Upload
flavio
View
68
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék. ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSA IVÓVÍZB Ő L. L AKY D ÓRA. V ÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK. TÉMAKÖRÖK. Az arzénprobléma ismertetése – nemzetközi és hazai helyzet Arzénmentesítési technológiák Arzénmentesítés koagulációval (részletek, esettanulmány) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
LAKY DÓRA
ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSA IVÓVÍZBŐL
BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
TÉMAKÖRÖK
Az arzénprobléma ismertetése – nemzetközi és hazai helyzet
Arzénmentesítési technológiák
Arzénmentesítés koagulációval (részletek, esettanulmány)
Adszorpciós arzénmentesítés
Technológiák összefoglalása (előnyök-hátrányok, költségek)
Minta-technológiák bemutatása
Smedley és Kinniburgh, 2002
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNPROBLÉMA A VILÁGBAN
50 μg/L 10 μg/L
A határérték meghatározása:
Maximálisan megengedhető arzén bevitel: 2 μg arzén/kg/nap
Átlagos 70 kg-os testtömeget feltételezve 140 μg arzén/nap
Biztonsági tényezők figyelembe vétele: 100 μg arzén/nap
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK SZIGORODÁSA
100 μg arzén/nap
Étel: 60-80 μg arzén/nap
Ivóvíz általi fogyasztás:20 μg arzén/nap
2L-es átlagos ivóvízfogyasztástfeltételezve
10 μg/L a maximálisanmegengedhető arzén
koncentráció ivóvízben
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK MEGÁLLAPÍTÁSA
100 μg arzén/nap
Étel: 20-30 μg arzén/nap
Ivóvíz általi fogyasztás:70 μg arzén/nap
2L-es átlagos ivóvízfogyasztástfeltételezve
30 μg/L maximálisarzénkoncentráció
megengedhető lenne???
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK MEGÁLLAPÍTÁSAMagyarországon….
Arzén
Határérték:• Régi magyar hé.: 50 μg/L• EU: 10 μ g/L
Előfordulás: oldott állapotú anyag jelenik meg felszínalatti (mélységi) vizeinkben
A vizekben az arzén főként a redukált állapotú As(III),
vagy az oxidált állapotú As(V) formájában jelenik meg
- a mélységi vizekre a redukált forma a jellemző
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK SZIGORODÁSA
Forrás: ÁNTSZ (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A MAGYARORSZÁGI ARZÉNHELYZET
As(V) előfordulása a pHfüggvényében
As(III) előfordulása a pHfüggvényében
Forrás: Fields et al. (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN
As(V) előfordulása a pHfüggvényében
As(III) előfordulása a pHfüggvényében
Forrás: Fields et al. (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN
Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban
jelenik meg
Az arzén felszín alatti vizeinkben gyakran vas és mangán
vegyületekkel együtt fordul elő
Adott körülmények között (például az ásványokban jelen lévő kén átalakulása miatt, a fémek és az arzén oldott állapotba kerülhetnek)
Reduktív viszonyok között a vas, a mangán és az arzén oldott
állapotú vegyületei stabilizálódnak
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉN EREDETE
Arzénkioldódásakőzetekből
Emberieredetű
As szennyezés
Arzénmegjelenése a
vízbázisban
Arzéna víztisztító
telepen
Arzénoxidációja
Koaguláció(fém-só
adagolás)
Szil./foly.fázisszétvál.gyorsszűrés
Szil./foly.fázisszétvál.
ultra/mikrosz.
pH HCO3- Si
PO43-szerves
a.
As-tartalmú iszap
víztelenítése
Iszapelhelyezése
Arzéntartalom
visszanyerése
Adszorpciósarzén-
mentesítés
Nanoszűrés/fordítottozmózis TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNPROBLÉMAVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ TECHNOLÓGIÁK
Alkalmazott technológia
Arzén-eltávolító mechanizmus
Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás
Kicsapatás – adszorpció – koprecipitáció
Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció
Adszorpció
Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció
Adszorpció
Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás
Adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció
Membrántechnológiák nyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás (előtte koaguláció)
vagy: oldott As eltávolítása (RO, nanoszűrés)
[Al(H2O)6]3+ [Al(H2O)5OH]2+ + H3O+H2O
[Al(H2O)5OH]2+ [Al(H2O)4(OH)2]+ + H3O+H2O
[Al(H2O)4(OH)2]+ Al (OH)3˙3H2O + H3O+H2O
HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A KOAGULÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN
Az alumínium-hidroxidok között létrejövő hidrogén-híd kötés(szaggatott vonallal jelölve) és a kolloid szol aggregálódása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A KOAGULÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVALMi keletkezik az arzéntartalmú víz koagulációja során? Az arzén kapcsolatba kerül a vas- és alumínium
pelyhekkel
