Települési vízgazdálkodás I. 8.előadás

1. EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Települési vízgazdálkodás I.8.előadás Arzén eltávolítás, vízlágyítás, aktívszén szűrés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu

2. Arzén határértékének változása • Korábbi határérték: 50 mg/l • Új határérték: 10 mg/l • A határérték változás több mint 400 vízművet érint(ett)

3. Arzén fontosabb előfordulási formái • Fontosabb előfrodulási formák: • Reduktív környezetben oldott (3 vegyértékű formák): arzenit, As(III), As3+ • Partikulált (5 vegyértékű formák): arzenát, As(V), As5+ • Vízellátási célú rétegvizeink pH-ja általában 7-8 közötti. Ebben a pH tartományban: • Arzenit töltéssel nem rendelkező: H3AsO3 • Arzenát: anionos H2AsO42- • Az arzenát könnyen kötődik más részecskék felületéhez, így viszonylag egyszerű ez eltávolítása. Az arzenit eltávolítása nehézkesebb.

4. As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Arzén előfordulási formái a pH függvényében

5. Főbb arzén eltávolítási technológiák és hatásfokuk

6. Módszerek I. – As eltávolítás Fe koagulációval • Nagy hatékonyságú, megbízható és egyszerű eljárás • Vas és mangántalanítással együtt történik az arzén eltávolítása • Minimális Fe:As arány a nyersvízben 10:1 • Alacsony Fe:As arány esetén FeCl3-t kell adagolni a vízhez. • Technológiai cél: arzenit oxidálás, és kiszűrése a vas-hidroxid pelyhekbe épülve. • Technológiai lépések: vegyszeres oxidáció (As(III) –ból As(V)) → FeCl3 adagolás (opcionális) → gyorsszűrés (vagy ülepítés) • A koaguláció aluminium sókkal is működik.

7. Módszerek II. – As eltávolítás aktivált alumíniummal (adszorpció) • Aktivált alumínium (AA): • granulált ioncserélő tulajdonságokkal rendelkező adszorbens • Anyaga: alumínium-trioxid • Az AA arzenáttal szemben kedvező ionszelektivitású anyag • Az arzenitet arzenáttá kell oxidálni! • Az eljárás 100 mg/l feletti szulfát koncentráció felett hatékonyabb az eljárás az ioncserénél • Optimális pH tartomány: 5.5 – 6.0 • Technológiai lépések: oxidáció → pH-beállítás → előszűrés → AA adszorpció → semlegesítés • AA kimerülésekor: töltetcsere vagy aktiválás NaOH-val. Az aktiváláskor keletkező anyag magas As tartalma miatt veszélyes hulladék! • Granulált vas-oxid is alkalmas As adszorpcióra

8. Módszerek III. – As eltávolítás vízlágyítással és ioncserével • Na2CO3 illetve Ca(OH)2 adagolásával történő vízlágyításkor az arzén a keletkezett csapadék felületén adszorbeálódik. • Ioncserés eltávolítás esetén a HAsO42- ionok helyett Cl- ionok jutnak a vízbe

9. Módszerek IV. – As eltávolítás membráneljárással • Gyakorlati lehetőségek: • Oxidáció → koaguláció → mikroszűrés (arzenát eltávolítása vas-pelyhekbe épülve) • Fordított ozmózis (RO): koeaulációra nincs szükség. Nagy hatékonyságú arzenát, kisebb hatékonyságú arzenit eltávolítás

10. A víz keménysége • Ca- és Mg-sók okozzák → Összes keménység • Hőmérséklet vagy pH növekedés hatására a vízkő növekvő mennyiségben válik ki. • Karbonát- (változó-) keménység: a kalcium és magnézium ionok azon mennyisége amely a vízben lévő karbonátok és hidrogén karbonátok mennyiségével egyenértékű. Okozó vegyületei: Ca(HCO3)2 és Mg(HCO3)2.. Forralás hatására szilárd csapadékot képeznek • Nem karbonát- (állandó-) keménység: Okozó vegyületei: CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2 . Ezek forralással nem távolíthatóak el a vízből. • Összes keménység = karbonát keménység + nem karbonát keménység • A víz keménységét német keménységi fokban adjuk meg [nk°]: 1 nk°: 10 mg CaO-val egyenértékű keménységet okozó iont tartalmaz 1 l víz.

11. Vízlágyítás – alapfogalmak, alapelvek • Cél: a víz keménységének csökkentése • Módszer: Mg- és Ca-ionok eltávolítása • Részleges vízlágyítás: csak a karbonát keménységet szüntetjük meg • Teljes vízlágyítás: összes keménységet távolítjuk el a vízből • Eljárások fajtái: • Csapadékképzéssel járó eljárások • Termikus • Vegyi • Ioncsere

12. Termikus lágyítás • A víz forralása közben eltávozik a vízből a kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonát oldatban tartásához szükséges CO2, így kiválik a kalcium-karbonát és a magnézium-hidroxid: • A kivált csapadékot időszakosan el kell távolítani. • Korszerűtlen (és költséges) eljárás, ma már nem alkalmazzuk!

