nollvärt järn med 8,7 resp <1 m2/g. Turordningen för dessa material var densamma beträffande porvolymen; 0,62 , 0,03 resp 0,01 cm3/g.
Anpassningen till Langmuir-isotermen gav utmärkta resultat med R2 > 0,88 för alla testade material. Grafiten föll bäst ut med qm 5000 mg/g och KL 0,09 L/mg, medan det nollvärda järnet var lägst med qm 909 mg/g och KL 0,0003 L/g. Apassningen till Freundlich-isotermen var också god utom för nollvärt järn och skiktad grafit.
Slutsatser
Den skiktade grafiten adsorberade snabbast och fångade 98,4 % av TPH inom 5 minuter; motsvarande 1,97 mg/g, min. Aktiverat kol tog upp 1,63 mg/g,min. och lägsta värden erhölls för aktiverad aluminiumoxid med 0,08 mg/g, min. baserat på 5 min reaktionstid.
Adsorbenten behöver vara snabb eftersom uppehållstiden i praktiska filterkonstruktioner sällan blir lång.
Skiktad grafit ansågs vara den bästa adsorbenten utifrån dessa försök och effektiviteten tillskrevs en stor mängd makroporer.
Källa: Vesting, A.1), Heinz, E.1), Helmreich, B.2) & Wichern, M.1) (2015): Removal of hydrocarbons from synthetic road runoff through adsorptive filters. Water Science&Technology 72.5, pp 802-809.
Författarna från:
1) Institute of Urban Water Management and Environmental Engineering, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum, Germany.
2) Chair of Urban Water Systems Engineering, Technische Universität
München, Am Coulombwall 8, 85748 Garching, Germany
Kontakt: andreas.vesting@rub.de
