Transcript Arzénmentesítés

BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSA IVÓVÍZBŐL
LAKY DÓRA
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
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNPROBLÉMA A VILÁGBAN
Smedley és Kinniburgh, 2002
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
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
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/L maximális
arzénkoncentráció
megengedhető lenne???
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNHATÁRÉRTÉK SZIGORODÁSA
Arzén
Határérték:
• Régi magyar hé.:
• EU:
50 μg/L
10 μ g/L
Előfordulás: oldott állapotú anyag jelenik 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
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A MAGYARORSZÁGI ARZÉNHELYZET
Forrás: ÁNTSZ (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN
As(V) előfordulása a pH
függvényében
As(III) előfordulása a pH
függvényében
Forrás: Fields et al. (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNFORMÁK AZ IVÓVÍZBEN
As(V) előfordulása a pH
függvényében
As(III) előfordulása a pH
függvényében
Forrás: Fields et al. (2000)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉN EREDETE

Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban
jelenik meg

Az arzén felszín alatti vizeinkben gyakran vas és mangán
vegyületekkel együtt fordul elő

Adott körülmények között (például az ásványokban jelen
lévő kén átalakulása miatt, a fémek és az arzén oldott
állapotba kerülhetnek)

Reduktív viszonyok között a vas, a mangán és az arzén oldott
állapotú vegyületei stabilizálódnak
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉNPROBLÉMA
pH
HCO3-
szervesa.
Arzén
kioldódása
kőzetekből
Emberi
eredetű
As szennyezés
Arzén
oxidációja
Arzén
megjelenése a
vízbázisban
Arzén
a víztisztító
telepen
Si
PO43-
Koaguláció
(fém-só
adagolás)
Adszorpciós
arzénmentesítés
Szil./foly.
fázisszétvál.
gyorsszűrés
Szil./foly.
fázisszétvál.
ultra/mikrosz.
Nanoszűrés/
fordított
ozmózis
TECHNOLÓGIÁK
As-tartalmú
iszap
víztelenítése
Iszap
elhelyezése
Arzén
tartalom
visszanyerése
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ARZÉN ELTÁVOLÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ TECHNOLÓGIÁK
Alkalmazott technológia
Arzén-eltávolító mechanizmus
Koaguláció és szilárd/folyadék
fázisszétválasztás
Kicsapatás – adszorpció – koprecipitáció
Aktivált alumínium-oxidon
történő adszorpció
Adszorpció
Granulált vas-hidroxidon történő Adszorpció
adszorpció
Meszes vízlágyítás során történő
arzén eltávolítás
Adszorpció a csapadék felületén,
koprecipitáció
Membrántechnológiák
nyomás hatására történő szilárd/folyadék
fázisszétválasztás (előtte koaguláció)
vagy: oldott As eltávolítása (RO,
nanoszűrés)
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+
HCO3- + H3O+

