Interactions of aluminum and iron[III] salts with humic acids in a model alkaline solution

• Autorzy: Libecki B , Dziejowski J.

Warianty tytułu

PL

Oddzialywanie soli glinu i zelaza[III] z kwasami huminowymi w alkalicznym roztworze modelowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Both ferric and aluminum salts show good coagulation and complex-forming ability in relation to water-dissolved organic matter. The aim of this study was to characterize the reactions of aluminum salts (AlCl₃) and iron(III) salts (FeCl₃) with humic acids (HA) in a model alkaline solution as dependent on the type and concentration of coagulant. Conductometric and pH-metric titrations and coagulation jar tests were performed. Changes in COD, color and streaming potential were measured in coagulated samples. It was found that the characteristic changes in pH and electrolytic conductivity of solutions during titration with Al and Fe(III) salts are indicative of a gradual course of humic acids coagulation process. Depending on the salt used (aluminum or iron(III)), humic acids removal is a result of coagulation proceeding via various mechanisms. Precipitation was observed at a dose of 3.2 mmol dm⁻³ and pH < 6.4 in the case of AlCl₃, and at a dose of 3.0 mmol dm⁻³ and pH < 4.8 in that of FeCl₃. COD and color removal efficiency was equal to approximately 97% and 99% after coagulation with both AlCl₃ and FeCl₃. The increase in streaming potential at a salt dose of 2.4–3.6 mmol dm⁻³ was probably related to the binding of positively charged products of salt hydrolysis by the functional groups of humic acids molecules, followed by the neutralization of their charge.

PL

Sole żelaza i glinu wykazują wysoką zdolność koagulacyjną oraz kompleksotwórczą w stosunku do rozpuszczonej w wodzie materii organicznej. Celem badań było scharakteryzowanie oddziaływania soli glinu (AlCl₃) oraz żelaza(III) (FeCl₃) z kwasami huminowymi (KH) w alkalicznym roztworze modelowym w zależności od rodzaju i stężenia użytego koagulantu. Przeprowadzono miareczkowania konduktometryczne i pH-metryczne oraz testy koagulacyjne – „jar testy”. W próbach poddanych koagulacji mierzono zmiany: ChZT, barwy i potencjału przepływu. Wykazano, że charakterystyczne zmiany pH oraz przewodności elektrolitycznej roztworów podczas miareczkowania za pomocą soli Al i Fe(III) świadczą o stopniowym przebiegu procesu koagulacji kwasów huminowych. W zależności od rodzaju użytej soli – glinu lub żelaza(III) usuwanie kwasów huminowych jest wynikiem koagulacji zachodzącej wg różnych mechanizmów. Wytrącanie się osadu stwierdzono po dawce 3.2 mmol dm⁻³ przy pH < 6.4 w przypadku AlCl₃ oraz po dawce 3.0 mmol dm⁻³ i pH < 4.8 w przypadku FeCl₃. Po koagulacji za pomocą zarówno AlCl₃, jak i FeCl₃ stwierdzono ok. 97% efektywność usuwania ChZT oraz ok. 99% efektywność usuwania barwy. Zwiększenie wartości potencjału przepływu w zakresie dawek soli 2.4–3.6 mmol dm⁻³ jest prawdopodobnie wynikiem wiązania dodatnio naładowanych produktów hydrolizy soli przez grupy funkcyjne cząsteczek KH i neutralizacji ich ładunku.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Natural Sciences
• Rocznik: 2008
• Tom: 23
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.681-691,fig.,ref.

Twórcy

autor

Libecki B

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Plac Lodzki 4, 10-957 Olsztyn, Poland

autor

Dziejowski J.

