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.

dittrich@witch.pmmf.hu

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!