H2CO3 + H2O
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A KOAGULÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN
Az alumínium-hidroxidok között létrejövő hidrogén-híd kötés
(szaggatott vonallal jelölve) és a kolloid szol aggregálódása
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)
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
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
A KÖVETKEZŐ KOMPONENSEK/VÍZMINŐSÉGI
JELLEMZŐK HATÁSAIRÓL LESZ SZÓ:
 Szervesanyag
 Szilikát
 Foszfát
 pH / lúgosság
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAR TESZTEK (POHARAS KÍSÉRLETEK)
Optimális pH, koaguláns dózis, koaguláns típus, stb.
meghatározására (előkísérlet)
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)
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
Asoldott
(µg/L)As [µg/L]
Maradó
KOIPS = 13 mg/L
KOIPS = 1 mg/L
250
200
150
100
50
10 µg/L
0
0
0.2
0.4
0.6
mmol Fe/L
0.8
1
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Szervesanyag hatása
A 10 µg/L arzén koncentráció eléréséhez szükséges Me3+ : As mólarány
KOIPS ~ 1 mg/L
KOIPS ~ 13 mg/L
Fe3+ (vas-klorid
koaguláns)
6,8
85,1
Al3+ (alumíniumszulfát koaguláns)
44,3
272,5
A szükséges koaguláns dózisok között nagyságrendi különbség
van!
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
Ortokovasav disszociációja; az egyes szilikát-formák előfordulási
aránya a pH függvényében
4
H2SiO42H2SiO42-
H3SiO4H3SiO4-
H4SiO4
H SiO
4
100
90
80
70
[%]
60
50
40
30
20
10
0
3
4
5
6
7
8
pH
9
10
11
12
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
Arzénmentes, szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei
1.6
0 mg/L SiO2
1.4
30 mg/L SiO2
Fe [mg/L]
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
pH
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)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
Arzén és szilikát-tartalmú vízzel végzett kísérletek eredményei
60
pH = 7,5
50
pH = 8,5
As [µg/L]
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
SiO2 [mg/L]
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)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
0,45 µm
pórusméretű
szűrve
As: filtered
through
0.45 µmmembránon
pore-size membrane
As: filtered through 0.45 µm pore-size membrane
0,45 µm
pórusméretű
szűrve
Fe: filtered
through
0.45 µmmembránon
pore-size membrane
µm through
pórusméretű
membránon
szűrve
As: 0,2
filtered
0.2 µm
pore-size membrane
Fe: filtered through 0.45 µm pore-size membrane
0,2 µm through
pórusméretű
membránon
szűrve
Fe: filtered
0.2 µm
pore-size membrane
60
60
1.2
1.2
50
50
40
40
0,45 µm pórusméret; As
11
0.8
0.8
0,45 µm pórusméret; Fe
30
30
0.6
0.6
adagolt Fe(III) = 1,5 mg/L
kezdeti pH = 8,5
20
20
0.4
0.4
10
10
0.2
0.2
00
00
00
10
10
20
20
30
30
SiO
SiO22 [mg/L]
[mg/L]
40
40
50
50
60
60
Fe [mg/L]
As [µg/L]
As [µg/L]
Maradó oldott
kezdeti As
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
0,45 µm
pórusméretű
szűrve
As: filtered
through
0.45 µmmembránon
pore-size membrane
0,2 µmthrough
pórusméretű
szűrve
As: filtered
0.2 µmmembránon
pore-size membrane
0,45 µm
pórusméretű
szűrve
Fe: filtered
through
0.45 µmmembránon
pore-size membrane
0,2 µmthrough
pórusméretű
szűrve
Fe: filtered
0.2 µmmembránon
pore-size membrane
60
1.2
0,45 µm pórusméret; As
50
40
1
0.8
0,45 µm pórusméret; Fe
30
0,2 µm pórusméret; As
0.6
20
0,2 µm pórusméret; Fe
0.4
0.2
10
0
0
0
10
20
30
SiO2 [mg/L]
40
50
60
módszer: Liu et al. (2007)
Fe [mg/L]
As [µg/L]
As [µg/L]
Maradó oldott
kezdeti As
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)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Szilikát hatása
A koaguláns dózis növelésével
a szilikát
As: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon
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)
As: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon
60
50
As [µg/L]
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Koaguláns dózis [mg Fe(III)/L]
Arzénkoncentráció értékek 0,45 µm és 0,2 µm pórusméretű membránon történő
szűrés 0,45
µm pórusméretű
membránon és fix
Fe:
szűrés 0,2dózis
µm pórusméretű
membránon
szűrést Fe:
követően
növekvő
vas koaguláns
szilikát
(50 mg/L
SiO2)
alkalmazása esetén (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/L kezdeti As(V)
1.4
koncentráció; kezdeti pH = 8)
1.2
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
3-
x
O
O As O
x
O
x
O
x
x
x
3-
x
x
O P O
x
x
O
x
x
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
Foszforsav disszociációja; az egyes orto-foszfát formák
előfordulási aránya a pH függvényében
H2PO4H2PO4-
H3PO4
H3PO4
HPO42HPO42-
PO43PO43-
[%]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
3
4
5
6
7
8
pH
9
10
11
12
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Maradó oldott As [µg/L]
As eltávolítása koagulációval – Foszfát hatása
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
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
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – pH hatása
Eltávolított As (%)
pH-nak jelentős hatása van
az As eltávolításra
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)3 és Bopac
koagulánsok)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltávolítása koagulációval – pH hatása
Oldott As (μg/L)
A koaguláns dózis növelésével
a pH hatása csökken
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)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Lúgosság hatása
As (kezdeti pH = 8,0)
As (kezdeti pH = 7,0)
végső pH (kezdeti pH = 8,0)
végső pH (kezdeti pH = 7,0)
50
8.5
8
7.5
7
30
6.5
pH
As [µg/L]
40
6
20
5.5
5
10
4.5
0
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Lúgosság [meq/L]
Következtetés: a lúgosságnak leginkább közvetetten van hatása a végső pH érték
Maradék arzénkoncentrációk
a kezdeti
lúgosság (NaHCO
3 tartalom)
befolyásolásán
keresztül. A hazai vizek
pufferkapacitása
elég magas,
így a hidroxidfüggvényében
modell oldat;
µg/L lúgosság
kezdeti As(V)
képződés
biztosan(ioncserélt
végbemegy,vízből
amivelkészített
inkább számolni
kell, az50
a nagy
 kevésbé
koncentráció;
1 mg/L
Fe koaguláns
adagolása
formájában)
csökken
a koagulációt
követően
kialakuló
pH értékvas(III)-klorid
 kisebb mértékű
arzén eltávolítás
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A tényezők együttes vizsgálata – Regresszió analízis
Mért As [μg/L]
Mért As [μg/L]
Igazolás
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]
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
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Regresszió analízis (3)
Lúgosság = 3,0 meq/L
9.0
8.5
8.5-9
8.0
8-8.5
Végső pH
7.5
7.5-8
7.0
7-7.5
6.5
9,00
6
8,50
7
8,00
9
8
Fe [mg/L]
5
4
3
2
1
0
6.5-7
7,00
7,50
Kezdeti pH
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
90 %-os valószínűség tartománya
95 %-os valószínűség tartománya
60
50
[μg/L]
AsAs
Mért
Mért
[µg/L]
Szilikátos oldatok
eredményeinek
elhagyásával a
szórás jelentősen
csökkent
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
[µg/L]
As[μg/L]
SzámítottAs
Számított
Oldott As [µg/L] = – 60,36 + 57,1*PO4-P [mg/L] + 10,61*pH – 10,10*Fe [mg/L]
60
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A regressziós összefüggés alkalmazása
PO4-P
(mg/L)
pH
SiO2
(mg/L)
KOIPS
(mg/L)
min. Fe
(mg/L)
0,15
7,2
40
1,5
4,7
0,40
7,2
40
1,5
6,0
0,15
7,2
60
1,5
6,5
0,40
7,2
60
1,5
7,8
0,40
8,2
60
1,5
10,4
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A nyersvíz jellemzői:
pH
7.6 – 7.7
redox potenciál
-110 – -55 mV
arzén
35 – 70 μg/L
vas
0.50 – 0.75 mg/L
mangán
0.18 – 0.25 mg/L
KOIPS
1.4 – 2.2 mg/L
foszfát
0.5 – 0.6 mg/L
ammónium
1.2 – 1.5 mg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
Nyersvíz
Gyors v. bekeverők
Flokkulátor
Szűrők
Kezelt víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
1 m3/h
Nyersvíz
1 m3/h
Gyors v. bekeverők
Flokkulátor
Szűrők
Kezelt víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
Gyors v. bekeverők
Nyersvíz
~ 130 rpm
~ 2 min
Flokkulátor
Szűrők
Kezelt víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
Gyors v. bekeverők
Flokkulátor
Nyersvíz
~ 15 rpm
~ 20 min
Szűrők
Kezelt víz
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
Gyors v. bekeverők
Flokkulátor
Szűrők
Kezelt víz
szemcseméret: 1-2 mm
Nyersvíz
szemcseméret: 2-3 mm
Szűrési sebesség: 20 m/h  7 m/h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek
Oxidálószer
Koagulálószer
KMnO4
NaOCl
FeCl3


