1 / 111

L AKY D ÓRA

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)

flavio
Download Presentation

L AKY D ÓRA

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSA IVÓVÍZBŐL LAKY DÓRA

  2. 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

  3. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ARZÉNPROBLÉMA A VILÁGBAN Smedley és Kinniburgh, 2002

  4. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK SZIGORODÁSA 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

  5. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK MEGÁLLAPÍTÁSA Étel: 60-80 μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 20 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 10 μg/L a maximálisan megengedhető arzén koncentráció ivóvízben

  6. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK MEGÁLLAPÍTÁSA Magyarországon…. Étel: 20-30 μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 70 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 30 μg/Lmaximális arzénkoncentráció megengedhető lenne???

  7. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK SZIGORODÁSA Arzén Határérték: • Régi magyar hé.: 50 μg/L • EU: 10 μg/L Előfordulás: oldott állapotú anyagjelenik 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

  8. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A MAGYARORSZÁGI ARZÉNHELYZET Forrás: ÁNTSZ (2000)

  9. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

  10. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

  11. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉN EREDETE • Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban jelenik meg • Az arzén felszín alatti vizeinkben gyakran vas és mangán vegyületekkelegyütt fordul elő • Adott körülmények között (például az ásványokban jelen lévőkén átalakulása miatt, a fémek és az arzén oldott állapotbakerülhetnek) • Reduktív viszonyok között a vas, a mangán és az arzén oldott állapotú vegyületei stabilizálódnak

  12. Si szervesa. PO43- HCO3- pH Koaguláció (fém-só adagolás) Szil./foly. fázisszétvál. gyorsszűrés Arzén oxidációja Arzén kioldódása kőzetekből Arzén megjelenése a vízbázisban Adszorpciós arzén- mentesítés Szil./foly. fázisszétvál. ultra/mikrosz. Arzén a víztisztító telepen Emberi eredetű As szennyezés Nanoszűrés/ fordított ozmózis As-tartalmú iszap víztelenítése Arzén tartalom visszanyerése Iszap elhelyezése VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉNPROBLÉMA TECHNOLÓGIÁK

  13. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ TECHNOLÓGIÁK

  14. HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KOAGULÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN H2O [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+

  15. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KOAGULÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN Az alumínium-hidroxidok között létrejövő hidrogén-híd kötés (szaggatott vonallal jelölve) és a kolloid szol aggregálódása

  16. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL Mi 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)

  17. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KOAGULÁCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS LÉPÉSEI • Oxidáció • Koaguláció (szilárd formává történő átalakítás) • Szilárd/folyadék fázisszétválasztás (ülepítés, szűrés) • Az alkalmazható oxidálószerek: Klór Kálium-permanganát Ózon Levegő oxigénje – nem elég erős

  18. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL A KÖVETKEZŐ KOMPONENSEK/VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK HATÁSAIRÓL LESZ SZÓ: • Szervesanyag • Szilikát • Foszfát • pH / lúgosság

  19. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK JAR TESZTEK (POHARAS KÍSÉRLETEK) Optimális pH, koaguláns dózis, koaguláns típus, stb. meghatározására (előkísérlet)

  20. 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)

  21. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása Arzénmentesítés vas(III)-klorid só adagolásával alacsony (KOIPS = 1 mg/L) és magas (KOIPS = 13 mg/L) szervesanyagtartalom esetén KOIPS = 13 mg/L KOIPS = 1 mg/L Maradó oldott As [µg/L] 10 µg/L

  22. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása A szükséges koaguláns dózisok között nagyságrendi különbség van!