13. Vegyi úton történő lágyítás • Alapelv: vegyszerek hozzáadásával a kalcium és magnézium vegyületeket vízben kismértékben oldható csapadékká alakítjuk, majd a keletkezett iszapot eltávolítjuk • A keménységet okozó vegyületek teljes mértékben nem távolíthatók el a vízből. • Főbb eljárások: • Meszes karbonát-mentesítés • Mész-szódás lágyítás • Nátrium-hidroxid szódás lágyítás • Trinátrium-foszfátos lágyítás

14. Vízlágyítás ioncserével I. • Alapelv: Az ioncsere során a Ca- és Mg-ionokat keménységet nem okozó ionokra cseréljük. • Na-ion tartalmú erősen savas kation cserélő gyantákat alkalmazunk • A lágyítás során végbemenő folyamatok: • A lágyított víz sótartalma nem csökken, sőt kismértékben nő (pl. 1 mg magnézium-kloridból 1.23 mg nátrium-klorid képződik)

15. Vízlágyítás ioncserével II. • A kimerült ioncserélő gyantát regenerálni kell. A regeneráláshoz leggyakrabban NaCl oldatot használunk. Ekkor a gyantán kötött Ca- és Mg-ionok Na-ionokra cserélődnek: • A három vegyértékű fémsókat is megköti a gyanta, de azt a regeneráláskor nem lehet eltávolítani. Ezért célszerű vas- és mangántalanítást végezni az ioncsere előtt. Javasolt max. háromvegyértékű fémion koncentráció 0,3 mg/l. • Regeneráló hulladékvíz probléma: élővízi befogadói határérték össz oldott sóra 1000 mg/l !!!

16. Vízlágyítás ioncserével III. Kezelendő víz szűrési sebessége: 10 – 80 m/h Regeneráláskor a gyantaoszlopon a sóoldat átfolyási sebessége: 2-4 m/h

17. Aktívszén szűrés (adszorpció) I. • Kémiai adszorpció (kemoszorpció): felületen történő megkötődés kémiai kötés útján jön létre. Általában irreverzibilis folyamat. • Fizikai adszorpció: van der Waals erők biztosítják a felületi kötődést. Reverzibilis folyamat. Az aktívszén szűrés is fizikai adszorpciós eljárás. • Az adszorpció a hőmérséklettől és az adszorbeátum koncentrációjától függ. Adott hőmérsékleten a Langmuir-izoterma segítségével jellemezhető a folyamat:

18. Aktívszén szűrés (adszorpció) II. • Aktívszén jellemzői: • Szerves anyagokból 1000 °C-on levegő kizárásával izzítással készítik • Fajlagos felülete: 600-1500 m2/gramm • Sokszínű pórusrendszerrel rendelkezik: • A mikropórusok átmérője 10-8 cm → molekuláris szintű eltávolításra alkalmas • Az átmeneti pórusok átmérője 10-6 cm → makromolekulák eltávolítására alkalmas • A makro-pórusok átmérője 10-4 cm → kolloidok eltávolítására alkalmas

19. Aktívszén szűrés (adszorpció) III. • Víz és szennyvíztisztításban használják por és granulátum formában. • Por alkalmazása esetén az előnedvesített port keverik a tisztítandó vízhez (ritkán alk.) • Szűrés (GAC) esetén a szűrők kialakítása a homokszűrőkéhez hasonló. Aktívszén granulátum a szűrőtöltet. Átlagos szemcseátmérő 1-4 mm. Szűrési sebesség: 10-14 m/h. • Ha az aktívszén elveszti megkötő képességét, regenerálni kell → reaktiválás • A reaktiváláskémiai és hőkezelést jelent mely10-15% veszteséggel jár. • Az aktívszén szűrés a technológia végére telepítendő. Mivel nem kerülhető el baktériumok megtelepedése a szűrőfelületen, ezért utána mindig fertőtleníteni kell!

20. Aktívszén szűrés (adszorpció) IV. • Egyre gyakoribb a BAC (biológiai aktívszén szűrés) eljárás. Itt ózonnal oxidálják a vizet az aktívszén szűrő előtt. Ezzel feltördelik a biológiailag nehezen bontható szerves anyagokat és oxigénnel dúsítják. Az aktívszén tölteten a megfelelő oxigénszint és szerves anyag rendelkezésére állása miatt elszaporodnak a baktériumok. Ritkábbak kell reaktiválni a töltetet, mert az adszorbeálódott anyagok egy részét a mikroorganizmusok „feleszik”. • Kettős aktívszén szűrés: Erőseningadozó nyersvíz minőség esetén használják. Az aktívszén szűrő előtt aktívszén port adagolnak a nyersvízhez.

21. Aktívszén szűrés V. • Alkalmazási területek: • Törésponti klórozással történő ammónia mentesítés deklórozási lépcsője • Víz utótisztítása: • Íz és szagkeltő vegyületek • Mikro-szennyezők • Szerves anyagok • THM, AOX, egyéb klórszármazékok

22. Felhasznált irodalom • Dombay G.: Az arzéneltávolítás korszerű technológiai lehetőségei. Vízmű Panoráma. 10(4), pp. 38-40. 2002. (http://www.aquadocinter.hu/themes/Vandorgyules/pages/4szekcio/dombay.htm) • Somlyódy László et al: Víztisztítás. BME-VKKT, Budapest, 2007. • Dr. Chovanecz Tibor:Az ipari víz előkészítése. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979.

23. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!