Al2(SO4)3


VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi kísérletekben alkalmazott vegyszerek
Oxidálószer
Koagulálószer
KMnO4
NaOCl
FeCl3


Al2(SO4)3


VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A félüzemi berendezés folyamatábrája
Kezeletlen víz
Gyors v. bekeverők
Flokkulátor
Szűrők
Kezelt víz
szemcseméret: 1-2 mm
Nyersvíz
szemcseméret: 2-3 mm
Szűrési sebesség: 20 m/h  7 m/h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, As koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
0
4,5
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
80,0
4,5
Vas(III)-klorid
3,0
As ug/L
As µg/L
50,0
2,5
40,0
2,0
1,5
20,0
1,0
0
10,0
0,5
0
0,0
0,0
1
3
5
7
0
3
Kút As
5
7
9
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
11 13
17 19 21 23 25 27 729m/h
31 33 35
20 15
m/h
Kút As
Kút As
Kút As szűrt
3,0
A1 As
1,5
1,0
0,5
0,0
szűrt
A1 As
A1 As szűrt
2,5
2,0
30,0
0
1
3,5
A1 As szűrt
Vegyszer mg/L
3,5
60,0
0
Permanganát
Vas(III)-klorid
mg KMnO4/L, mg Fe/L
Vegyszerek:
Vegyszer mg/L
4,0
70,0
0
0
Permanganát
4,0
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, As koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
4,5
mg KMnO4/L, mg Fe/L
Vegyszerek:
Chemicals: mg KMnO4/L, mg Fe/L
70,0
0
5,00 3,5
60,0
4,00 3,0
50,0
ug/L
As As
µg/L
0
0
6,00 4,0
80,0
0
3,00 2,5
40,0
30,0
2,00 2,0
20,0
0
1,00 1,5
10,0
0
0,0
0,00 1,0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
0
0,5
0
1
3
5
7
9
11
20 m/h
13 15 17
19 21 23 25 27
7 m/h
29 31 33
0,0
35
Permanganát
KMnO4
Vas(III)-klorid
FeCl3
Kút
As
raw
As
raw
, dissolved
Kút
As
szűrt As
B1 As
B1 As
A1
As
B1 dissolved As
B1 As
A1
Asszűrt
szűrt
Vegyszer mg/L
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, Fe koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
4,5
3,5
1,60
3,5
3,0
1,40
Fe mg/L
mg/L
Fe
0
4,0
3,0
1,20
2,5
2,5
1,00
2,0
2,0
0,80
0
1,5
0,60
1,5
1,0
0,40
0
0
1,0
0,20
0,5
0,00
0,0
0,5
1
3
5
7
9
0
1
mg Fe/L
KMnO4/L,
Vegyszerek:
Chemicals:mg
mg KMnO4/L,
mg Fe/L
1,80
0
0
4,0
4,5
2,00
0
3
5
7
9
11
11
13
15
17
20 m/h
13 15 17 19
19
21
23
25
27
21 23 25 27
29
31
33
7 m/h
29 31 33
35
0,0
35
Permanganát
KMnO4
Vas(III)-klorid
FeCl3
Kút
Fe
Kút
rawAs
Fe
raw , dissolved Fe
Kút
szűrt
Kút As
Fe szűrt
A1 Fe
A1
Fe
A1
A1As
dissolved Fe
A1 Fe
As szűrt
szűrt
Vegyszer mg/L
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, Fe koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
4,5
6,00
3,5
1,60
5,00
3,0
1,40
Fe mg/L
mg/L
Fe
0
KMnO4/L,
mg
Vegyszerek:
Chemicals: mg
KMnO4/L,
mg Fe/L mg Fe/L
1,80
0
0
7,00
4,0
2,00
0
0
1,20
4,00
2,5
1,00
3,00
2,0
0,80
0,60
2,00
1,5
0,40
0
1,00
1,0
0,20
0,00
0,00
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
0
1
3
5
7
9
7 m/h
11 1320
15m/h
17 19 21 23 25 27 29
31 33 35
0,5
0,0
Permanganát
KMnO4
Vas(III)-klorid
FeCl3
Kút
Fe
rawAs
Fe
Kút
raw , dissolved Fe
Kút
As
szűrt
Kút
Fe szűrt
B1 Fe
B1
B1Fe
dissolved Fe
A1
As
B1 Fe
A1
As szűrt
szűrt
Vegyszer mg/L
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –A1 szűrő, Mn koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
4,5
0,50
4,0
3,5
0,40
3,5
0,35
MnMnmg/L
mg/L
0
4,0
0,45
0
0
4,5
3,03,0
0,30
2,5
2,5
0,25
2,0
0,20
2,0
1,5
0,15
0
0
0,10
1,01,5
0,05
0,5
0,00
0,0
1,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
0
0
1
Chemicals:mg
mg KMnO4/L,
mg Fe/L mg Fe/L
KMnO4/L,
Vegyszerek:
0
3
5
7
9
20 m/h
7 m/h
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
0,5
0,0
Permanganát
KMnO4
Vas(III)-klorid
FeCl3
Kút As
Mn
Kút
raw Mn
A1 Mn
Kút
Kút
Mn szűrt
szűrt
A1
Mn As
A1 dissolved Mn
A1 Mn
A1
As
A1 Mn
As szűrt
szűrt
Vegyszer mg/L
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
KMnO4/FeCl3 kombináció –B1 szűrő, Mn koncentráció
Arzén eltávolítás kálium-permanganát oxidálószerrel és vas(III)-klorid koagulálószerrel
4,5
0,45
0
0
3,5
5,00
0,40
3,0
0,35
Mn mg/L
mg/L
Mn
0
6,004,0
0,50
4,00
0,30
2,5
0,25
3,00
2,0
0,20
2,00
0
0,15
1,5
0,10
1,00
0
1,0
0,05
0,00
0
0,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
0
1
3
Chemicals: mg KMnO4/L, mg Fe/L
mg KMnO4/L, mg Fe/L
Vegyszerek:
0
5
7
9
11
20 m/h
13 15 17
19 21 23 25 27
7 m/h
29 31 33
0,5
0,0
35
Permanganát
KMnO4
Vas(III)-klorid
FeCl3
raw Mn
Kút As
Mn
Kút
raw , dissolved Mn
B1 Kút
Mn
Kút As
Mn szűrt
szűrt
B1 dissolved Mn