Tiszta csapadékok (Al(OH)3, Fe(OH)3, AlAsO4, FeAsO4) gyakorlatilag nem keletkeznek
A keletkező pehelybe az arzén mellett a többi, vízben található komponens is beépül (úgymint foszfát, szilikát, szervesanyagok)
Oxidáció
Koaguláció (szilárd formává történő átalakítás)
Szilárd/folyadék fázisszétválasztás (ülepítés, szűrés)
Az alkalmazható oxidálószerek:KlórKálium-permanganátÓzonLevegő oxigénje – nem elég erős
A KOAGULÁCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS LÉPÉSEIVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVALA KÖVETKEZŐ KOMPONENSEK/VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK HATÁSAIRÓL LESZ SZÓ:
Szervesanyag
Szilikát
Foszfát
pH / lúgosság
Optimális pH, koaguláns dózis, koaguláns típus, stb. meghatározására (előkísérlet)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAR TESZTEK (POHARAS KÍSÉRLETEK)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása Komplexképző hatás: ennek során a vízbe
adagolt fém ionok és huminsavak olyan vegyületeket képeznek, melyek vízoldhatósága jobb, mint az aggregálódott fém-hidroxid pelyheké (melyek a huminsavtól mentes vízben keletkeznek) a keletkezett vegyületek lényegében átjutnak a szűrőn
Kolloidstabilizáló hatás: ennek következtében pedig a huminsav bevonja a fém-hidroxid pelyhek felületét, így megfelelő méretű pelyhek nem képesek kialakulni, a keletkező pelyhek – és ennek következtében a vízben található, és a pelyhekbe beépült arzén is – átjutnak a szilárd/folyadék fázisszétválasztási egységen. Ez utóbbi negatív hatás segéd-derítőszer adagolásával kompenzálható (Kelemen, 1991)
0
50
100
150
200
250
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
mmol Fe/L
As (µ
g/L)
KOIPS = 13 mg/L KOIPS = 1 mg/L
10 µg/L
Arzénmentesítés vas(III)-klorid só adagolásával alacsony (KOIPS = 1 mg/L) és magas (KOIPS = 13 mg/L) szervesanyagtartalom esetén
Mar
adó
oldo
tt A
s [µ
g/L]
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása
A 10 µg/L arzén koncentráció eléréséhez szükséges Me3+ : As mólarány
KOIPS ~ 1 mg/L KOIPS ~ 13 mg/L
Fe3+ (vas-klorid koaguláns) 6,8 85,1Al3+ (alumínium-szulfát koaguláns) 44,3 272,5
A szükséges koaguláns dózisok között nagyságrendi különbség van!
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatásaOrtokovasav disszociációja; az egyes szilikát-formák előfordulásiaránya a pH függvényében
01020
3040506070
8090
100
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
[%]
H4SiO4 H3SiO4- H2SiO42-H4SiO4 H3SiO4- H2SiO4
2-
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
pH
Fe [m
g/L]
0 mg/L SiO2
30 mg/L SiO2
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
Maradék vaskoncentráció (0,45 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően) a pH függvényében szilikát mentes és 30 mg/L SiO2 tartalmú modell oldatokban (3 mmol/L NaHCO3; ioncserélt vízből készített modell oldat; 1,5 mg Fe/L vas(III)-klorid koagulálószer adagolása)
Arzénmentes, szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
Maradék arzénkoncentrációk (0,45 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően) a szilikát koncentráció függvényében (3 mmol/L NaHCO3; 60 µg/L kezdeti As(V) koncentráció; 1,5 mg Fe/L vas(III)-klorid koagulálószer adagolása)
Arzén és szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70
SiO2 [mg/L]
As [µ
g/L]
pH = 7,5
pH = 8,5
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 600
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
As: filtered through 0.45 µm pore-size membrane As: filtered through 0.2 µm pore-size membrane
Fe: filtered through 0.45 µm pore-size membrane Fe: filtered through 0.2 µm pore-size membrane
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
SiO2 [mg/L]
As [µ
g/L]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fe [m
g/L]
0,45 µm pórusméret; As
0,45 µm pórusméret; Fe
kezdeti As
adagolt Fe(III) = 1,5 mg/Lkezdeti pH = 8,5
Mar
adó
oldo
tt A
s [µ
g/L]
0,45 µm pórusméretű membránon szűrve0,45 µm pórusméretű membránon szűrve
0,2 µm pórusméretű membránon szűrve0,2 µm pórusméretű membránon szűrve
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
SiO2 [mg/L]
As [µ
g/L]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fe [m
g/L]
As: filtered through 0.45 µm pore-size membrane As: filtered through 0.2 µm pore-size membrane
Fe: filtered through 0.45 µm pore-size membrane Fe: filtered through 0.2 µm pore-size membrane
0,2 µm pórusméret; As
0,2 µm pórusméret; Fe
módszer: Liu et al. (2007)
Mar
adó
oldo
tt A
s [µ
g/L] 0,45 µm pórusméret; As
0,45 µm pórusméret; Fe
kezdeti As
0,45 µm pórusméretű membránon szűrve0,45 µm pórusméretű membránon szűrve
0,2 µm pórusméretű membránon szűrve0,2 µm pórusméretű membránon szűrve
