Az Ivóvízminőség-javító program technológiai vonatkozásai Licskó István Laky Dóra és László Balázs BME VKKT
Célkomponensek • • • • • • • • •
Arzén Ammónium ion Bór Fluorid Vas Mangán Nitrit??? Metán Szén-dioxid
Lehetséges megoldások • • • • •
Új vízbázis keresése a közelben Másik réteg megcsapolása Csatlakozás kistérségi rendszerhez Csatlakozás regionális rendszerhez Helyi vízbázis + víztisztítási technológia
Legfontosabb rendező elv: Kit utálok, illetve kivel vagyok hajlandó együttműködni? Hol van ilyenkor a finanszírozó?
Arzén • Alapvetően kétféle megoldás alkalmazására kerülhet sor: Koaguláció + szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Kicsapódás?
Arzén • Befolyásoló tényezők pH Pufferkapacitás Arzén oxidációs száma Koaguláns minősége és mennyisége Szerves anyag mennyisége és minősége Orto-foszfát Szilikát
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
ORTOFOSZFÁT ION KONC. HATÁSA 3-
x
O O As O
O x
x
x
x
O P O x
x
x
O x
3-
x
O x
x
35 M a ra dó A s (µg/ L)
30 25 20 15 10 5 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
Kezdeti PO4-P (mg/L)
0,5
0,6
0,7
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
ORTOFOSZFÁT ION KONC. HATÁSA
Csapvízből készített modell oldatok; kezdeti pH = 7,6 – 7,7; Fe koaguláns alkalmazása vas(III)-klorid formájában adagolva
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA
Zéta-potenciál csökkentő hatás
A Ca2+ és Mg2+ ionok a szilikát arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatását valamelyest csökkentik 3-
x
O
O O Si O x
x
O As O x
x
x x
x
x
x
O x
4-
x
O x
x
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA As: filtered through 0.45 µmmembránon pore-size membrane 0,45 µm pórusméretű szűrve Fe: filtered through 0.45 µmmembránon pore-size membrane 0,45 µm pórusméretű szűrve
As: filtered 0.2 µmmembránon pore-size membrane 0,2 µmthrough pórusméretű szűrve Fe: filtered 0.2 µmmembránon pore-size membrane 0,2 µmthrough pórusméretű szűrve 1.2
kezdeti As
50 40
0,45 µm pórusméret; As
1 0.8
0,45 µm pórusméret; Fe
30
0.6
adagolt Fe(III) = 1,5 mg/L kezdeti pH = 8,5
20
0.4
10
0.2
0
0 0
10
20
30 SiO2 [mg/L]
40
50
60
Fe [mg/L]
[µg/L] µg/L] MaradékAs oldott As [[µ
60
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL
SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA As: filtered through 0.45 µmmembránon pore-size membrane 0,45 µm pórusméretű szűrve Fe: filtered through 0.45 µmmembránon pore-size membrane 0,45 µm pórusméretű szűrve
As: filtered 0.2 µmmembránon pore-size membrane 0,2 µmthrough pórusméretű szűrve Fe: filtered 0.2 µmmembránon pore-size membrane 0,2 µmthrough pórusméretű szűrve 1.2
kezdeti As
50 40
0,45 µm pórusméret; As
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]
[µg/L] µg/L] MaradékAs oldott As [[µ