B1 Mn
A1
As
B1 Mn
A1
As szűrt
szűrt
Vegyszer mg/L
0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Az As eltávolítás szempontjából optimális vegyszerdózisok
Oxidálószer
KMnO4
NaOCl
FeCl3
1,5 mg KMnO4/L
2,0 mg Fe3+/L
1,35 mg Cl2/L
2,0 mg Fe3+/L
Al2(SO4)3
1,5 mg KMnO4/L
5,0 mg Al3+/L
1,35 mg Cl2/L
5,0 mg Al3+/L
Koagulálószer
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
A kezelendő víz minősége
Paraméter
Érték
pH
8,2 ± 0,1
redox potenciál
-108 ± 49 mV
arzén
43 ± 9 μg/L
vas
0,16 ± 0,06 mg/L
mangán
0,03 ± 0,03 mg/L
KOIPS
4,00 ± 0,50 mg/L
foszfát
0,20 ± 0,02 mg/L
ammónium
1,03 ± 0,04 mg/L
lúgosság
9,0 ± 0,2 meq/L
szilikát
~ 18 mg SiO2/L
metán
~ 40 NL/m3
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
1 m3/ h
1 m3 / h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
~ 130 rpm
~ 2 min
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
~ 15 rpm
~ 20 min
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
szemcseméret:: 1-2 mm
átmérő:
350 mm
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Alkalmazott vízhozam a félüzemi kísérletekben:
A kialakuló szűrési sebeség:
0,5 m3/h
5,2 m/h
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Optimális vegyszer-koncentrációk: KMnO4/FeCl3
As (µg/L)
Vegyszerek (mg/L)
1 mg/L KMnO4 és
4 mg Fe(III)/L FeCl3
10 µg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Optimális vegyszer-koncentrációk: NaOCl/FeCl3
As (µg/L)
Vegyszerek (mg/L)
1.7 mg Cl2/L NaOCl és
4 mg Fe(III)/L FeCl3
10 µg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Homokszűrés hatékonysága
A homokszűrőről lejövő víz összes és oldott
arzénkoncentrációja
közötti összefüggés
Összes és oldott arzénkoncentrációk közötti összefüggés
40,0
y = 0,8273x + 0,3772
R2 = 0,7637
35,0
Oldott As (ug/L)
30,0
25,0
20,0
15,0
A homokszűrés megfelelő
hatékonysággal távolította
el a keletkező pelyheket
10,0
5,0
0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
Összes As (ug/L)
25,0
30,0
35,0
40,0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A mechanikus bekeverés elhagyásának hatása (rövid távon)
Rövid távon nem jelentkezett a
keverés elhagyásának negatív
hatása
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A flokkulátortartály kiiktatásának hatása
(A sor: nincs flokk.; B sor: üzemel a flokk. tartály)
1616
1414
1212
1010
88
66
44
22
00
10 µg/L
Összes As (ug/L)
Összes As (µg/L)
Összes arzénkoncentráció értékei egy szűrési ciklusban
A sor
0
0
2
2
Összes arzénkoncentráció értékei egy szűrési ciklusban (A sor)
4
6
8
10
12
14
4
Összes As (ug/L)
Összes As (µg/L)
8,0
6
8
10
12
Öblítés óta eltelt idő (óra)
14
16
16
18
18
20
20
8
7,0
7
6,0
6
55,0
44,0
33,0
22,0
11,0
00,0
Öblítés után eltelt idő
B sor
0
0
5
5
10
10
15
15
Öblítés óta eltelt idő (óra)
20
20
25
25
Öblítés után eltelt idő
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
A flokkulátortartály kiiktatásának hatása
(A sor: nincs flokk.; B sor: üzemel a flokk. tartály)
Összes vaskoncentráció értékei egy szűrési ciklusban
A szűrési ciklus részletes
mintázása során egyértelművé
vált a flokkulátortartály
A sor
kiiktatásának negatív hatása (a
szűrési ciklus0,2
a felére
mg/L csökkent)
21
0,80,8
Összes Fe (mg/L)
Összes Fe (mg/L)
1,21,2
0,60,6
8 óra
0,4
0,4
0,20,2
12 óra
00
0
0
2
2
4
6
8
10
12
14
értékei
4Összes vaskoncentráció
6
8
10egy szűrési
12 ciklusban
14
Öblítés óta eltelt idő (óra)
16
16
18
18
20
20
Öblítés után eltelt idő
0,30
0,25
0,25
0,2 mg/L
0,20
Összes Fe (mg/L)
Összes Fe (mg/L)
0,30
0,20
0,15
0,15
20 óra
0,05
0,05
0
00
B sor
14 óra
0,10
0,10
0,00
55
10
15
10
15
Öblítés óta eltelt idő (óra)
20
20
25
25
Öblítés után eltelt idő
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Nyersvíz pH csökkentésének hatása
Félüzemi szinten nem tudtuk
kimutatni a nyersvíz pH
csökkentésének pozitív hatását a
maradó arzénkoncentrációra
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As eltáv. koagulációval – Félüzemi kísérletek
Laboratóriumi és félüzemi kísérleti eredmények
összehasonlítása
As (µg/L)
1 mg/L KMnO4 és 4.5 mg Fe(III)/L FeCl3
az optimális vegyszerkoncentrációk (nagyon közel a
félüzemi kísérleti eredményekhez) Vegyszerek (mg/L)
10 µg/L
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
FÉLÜZEMI KÍSÉRLETEK ÖSSZEFOGLALÁSA


