slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
L AKY D ÓRA PowerPoint Presentation
Download Presentation
L AKY D ÓRA

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 87

L AKY D ÓRA - PowerPoint PPT Presentation


  • 289 Views
  • Uploaded on

BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék. OXIDÁCIÓ ÉS FERT Ő TLENÍTÉS A VÍZ ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN. L AKY D ÓRA. V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK. MIR Ő L LESZ MA SZÓ?. KLÓR alkalmazása az ivóvíz- és szennyvíztisztításban

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'L AKY D ÓRA' - dyami


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

OXIDÁCIÓ ÉS FERTŐTLENÍTÉS A

VÍZ ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN

LAKY DÓRA

slide2

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

MIRŐL LESZ MA SZÓ?

  • KLÓR alkalmazása az ivóvíz- és szennyvíztisztításban
    • Ivóvíztisztítás: oxidációs célok, részletesebben a törésponti klórozásról
    • Ivóvíz és szennyvíz fertőtlenítése klórral
  • ÓZON alkalmazása
    • Ivóvíz – alkalmazási területek (oxidáció általánosságban, fertőtlenítés)
    • Szennyvíztisztítás – ózon alkalmazása
    • Az ózonhoz kötődően: AOP eljárások
  • UV alkalmazása (ivóvíz és szennyvíz fertőtlenítése)
slide3

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

KLÓR ALKALMAZÁSA

  • Oxidáció céljára (általában: „előklór”-ként)
    • Pl. vas, magán vegyületek oxidálására (amennyiben a levegős oxidációt szükséges kiegészíteni)
    • Arzén oxidációjára
    • Ammónium-tartalmú nyersvizek esetén: törésponti klórozás az ammónium eltávolítása céljából (esettanulmány bemutatása)
    • „Előklór” alkalmazása  káros melléktermékek képződhetnek
    • Bizonyos országokban (pl. Ausztria) az „előklór” használata nem megengedett
  • Fertőtlenítési célra
    • Víz- és szennyvíztisztításban egyaránt
slide5

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

KLÓR ALKALMAZÁSI FORMÁI

  • Klórgáz
  • Klóros víz
  • Nátrium-hipoklorit (NaOCl)
  • Klórmész

HOCl  H+ + OCl-

slide6

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A KLÓR HIPOKLÓROSSAV ÉS HIPOKLORIT ION

EGYENSÚLYA A PH FÜGGVÉNYÉBEN

[OCl-]

=

[Cl2]

C T Cl

OCl-

=

C T Cl

Cl2

1,0

[HOCl]

=

C T Cl

HOCl

0,5

0

-2

10

0

8

2

4

6

[Cl-] = 10-3 M, C T Cl = [Cl2] + [HOCl] + [OCl-]

slide7

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

NH4+ ELTÁVOLÍTÁS TÖRÉSPONTI KLÓROZÁSSAL, MELLÉKTERMÉKEK PROBLÉMAKÖRE

(forrás: László Balázs, 2008)

slide8

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

  • Tervezett kapacitás: 5000 m3/nap
  • Vízminőség
        • Vas: 220-440 µg/L
        • Mangán: 40-80 µg/L
        • Ammónium: 1,5-2,3 mg/L
        • KOIPS: 0,9-1,5 mg/L
slide9

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

Kutak 5 db

GAC

Homok-szűrő

Nyersvíz-medence

2*300 m3

Klórgáz adagolás

UV

Hálózat

Tisztavíz-medence

2*300 m3

Törésponti klórozásos technológia

slide10

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

PRÓBAÜZEMI TAPASZTALATOK – AOX*

A szabványos paraméterek határértéken belül**

AOX értékek: 110-230 µgCl/L

(*Adsorbable Organic Halogenids - Adszorbeálható Halogénezett Szerves Vegyületek)

slide11

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN…

Klórozási melléktermékként keletkezik (ld. THM)