60
Szervesanyag koncentráció hatása 250 KOI = 12,7 mg/L
Oldott As (µg/L)
200
KOI = 1 mg/L
150
KOIPS (mg/L) Fe3+ : As mólarány Szervesanyag koncentráció hatása 1 6,8
100 50
12,7
85,1
10 µg/L 0 0
0,02 mmol Fe3+/L
0.1
0.2
0.3
0,25 mmol Fe3+/L
0.4
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 nem szerepel a szerves anyag minősége és mennyisége. Maximum 1,5 mg/l KOIps értékkel jellemezhető szerves anyag esetén az összefüggés alkalmazható, nagyobb szerves anyagkoncentrációk mellett helyszíni, kiegészítő vizsgálatok szükségesek
Adszorpciós eljárások • • • • • • •
Elvileg a legkedvezőbb Mit köt meg? Csak az arzént? Mikor merül ki? Alumínium- és vas-oxidok, -oxi-hidroxidok GEH (vas-oxi-hidroxid) AsMet (cérium-vegyület) HM EI Zrt. (növényi alapú adszorbens)
Ammónium ion • • • •
Közvetlenül nincs káros hatása Csökkenti az aktív klór koncentrációt Nitrit ionná, majd Nitrát ionná alakulhat
• Vízben jól oldódó vegyületek, szilárdfolyadék fázisszétválasztás nem jöhet szóba • Lehetséges megoldások:
Stripping Adszorpció Ioncsere Fordított ozmózis Mikrobiológiai oxidáció Törésponti klórozás
Eredmények Törésponti görbe, kevert nyersvíz 1,800
10,00
1,600
9,00 8,00
1,400
NH4-N (mg/L)
6,00
1,000
5,00 0,800
4,00
0,600
Aktív klór mg Cl2/L
7,00
1,200
3,00
0,400
2,00
0,200
1,00
0,000
0,00 14,0
0,0
2,0
4,0 6,0 8,0 10,0 Ammónium:Klór arány (mg NH4-N : Cl2)
12,0
Töréspont: az elméleti 1:7,6 – os arány felett
NH4-N mg/L Sz.a.kl. mg/L Ö.a.kl. mg/L K.a.kl. Mg/L
Kutak törésponti görbéje 2,5 NH4-N K1 NH4-N K2 2,0
NH4-N K2 (II) NH4-N K3
NH4-N (mg/L)
NH4-N K4 1,5
NH4-N K5 NH4-N Kevert
1,0
0,5
0,0 0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
Adagolt klór (mg Cl2/L)
A klórigény széles határok között változik Kutak vízminősége nem állandó
25,0
30,0
Ha túlklórozzuk… Törésponti klórozás során keletkező AOX és THM mennyisége, 5-ös kút 1,400
60,0
1,200
NH4-N (mg/L)
1,000
40,0
0,800 30,0 0,600 20,0
0,400
AOX (ug Cl/L), THM (ug/L)
50,0
10,0
0,200 0,000 0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
Adagolt klór (mg Cl2/L)
12,0
14,0
0,0 16,0
NH4-N mg/L AOX THM
…akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés
Klóradag – melléktermék képződés összefüggése Ammóniumion koncentráció csökkenése a klórdózis függvényében, illetve a keletkező THM és AOX mennyisége a dombóvári kutaknál 120,0 2,4
NH4-N K2 NH4-N K2 (II) NH4-N K3
2,2
1,8 1,6
80,0
1,4 60,0
1,2 1,0 0,8
40,0
0,6
AOX (ug Cl/L), THM (ug/L)
100,0
2,0
NH4-N (mg/L)
NH4-N K1
20,0
0,4
NH4-N K4 NH4-N K5 NH4-N Kevert AOX Kevert AOX K1 AOX K2 AOX K2 (II) AOX K3 AOX K4 AOX K5 THM Kevert THM K1
0,2 0,0 0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0,0 30,0
Adagolt klór (mg Cl2/L)
THM K2 THM K3 THM K4 THM K5
Törekedni kell a pontos klóradagolásra!