Optimális vegyszerkoncentrációk meghatározása
1 mg/L KMnO4
Félüzemi és
és
laboratóriumi
4 mg Fe(III)/L FeCl3
kísérleti eredmények
összehasonlítása
1 mg/L KMnO4
és
4,5 mg Fe(III)/L FeCl3
Összes és oldott arzénkoncentrációk közötti összefüggés
A homokszűrés
hatékonyságának
értékelése
As(ug/L)[μg/L]
Oldott
Oldott As

40,0
y = 0,8273x + 0,3772
R2 = 0,7637
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
Összes As (ug/L)

25,0
Összes As [μg/L]
Keverési program változtatásának hatása
30,0
35,0
40,0
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
Paraméter
Érték
pH
8,2 ± 0,1
redoxi potenciál
-108 ± 49 mV
arzén
43 ± 9 μg/L
vas
0,16 ± 0,06 mg/L
mangán
0,03 ± 0,03 mg/L
KOIPS
4,00 ± 0,50 mg/L
foszfát
0,20 ± 0,02 mg/L
ammónium
1,03 ± 0,04 mg/L
lúgosság
9,0 ± 0,2 meq/L
szilikát
~ 18 mg SiO2/L
metán
~ 40 NL/m3
Félüzemi kísérletek
eredményei alapján:
Mind a klóros (törésponti
klórdózis töredékének
alkalmazásával), mind a
kálium-permanganátos
oxidáció megfelelő az arzén
szempontjából
Komplex technológia
kialakítása  ammónium
eltávolítása törésponti
klórozással, majd vas(III)kloriddal végzett koaguláció
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
FeCl3
KLÓR
KLÓR
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
FeCl3
TÖRÉSPONTI KLÓROZÁS
Félüzemi kísérletek eredményei alapján: 10,4 mg Cl2/L

az As(III)  As(V) oxidáció végbemegy

Maradék NH4+ koncentráció: 0,1 mg/L
KLÓR
KLÓR
430 m3/nap
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
KLÓR
KLÓR
430 m3/nap
FeCl3
KOAGULÁCIÓ
Félüzemi kísérletek eredményei alapján: 4 mg/L Fe(III) adagolása

