SCOPUS
SCIE
Zero-valent iron for the abatement of arsenate and selenate from flowback water of hydraulic fracturing
저자
Sun, Yuqing ; Chen, Season S. ; Tsang, Daniel C.W. ; Graham, Nigel J.D. ; Ok, Yong Sik ; Feng, Yujie ; Li, Xiang-Dong
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2017
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
163-170(8쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Zero-valent iron (ZVI) was tested for the removal of 150 μg L<SUP>−1</SUP> As(V) and 350 μg L<SUP>−1</SUP> Se(VI) in high-salinity (ionic strength 0.35–4.10 M) flowback water of hydraulic fracturing. Over 90% As(V) and Se(VI) was removed by 2.5 g L<SUP>−1</SUP> ZVI in Day-14 flowback water up to 96-h reaction, with the remaining concentration below the maximum contaminant level for As(V) and criterion continuous concentration for Se(VI) recommended by US EPA. The kinetics of As(V) and Se(VI) removal followed a pseudo-second-order rate expression with the observed rates of 4.51 × 10<SUP>−2</SUP>–4.91 × 10<SUP>−1</SUP> and 3.48 × 10<SUP>−2</SUP>–6.58 × 10<SUP>−1</SUP> h<SUP>−1</SUP> (with 0.5–10 g L<SUP>−1</SUP> ZVI), respectively. The results showed that Se(VI) removal significantly decreased with increasing ionic strength, while As(V) removal showed little variation. Common competing anions (nitrate, bicarbonate, silicate, and phosphate), present in shallow groundwater and stormwater, caused marginal Se(VI) desorption (2.42 ± 0.13%) and undetectable As(V) desorption from ZVI. The competition between As(V) and Se(VI) for ZVI removal depended on the initial molar ratio and surface sites, which occurred when the Se(VI) concentration was higher than the As(V) concentration in this study. The characterization of As(V)- and Se(VI)-loaded ZVI by X-ray diffraction and Raman analysis revealed that ZVI gradually converted to magnetite/maghemite corrosion products with lepidocrocite in flowback water over 30 days. Similar corrosion compositions were confirmed in aerobic and anaerobic conditions regardless of the molar ratio of As(V) to Se(VI). The high reactivity and stability of ZVI showed its suitability for <I>in-situ</I> prevention of As(V) and Se(VI) migration due to accidental leakage, spillage, or overflow of flowback water.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> As(V) and Se(VI) in high-salinity flowback water was effectively removed by ZVI. </LI> <LI> As(V) removal was less susceptible to ionic strength variations than Se(V). </LI> <LI> Competing anions in groundwater and stormwater caused insignificant desorption. </LI> <LI> As(V) and Se(VI) competition depended on their molar ratio and ZVI surface sites. </LI> <LI> Surface characteristics of ZVI were unaffected by molar ratio and dissolved oxygen. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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