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A szilikát-tartalom hatása - következtetések: A 0,2 μm pórusméretű membránon történő szűrés
következtében a vas-tartalom lényegében határérték körülire csökkent, ugyanakkor az arzénkoncentrációban ennyire jelentős csökkenést nem lehetett tapasztalni
Szilikát esetén nem arról van szó, hogy apró fém-hidroxid pelyhek keletkeznek, melyek átjutnak a szűrőn (ez történik pl. a szerves komplexek képződésekor), hanem a fém-hidroxid és az arzén között nem alakul ki megfelelő kapcsolat (ezért van az, hogy a kisebb pórusméretű membránszűrő a vasat ugyan kiszűri, de az arzént nem, ugyanis az arzén nem tudott kellő mértékben kapcsolatba kerülni az apró fém pelyhekkel)
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Koaguláns dózis [mg Fe(III)/L]
As
[µg/
L]
As: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon As: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon
Arzénkoncentráció értékek 0,45 µm és 0,2 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően növekvő vas koaguláns és fix szilikát dózis (50 mg/L SiO2) alkalmazása esetén (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/L kezdeti As(V) koncentráció; kezdeti pH = 8)
A koaguláns dózis növelésével a szilikát arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása kompenzálható elérhető a 10 μg/L alatti maradék arzénkoncentráció (azonban lényegesen magasabb, kb. háromszoros koaguláns dózisra volt szükség ehhez, mint szilikát-mentes rendszerekben)
P OOO
O
x
x
x
x
x
x
3 -
As OOO
O
x
x
x
x
x
x
3 -
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
0102030405060708090
100
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
[%]
H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43-
Foszforsav disszociációja; az egyes orto-foszfát formák előfordulási aránya a pH függvényében
H3PO4 H2PO4- HPO4
2- PO43-
Minden vizsgált pH értéken és koaguláns dózisnál a foszfátkoncentráció arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása egyértelmű voltAlacsonyabb koaguláns dózisnál, és magasabb pH értékeknél ez a hatás erőteljesebben jelentkezik
Mar
adó
oldo
tt A
s [µ
g/L]
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
Csapvízből készített modell oldatok; kezdeti pH = 7,6 – 7,7; Fe koaguláns alkalmazása vas(III)-klorid formájában adagolva
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatásaVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Arzenát eltávolítása a pH függvényében(budapesti csapvízből készített modell oldat, FeCl3, Al2(SO4)3 és Bopac koagulánsok)
pH-nak jelentős hatása vanaz As eltávolításraEltávolított As (%)
FeCl3, ~ 200 µg/L kezdeti As(V) koncentráció0,017 mmol Fe3+/LAl2(SO4)3, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció0,131 mmol Fe3+/LBopac, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció0,136 mmol Fe3+/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – pH hatása
pH hatása az arzéneltávolításra alumínium-szulfát koagulálószer alkalmazásaesetén (hajdúbagosi nyersvíz (2. sz. kút, üzemen kívül); előoxidáció 1,35 mgCl2/L hypóval, 70 μg/L kezdeti arzénkoncentráció)
A koaguláns dózis növelésévela pH hatása csökken
Old
ott
As (
μg/L
)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – pH hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Lúgosság hatása
0
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Lúgosság [meq/L]
As
[µg/
L]
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
pH
As (kezdeti pH = 8,0) As (kezdeti pH = 7,0)
végső pH (kezdeti pH = 8,0) végső pH (kezdeti pH = 7,0)
Maradék arzénkoncentrációk a kezdeti lúgosság (NaHCO3 tartalom) függvényében (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/L kezdeti As(V) koncentráció; 1 mg/L Fe koaguláns adagolása vas(III)-klorid formájában)
Következtetés: a lúgosságnak leginkább közvetetten van hatása a végső pH érték befolyásolásán keresztül. A hazai vizek pufferkapacitása elég magas, így a hidroxid-képződés biztosan végbemegy, amivel inkább számolni kell, az a nagy lúgosság kevésbé csökken a koagulációt követően kialakuló pH érték kisebb mértékű arzén eltávolítás
Mér
t As
[μg
/L]
Mér
t As
[μg
/L]
Számított As [μg/L]
Számított As [μg/L]
Igazolás
Oldott As [µg/L] = – 94,44 + 31,14 * PO4-P [mg/L] + 14,71 * pH + 0,55 * SiO2 [mg/L] – 5,80 * Fe [mg/L]
A 10 µg/L-es arzénkoncentráció eléréséhez szükséges vas koaguláns mennyisége:
Fe [mg/L] ≥ -18,01 + 5,37 * PO4-P [mg/L] + 2,54 * pH +0,09 * SiO2 [mg/L]
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A tényezők együttes vizsgálata – Regresszió analízis
Oldott As [µg/L] = – 94,44 + 31,14 * PO4-P [mg/L] + 14,71 * pH + + 0,55 * SiO2 [mg/L] – 5,80 * Fe [mg/L]