Mutagén, karcinogén

Gyűjtőparaméter (szemben a THM-mel, ami jól definiált)

Mérési nehézségek

Határértékek:

Európai Unió 98/86 (1998) ivóvizes direktíva – nincs előírás

WHO Guidelines for Drinking-water Quality (2004) – nincs ajánlás

201/2001-es Kormányrendelet – nincs előírás

slide12

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN…

AOX értékek: 110-230 µgCl/L

„a technológia során, a klórozási melléktermékként képződő AOX vegyületek mennyisége a tisztított vízben legalább az egészségügyi szempontból még tolerálható 50µgCl/L-re csökkenjen. Az üzemelés során törekedni kell az egészségügyi kockázat szempontjából elfogadható 25 µgCl/L irányérték elérésére.

-A képződő AOX vegyületek eltávolítása legalább 30%-os hatásfokot érjen el úgy, hogy a fenti érték folyamatosan biztosított legyen.”

ÁNTSZ Dél-dunántúli Regionális Intézete

slide13

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN…

A 201/2001-es kormányrendelet 5.§ 8. bekezdése lehetővé teszi hogy „az ÁNTSZ megyei intézete olyan vízminőségi jellemző vizsgálatát is elrendelheti, amelyre nincs a 3. § szerint meghatározott határérték, amennyiben feltételezhető, hogy olyan mennyiségben, illetőleg koncentrációban van jelen az ivóvízben, amely egészségügyi szempontból kockázatot jelenthet”

Az ÁNTSZ esetleges ellentétes tartalmú állásfoglalásáig a vízműveknek készülni kell az 50 illetve 25 µgCl/L-es AOX határérték betartására!

slide14

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ELVI MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEK

Képződött AOX eltávolítása

AOX képződés csökkentése

Adszorpció (GAC)

„Kicsapatás”?

GAC réteg-

vastagság

Kontaktidő

GAC-típus

kiválasztás

slide15

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ELVI MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEK

Képződött AOX eltávolítása

AOX képződés csökkentése

Alternatív

technológia

Technológiai sorrend

átalakítása

Prekurzorok

csökkentése

Reakciósebességi

különbségek kihasználása

Nyersvíz mód.

kutak kivonása

Szervesanyag

csökkentés

Klóradag

optimalizálás

Koag/flokk

szűrés

Előzetes

adszorpció (GAC)

Szervesa.

előzetes oxidációja

KMnO4, O3

slide16

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

CÉLKITŰZÉS

AOX határérték (25, illetve 50 µgCl/L) alá csökkentése:

  • Klóradag optimalizálás
  • Törésponti klórozás időigényének meghatározása
  • Szervesanyag előoxidációja
  • Szervesanyag előzetes eltávolítása
  • Megfelelő aktív szén kiválasztása
slide17

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

MÓDSZEREK

  • Főzőpoharas kísérletek
    • Törésponti klórozás – hypó
    • Reakciósebesség (időszükséglet) – klórozás leállítása
    • Szervesanyag előoxidálása – kálium-permanganáttal
    • Szervesanyag előzetes eltávolítása - GAC
  • A kísérleteket az 5 kút vizével és „kevert nyersvízzel” is elvégeztük
slide18

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

TÖRÉSPONTI GÖRBE, KEVERT NYERSVÍZ

Töréspont: az elméleti 1:7,6 – os arány felett

slide19

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A KUTAK TÖRÉSPONTI GÖRBÉJE

A klórigény széles határok között változik

Kutak vízminősége nem állandó

slide20

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

HA TÚLKLÓROZZUK…

  • …akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés
slide21

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

KLÓRADAG - MELLÉKTERMÉK KÉPZ. KAPCS.

