Upload
stevie
View
46
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
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. [email protected]. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Települési vízgazdálkodás I.8.előadás
Arzén eltávolítás, vízlágyítás, aktívszén szűrés
Dittrich Ernőegyetemi adjunktus
PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039.
EJF Építőmérnöki Szak (BSC)
Arzén határértékének változása
Korábbi határérték: 50 mg/l Új határérték: 10 mg/l A határérték változás több mint 400
vízművet érint(ett)
2
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.
3
Arzén előfordulási formái a pH függvényében
4
As(V) előfordulása a pHfüggvényében
As(III) előfordulása a pHfüggvényében
Főbb arzén eltávolítási technológiák és hatásfokuk
5
Tisztítás technológia Arzenit-eltávolítás, % Arzenát-eltávolítás, %
Fe koaguláció (pH=7,8), (ülepítés), szűrés 60 95
Al koaguláció (pH=7,8), (ülepítés), szűrés 15 80
Meszes lágyítás (pH=11) 70 99
Ioncsere (SO42-<100 mg/l) 0 >95
Aktivált alumínium (pH=5,5-6,0) 0 >98
Fordított ozmózis 60 >95
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.
6
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 adszorpcióra7
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
8
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
9
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.
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
11
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!
12
2223
22323
22323
)(
)(
)(
COOHMgOHMgCO
COOHMgCOHCOMg
COOHCaCOHCOCa
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
13
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) 14
NaClRMgRNaMgCl
NaClRCaRNaCaCl
SONaRMgRNaMgSO
SONaRCaRNaCaSO
NaHCORMgRNaHCOMg
NaHCORCaRNaHCOCa
22
22
2
2
22)(
22)(
22
22
4224
4224
3223
3223
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 !!!
15
22
22
22
22
MgClRNaNaClRMg
CaClRNaNaClRCa
Vízlágyítás ioncserével III.
16
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 reaktiválás kémiai és hőkezelést jelent mely 10-15% 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: Erősen ingadozó nyersvíz minőség esetén használják. Az aktívszén szűrő előtt aktívszén port adagolnak a nyersvízhez.
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
21
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!