A parciális korreláció értékek vizsgálata alapján a legjelentősebbbefolyásoló tényezők: a szilikát koncentráció és a vas koaguláns mennyiségeA 10 µg/L-es arzénkoncentráció eléréséhez szükséges vas koaguláns
mennyisége:Fe [mg/L] ≥ -18,01 + 5,37 * PO4-P [mg/L] + 2,54 * pH +0,09 * SiO2 [mg/L]
Az összefüggésben a végső pH szerepel mint változó, ez az érték azonbanfügg a kezdeti pH, lúgosság, valamint vas-koaguláns mennyiségétől az első lépés a végső pH érték számítása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Regresszió analízis (2)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7,007,50
8,008,50
9,00
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
Végső pH
Fe [mg/L]
Kezdeti pH
Lúgosság = 3,0 meq/L
8.5-9
8-8.5
7.5-8
7-7.5
6.5-7
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Regresszió analízis (3)
Az adatok szórásának az oka: a szilikát-tartalmú oldatokkal végzett kísérletek során a pelyhek mérete a 0,2 – 0,45 μm mérettartományba esik
Szilikátos oldatokeredményeinekelhagyásával aszórás jelentősencsökkent
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
Számított As [µg/L]
Mért
As [µ
g/L]
95 %-os valószínűség tartománya 90 %-os valószínűség tartománya
Mér
t As
[μg
/L]
Számított As [μg/L]Oldott As [µg/L] = – 60,36 + 57,1*PO4-P [mg/L] + 10,61*pH –
10,10*Fe [mg/L]
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Regresszió analízis (4)
PO4-P (mg/L) pH SiO2
(mg/L)KOIPS
(mg/L)min. Fe (mg/L)
0,15 7,2 40 1,5 4,70,40 7,2 40 1,5 6,00,15 7,2 60 1,5 6,50,40 7,2 60 1,5 7,80,40 8,2 60 1,5 10,4
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A regressziós összefüggés alkalmazása
A nyersvíz jellemzői:
pH 7.6 – 7.7 redox potenciál
-110 – -55 mV
arzén 35 – 70 μg/L vas 0.50 – 0.75
mg/L mangán 0.18 – 0.25
mg/L KOIPS 1.4 – 2.2 mg/L foszfát 0.5 – 0.6 mg/Lammónium 1.2 – 1.5 mg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
Nyers-víz
A félüzemi berendezés folyamatábrája
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
1 m3/h
1 m3/h
Nyers-víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
~ 130 rpm~ 2 min
Nyers-víz
A félüzemi berendezés folyamatábrája
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
~ 15 rpm~ 20 min
Nyers-víz
A félüzemi berendezés folyamatábrája
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
szemcseméret: 1-2 mm
szemcseméret: 2-3 mm
Szűrési sebesség: 20 m/h 7 m/h
Nyers-víz
A félüzemi berendezés folyamatábrája
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek
KMnO4 NaOCl
FeCl3 Al2(SO4)3
Koaguláló-szer
Oxidáló-szer
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
KMnO4 NaOCl
FeCl3 Al2(SO4)3
Koaguláló-szer
Oxidáló-szer
A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz Gyors v. bekeverők Flokkulátor Szűrők Kezelt víz
Nyers-víz
Szűrési sebesség: 20 m/h 7 m/h
szemcseméret: 1-2 mm
szemcseméret: 2-3 mm
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
As µ
g/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
20 m/h 7 m/h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, As koncentráció
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
As u
g/L
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Che
mic
als:
mg
KMnO
4/L,
mg
Fe/L
KMnO4
FeCl3
raw As
raw , dissolved As
B1 As
B1 dissolved As
20 m/h 7 m/h
As µ
g/L
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
B1 As
B1 As szűrt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, As koncentráció
20 m/h 7 m/h
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
Fe m
g/L
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Che
mic
als:
mg
KM
nO4/
L, m
g Fe/
L
KMnO4
FeCl3
raw Fe
raw , dissolved Fe
A1 Fe
A1 dissolved Fe
Fe m
g/L
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
A1 Fe
A1 Fe szűrt
Kút Fe
Kút Fe szűrt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, Fe koncentráció
20 m/h 7 m/h
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Fe
mg/
L
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
Fe m
g/L
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
B1 Fe
B1 Fe szűrt
Kút Fe
Kút Fe szűrt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, Fe koncentráció
20 m/h 7 m/h
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Mn
mg/
L
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Mn
mg/
L
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
A1 Mn
A1 Mn szűrt
Kút Mn
Kút Mn szűrt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, Mn koncentráció
20 m/h 7 m/h
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Mn
mg/
L
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Mn
mg/
L
Vegy
szer
ek: m
g KM
nO4/
L, m
g Fe
/L
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 350,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Permanganát
Vas(III)-klorid
Kút As
Kút As szűrt
A1 As
A1 As szűrt
B1 Mn
B1 Mn szűrt
