Application of electrokinetic Fenton process for the remediation of soil contaminated with HCB

Electrokinetic remediation coupled with Fenton oxidation, widely called as Electrokinetic Fenton process is a potential soil remediation technique used for low permeable soil. The applicability of the process has been proved with soil contaminated with a wide range of organic compounds from phenol to the most recalcitrant ones such as PAHs and POPs. This thesis summarizes the major findings observed during an Electrokinetic Fenton Process study conducted for the remediation of low permeable soil contaminated with HCB, a typical hydrophobic organic contaminant. Model low permeable soil, kaolin, was artificially contaminated with HCB and subjected to Electrokinetic Fenton treatments in a series of laboratory scale batch experiments. The use of cyclodextrins as an enhancement agent to mobilize the sorbed contaminant through the system was investigated. Major process hindrances such as the oxidant availability and treatment duration were also addressed. The HCB degradation along with other parameters like soil pH, redox and cumulative catholyte flow were analyzed and monitored. The results of the experiments strengthen the existing knowledge on electrokinetic Fenton process as a promising technology for the treatment of soil contaminated with hydrophobic organic compounds. It has been demonstrated that HCB sorbed to kaolin can be degraded by the use of high concentrations of hydrogen peroxide during such processes. The overall system performances were observed to be influenced by the point and mode of oxidant delivery. Furthermore, the study contributes to new knowledge in shortening the treatment duration by adopting an electrode polarity reversal during the process.

Ultrasonic and Electrokinetic Remediation of Low Permeability Soil Contaminated with Persistent Organic Pollutants

Electrokinetics has emerged as a potential technique for in situ soil remediation and especially unique because of the ability to work in low permeability soil. In electrokinetic remediation, non-polar contaminants like most organic compounds are transported primarily by electroosmosis, thus the process is effective only if the contaminants are soluble in pore fluid. Therefore, enhancement is needed to improve mobility of these hydrophobic compounds, which tend to adsorb strongly to the soil. On the other hand, as a novel and rapidly growing science, the applications of ultrasound in environmental technology hold a promising future. Compared to conventional methods, ultrasonication can bring several benefits such as environmental friendliness (no toxic chemical are used or produced), low cost, and compact instrumentation. It also can be applied onsite. Ultrasonic energy applied into contaminated soils can increase desorption and mobilization of contaminants and porosity and permeability of soil through developing of cavitation. The research investigated the coupling effect of the combination of these two techniques, electrokinetics and ultrasonication, in persistent organic pollutant removal from contaminated low permeability clayey soil (with kaolin as a model medium). The preliminary study checked feasibility of ultrasonic treatment of kaolin highly contaminated by persistent organic pollutants (POPs). The laboratory experiments were conducted in various conditions (moisture, frequency, power, duration time, initial concentration) to examine the effects of these parameters on the treatment process. Experimental results showed that ultrasonication has a potential to remove POPs, although the removal efficiencies were not high with short duration time. The study also suggested intermittent ultrasonication over longer time as an effective means to increase the removal efficiencies. Then, experiments were conducted to compare the performances among electrokinetic process alone and electrokinetic processes combined with surfactant addition and mainly with ultrasonication, in designed cylinders (with filtercloth separating central part and electrolyte parts) and in open pans. Combined electrokinetic and ultrasonic treatment did prove positive coupling effect compared to each single process alone, though the level of enhancement is not very significant. The assistance of ultrasound in electrokinetic remediation can help reduce POPs from clayey soil by improving the mobility of hydrophobic organic compounds and degrading these contaminants through pyrolysis and oxidation. Ultrasonication also sustains higher current and increases electroosmotic flow. Initial contaminant concentration is an essential input parameter that can affect the removal effectiveness.

Termodesorptiolaitoksen päästöt

Tässä diplomityössä tutkittiin pilaantuneen maan puhdistamiseen käytettävän termodesorptiolaitoksen päästöjä ilmaan. Tarkasteluun otettiin raskasmetallit ja happamista päästöistä rikkidioksidi (SO2) ja vetykloridi (HCl).Näiden haitta-aineiden puhdistusta tutkittiin mittaamalla niiden pitoisuuksia ennen ja jälkeen kaasunpuhdistuksen. Tutkimuksessa havaittiin raskasmetallien sekä happamien yhdisteiden puhdistuvan käytössä olevalla tekniikalla erittäin hyvin. Viranomaisten asettamat päästöraja-arvot alitettiinselvästi.