Eredmények
Reakciósebesség Törésponti klórozás időbeli lefutása, 2-es kút, AOX képződés 2,5
90
2
70
NH4-N (mg/L)
60 1,5
50 40
1 NH4-N mg/L, optimális (1:9,2) NH4-N:Cl2 aránynál
30
AOX optimális (1:9,2) NH4-N:Cl2 aránynál
20
0,5
10 0
0 0
5
10
15
20
25
30
Idő (perc)
„Optimális” klóradaggal kb 10-12 perc szükséges Idő előrehaladtával nő a melléktermékek mennyisége
35
AOX (ug Cl/L), THM (ug/L)
80
Oxidációs, illetve koagulációs előkezelés – kelet-magyarországi telep
1,200
70
1,000
60 50
NH4-N (mg/L)
0,800
40 0,600 30 0,400
20
0,200
10
0,000 0,0
5,0
10,0
Adagolt klór (mg Cl2/L)
0 15,0
AOX (ug Cl/L), THM (ug/L)
Törésponti klórozás során keletkező AOX és THM mennyisége, előkezeléssel és előkezelés nélkül, kevert nyersvíz
NH4-N mg/L NH4-N mg/L Előox NH4-N mg/L Előox + vas AOX AOX előox AOX előox + vas THM THM előox THM előox + vas
Más víznél van kedvező hatása AOX-re nézve (THM-re itt sem) minden víz más
GAC-os előkezelés hatása Törésponti klórozás során keletkező AOX mennyisége előkezeletlen, illetve előzetesen GAC-on átvezetett kevert nyersvíz 70,0
1,800
60,0
1,600 50,0
NH4-N (mg/L)
1,400 1,200
40,0
1,000 30,0
0,800 0,600
AOX (ug Cl/L), THM (ug/L)
2,000
20,0
0,400 10,0
0,200
NH4-N mg/L NH4-N mg/L EGAC
0,000
0,0 0,0
5,0
10,0 Adagolt hypó (mg Cl2/L)
15,0
20,0
AOX AOX Elő.GAC
Előzetes szervesanyag eltávolítás GAC-on igen hatásos
Mikrobiológiai oxidáció • Kedvező esetben a vas- és mangántalanítás során megvalósul • A levegőztetés mértéke • Spontán nitrifikáció
Előnyök – Nincs melléktermék (???) – Nem kell vegyszereket adagolni – Biológiai rendszert alkalmazunk – Költségkímélő eljárás
Hátrányok – A folyamat nem szabályozható – Nem megoldott az on- line monitoring – Semmi sem garantálja, hogy a nitrifikációs folyamat nem reked meg a nitrit képződésnél – Nincs a kezünkben megfelelő ellenőrzési és vezérlési módszer
Spontán nitrifikáció • Megfigyelések: az ammónium ion koncentráció csökken egyes vas- és mangántalanító szűrőkön • Kedvező az oldott oxigén koncentráció növelése • A jelenség nem lép fel mindenütt • Az okok pontosan nem ismertek • A nitrifikáció nem reked meg a nitrit ion képződésnél
Félüzemi kísérlet (1) 6
8
7
9 5 3
1
2 10 11
4
NH4-N, NO2-N, NO3-N és Összes-N (mg/L)
N-formák változása az első kísérletben 1
ÖN szűrt víz
0.9 0.8
ÖN nyers víz
0.7 0.6 NH4-N
0.5 0.4 0.3
NO2-2
0.2 0.1 NO3-N
0 0
100
200
300
400
500 Ágytérfogat
600
700
800
900
1000
Félüzemi kísérlet (2) 13 6 12 8
7
14 5
15
3 11 1
2 9 10
16 17
4
NH4-N, NO2-N, NO3-N és Összes-N (mg/L)
N-formák változása a második kísérletben 1 ÖN szűrt víz
0.9 0.8
ÖN nyers víz
0.7 0.6 0.5
NH4-N
0.4 0.3
NO2-2
0.2 0.1 NO3-N
0 0
100
200
300
400
500 Ágytérfogat
600
700
800
900
1000
Következtetések • A szükséges koaguláns mennyiségét nem csak az arzén koncentrációja szabja meg • Hazai vízminőség mellett az adszorpciós megoldások komoly kockázattal járnak • Ahol van vas- és mangántalanítás az arzéneltávolítása viszonylag egyszerű eszközökkel megoldható • Ammónium ionok eltávolítására a törésponti klórozás minőségi kockázattal jár, de szabályozható, irányítható
Következtetések • A mikrobiológiai eljárás kockázatos mind minőség, mind működtetés tekintetében • Helyszíni vizsgálatok nem hagyhatók el • Helyi sajátságok figyelembe vétele elengedhetetlen • Nincs királyi út
Köszönöm a figyelmet!
