Transcript Aktívszén szűrés - Vízellátási és Környezetmérnöki Intézet

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]
1
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
As(V) előfordulása a pH
függvényében
As(III) előfordulása a pH
függvényében
4
Főbb arzén eltávolítási
technológiák és hatásfokuk
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
5
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 vashidroxid 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 adszorpcióra
7
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 HAsO42ionok 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
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.
10
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:
Ca ( HCO3 ) 2  CaCO3  H 2O  CO2
Mg ( HCO3 ) 2  MgCO3  H 2O  CO2
MgCO3  H 2O  Mg (OH ) 2  CO2


A kivált csapadékot időszakosan el kell távolítani.
Korszerűtlen (és költséges) eljárás, ma már nem
alkalmazzuk!
12
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:
Ca ( HCO3 ) 2  2 Na  R  Ca  R2  2 NaHCO3
Mg ( HCO3 ) 2  2 Na  R  Mg  R2  2 NaHCO3
CaSO4  2 Na  R  Ca  R2  Na2 SO4
MgSO4  2 Na  R  Mg  R2  Na2 SO4
CaCl2  2 Na  R  Ca  R2  2 NaCl
MgCl2  2 Na  R  Mg  R2  2 NaCl

A lágyított víz sótartalma nem csökken, sőt
kismértékben nő (pl. 1 mg magnézium-kloridból 1.23
mg nátrium-klorid képződik)
14
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:
Ca  R2  2 NaCl  2 Na  R  CaCl2
Mg  R2  2 NaCl  2 Na  R  MgCl2


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 15
határérték össz oldott sóra 1000 mg/l !!!
Vízlágyítás ioncserével III.
Kezelendő víz
szűrési sebessége:
10 – 80 m/h
Regeneráláskor a
gyantaoszlopon a
sóoldat átfolyási
sebessége: 2-4 m/h
16
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 Langmuirizoterma segítségével jellemezhető a folyamat:
17
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
18
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!
19
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.
20
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
Felhasznált irodalom



Dombay G.: Az arzéneltávolítás korszerű technológiai
lehetőségei. Vízmű Panoráma. 10(4), pp. 38-40. 2002.
(http://www.aquadocinter.hu/themes/Vandorgyules/pages/4sz
ekcio/dombay.htm)
Somlyódy László et al: Víztisztítás. BME-VKKT, Budapest,
2007.
Dr. Chovanecz Tibor: Az ipari víz előkészítése. Műszaki
Könyvkiadó, Budapest, 1979.
22
Köszönöm a megtisztelő
figyelmet!
23