  23. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása Ortokovasav disszociációja; az egyes szilikát-formák előfordulási aránya a pH függvényében H2SiO42- H3SiO4- H4SiO4

  24. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása Arzénmentes, szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei 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)

  25. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása Arzén és szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei 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)

  26. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása 0,45 µm pórusméretű membránon szűrve 0,45 µm pórusméretű membránon szűrve 0,2 µm pórusméretű membránon szűrve 0,2 µm pórusméretű membránon szűrve kezdeti As 0,45 µm pórusméret; As 0,45 µm pórusméret; Fe Maradó oldott As [µg/L] adagolt Fe(III) = 1,5 mg/L kezdeti pH = 8,5

  27. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása 0,45 µm pórusméretű membránon szűrve 0,45 µm pórusméretű membránon szűrve 0,2 µm pórusméretű membránon szűrve 0,2 µm pórusméretű membránon szűrve kezdeti As 0,45 µm pórusméret; As 0,45 µm pórusméret; Fe Maradó oldott As [µg/L] 0,2 µm pórusméret; As 0,2 µm pórusméret; Fe módszer: Liu et al. (2007)

  28. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása 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)

  29. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása 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) 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)

  30. 3 - 3 - x x O O x x As P O O O O x x x x x x O O x x VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása

  31. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása Foszforsav disszociációja; az egyes orto-foszfát formák előfordulási aránya a pH függvényében H2PO4- HPO42- PO43- H3PO4

  32. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása Maradó oldott As [µg/L] Minden vizsgált pH értéken és koaguláns dózisnál a foszfátkoncentráció arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása egyértelmű volt Alacsonyabb koaguláns dózisnál, és magasabb pH értékeknél ez a hatás erőteljesebben jelentkezik

  33. 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

  34. pH-nak jelentős hatása van az As eltávolításra VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – pH hatása Eltávolított As (%) FeCl3, ~ 200 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,017 mmol Fe3+/L Al2(SO4)3, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,131 mmol Fe3+/L Bopac, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,136 mmol Fe3+/L Arzenát eltávolítása a pH függvényében (budapesti csapvízből készített modell oldat, FeCl3, Al2(SO4)3és Bopac koagulánsok)

  35. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltávolítása koagulációval – pH hatása A koaguláns dózis növelésével a pH hatása csökken Oldott As (μg/L) pH hatása az arzéneltávolításra alumínium-szulfát koagulálószer alkalmazása esetén (hajdúbagosi nyersvíz (2. sz. kút, üzemen kívül); előoxidáció 1,35 mg Cl2/L hypóval, 70 μg/L kezdeti arzénkoncentráció)

  36. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Lúgosság hatása 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 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)

  37. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A tényezők együttes vizsgálata – Regresszió analízis Igazolás Mért As [μg/L] Mért As [μg/L] Számított As [μg/L] Számított As [μg/L] 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]

  38. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK Regresszió analízis (2) 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 legjelentősebb befolyásoló tényezők: a szilikát koncentráció és a vas koaguláns mennyisége 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] Az összefüggésben a végső pH szerepel mint változó, ez az érték azonban függ a kezdeti pH, lúgosság, valamint vas-koaguláns mennyiségétől  az első lépés a végső pH érték számítása

  39. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK Regresszió analízis (3)

  40. Mért As [μg/L] Számított As [μg/L] VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK Regresszió analízis (4) Az adatok szórásának az oka: a szilikát-tartalmú oldatokkal végzett kísérletek során a pelyhek mérete a 0,2 – 0,45 μm mérettartományba esik Szilikátos oldatok eredményeinek elhagyásával a szórás jelentősen csökkent Oldott As [µg/L] = – 60,36 + 57,1*PO4-P [mg/L] + 10,61*pH – 10,10*Fe [mg/L]

  41. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A regressziós összefüggés alkalmazása

  42. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A nyersvíz jellemzői:

  43. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz Nyers- víz

  44. 1 m3/h 1 m3/h VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz Nyers- víz

  45. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz Nyers- víz ~ 130 rpm ~ 2 min

  46. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz Nyers- víz ~ 15 rpm ~ 20 min

  47. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz szemcseméret: 1-2 mm Nyers- víz szemcseméret: 2-3 mm Szűrési sebesség: 20 m/h  7 m/h

  48. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek Oxidáló- szer Koaguláló- szer

  49. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek Oxidáló- szer Koaguláló- szer

  50. VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek A félüzemi berendezés folyamatábrája Gyors v. bekeverők Kezeletlen víz Flokkulátor Szűrők Kezelt víz szemcseméret: 1-2 mm Nyers- víz szemcseméret: 2-3 mm Szűrési sebesség: 20 m/h  7 m/h

More Related