Kút Mn
Kút Mn szűrt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, Mn koncentráció
KMnO4 NaOCl
FeCl31,5 mg KMnO4/L
2,0 mg Fe3+/L1,35 mg Cl2/L2,0 mg Fe3+/L
Al2(SO4)31,5 mg KMnO4/L
5,0 mg Al3+/L1,35 mg Cl2/L5,0 mg Al3+/L
Koaguláló-szer
Oxidáló-szer
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Az As eltávolítás szempontjából optimális vegyszerdózisok
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Paraméter ÉrtékpH 8,2 ± 0,1redox potenciál -108 ± 49 mVarzén 43 ± 9 μg/Lvas 0,16 ± 0,06
mg/Lmangán 0,03 ± 0,03
mg/LKOIPS 4,00 ± 0,50
mg/Lfoszfát 0,20 ± 0,02
mg/Lammónium 1,03 ± 0,04
mg/Llúgosság 9,0 ± 0,2 meq/Lszilikát ~ 18 mg SiO2/Lmetán ~ 40 NL/m3
A kezelendő víz minősége
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
1 m3/ h
1 m3/ h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
~ 130 rpm~ 2 min
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
~ 15 rpm~ 20 min
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
szemcseméret:: 1-2 mm
átmérő: 350 mm
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Alkalmazott vízhozam a félüzemi kísérletekben: 0,5 m3/hA kialakuló szűrési sebeség: 5,2 m/h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
As (µg/L) Vegyszerek (mg/L)
10 µg/L
1 mg/L KMnO4 és4 mg Fe(III)/L
FeCl3
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletekOptimális vegyszer-koncentrációk: KMnO4/FeCl3
As (µg/L) Vegyszerek (mg/L)
10 µg/L
1.7 mg Cl2/L NaOCl és4 mg Fe(III)/L FeCl3
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletekOptimális vegyszer-koncentrációk: NaOCl/FeCl3
A homokszűrőről lejövő víz összes és oldott arzénkoncentrációja közötti összefüggés
y = 0,8273x + 0,3772R2 = 0,7637
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
Összes As (ug/L)
Old
ott A
s (u
g/L)
A homokszűrés megfelelőhatékonysággal távolítottael a keletkező pelyheket
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Homokszűrés hatékonysága
Rövid távon nem jelentkezett a keverés elhagyásának negatívhatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A mechanikus bekeverés elhagyásának hatása (rövid távon)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Öblítés óta eltelt idő (óra)
Össz
es A
s (ug
/L)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
0 5 10 15 20 25
Öblítés óta eltelt idő (óra)
Öss
zes
As
(ug/
L)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 5 10 15 20 25
Öss
zes
As
(µg/
L)
16141210
86420
876543210
Öss
zes
As
(µg/
L)
B sor
A sor10 µg/L
Öblítés után eltelt idő
Öblítés után eltelt idő
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A flokkulátortartály kiiktatásának hatása(A sor: nincs flokk.; B sor: üzemel a flokk. tartály)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 5 10 15 20 25
Öblítés óta eltelt idő (óra)
Öss
zes
Fe (m
g/L)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Öblítés óta eltelt idő (óra)
Öss
zes
Fe (m
g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 5 10 15 20 25
Öss
zes
Fe (m
g/L)
1,2
2
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0
Öss
zes
Fe (m
g/L)
A sor
B sor
8 óra
14 óra
Öblítés után eltelt idő
Öblítés után eltelt idő
0,2 mg/L
0,2 mg/L
12 óra
20 óra
A szűrési ciklus részletes mintázása során egyértelművé vált a flokkulátortartály kiiktatásának negatív hatása (a szűrési ciklus a felére csökkent)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A flokkulátortartály kiiktatásának hatása(A sor: nincs flokk.; B sor: üzemel a flokk. tartály)
Félüzemi szinten nem tudtuk kimutatni a nyersvíz pH csökkentésének pozitív hatását a maradó arzénkoncentrációra
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Nyersvíz pH csökkentésének hatása
As (µg/L)
10 µg/L
Vegyszerek (mg/L)
1 mg/L KMnO4 és 4.5 mg Fe(III)/L FeCl3az optimális vegyszerkoncentrációk (nagyon közel a félüzemi kísérleti eredményekhez)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletekLaboratóriumi és félüzemi kísérleti eredményekösszehasonlítása
FÉLÜZEMI KÍSÉRLETEK ÖSSZEFOGLALÁSA Optimális vegyszerkoncentrációk
meghatározása
Félüzemi éslaboratóriumikísérleti eredményekösszehasonlítása
A homokszűréshatékonyságánakértékelése
Keverési program változtatásának hatása
1 mg/L KMnO4 és
4 mg Fe(III)/L FeCl3
1 mg/L KMnO4 és
4,5 mg Fe(III)/L FeCl3
y = 0,8273x + 0,3772R2 = 0,7637
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
Összes As (ug/L)
Old
ott A
s (u
g/L)
Összes As [μg/L]
Old
ott
As [
μg/L
]
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
Paraméter ÉrtékpH 8,2 ± 0,1redoxi potenciál -108 ± 49 mVarzén 43 ± 9 μg/Lvas 0,16 ± 0,06
mg/Lmangán 0,03 ± 0,03
mg/LKOIPS 4,00 ± 0,50
mg/Lfoszfát 0,20 ± 0,02
mg/Lammónium 1,03 ± 0,04
mg/Llúgosság 9,0 ± 0,2 meq/Lszilikát ~ 18 mg SiO2/Lmetán ~ 40 NL/m3