Klóradag – melléktermék képződés összefüggése

Törekedni kell a pontos klóradagolásra!

slide22

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

EREDMÉNYEK

A látszat ellenére nem feltétlenül van szoros összefüggés a nyersvíz ammónium-ion koncentrációja és a keletkező melléktermékek mennyisége között, mivel a szervesanyag és a klór a prekurzorok

A szükséges klóradag függ a nyersvíz:

  • Ammónium-ion koncentrációjától
  • Egyéb oxidálható anyag koncentrációjától (pl. szervesanyag, vas stb.)
slide23

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

EREDMÉNYEK

Az ammónium oxidációja és a szervesanyag klórozódása párhuzamos folyamatok, egymáshoz viszonyított sebességük viszont kérdéses.

slide24

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

REAKCIÓSEBESSÉG

„Optimális” klóradaggal kb 10-12 perc szükséges

Idő előrehaladtával nő a melléktermékek mennyisége

slide25

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

REAKCIÓSEBESSÉG

Klórfelesleggel az ammónium eltávolítás időszükséglete csökken – de a melléktermék képződés is felgyorsul

slide26

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

HA TÚLKLÓROZZUK…

  • …akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés
slide27

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓS ELŐKEZELÉS HATÁSA

Előoxidáció – ebben az esetben nem volt hatásos

slide28

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

EGY MÁSIK TELEP - OX./KOAG. ELŐKEZELÉS

  • Más víznél van kedvező hatása AOX-re nézve (THM-re itt sem)  minden víz más
slide29

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

GAC ELŐKEZELÉS HATÁSA

Előzetes szervesanyag eltávolítás GAC-on  igen hatásos

slide30

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

KÖVETKEZTETÉSEK

Előkezelést (oxidáció, koaguláció) egyedileg kell megvizsgálni. (((Szélső esetben még káros hatása is lehet)))

Előzetes GAC-os szervesanyag eltávolítás jó eredményeket hoz, de a GAC védelme miatt túl bonyolult (drága) lesz a technológia.

(GAC-ra nem célszerű lebegőanyaggal teli vizet engedni…)

slide31

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AKTÍV SZÉN TÍPUS KIVÁLASZTÁSA

5 különböző széntípus hónapokig tartó helyszíni vizsgálata

Vízmennyiség és vízminőség rendszeres ellenőrzése

slide32

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

SZÉNVIZSGÁLAT EREDMÉNYEI

Az eredmények az 50 µgCl/L AOX érték elérésére vonatkoznak

Jelentős kapacitásbeli különbségek

Kis kapacitás  AOX-re hamar kimerül

Ár – kapacitás – gazdaságosság – vízminőség

slide33

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AJÁNLÁSOK (1)

  • Fontos az optimális klóradagolás
  • Reakcióidő  reaktortartály (GAC előtt: milyen tartózkodási idő)
  • Előkezelés oxidáció/koaguláció/GAC hatása változó
  • Előzetes vizsgálatok fontossága (tervezés előtt!)
slide34

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AJÁNLÁSOK (2)

  • GAC töltet vastagsága minimum 100 centiméter
  • Kontaktidő a GAC-on: minimum 10 perc
  • Folyamatos üzemeltetés: fertőtlenítés és kontakt idő
  • Aktív szén minősége: folyamatos üzemű kísérletek
    • Jól működő telepnél is célszerű  aktívszén-csere gazdaságossága
slide35

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A FERTŐTLENÍTÉSRŐL ÁLTALÁBAN

slide36

Vibrio Cholerae

Giardia lamblia

Cryptosporidium parvum

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ISMÉTLÉS – A FERTŐTLENÍTÉSRŐL…

  • A cél: baktériumok, vírusok, protozoák inaktiválása
  • Az inaktiválás módja: a sejtösszetevők károsítása valamilyen módon (fertőtlenítőszertől függ, hogy milyen módon)
slide37

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

HOGYAN INAKTIVÁLUNK?

