Reduktion af krom(VI) i grundvand ved hjælp af jernspåner

3. Teori

Anvendelsen af nulvalent jern til afværgning af kromatforureninger baserer sig i princippet på simpel redokskemi. Metoden benytter, at kromat fra forureningen udgør et stærkt oxidationsmiddel og således gerne indgår i en reaktion hvor det reduceres under samtidig oxidation af et andet stof. Dette andet stof er det tilsatte nulvalente jern, som således oxideres til Fe(II) eller Fe(III). Herunder er gengivet et reaktionsskema hvor jern oxideres til Fe(III) og hvor der dannes
Fe(OH)₃ og Cr(OH)₃.

Som alternativ til kromhydroxid kan endvidere dannes kromjernhydroxider og kromjernoxyhydroxider. Eksakt hvilke produkter, som dannes under processen er ikke fuldstændig klarlagt og afhænger i øvrigt af flere parametre, først og fremmest pH og Eh (potentiale). Centralt er det dog, at alle Cr(III)-produkterne har meget lav opløselighed, hvorfor det derfor er mindre afgørende eksakt hvilke Cr(III)-produkter, som dannes. Det ses af reaktionsskemaet, at processen danner OH^- hvilket svarer til, at processen forårsager en pH-stigning, hvilket også er observeret i litteraturen.

Som det fremgår af ovenstående, bygger hele konceptet på en omdannelse af krom fra Cr(VI) til Cr(III), som efterfølgende udfælder, formentligt primært på overfladen af jernpartiklerne. Dette koncept indebærer i sagens natur, at der vil foregå en volumenmæssig opkoncentrereing af kromen som ’opsamles’ i filteret. Dette vil principielt på sigt kunne formindske porevolumenet af jernzonen, og dermed føre til ændrede strømningsforhold (forøgelse af strømningshastigheden). En nedsættelse af porøsiteten af en jenzone er påvist som følge af kraftig belastning med kromat /6/, men ikke i en problematisk størrelsesorden. Resultaterne indikerer, at før jernzonen evt. ville nå en kritisk lav porøsitet, vil udfældningen af krom høre op og tilstopning vil således blive afværget. Udfældningsmønsteret vil dog afhænge af typen af jernspåner, sandsynligvis ikke mindst disses initiale porøsitet, som kan variere en del produkterne imellem. Såfremt det ville være muligt at få de dannede Cr(III)-forbindelser til at udfælde andre steder end på jernoverfladerne, ville dette antageligvis kunne forøge kapaciteten da jernoverfladerne på denne måde ville forblive tilgængelige for reaktivt krom. Opblanding af jernspånerne med kvartssand er bl.a. foreslået som et potentielt medie hvorpå reaktions-produkterne evt. ville kunne udfælde.

I litteraturen er et enkelt eksempel på, at en jernzone, som har mistet sin reaktivitet over for kromat (antaget som følge af udfældninger), har genvundet yderligere reaktivitet og dermed kapacitet over for reduktion af kromat efter gennemskylning med rent (kromfrit) vand /1/. Noget tilsvarende er observeret i et kortfattet indledende forsøg på Institut for Miljøteknologi, DTU /5/. Herudover er fænomenet ikke særligt velundersøgt, men kan vise sig at være af stor praktisk betydning, såfremt det på passende vis kan implementeres i fuldskalaanlæg. For yderligere information henvises til de angivne kilder.

Kinetikken for fjernelsen af Cr(VI) fra vandfasen tillægges ikke voldsom stor interesse idet processen forløber relativt hurtigt. Ved forøget flow vil den strækning i filteret (tykkelse), over hvilken kromaten omdannes blive forøget og dermed ’optage’ en større del af filteret. I et tyndt (kort) filter vil denne størrelse udgøre en relativ stor andel, mens andelen ved større filtertykkelser vil være betydeligt mindre.