Félüzemi kísérletek eredményei alapján:
Mind a klóros (törésponti klórdózis töredékének alkalmazásával), mind a kálium-permanganátos oxidáció megfelelő az arzén szempontjából
Komplex technológia kialakítása ammónium eltávolítása törésponti klórozással, majd vas(III)-kloriddal végzett koaguláció
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KLÓR FeCl3 KLÓR
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR FeCl3 KLÓR
430 m3/nap
TÖRÉSPONTI KLÓROZÁS
Félüzemi kísérletek eredményei alapján: 10,4 mg Cl2/L
az As(III) As(V) oxidáció végbemegy
Maradék NH4+ koncentráció: 0,1
mg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR FeCl3 KLÓR
430 m3/nap
KOAGULÁCIÓFélüzemi kísérletek eredményei alapján: 4 mg/L Fe(III) adagolása
As(V) szilárd formává alakulása megtörténik
Gyors keverés: 2 perces tartózkodási idő 0,6 m3 térfogatú vegyszerbekeverő tartály
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR FeCl3 KLÓR
430 m3/nap
FLOKKULÁCIÓ
Lassú keverés: 15 perces tartózkodási idő 4,5 m3 térfogatú vegyszerbekeverő tartály
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR FeCl3 KLÓR
430 m3/nap
GYORS HOMOKSZŰRÉS
Félüzemi kísérletek alapján: 5 m/h szűrési sebesség
Szükséges felület: 3,6 m2
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR FeCl3 KLÓR
430 m3/nap
AKTÍV SZÉN ADSZORPCIÓ
Félüzemi kísérletek alapján: 21 μg/L trihalo-metán koncentráció (határérték alatti), azonban biztonsági okokból, valamint a klórkoncentráció csökkentése érdekében aktív szén adszorber beépítése javasolt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVALKÖVETKEZTETÉSEK
Az arzénen kívül a vízben megtalálható, egyéb komponensek figyelembe vétele: Szilikát Foszfát Szervesanyag
Előkísérletek szerepe
Laboratóriumi és félüzemi léptékű eredmények összehasonlíthatósága
A folytatás: adszorpciós technológiák
AZ ADSZORPCIÓ ALAPJA Egyensúly áll be az adszorbensen megkötött
anyagmennyiség és a víztérben mért koncentráció között
Az egyensúly adott időelteltével áll be
A víztisztítási technológiákalkalmazásakor általában nem állrendelkezésre annyi idő, hogy ez azegyensúly beálljon (a kontaktidő azadszorbereken általában kisebb)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓ - FOGALMAK
Befolyó vízC0
0 Co
Elfolyó víz
Celfolyó0 Celfolyó
Aktív adszorpció zónája
Telített zóna(Celfolyó = Co)
Friss adszorber(Celfolyó = 0 mg/L)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓ - FOGALMAK
A1
A2
0
1
VB Az elfolyó víz mennyisége
Celfolyó
Co
Üres ágytérfogat = A töltet térfogata (pórusokkal együtt) Üres ágytérfogat
Vízhozam Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontakt-idő =
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSGEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ELŐÁLLÍTÁSA A vasoxidon történő felületi megkötésen alapuló
eljárást a Berlini Műszaki Egyetemen 1991 és 1994 között fejlesztették ki (Dr M. Jekel és Dr W. Driehaus)
Előállítása: A granulált vashidroxid valójában kristályos vasoxi-hidroxid (β-FeOOH), ami az akaganeit nevű természetes kristálynak felel meg. A GEH-et egy savas vasklorid-oldatból gyártják nátrium-hidroxiddal való semlegesítéssel:
A keletkező csapadékot ioncserélt vízzel kimossák, és centrifugálják, majd a hidroxidgélt megfagyasztják (víztelenítési célból a szabad vizet és az adszorbeált vizet is eltávolítja)
NaCl3)OH(FeNaOH3FeCl 33
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSGEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ALKALMAZÁSI TAPASZTALATAI 19 NÉMETORSZÁGI VÍZMŰBEN
Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontaktidő: 3 - 10 perc
Visszamosatás havi gyakorisággal, tiszta vízzel, 20 percen keresztül
50 000 - 280 000 ágytérfogatnyi víz kezelése után merültek ki a töltetek (az elfolyó víz koncentrációja meghaladta az 5 μg/L-t) 10 - 40 μg/L kezdeti arzénkoncentráció esetén 6-os pH-n: 280 000 ágytérfogat kezelése 8-as pH-n: 60 - 90 000 ágytérfogat kezelése
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSGEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS KAPACITÁSA (Driehaus, 2002)
A gyártó által megadott adatok szerint: 55 - 60 g/kg A kapacitást azonban a következő értékek
befolyásolják: Kezdeti arzénkoncentráció (mivel egyensúlyi folyamatról van
szó, nekünk azonban nem mindegy, hogy milyen kezdeti koncentrációról mekkorára szeretnénk lecsökkenteni az As-t)
Kontakt-idő a víztisztító telepeken általában nincs arra idő, hogy az egyensúly beálljon
Egyéb vízminőségi jellemzők („versengő” komponensek, pH) Irreálisan magas kezdeti As koncentrációval végzett
kísérletek eredményei kevesebb ágytérfogat kezelésére alkalmas az adszorbens, de lényegesen nagyobb kapacitásértékek adódnak, ami nagyon félrevezető lehet!