  • A sejtösszetevők (pl. sejtfal, sejtmembrán, stb.) makromolekulákból állnak. Ezek nagy tömegű molekulák, melyek a következő monomerekből (egységekből) épülnek fel:
          • cukrok
          • zsírsavak
          • nukleotidok
          • aminosavak
  • A fertőtlenítőszerek ezeket a sejtösszetevőket károsítják, ezáltal gátolják a sejt anyagcseréjét, reprodukcióját
slide38

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

CUKROK

  • A cukrok olyan szerves anyagok, melyekben a szén:hidrogén:oxigén arány = 1:2:1
  • Két példa:
  • A nukleinsavak vázát 5 szénatomból álló cukor alkotja
  • A cukrok továbbá összekapcsolódva poliszacharidokat képeznek, melyek a sejtmembrán fontos összetevői

Glükóz

Ribóz

slide39

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ZSÍRSAVAK

  • A zsírsavak a lipidek alkotóelemei
  • Egy erősen hidrofil, és egy erősen hidrofób részből állnak
  • Sejtmembrán összetevők
  • A példa egy három zsírsavból álló lipidet mutat be:

R = alkil csoport (CnH2n+1)

slide40

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

NUKLEOTIDOK

  • Egy nitrogén-tartalmú szerves bázisból (adenin, timin, citozin, guanin)
  • Egy pentóz cukorból
  • Egy foszfátcsoportból

A nukleotidok három

fő egységből állnak:

slide41

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

NUKLEOTIDOK (N-TARTALMÚ BÁZISOK)

  • A nitrogén-tartalmú szerves bázisok két csoportra oszthatók: pirimidinekre és purinokra. A pirimidinek 6 atomos, a purinok 9 atomos heterociklusos gyűrűt tartalmaznak (Wikipédia)
slide42

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

NUKLEOTIDOK

  • A nukleotidok a nukleinsavak (DNS, RNS) összetevői
  • A DNS és RNS bázis-sorendje felel a genetikai információk átörökítéséért
  • A nukleotidok amellett, hogy a DNS és RNS alkotóelemei, az adenazin-trifoszfát és különféle ko-enzimek felépítésében is szerepet játszanak  ezek a molekulák vezetik, katalizálják a sejtben lejátszódó, energiát igénylő folyamatokat
slide43

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AMINOSAVAK

  • Az aminosavak peptid-kötésekkel összekapcsolódva alkotják a fehérjéket
  • A fehérjéknek alapvetően két csoportját különböztetjük meg: szerkezeti fehérjék (a sejt felépítésében vesznek részt), illetve enzimek (a sejtben lejátszódó kémiai folyamatokat katalizálják)

R = alkil csoport (CnH2n+1)

slide44

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

MIÉRT KELL FERTŐTLENÍTENI A VIZET?

  • Ivóvíz esetén  szigorú előírások a víz mikrobiológiai minőségére vonatkozóan (ld. későbbi előadások). A víz nem tartalmazhat kórokozó mikroorganizmusokat, hiszen jelenlétük azonnali, tömeges megbetegedésekhez vezetne
  • Szennyvíz esetén is szükség lehet fertőtlenítésre: amennyiben a Vízügyi Felügyeletek telepszámra vonatkozó határértéket is előírnak (abban az esetben ha a közvetett befogadó fürdésre, sportolásra használt, illetve vízbázisként funkcionál) forrás: Varga Gy., Lugosi R.
slide45

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

MI LEHET A KEZELETLEN KOMMUNÁLIS

SZENNYVÍZBEN?

slide46

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A KLÓR ALKALMAZÁSA IVÓVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

  • Részletek (ld. korábbi előadások)
  • Számos hátránya (melléktermékek, kellemetlen íz, stb.) mellett a klór nagy előnye, hogy a hálózatban hosszan kifejti kedvező hatását, ezáltal hatékonyan képes megakadályozni a mikroorganizmusok újraszaporodását
slide47

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A KLÓR ALKALMAZÁSA SZENNYVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