As(V) szilárd formává alakulása megtörténik
Gyors keverés: 2 perces tartózkodási idő 
0,6 m3 térfogatú
vegyszerbekeverő tartály
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
FeCl3
KLÓR
KLÓR
430 m3/nap
FLOKKULÁCIÓ
Lassú keverés: 15 perces tartózkodási idő 
4,5 m3 térfogatú
vegyszerbekeverő tartály
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
FeCl3
GYORS HOMOKSZŰRÉS
Félüzemi kísérletek alapján: 5 m/h szűrési sebesség
Szükséges felület: 3,6 m2
KLÓR
KLÓR
430 m3/nap
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
JAVASOLT TECHNOLÓGIA EGY ADOTT TELEPÜLÉSEN
FeCl3
KLÓR
KLÓR
430 m3/nap
AKTÍV SZÉN ADSZORPCIÓ
Félüzemi kísérletek alapján: 21 μg/L trihalo-metán koncentráció (határérték
alatti), azonban biztonsági okokból, valamint a klórkoncentráció
csökkentése érdekében aktív szén adszorber beépítése javasolt
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
KÖVETKEZTETÉSEK
 Az arzénen kívül a vízben megtalálható, egyéb komponensek
figyelembe vétele:
 Szilikát
 Foszfát
 Szervesanyag
 Előkísérletek szerepe
 Laboratóriumi és félüzemi léptékű eredmények
összehasonlíthatósága
 A folytatás: adszorpciós technológiák
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
AZ ADSZORPCIÓ ALAPJA
 Egyensúly áll be az adszorbensen megkötött anyagmennyiség
és a víztérben mért koncentráció között
 Az egyensúly adott idő
elteltével áll be
 A víztisztítási technológiák
alkalmazásakor általában nem áll
rendelkezésre annyi idő, hogy ez az
egyensúly beálljon (a kontaktidő az
adszorbereken általában kisebb)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓ - FOGALMAK
Befolyó víz
C0
0
Co
Telített zóna
(Celfolyó = Co)
Aktív adszorpció zónája
Friss adszorber
(Celfolyó = 0 mg/L)
Elfolyó víz
Celfolyó
0
Celfolyó
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓ - FOGALMAK
1
Celfolyó
Co
0
A2
A1
VB
Az elfolyó víz mennyisége
 Üres ágytérfogat = A töltet térfogata (pórusokkal együtt)
Üres ágytérfogat
 Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontakt-idő = Vízhozam
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ELŐÁLLÍTÁSA
 A vasoxidon történő felületi megkötésen alapuló eljárást a
Berlini Műszaki Egyetemen 1991 és 1994 között fejlesztették ki
(Dr M. Jekel és Dr W. Driehaus)
 Előállítása: A granulált vashidroxid valójában kristályos
vasoxi-hidroxid (β-FeOOH), ami az akaganeit nevű természetes
kristálynak felel meg. A GEH-et egy savas vasklorid-oldatból
gyártják nátrium-hidroxiddal való semlegesítéssel:
FeCl3  3NaOH  Fe(OH) 3  3NaCl
A keletkező csapadékot ioncserélt vízzel kimossák, és
centrifugálják, majd a hidroxidgélt megfagyasztják (víztelenítési
célból  a szabad vizet és az adszorbeált vizet is eltávolítja)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ALKALMAZÁSI
TAPASZTALATAI 19 NÉMETORSZÁGI VÍZMŰBEN
 Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontaktidő: 3 - 10 perc
 Visszamosatás havi gyakorisággal, tiszta vízzel, 20 percen
keresztül
 50 000 - 280 000 ágytérfogatnyi víz kezelése után merültek ki
a töltetek (az elfolyó víz koncentrációja meghaladta az 5 μg/L-t)
10 - 40 μg/L kezdeti arzénkoncentráció esetén
 6-os pH-n: 280 000 ágytérfogat kezelése
 8-as pH-n: 60 - 90 000 ágytérfogat kezelése
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS
KAPACITÁSA (Driehaus, 2002)
 A gyártó által megadott adatok szerint: 55 - 60 g/kg
 A kapacitást azonban a következő értékek befolyásolják:
 Kezdeti arzénkoncentráció (mivel egyensúlyi folyamatról van szó,
nekünk azonban nem mindegy, hogy milyen kezdeti koncentrációról
mekkorára szeretnénk lecsökkenteni az As-t)
 Kontakt-idő  a víztisztító telepeken általában nincs arra idő, hogy az
egyensúly beálljon
 Egyéb vízminőségi jellemzők („versengő” komponensek, pH)
 Irreálisan magas kezdeti As koncentrációval végzett kísérletek
eredményei  kevesebb ágytérfogat kezelésére alkalmas az adszorbens, de
lényegesen nagyobb kapacitásértékek adódnak, ami nagyon félrevezető lehet!
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
AZ ADSZORPCIÓS KAPACITÁS MEGHATÁROZÁSA
KÍSÉRLETI ÚTON
 Batch kísérlet
 Oszlopos kísérlet
Erlenmeyer-lombik
Adszorbens
Adszorbens
Rázópad
Nyers víz
Kezelt víz
 Változó nyersvízminőség
 Változó kontakt-idő (mintavétel