Bibliografia

• AVENA M.J., KOOPAL L.K., RIEMSDIJK W.H. VAN 1999. Proton Binding to Humic Acids: Electrostatic and Intrinsic Interactions. Journal of Colloid and Interface Science, 217: 37–48.
• APHA, AWWA and WEF 1995. Standard methods for examination of water and wastewater, 19th ed. Washington.
• BACHE D.H., RASOOL E., MOFFAT D., MCGILLIGAN F.J. 1999. On the strength and character of alumino-humic flocs. Wat. Sci. Tech., 40(9): 81–88.
• BENEGAS J.C., PORASSO R.D, DEN HOOP M.A.G.T. VAN 2003. Proton-metal exchange processes in synthetic and natural polyelectrolyte solution systems. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 224: 107–117.
• BENSCHOTEN J.E., EDZWALD J.K. 1990. Chemical aspects of coagulation using aluminum salts-II. Coagulating of fulvic acid using alum and polyaluminum chloride. Wat. Res., 24(12): 1527–1535.
• BOTTERO J.Y., BERSILLON J.L. 1989. Aluminum and iron(III) chemistry. Some implications for organic substance removal. Aquatic Humic Substances. American Chemical Society.
• CHENG W. P. 2002. Comparison of hydrolysis/coagulation behavior of polymeric and monomeric iron coagulants in humic acid solution. Chemosphere, 47: 963–969.
• DUAN J., GREGORY J. 2003. Coagulation by hydrolyzing metal salts. Advances in Colloid and Interface Science, 100-102: 475–502.
• DUAN J., WANG J., GRAHAM N., WILSON F. 2002. Coagulation of humic acid by aluminium sulphate in saline water conditions. Desalination, 150: 1–14.
• DZIEJOWSKI J., LIBECKI B., SMOCZYŃSKI L. 2005. The use of electrokinetic measurements in a study of pulp wastewater treatment with aluminum and iron (III) salts. Polish Journal of Chemical Technology, 7(1): 13–19.
• EDWARDS G.A., AMIRTHARAJAH A. 1985. Removing color caused by humic acids. Jour. AWWA, 77(3): 50–57.
• FLYNN M. CH. 1984. Hydrolysis of inorganic iron(III) salts. Chem. Rev., 84(1): 31–41.
• GÓRNIAK A. 1996. Substancje humusowe i ich rola w funkcjonowaniu ekosystemów słodkowodnych. Dissertationes Univ. Varsoviensis, Białystok, 448: 151.
• HERMANOWICZ W., DOJLIDO J., DOŻAŃSKA W., KOZIOROWSKI B., ZEBRA J. 1999. Fizyczno-chemiczne badania wody i ścieków. PWN, Warszawa.
• JIANG J.Q., GRAHAM N.J.D. 1998. Observations of the comparative hydrolysis/precipitation behaviour of polyferic sulphate and ferric sulphate. Research note. Wat. Res., 32(3): 930–935.
• JANSEN B., NIEROP K.G.J., VERSTRATEN J.M. 2002. Influence of pH and metal/carbon ratios on soluble organic complexation of Fe(II), Fe(III) and Al(III) in soil solutions determined by diffusive gradients in thin films. Analytica Chimica Acta, 454: 259-270.
• KAISER K. 1998. Fractionation of dissolved organic matter affected by polyvalent metal cations. Org. Geochem, 28(12): 849–854.
• KINNIBURGH D.G., RIEMSDIJK W.H. VAN, KOOPAL L.K, BORKOVEC M., BENEDETTI M.F., AVENA M.J. 1999. Ion binding to natural organic matter: competition, heterogeneity, stoichiometry and thermodynamic consistency. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 151: 147–166.
• KONONOWA M. 1968. Substancje organiczne gleby, ich budowa, właściwości i metody badań. PWRiL, Warszawa.
• LEFEBVRE E., LEGUBE B. 1993. Coagulation-floculation par le chlorure ferrique de quelques acides organiques et phenols en solution aqueuse. Wat. Res., 27(3): 433–447.
• LU X., CHEN Z., YANG X. 1999. Spectroscopic study of aluminium speciation in removing humic substances by Al coagulation. Wat. Res., 33(15): 3271–3280.
• MARTIN R.B. 1991. Fe³⁺ and Al³⁺ hydrolysis equilibria. Cooperativity in Al³⁺ hydrolysis reactions. Journal of Inorganic Biochemistry, 44: 141–147.
• O’MELIA CH.R., BECKER W.C., AU K.K. 1999. Removal of humic substances by coagulation. Wat. Sci. Tech., 40(9): 47–54.
• SCHNITZHER M., KHAN S.U. 1972. Humic substances in the environment. Marcel Dekker Inc., New York.
• SCHULTEN H.R. 2001. Models of humic structures: association of humic acids and organic matter in soils and water. [In:] Humic substances and chemical contaminants. Soil Science Society of America, Inc., pp. 73–87.
• SOUZA SIERRA M.M. DE, AREND K., NEVES FERNANDES A., GIOVANELA M., SZPOGANICZ B. 2001. Application of potentiometry to characterize acid and basic sites in humic substances. Testing the BEST7 program with a weak-acid mixture. Analytica Chimica Acta, 445: 89–98.
• TIPPING E., REY-CASTRO C., BRYAN S.E., HAMILTON-TAYLOR J. 2002. Al(III) and Fe(III) binding by humic substances in freshwaters, and implications for trace metal speciation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 66(18): 3211–3224.
• WESOŁOWSKI D.J., PALMER D.A. 1994. Aluminum speciation and equilibria in aqueous solution: V. Gibbsite solubility at 50°C and pH 3-9 in 0.1 molal NaCl solutions (a general model for aluminum speciation; analytical methods). Geochimica et Cosmochimica Acta, 58(14): 2947–2969.
• ZHANG X., MINEAR R.A. 2002. Characterization of high molecular weight disinfection byproducts resulting from chlorination of aquatic humic substances. Envi. Sci. Technol., 36(19): 4033–4038.