  • ELŐNYÖK:
    • Jól ismert, régóta alkalmazott technológia
    • Hosszantartó fertőtlenítő hatása van
    • Lényegesen olcsóbb eljárás mint pl. az ózon, UV alkalmazása
    • Adagolása nagyon rugalmas
    • Szagproblémákat is csökkenti
  • HÁTRÁNYOK:
    • Deklórozásra lehet szükség a befogadó vízi ökoszisztéma védelme érdekében
    • A deklórozott vegyületek környezetre gyakorolt hatása hosszú távon nem ismert
    • THM képződés
    • Számos mikroorganizmus tekintetében kevésbé hatékony mint pl. az ózon és UV

Forrás: EPA

slide49

Terelőfalak  kedvezőbb hidraulika

Kontaktidő biztosítása

Ózon bevezetés

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

Forrás: Langlais

slide50

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

Forrás: Langlais

slide51

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

Ózondús gáz

Ózondús víz

Ózonmentes víz

Forrás: Langlais

slide52

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

Water/ Wastewater in

Forrás: EPA

slide53

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

A láncreakció kezdő lépése:

O3 + OH- HO2· + O2·-

A láncreakció következő lépései:

HO2· O2·- + H+

O3 + O2·- O3·- + O2

O3·- + H+ HO3·

HO3··OH + O2

·OH + O3 HO4·

HO4· HO2· + O2

A láncreakció befejező lépései:

HO4· + HO4· H2O2 + 2O3

HO4· + HO3· H2O2 + O3 + O2

slide54

M

M

OH-

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

  • Az ózon alapvetően kétfajta módon oxidál: a víz minőségétől függően vagy az ún. „direkt oxidáció” által, vagy láncreakció eredményeképpen hidroxil-gyökök képződnek, és ebben az esetben ezek a gyökök végzik az oxidációt

Oxidáció az ózon által

(ún. „direkt oxidáció”)

Mox

O3

Oxidáció az OH gyökök által

M’ox

OH

slide55

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

A LÁNCREAKCIÓT GÁTLÓ ANYAGOK

  • Bizonyos anyagok az ózon lebomlását (hidroxil-gyökök képződését) elősegítik, míg mások gátolják
  • Amennyiben a láncreakció gátolt, a „direkt oxidáció” kerül előtérbe, azaz a molekuláris ózon végzi az oxidációt. Ilyen gátló anyag pl. a hidrogén-karbonát.

HCO3 + OH· CO3−· + H2O

CO32− + OH· CO3−· + OH−

slide56

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

FERTŐTLENÍTÉS ÓZONNAL

  • Az ózon fertőtlenítő hatása azon alapul, hogy a mikroorganizmusok intracelluláris szerkezetét, sejtalkotóit irreverzibilisen oxidálja, ezáltal a sejtes működést gátolja
  • Az ózon képes a sejtmembránt is károsítani, majd áthatolva rajta, az anyagcsere folyamatokat akadályozni
  • Vírusok hatástalanításában jelentős szerepet játszik az ózon reakciója a vírust körülvevő fehérjeburokkal, melynek roncsolása megakadályozza a vírus megtapadását a gazdasejt felszínén
  • Az ózon a fertőtlenítés során valószínűsíthetően a direkt oxidáció révén oxidál, ugyanis a sejt környezetében uralkodó pH érték illetve a bikarbonát ionok magas koncentrációja nem kedveznek az ózon lebontódásának és a hidroxil-gyökök képződésének
slide57

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

OXIDÁCIÓ ÓZONNAL

  • Fertőtlenítés esetén kedvezőbb hatásfokot érünk el a „direkt oxidáció” által. Amennyiben azonban az ózont nem fertőtlenítésre használjuk, hanem valamilyen komponens oxidálására, akkor gyakran épp az a cél, hogy hidroxil-gyököket hozzunk létre. Ilyenkor tehát a láncreakciót segítjük elő.
  • Azon folyamatokat, melyek során ezeket a nagyon nagy reakcióképességű hidroxil-gyököket hozzuk létre, „Nagyhatékonyságú Oxidációs Eljárásoknak” (AOP = Advanced Oxidation Processes) nevezzük
slide58

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (1)

Mikor van szükség „Nagyhatékonyságú Oxidációs Eljárás”-ra?

