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

• Autores: José Javier Cancelo González, Diego Martiñá Prieto, Remigio Paradelo Núñez, María Teresa Barral Silva
• Localización: Spanish Journal of Soil Science: SJSS, ISSN-e 2253-6574, Vol. 5, Nº. 2, 2015, págs. 180-190
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudo a escala de microcosmos de barreiras reativas permeáveis com serragem de granito e composto para o tratamento de água contaminadas com Cr (VI)
  • Estudio a escala de microcosmos de barreras permeables reactivas con serrines graníticos y compost para el tratamiento de aguas contaminadas con Cr (VI)
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• Resumen
  • español

    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.

  • English

    The permeable reactive barrier (PRB) is a technology developed for the removal of contaminants in groundwater. It consists of a screen perpendicular to the flow of contaminated groundwater filled with a material capable of adsorbing, precipitating or degrading pollutants. Several materials have been tested for their use as reactive substrates for the construction of PRBs. Waste materials are of particular interest for this purpose due to the possibility of their reuse and their generally lower cost. With this aim, the Cr (VI) retention capacity of filler material consisting either of pine bark compost (PB) or a 50% mixture of compost and granite powder (PB50) was evaluated using an experimental device specifically designed for this study, which reproduces a permeable reactive barrier at the laboratory scale. Percolation experiments were carried out with a solution of 100 mg L-1 Cr (VI) in 0.01M KNO3, followed by a leaching step with the saline background. The results show that compost is a highly efficient filler for permeable reactive barriers with almost 100% retention of Cr, whereas the retention efficiency of the mixture of PB50 oscillated between 18 and 46% during the experiment. The Cr retained by the filling material is strongly fixed, since no desorption was detected by leaching with the saline background, and concentrations in the standard Toxic Characteristic Leaching Procedure (TCLP) extracts were lower than 1 mg L-1. This behaviour minimizes the risk of release of the Cr retained by the material of the barrier in the event of it being traversed by water not contaminated with Cr. Modelling with Visual Minteq indicates that in the experiments with PB, the reduction of Cr (VI) to Cr (III) occurs and that Cr (III) is associated with dissolved organic matter, which is a form of lower toxicity than the initial Cr (VI) species. In turn, in the experiments with PB50, Cr (III) and Cr (VI) coexist and the oxidised form is not associated with dissolved organic matter, which suggests greater toxicity. The results indicate that pine bark compost is a potential candidate for use as filler material permeable reactive barriers.

  • português

    Entre as tecnologias desenvolvidas para a remoção de contaminantes em águas subterrâneas são as barreiras permeáveis reactivas (BPRs), as quais consistem de uma trincheira perpendicular ao fluxo das águas subterrâneas contaminadas, cheia com um material capaz de adsorver, precipitar ou degradar poluentes. Diversos matérias foram ensaiados como substratos reativos na construção de BPRs, sendo de interesse a utilização de materiais residuais, pela possibilidade de reutilização e, geralmente, menor custo. Para este fim foi avaliada a capacidade de retenção de Cr (VI) de um composto de casca de pinheiro (PB) ou uma mistura de 50% de composto e pó de serragem de granito (PB50), usando um dispositivo experimental que simula uma barreira permeável reactiva a escala de laboratorio. Experiências de percolação foram levadas a cabo com uma solução de 100 mg L-1 de Cr (VI) em 0,01M KNO3, seguida por um passo de lavagem com a solução salina. Os resultados obtidos mostram uma alta eficácia do composto, com uma retenção de 100% de Cr. A eficiência de retenção da mistura de serradura de grantito e de composto oscilou entre 18-46% ao longo do experimento. O Cr é fortemente retido pelo material de enchimento, não dessorvido por lixiviação com a solução salina, enquanto que as concentrações dos extractos obtidos pela aplicação do procedimento de lixiviação standar Toxic Characteristic Leaching Procedure (TCLP) eram inferiores a 1 mg L-1. Este comportamento reduz o risco de a liberação da carga de Cr retida pelo PRB, o que poderia acontecer se águas limpas passan através da barreira. O modelado com Visual Minteq indica que nas experiências com PB ocorre redução de Cr (VI) a Cr (III), e que o Cr (III) está associado com a matéria orgânica dissolvida, que é uma forma de toxicidade mais baixa do que as espécies de Cr (VI) iniciais, enquanto nas experiências com PB50, Cr (III) e Cr (VI) coexistem, e o Cr (VI) não está associado com a matéria orgânica dissolvida, o que sugere uma maior toxicidade. Os resultados indicam que o composto de casca de pinheiro é um candidato potencial para utilização como material de enchimento de barreiras permeáveis reactivas.