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSAZ ADSZORPCIÓS KAPACITÁS MEGHATÁROZÁSA KÍSÉRLETI ÚTON
Batch kísérlet Oszlopos kísérletErlenmeyer-lombik
Adszorbens
Rázópad
Változó nyersvízminőség Változó kontakt-idő
(mintavétel időpontja) Változó adszorbens
mennyiség
Változó nyersvízminőség Változó kontakt-idő (vízhozam,
adszorber-mennyiség változtatása)
Regenerálás lehetőségének vizsgálata
Adszorbens
Nyers víz
Kezelt víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSGEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS KAPACITÁSA A gyártó által megadott adatok szerint: 55 - 60 g/kg Kísérleti eredmények (Kardos M., 2006 alapján):
pH Kezdeti As
Áttörési As-
konc.
Kontaktidő
Adsz. kap.
Forrás
[μg/l] [μg/l] [min] [g/kg]
7,6 500 5 2 0,37 Thirunavukkarasu és mtsai,
20037,3 12-22 5 5-10 0,29 Khandaker és
mtsai, 20067-8 8-25 5 2,5-5,4 1,4 Holy és mtsai,
19987,9 21 10 6 1,3 Seith és mtsai,
1999
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSAZ ARZÉNNEL VERSENGŐ KOMPONENSEK HATÁSA
A szelektivitási sorrend: arzenát > foszfát > fluorid > szulfát > klorid (Driehaus, 1994)
A GEH arzénre szelektív adszorbensnek minősül, azonban míg az arzén a vizekben többnyire 10-100 µg/L koncentrációban fordul elő, addig a többi anion koncentrációja általában egy (esetleg több) nagyságrenddel nagyobb
A foszfát/arzenát arány növekedésével a megkötött arzenát mennyiség rohamosan, később kisebb mértékben csökken. Foszfát/arzenát = 5 mólaránynál mintegy negyedannyi arzenát kötődik meg, mint foszfát jelenléte nélkül, ez a szám 10-es arány esetén 10%,
20-as arány esetén 7-8% (Driehaus, 1994; Kardos, 2006)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSA pH HATÁSA A GEH ARZÉNMEGKÖTŐ KAPACITÁSÁRA
Az egyes kutatási eredmények meglehetősen ellentmondásosak, de általában alacsonyabb pH-n tapasztalták a kedvezőbb As eltávolítást
Meg
kötő
dött
As (g
/kg
adsz
orbe
ns)
Forrás: Driehaus, 2002
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSEGYÉB, ARZÉNMEGKÖTÉSRE ALKALMAS ADSZORBENSEK
Aktivált alumínium
Vas-hidroxiddal bevont aktivált alumínium
Vas-hidroxiddal bevont aktív szén
Vas-hidroxiddal bevont zeolit
Vas-hidroxiddal bevont búzakorpa
Stb.
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSÖSSZEFOGLALÁS
Az adszorbensek arzénmegkötő kapacitása között jelentős az eltérés, melynek oka a kísérletekben alkalmazott különböző nyersvízminőség
Általánosságban igaz az, hogy az alacsonyabb pH az arzén adszorpciójára kedvező hatással van (Holm, 2002; Lin és Wu, 2001; Driehaus, 2002; Streat et al., 2008), alacsonyabb pH értéken ugyanis az adszorbens pozitív felületi töltéssel rendelkezik, melyen a negatív töltésű ionok megkötődése hatékonyabb
A vízben található anionok (foszfát, szilikát, szulfát, karbonát, bikarbonát, fluorid, klorid, nitrát) és az arzén között verseny alakulhat ki a szabad adszorpciós helyekért, azonban ennek mértéke mindig az adott nyersvíz jellegétől függ (az egyes anionok koncentrációjától, pH-tól)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉSÖSSZEFOGLALÁS (folyt.)