  • Nagymolekulájú szerves szennyezők lebontása, esetleg mineralizációja, pl.:
    • Peszticidek, herbicidek, fenolok oxidációja
    • Hormonháztartást befolyásoló anyagok (EDS) oxidációja
  • Főbb alkalmazási területek:
    • Ipari szennyvizek kezelése
    • Szennyezett talajvizek kezelése
    • Szennyezett felszíni vizek kezelése
    • Szennyezett levegő / talaj kezelése
    • Ivóvízkezelés során is szükséges lehet (a fertőtlenítés szempontjából az ózon általi „direkt oxidáció” a kívánatos, de amennyiben pl. EDS anyagokat szeretnénk oxidálni, az AOP eljárások alkalmazása egy lehetőség)
slide59

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (2)

  • A hidroxil-gyökök generálására alkalmazható módszerek

(forrás: Dombi A., SZTE):

    • Kémiai módszerek
    • Fotokémiai módszerek
    • Szonokémiai módszerek
    • Radiolízisen alapuló módszerek
    • és ezek kombinációi…
  • Nem csak ózon alkalmazásával tudjuk előállítani a hidroxil-gyököket, hanem egyéb úton is
  • A gyökgenerálási módszerek egy része tehát tartalmaz ózont, míg a másik része nem tartalmaz (ld. következő táblázat…)
slide60

VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (3)

Forrás: Dombi A. (SZTE)

slide61

UV

H2O2 2 OH·

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (4) – egy pár példa

  • Fenton-reakció
  • Hidrogén-peroxid fotolízis (H2O2 /UV)
  • O3 / UV rendszer

Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH− + OH·

UV

O3 O’ + O2

O’ + H2O  H2O2

H2O2 2 OH·

UV

slide62

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (5) – TiO2 fotokatalízis

A TiO2 elnyeli a a napfényből vagy mesterséges fényforrásból (fénycsőből) származó UV sugárzást, a titánium-dioxid vegyértékelektronját a fény gerjeszti  elektron- és lyukpárok keletkeznek

A titánium-dioxid vegyértéksávjában a pozitív töltésfelesleg felbontja a vízmolekulát hidrogéngázra és hidroxil gyökre. A negatív elektron reakcióba lép az oxigénmolekulával és szuper oxid anion keletkezik. Ez a folyamat mindaddig működik, amíg a fényhatás tart

A keletkező HO· és O2·- erélyes oxidálószerek, a szerves anyagokat megbontják, és teljes mineralizációt eredményeznek

Forrás: EPA Handbook, 1998; Szabóné és mtsai

slide63

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (6) – Hátrányok

HÁTRÁNYOK (Dombi A., SZTE alapján):

  • A hidroxil-gyök nem specifikus reaktivitása
  • Az eredeti szennyezőnél hidrofilebb (nehezebben kezelhető) oxidációs melléktermék keletkezik
  • A melléktermékek toxicitása kevéssé ismert
  • Amennyiben az oxidáció nem megy végig szén-dioxidig, biológiailag lebontható oldott szerves vegyületek keletkezése (pl. aldehidek, karbonsavak)  biofilm kialakulása az elosztó hálózatban  ezeknek a komponenseknek eltávolítása fontos lehet (pl. AOP + BAC együttes alkalmazásával), valamint az utólagos fertőtlenítés szükségessége!
slide64

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

„AOP” ELJÁRÁSOK (7) – Előnyök

ELŐNYÖK (Dombi A., SZTE alapján):