Ympäristöteknologioiden verifioinnin mahdollisuudet pilaantuneiden maiden laadukkaan käsittelyn edistämisessä

EU on käynnistämässä ympäristöteknologioiden verifiointijärjestelmää, jonka avulla voidaan tarjota käyttäjille ja sijoittajille riippumatonta tietoa innovatiivisten teknologioiden toimivuudesta ja suorituskyvystä ja parantaa niiden markkina-asemaa. Verifioinnilla tarkoitetaan kolmannen osapuolen suorittamaa prosessia tai mekanismia, jonka avulla tuotteen toiminta ja suorituskyky voidaan todentaa. Kansallinen ympäristöteknologioiden verifiointijärjestelmä on käytössä mm. Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Euroopassa järjestelmä otettaneen käyttöön vuonna 2011–2012. Suomessa tehdään nykyisin noin 300 pilaantuneen maan puhdistushanketta koskevaa lupa- ja ilmoituspäätöstä vuosittain. Noin 85 prosentissa kohteista käytetään kunnostusmenetelmänä massanvaihtoa. Massanvaihto tulee ainakin toistaiseksi säilymään yleisimpänä kunnostusmenetelmänä, mutta mm. in situ -menetelmien käytön arvioidaan lisääntyvän. Tämän diplomityön tavoitteena oli arvioida voidaanko verifiointia hyödyntää pilaantuneiden maiden laadukkaan käsittelyn edistämisessä ja voiko verifiointi nopeuttaa innovatiivisten kunnostusmenetelmien markkinoillepääsyä. Aihetta tarkasteltiin mm. kahden erityyppisen pilaantuneen maan ja pohjaveden kunnostusmenetelmän, reaktiivisten seinämien (in situ) ja bitumistabiloinnin (ex situ) kautta. Pilaantuneiden maiden kunnostusmenetelmien toimivuus riippuu monista eri tekijöistä, joista osaa ei voida hallita tai mallintaa luotettavasti. Verifiointi soveltuukin parhaiten laitteiden tai PIMA-menetelmiä yksinkertaisempien puhdistusmenetelmien suorituskyvyn todentamiseen. Verifiointi saattaa kuitenkin hyvin toimia PIMA-kunnostuksen kohdalla esimerkiksi tiedollisena ohjauskeinona. Reaktiivisten seinämien ja bitumistabiloinnin verifioinnin työvaiheet ovat hyvin samankaltaiset, suurimpana erona seinämien kohdalla tulee kuvata myös kohde johon seinämä on asennettu. Reaktiivisten seinämien toiminta on riippuvaista monista ympäristötekijöistä, toisin kuin erillisellä laitteistolla suoritettavan bitumistabiloinnin. Tulosten perusteella voidaan yleistää, että verifiointi soveltuu paremmin ex situ -, kuin in situ -kunnostusmenetelmille.

Heavy-metal pollution and remediation of forest soil around the Harjavalta Cu-Ni smelter, in SW Finland

Abstract

Biological contamination of barley and carrots by pathogens in soil fertilized with anthropogenic nutrients

Conference publication in Kalmar ECO-TECH’07. International Conference on Technologies for Waste and Wastewater Treatment, Energy from Waste, Remediation of Contaminated Sites and Emissions Related to Climate November 26-28 2007, Kalmar, Sweden.

Calibration of time domain reflectometry (DTR) for soil moisture measurements in cultivated peat soils

Tiivistelmä: TDR-mittausten kalibrointi viljeltyjen turvemaiden kosteuden mittaamiseen

The transfer of 137Cs through the soil-plant-sheep food chain in different pasture ecosystems

Selostus: Radiocesiumin kulkeutuminen eri laidunekosysteemien maa-ruoho-lammas -ravintoketjussa

Classification of acid sulphate soils of Finland according to Soil Taxonomy and the FAO/Unesco legend

Selostus: Suomen happamien sulfaattimaiden kansainvälinen luokittelu

The effects of a non-woven cover in combination with different soil mulches in strawberry cultivation

Selostus: Katteiden käyttö mansikanviljelyssä

Effects of variety, soil type and nitrogen fertilizer supply on the nutritive value of barley for growing pigs

Selostus: Lajikkeen, typpilannoitustason ja maalajin vaikutus ohran ruokinnalliseen arvoon lihasioilla

Effect of soil-spraying time on root-colonization ability of antagonistic Streptomyces griseoviridis

Selostus: Kasvualustan käsittelyajan vaikutus Streptomyces griseoviridis -antagonistin juurten asutuskykyyn

Effect of fertilization on soil phosphorus in a long-term field experiment in southern Finland

Selostus: Maan fosforitilan muutos pitkäaikaisessa kenttäkokeessa hietamaalla

Properties of top soil and the relationship between soil and trees in a boreal Scots pine stand

Summary