 Változó nyersvízminőség
 Változó kontakt-idő (vízhozam,
időpontja)
 Változó adszorbens mennyiség
adszorber-mennyiség változtatása)
 Regenerálás lehetőségének vizsgálata
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS
KAPACITÁSA
 A gyártó által megadott adatok szerint: 55 - 60 g/kg
 Kísérleti eredmények (Kardos M., 2006 alapján):
pH
Kezdeti As
Áttörési Askonc.
Kontaktidő
Adsz.
kap.
Forrás
[μg/l]
[μg/l]
[min]
[g/kg]
7,6
500
5
2
0,37
Thirunavukkarasu és
mtsai, 2003
7,3
12-22
5
5-10
0,29
Khandaker és mtsai,
2006
7-8
8-25
5
2,5-5,4
1,4
Holy és mtsai, 1998
7,9
21
10
6
1,3
Seith és mtsai, 1999
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
AZ ARZÉNNEL VERSENGŐ KOMPONENSEK HATÁSA
 A szelektivitási sorrend:
arzenát > foszfát > fluorid > szulfát > klorid (Driehaus, 1994)
 A GEH arzénre szelektív adszorbensnek minősül, azonban míg az
arzén a vizekben többnyire 10-100 µg/L koncentrációban fordul elő,
addig a többi anion koncentrációja általában egy (esetleg több)
nagyságrenddel nagyobb
 A foszfát/arzenát arány növekedésével a megkötött arzenát
mennyiség rohamosan, később kisebb mértékben csökken.
Foszfát/arzenát = 5 mólaránynál mintegy negyedannyi arzenát kötődik
meg, mint foszfát jelenléte nélkül, ez a szám 10-es arány esetén 10%,
20-as arány esetén 7-8% (Driehaus, 1994; Kardos, 2006)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
A pH HATÁSA A GEH ARZÉNMEGKÖTŐ KAPACITÁSÁRA
 Az egyes kutatási eredmények meglehetősen ellentmondásosak, de
Megkötődött As (g/kg adszorbens)
általában alacsonyabb pH-n tapasztalták a kedvezőbb As eltávolítást
Forrás: Driehaus, 2002
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
EGYÉB, ARZÉNMEGKÖTÉSRE ALKALMAS ADSZORBENSEK
 Aktivált alumínium
 Vas-hidroxiddal bevont aktivált alumínium
 Vas-hidroxiddal bevont aktív szén
 Vas-hidroxiddal bevont zeolit
 Vas-hidroxiddal bevont búzakorpa
 Stb.
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
ÖSSZEFOGLALÁS
 Az adszorbensek arzénmegkötő kapacitása között jelentős az eltérés,
melynek oka a kísérletekben alkalmazott különböző nyersvízminőség
 Általánosságban igaz az, hogy az alacsonyabb pH az arzén
adszorpciójára kedvező hatással van (Holm, 2002; Lin és Wu, 2001;
Driehaus, 2002; Streat et al., 2008), alacsonyabb pH értéken ugyanis az
adszorbens pozitív felületi töltéssel rendelkezik, melyen a negatív töltésű
ionok megkötődése hatékonyabb
 A vízben található anionok (foszfát, szilikát, szulfát, karbonát,
bikarbonát, fluorid, klorid, nitrát) és az arzén között verseny alakulhat ki
a szabad adszorpciós helyekért, azonban ennek mértéke mindig az adott
nyersvíz jellegétől függ (az egyes anionok koncentrációjától, pH-tól)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS
ÖSSZEFOGLALÁS (folyt.)
 A nyersvíz szervesanyag tartalma tovább csökkentheti az
adszorbensek kapacitását (Redman et al., 2002)
 A vas-hidroxid alapú adszorbensek arzénmegkötő kapacitása
általában nagyobb mint az alumínium-oxid alapúaké (Lin és Wu,
2001)
 Míg a vas-hidroxid előoxidáció nélkül is képes az arzén
megkötésére, – melynek oka feltehetően az arzenit oxidációja a
vas(III)-hidroxid által (Thirunavukkarasu et al., 2003) – addig aktivált
alumínium-oxid alkalmazása esetén általában előoxidáció szükséges
(Lin és Wu, 2001)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Az arzénproblémával érintett európai országok köre (1)
Ország
Magyarország
Görögország
északi része
Érintett
lakosok
száma
Arzén
eredete
Geológiai
eredetű
Geotermikus
eredet
Arzénkoncentráció
Alkalmazott eltávolítási
technológia
Forrás
1 400 000
10 – 100 μg/L Koaguláció, adszorpció
-
-
10 – 70 μg/L
Katsoyiannis et
al., 2007
Horvátország
keleti része
Geológiai
eredetű
Románia
Franciaország
Bányászat -
Svájc
Bányászat -
200 000
Nincs adat
Koaguláció és ezt követően
szűrés, vagy csak szűrés. Mivel
gyakran a határértéknek nem
felel meg a kezelt víz (pl.
10 – 610 μg/L Eszéken a 250 μg/L-es
arzénkoncentrációt 40 μg/L-re
tudják csökkenteni
koagulációval), kísérleteznek
vassal bevont adszorberekkel.
Nem közvetlenül ivóvíz-célú
100 – 160 μg/L
felhasználás, hanem állattartás
Habuda-Stanic
et al., 2007
Pfeifer, 2007
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Az arzénproblémával érintett európai országok köre (2)