  • A nagyobb reakciósebesség kompaktabb technológia kialakítását teszi lehetővé
  • A hagyományos vízkezelési technológiákkal nem kezelhető vízminőségi problémák is megoldhatóak
  • Erős oxidáns hatására olyan termékek képződnek, amelyek nem reagálnak a klórral (a kisebb molekulasúlyú szerves anyagok kisebb mértékben lépnek reakcióba a klórral  a káros melléktermékek koncentrációja csökken, azonban a kisebb, biológiailag könnyebben hozzáférhető szervesanyagok hálózati vízminőségi problémákat okozhatnak; ld. előző dia)
slide65

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

HOGYAN OXIDÁL AZ ÓZON? PÉLDÁK…

Fenol oxidációja

Forrás: Langlais

slide66

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

HOGYAN OXIDÁL AZ ÓZON? PÉLDÁK…

Amin oxidációja

Forrás: Langlais

slide67

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZONIZÁLÁS HATÁSA A KOAGULÁCIÓRA (1)

Forrás: Langlais

slide68

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZONIZÁLÁS HATÁSA A KOAGULÁCIÓRA (2)

Szervesanyag „bevonat”

csökkentése

Forrás: Langlais

slide69

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZONIZÁLÁS HATÁSA A KOAGULÁCIÓRA (3)

Reakció szervesanyagokkal

Forrás: Langlais

slide70

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZONIZÁLÁS HATÁSA A KOAGULÁCIÓRA (4)

A szervesanyagok és alumínium-hidroxid

„összekapcsolódásának” elősegítése

Forrás: Langlais

slide71

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AZ ÓZON HATÁSA A SZERVESANYAGOK

BONTHATÓSÁGÁRA

Forrás: Langlais

slide72

BAC

másodlagos

fertőtlenítőszer

O3

o o o

o o o

o o o

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZON ÉS AKTÍV SZÉN EGYÜTT…

BAC (Biological Activated Carbon)

A szervesanyag jellegétől és mennyiségétől függően megfigyelték,

hogy az ózonizálást követő aktív szénen nem csak adszorpció

játszódik le, hanem (nagy mennyiségű tápanyag jelenléte miatt)

biológiai folyamatok is végbemennek. Amennyiben az aktív szén

mint biológiai rendszer is működik, BAC-nak (Biological Activated

Carbon), azaz biológiailag aktivált szénnek nevezik.

slide73

Seine River

Ozone

Preozone Contact

Rapid Mix

coagulant

Flocculation

Settling

Rapid Sand Filtration

Ozone

Intermediate Ozone Contact

Activated Carbon Adsorption

Ozone

Post Ozone Contact

Chlorine

Treated Water Tank

Forrás: Langlais

Distribution System

slide74

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZON ALKALMAZÁSA AZ IVÓVÍZKEZELÉSBEN

ÖSSZEFOGLALÁS

1886 - fertőtlenítő hatás felismerése

Kezdeti alkalmazások

fertőtlenítés

íz- és szaganyagok eltávolítása

1960 - új alkalmazások

vas- és mangán eltávolítás

színanyagok eltávolítása

a koaguláció-flokkuláció hatékonyabbá tétele

mikroszennyezők eltávolítása

alga eltávolítás

slide75

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZON ALKALMAZÁSA AZ IVÓVÍZKEZELÉSBEN

  • ELŐNYÖK:
    • Rendkívül erős oxidálószer (képes pl. a Giardia és Cryptosporidium inaktiválására is)
    • Kellemes ízt ad a víznek
    • A havária-jellegű szennyezések esetén – természetesen a szennyezés jellegétől függően – képes lehet azokkal „megküzdeni” (ld. tiszai cianid szennyezés)
  • HÁTRÁNYOK:
    • Drága az előállítása (tisztított levegő/oxigén kell, és jelentős energiabevitel)
    • A légtérben maradó ózon megsemmisítése szükséges
    • Általában ózon után aktív szén  tovább drágítja az eljárást
    • A hálózatban hosszan tartó fertőtlenítő hatása nincsen  a másodlagos fertőtlenítőszer adagolás elkerülhetetlen!
slide76

