Treatment train with tire crumb rubber and cyperus haspan: a new approach for remediation of explosives-containing water

Abstract

The objective of this work was to study the adsorption capacity of TNT and DNT by the use of tire crumb rubber (TCR) and the phytoremediation capacity of a native plant known as dwarf papyrus. Several batch and continuous-flow experiments were performed in order to study the treatment capacity of the tire crumb rubber and dwarf papyrus, individually and in combinations. Results showed that the TCR was capable of reducing the TNT and DNT concentrations in the water. For example, TNT was decreased in 24 hours from 7.6 to 0.18 ppm by adsorption to 15 g TCR. Smaller TCR sizes (mesh 30) decreased more explosives than bigger sizes (mesh 14–20). TCR adsorption of explosives was greater at a higher temperature (10 vs. 40 oC). However, pH did not play an important role in explosives adsorption to TCR. The explosives adsorption to TCR was slightly lower than that to granular activated carbon (GAC) in the early period of adsorption, but they were comparable at a longer adsorption time with a higher amount of adsorbents. For instance, after 24 hours, 25 g of GAC removed greater than 98% of TNT and DNT, whereas 25 g TCR removed 86.5% TNT and 89% DNT. But after 48 hours, 50 g GAC removed >99% of both explosives and 50 g TCR achieved 91 and 96% adsorption of TNT and DNT, respectively. Dwarf papyrus was able to reduce the explosives concentration without suffering adverse damage in its growth and development. For example, the TNT concentration decreased in a week by 53–97% depending on the initial TNT concentration at 0.5–10 ppm. TNT was mostly found in the roots, followed by the stems and the flowers. An in-series continuous-flow treatment train of TCR adsorption followed by dwarf papyrus phytoremediation was able to reduce TNT and DNT concentrations by approximately 52 and 50%, respectively. These results are expected to promote beneficiation of a solid waste TCR in environmental remediation in combination with green phytoremediation with dwarf papyrus.

El objetivo de este trabajo fue estudiar la capacidad de adsorción de TNT y DNT mediante el uso de neumáticos triturados y la capacidad fitorremediativa de una planta nativa conocida como papiro enano. Diversos experimentos de lote y flujo continuo fueron realizados con el fin de estudiar la capacidad de tratamiento de los neumáticos triturados y el papiro enano, individualmente y en combinación. Los resultados mostraron que los neumáticos triturados son capaces de reducir las concentraciones de TNT y DNT en el agua. Por ejemplo, TNT se redujo en 24 horas de 7.6 a 0.18 ppm por la adsorción de 15 g de neumáticos triturados. Neumáticos triturados de menor tamaño (malla 30) redujeron más explosivos que los tamaños mayores (malla 14–20). La adsorción de explosivos por parte de los neumáticos triturados fue mayor a mayores temperaturas (10 vs. 40 °C). Sin embargo, el pH no fue un factor determinante en la adsorción de explosivos por los neumáticos triturados. La adsorción de explosivos por los neumáticos triturados fue ligeramente inferior que el carbón activado granulado temprano en el periodo de adsorción, pero eran comparables a tiempos de adsorción mayores y con mayor cantidad de adsorbente. Por ejemplo, después de 24 horas, 25 g de carbón activado granulado removió más de 98% de TNT y DNT, en cambio 25g de neumáticos triturados removieron 86.5% de TNT y 89% de DNT. Pero después de 48 horas, 50 g de carbón activado granulado removió >99% de ambos explosivos y 50 g de neumáticos triturados alcanzaron 91% y 96% de adsorción de TNT y DNT, respectivamente. El papiro enano fue capaz de reducir la concentración de los explosivos sin sufrir daños adversos a su crecimiento y desarrollo. Por ejemplo, la concentración del TNT disminuyó en una semana por 53–97% dependiendo de la concentración inicial del TNT a 0.5–10 ppm. TNT se encontró mayormente en las raíces, seguido por los tallos y flores. Un tren de tratamiento en serie de flujo continuo de adsorción por neumático triturado seguido por la fitorremediación del papiro enano fue capaz de reducir las concentraciones de TNT y DNT por aproximadamente 52 y 50%, respectivamente. Estos resultados se esperan promuevan el beneficio de un desperdicio sólido como lo son los neumáticos triturados en la remediación ambiental en combinación con la eco-amigable fitorremediación del papiro enano.