Arzén
eredete
Ország
Szlovákia
Anglia
Ipari
eredetű
szennyezés
-
Németország Bányászat
LengyelBányászat
ország
Ausztria,
Finnország,
Olaszország,
Oroszország
Szerbia
északi része
-
Érintett
ArzénAlkalmazott eltávolítási
lakosok koncentrátechnológia
száma
ció
1780 μg/L
Kyjov)
Nem közvetlenül ivóvíz-célú
27 μg/L
felhasználás, hanem öntözés
(Ondava)
Forrás
Hiller et al.,
2009
http://www.ad
min.cam.ac.uk/
news/dp/20070
82901
van Halem et
al., 2009
van Halem et
al., 2009
-
-
Főként magánkutakat érint, a
közüzemi vízellátásban nem
probléma
-
-
GEH adszorpció alkalmazása
számos németországi vízműben
-
-
-
-
-
-
470 000
2 – 250
μg/L (420
μg/L)
10 települést érint a probléma;
Jovanovic D.,
nincs technológia; 2 helyen:
2010
kísérletek vas-alapú adszorbenssel
Petrusevski et
al., 2007
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
As-mentesítési technológiák előnyei és hátrányai
Technológiák
Előnyök
Hátrányok
Koaguláció, majd ezt követő
homokszűrés
Jól ismert technológia, megbízható
működés, széleskörű tapasztalatok
Előoxidáció szükséges, nagy
mennyiségű arzéntartalmú
iszap keletkezése
Meszes vízlágyítás
Megbízható működés
Koaguláció, majd ezt követő
mikroszűrés / ultraszűrés
Hatékony szilárd-folyadék
fázisszétválasztás
Fordított ozmózis
Nem szükséges előkezelés (oxidáció,
koaguláció), hatékony arzéneltávolítás
érhető el
Adszorpciós arzénmentesítés
Egyszerű üzemeltetés, nem szükséges
(granulált vas-hidroxid,
előoxidáció (elvileg)
aktivált alumínium, ioncsere)
10,5 feletti pH értéken
hatékony
Előkezelés (oxidáció,
koaguláns adagolása)
szükséges, ár
Magas üzemeltetési
költségek
Versengő ionok
(legfőképpen orto-foszfát
ion) befolyásoló hatása,
gyakori monitoring
szükséges, mivel a kimerülés
várható ideje nem ismert
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Adszorpciós és koagulációs technológia költségei
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Adszorpciós és koagulációs technológia költségei
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Adszorpciós és koagulációs technológia költségei
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
technológiai vízigény (öblítővíz)
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Adszorpciós és koagulációs technológia költségei
Koaguláció+homokszűrés GEH adszorbens AsMet adszorbens
technológiai vízigény (öblítővíz)
Forrás: S-Metalltech; www.arzenmentesites.hu
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (1)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (2)
Depletion of abiotic resources (erőforrás kimerülés),
Global warming potential (üvegházhatású gázok);
Acidification potential (savasodási potenciál),
Photo-oxidant formation potential (fotó-oxidánsok);
Eutrophication potential (eutrofizációs potenciál);
Human toxicity potential (humántoxicitás)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Életciklus elemzés – „Bölcsőtöl a sírig” (3)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (1)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (2)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (3)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (4)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (5)
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
10
Oldott
Kötött / sza
[mg Cl 2/L] /
15
0.80
0.40
5
As-MENTESÍTÉS + TÖRÉSPONTI KLÓROZÁS
0.00
0
0.00
0.32
0.40
Szabad aktív klór
0.48
0.60
Kötött aktív klór
Adagolt
Cl 2/L]
Kötötthypó
aktív[mg
klór
Szabad aktív klór
0.80
As
1.01
NH4+
As
45
koaguláns: 0,08 mmol Al/L
2.00
40
0.80
0.40
0.00
Kötött / szabad aktív klór
[mg Cl 2/L] / NH4+ [mg/L]
Az arzén
mértékű
oxidációjához a törésponti
8
klórmennyiség töredéke elegendő (ugyanolyan
7
maradék As1.20
koncentrációkat
sikerült elérni, mint
0,4 – 1,0 mg Cl2/L adagolásával)
30
1.60
megfelelő
25
5
20
4
15
0.32
0.40
Szabad aktív klór
0.60
0.80
As
0
0
7.37
8.84
11.06
Adagolt hypó [mg Cl 2/L]
14.74
10
5
0
1.01
5
5.90
15
NH4+
10
1
0.00
8
0.48
Kötött aktív klór
Adagolt hypó [mg Cl 2/L]
2
9
20
30
6
0.003
10
25
35
Oldott As [µg/L]
Kötött / szabad aktív klór
[mg Cl 2/L] / NH4+ [mg/L]
9
35
18.36
45
40
Oldott As [µg/L]
10
NH4+
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
MINTA-TECHNOLÓGIAI SOROK (6)