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

ÓZON ALKALMAZÁSA AZ SZENNYVÍZKEZELÉSBEN

Alapvetően költséges eljárás; szennyvíztisztításban az alkalmazási területek: fertőtlenítés, szagproblémák kezelése

  • ELŐNYÖK:
    • Hatékony oxidáció, rövid kontakt idő (10 – 30 perc)
    • Gyorsan lebomlik  nincs maradék (ez szennyvíznél előny, ivóvíznél hátrány!)
    • A befogadó oldott oxigén koncentrációjára kedvező hatással van
  • HÁTRÁNYOK:
    • A szennyvíz minősége alapvetően befolyásolja a hatékonyságot (magas SS, KOI, TOC, BOI esetén nem gazdaságos)
    • A légtérben maradó ózon megsemmisítése szükséges
    • Magas beruházási és üzemeltetési költségek

Forrás: EPA

slide78

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

UV FERTŐTLENÍTÉS

  • 1877: a napfény csírátlanító hatásának felfedezése
  • 1910, Marseilles: az UV első üzemi alkalmazása ivóvíz fertőtlenítési céllal
  • UV az elektromágneses spektrumban (USEPA, 2003; Baruth, 2005):

100 nm

400 nm

254 nm

280 nm

315 nm

400 nm

100 nm

200 nm

300 nm

slide79

Nitrogén tartalmú szerves bázisok:

adenin, timin, citozin, guanin

(a bázissorrend határozza meg az

információt)

DNS

A

C

T

G

G

T

C

A

A

C

A

C

G

T

T

G

T

G

A

C

A

C

G

T

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

UV HATÁSMECHANIZMUSA

UV

253,7 nm

KETTŐS KÖTÉS KIALAKULÁSA  SEJTOSZTÓDÁS GÁTLÁSA

slide80

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

UV HATÉKONYSÁGA

Forrás: Longley et al., 1986

slide82

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

UV REAKTOR – TERELŐFALAK SZEREPE

Forrás: Longley et al., 1986

slide83

UV fény szóródás

Árnyékolás

UV fény szóródás

Árnyékolás

UV

lámpa

UV

lámpa

Teljes áthatolás

Teljes áthatolás

Részleges áthatolás

Részleges áthatolás

Korlátozott hatástalanítás

Korlátozott hatástalanítás

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

UV FERTŐTLENÍTÉS HATÉKONYSÁGA

slide84

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AZ UV ALKALMAZÁSA IVÓVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

  • ELŐNYÖK:
    • Fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat
    • Egészségre ártalmas fertőtlenítési melléktermékek nem keletkeznek
    • Rövid kontakt idő
  • HÁTRÁNYOK:
    • Maradék fertőtlenítőszer hiánya
    • Vízminőség hatása a fertőtlenítés hatékonyságára
      • Vas, magnézium, kálcium lerakódás
      • Biofilm képződés
      • Fényelnyelés, részecskék hatása
slide85

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AZ UV ALKALMAZÁSA SZENNYVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

  • ELŐNYÖK:
    • Ugyanazok, mint az ivóvizes alkalmazás esetén
  • HÁTRÁNYOK:
    • Egyes baktériumok rendelkeznek olyan enzimatikus „repair mechanizmusokkal”, melyek segítségével képesek kijavítani DNS-ük károsodását (fotoreaktiváció)  ez az ivóvizes alkalmazásnál nem szempont, de a szennyvizes alkalmazásnál igen!
    • Biofilm kialakulása a lámpákon
    • Lebegőanyag koncentráció jelentősen befolyásolja a fertőtlenítés hatékonyságát
slide86

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AZ UV ALKALMAZÁSA SZENNYVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

Forrás: EPA

slide87

VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK

AZ UV ALKALMAZÁSA SZENNYVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE

Forrás: EPA