A nyersvíz szervesanyag tartalma tovább csökkentheti az adszorbensek kapacitását (Redman et al., 2002)
A vas-hidroxid alapú adszorbensek arzénmegkötő kapacitása általában nagyobb mint az alumínium-oxid alapúaké (Lin és Wu, 2001)
Míg a vas-hidroxid előoxidáció nélkül is képes az arzén megkötésére, – melynek oka feltehetően az arzenit oxidációja a vas(III)-hidroxid által (Thirunavukkarasu et al., 2003) – addig aktivált alumínium-oxid alkalmazása esetén általában előoxidáció szükséges (Lin és Wu, 2001)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Ország Arzén eredete
Érintett lakosok száma
Arzén-koncentrá
-ció
Alkalmazott eltávolítási technológia
Forrás
Magyarország
Geológiai eredetű
1 400 000
10 – 100 μg/L Koaguláció, adszorpció -
Görögország északi része
Geoter-mikus eredet
- 10 – 70 μg/L Nincs adat Katsoyiannis
et al., 2007
Horvátország keleti része
Geológiai eredetű 200 000 10 – 610
μg/L
Koaguláció és ezt követően szűrés, vagy csak szűrés. Mivel gyakran a határértéknek nem felel meg a kezelt víz (pl. Eszéken a 250 μg/L-es arzénkoncentrációt 40 μg/L-re tudják csökkenteni koagulációval), kísérleteznek vassal bevont adszorberekkel.
Habuda-Stanic et al., 2007
Románia - - - - -Franciaország
Bányászat - - - -
Svájc Bányászat - 100 – 160
μg/LNem közvetlenül ivóvíz-célú felhasználás, hanem állattartás
Pfeifer, 2007
Az arzénproblémával érintett európai országok köre (1)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Ország Arzén eredete
Érintett
lakosok
száma
Arzén-koncentrá-ció
Alkalmazott eltávolítási technológia Forrás
SzlovákiaIpari eredetű szennyezés
-
1780 μg/L Kyjov)27 μg/L (Ondava)
Nem közvetlenül ivóvíz-célú felhasználás, hanem öntözés
Hiller et al., 2009
Anglia - - -Főként magánkutakat érint, a közüzemi vízellátásban nem probléma
http://www.admin.cam.ac.uk/news/dp/2007082901
Németország Bányászat - -
GEH adszorpció alkalmazása számos németországi vízműben
van Halem et al., 2009
Lengyel-ország Bányászat - - - van Halem
et al., 2009Ausztria, Finnország, Olaszország, Oroszország
- - - - Petrusevski et al., 2007
Szerbia északi része
- 470 0002 – 250 μg/L (420 μg/L)
10 települést érint a probléma; nincs technológia; 2 helyen: kísérletek vas-alapú adszorbenssel
Jovanovic D., 2010
Az arzénproblémával érintett európai országok köre (2)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Technológiák Előnyök Hátrányok
Koaguláció, majd ezt követő homokszűrés
Jól ismert technológia, megbízható működés, széleskörű tapasztalatok
Előoxidáció szükséges, nagy mennyiségű arzéntartalmú iszap keletkezése
Meszes vízlágyítás Megbízható működés 10,5 feletti pH értéken hatékony
Koaguláció, majd ezt követő mikroszűrés / ultraszűrés
Hatékony szilárd-folyadék fázisszétválasztás
Előkezelés (oxidáció, koaguláns adagolása) szükséges, ár
Fordított ozmózisNem szükséges előkezelés (oxidáció, koaguláció), hatékony arzéneltávolítás érhető el
Magas üzemeltetési költségek
Adszorpciós arzénmentesítés (granulált vas-hidroxid, aktivált alumínium, ioncsere)
Egyszerű üzemeltetés, nem szükséges előoxidáció (elvileg)
Versengő ionok (legfőképpen orto-foszfát ion) befolyásoló hatása, gyakori monitoring szükséges, mivel a kimerülés várható ideje nem ismert
As-mentesítési technológiák előnyei és hátrányaiVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Adszorpciós és koagulációs technológia költségeiVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
Adszorpciós és koagulációs technológia költségeiVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
Adszorpciós és koagulációs technológia költségeiVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
technológiai vízigény (öblítővíz)
Adszorpciós és koagulációs technológia költségeiVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
technológiai vízigény (öblítővíz)
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (1)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Depletion of abiotic resources (erőforrás kimerülés),Global warming potential (üvegházhatású gázok);Acidification potential (savasodási potenciál), Photo-oxidant formation potential (fotó-oxidánsok);Eutrophication potential (eutrofizációs potenciál); Human toxicity potential (humántoxicitás)
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (2)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (3)
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (1)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (2)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (3)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (4)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (5)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.00 5.90 7.37 8.84 11.06 14.74 18.36
Adagolt hypó [mg Cl2/L]
Kötö
tt / s
zaba
d ak
tív k
lór
[mg
Cl2/L
] /
NH4+ [m
g/L]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Old
ott A
s [µ
g/L]
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
0.00 0.32 0.40 0.48 0.60 0.80 1.01
Adagolt hypó [mg Cl2/L]
0
5
10
15
20
25
30
35
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
0.00 0.32 0.40 0.48 0.60 0.80 1.010
5
10
15
20
25
30
35
Szabad aktív klór Kötött aktív klór As NH4+
koaguláns: 0,08 mmol Al/L
Az arzén megfelelő mértékű oxidációjához a törésponti klórmennyiség töredéke elegendő (ugyanolyanmaradék As koncentrációkat sikerült elérni, mint 0,4 – 1,0 mg Cl2/L adagolásával)
As-MENTESÍTÉS + TÖRÉSPONTI KLÓROZÁSVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (6)VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK