velikost textu

Adsorption of organic compounds onto activated carbon in water treatment process

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Adsorption of organic compounds onto activated carbon in water treatment process
Název v češtině:
Adsorpce organických látek na aktivním uhlí při úpravě vody
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Ivana Kopecká
Školitel:
RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D.
Oponenti:
Ing. Libuše Benešová, CSc.
Ing. prof. Václav Janda, CSc.
Konzultant:
RNDr. Petra Hnaťuková, Ph.D.
Id práce:
97525
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav pro životní prostředí (31-550)
Program studia:
Environmentální vědy (P3931)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
2. 6. 2014
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
aktivní uhlí, adsorpce, přírodní organické látky, organické látky produkované fytoplanktonem, buněčné peptidy, povrchový náboj, úprava pitné vody
Klíčová slova v angličtině:
activated carbon, adsorption, natural organic matter, algal organic matter, cellular peptides, surface charge, water treatment
Abstrakt:
ABSTRAKT    Disertační  práce  se  zabývá  využitím  aktivního  uhlí  při  odstraňování  nízkomolekulárních  organických  látek  produkovaných  sinicemi  a  řasami  (AOM  –  Algal  Organic Matter) při úpravě pitné vody a také vlivem těchto látek na adsorpci antropogenních  mikropolutantů,  které  jsou  v  surové  vodě  přítomny.  Základem  práce  jsou  výsledky  publikované ve čtyřech mezinárodních recenzovaných časopisech s impakt faktorem a dvou  konferenčních příspěvcích.    Účinnost  odstraňování  AOM  byla  studována  pomocí  rovnovážných  a  kinetických  laboratorních  testů  s různými  typy  granulovaného  aktivního  uhlí  a  buněčnými  peptidy  s molekulovou  hmotností  <  10  kDa  produkovanými  sinicí  Microcystis  aeruginosa,  u  kterých  bylo již dříve prokázáno, že jsou velmi obtížně odstranitelné konvenční úpravou pitné vody  pomocí  koagulace/flokulace,  a  je  tak  třeba  je  odstraňovat  jinými  procesy.  Vliv  vlastností  roztoku na adsorpci peptidů byl posuzován prostřednictvím testů při různých hodnotách pH  a  iontové  síly.  Negativní  vliv  peptidů  na  adsorpci  organických  mikropolutantů  přítomných  v surové vodě byl simulován prostřednictvím kompetitivních adsorpčních testů s herbicidem  alachlorem a terbuthylazinem a uhlím čistým i předem zatíženým buněčnými peptidy.    Výsledky  provedených  testů  prokázaly,  že  aktivní  uhlí  je  v případě  vhodného  nastavení  podmínek  adsorpce  velmi  dobrým  adsorbentem  pro  odstraňování  přírodních  i  antropogenních organických polutantů. Účinnost adsorpce velmi silně závisí na pH roztoku,  které ovlivňuje jak protonizaci/deprotonizaci funkčních skupin polutantů, tak i náboj povrchu  aktivního  uhlí.  V případě  peptidů  jejich  naadsorbované  množství  výrazně  roste  s poklesem  pH  do  kyselé  oblasti  (z  pH  8,5  na  pH  5)  a  zároveň  s růstem  zastoupení  sekundárních  mikropórů  a  mezopórů  ve  struktuře  aktivního  uhlí.  Adsorpce  je  také  výrazně  ovlivněna  iontovou  silou  roztoku,  která  může  adsorpci  peptidů  v závislosti  na  pH  a  typu  použitého  aktivního uhlí posílit nebo potlačit prostřednictvím vlivu na elektrostatické síly v adsorpčním  systému. Mezi peptidy byly přednostně adsorbovány ty s nižší molekulovou hmotností pod  4,5  kDa.  Prokázán  byl  i  negativní  vliv  nízkomolekulárních  peptidů  na  odstranění  obou  herbicidů  z roztoku  díky  jejich  kompetitivní  adsorpci.  Tento  vliv  byl  patrný  zejména  při  nízkém pH (pH 5), což koresponduje s vyšší adsorpcí peptidů za těchto podmínek.    
Abstract v angličtině:
ABSTRACT    The dissertation thesis focuses on the application of activated carbon for the removal  of  low  molecular  weight  algal  organic  matter  (AOM)  produced  by  phytoplankton  during  drinking water treatment, as well as on the effect of AOM on adsorption of anthropogenic  micropollutants  contained  in  raw  water.  The  results  of  this  study  have  been  published  in  international peer‐reviewed journals in 4 papers and in 2 conference contributions.    The  efficiency  of  AOM  removal  was  studied  in  laboratory  equilibrium  and  kinetic  experiments  using  different  types  of  granular  activated  carbon  and  cellular  peptides  with  molecular weight < 10 kDa produced by cyanobacterium Microcystis aeruginosa. It has been  previously  confirmed  that  these  peptides  are  removed  with  difficulty  during  the  conventional  water  treatment  based  on  coagulation/flocculation  processes  and  therefore,  other methods need to be applied for their restriction. The effect of solution properties on  peptide  adsorption  was  assessed  by  the  tests  at  different  pH  values  and  at  variable  ionic  strengths.  The  negative  impact  of  peptides  on  the  adsorption  of  organic  micropollutants  present  in  raw  water  was  simulated  using  competitive  adsorption  experiments  with  herbicides  alachlor  and  terbuthylazine  and  fresh  activated  carbons  and  carbons  preloaded  with cellular peptides.    The experimental results proved that activated carbon can be an effective adsorbent  for  natural  and  anthropogenic  organic  pollutants  in  case  of  properly  designed  adsorption  conditions. Adsorption efficiency depends strongly on solution pH value, which affects both  the  protonation/deprotonation  of  pollutants’  functional  groups  and  surface  charge  of  activated carbon. The amount of adsorbed peptides markedly increases with the decrease of  pH value to acidic region (from pH 8.5 to pH 5) and with the increasing portion of secondary  micropores  and  mesopores  in  activated  carbon  structure.  Moreover,  adsorption  is  significantly  affected  by  the  solution  ionic  strength,  which  can  enhance  or  reduce  peptide  removal through the influence on electrostatic interactions in adsorption system. The effect  of  ionic  strength  depends  on  the  pH  value  and  the  type  of  activated  carbon.  Among  COM  peptides, those with molecular weights below 4.5 kDa were removed preferentially and had  negative effect on the removal of both herbicides owing to the competitive adsorption. This  was  apparent  mainly  at  acidic  pH  value  (pH  5)  and  thus  corresponded  well  to  higher  adsorption of peptides under such conditions.   
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Ivana Kopecká 6.13 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Ivana Kopecká 104 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Ivana Kopecká 102 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Libuše Benešová, CSc. 739 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. prof. Václav Janda, CSc. 1.07 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 602 kB