Az uszodavíz reverz ozmotikus és ultraszrési kombinált kezelésének kedvez hatásai

Az uszodavíz reverz ozmotikus és ultrasz rési kombinált kezelésének kedvez hatásai Florian G. Reißmann*, Volker Albrecht**, Wolfgang Uhl* *Institute for Urban Water Management, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden/Germany ([email protected]) **Wassertechnischer Anlagenbau Plauen GmbH, Reißiger Gewerbering 11, 08525 Plauen/Germany ([email protected]) Absztrakt Az uszodavíz kezelésében a membrántechnikák a közeljöv ben érdekes alternatívát jelentenek, mivel a hagyományos vízkezelési módszerekkel szemben számos el nyük van. Ezek között említhet meg, hogy - els sorban a mikrobiológiai szennyezések és a zavarosság tekintetében - javul a víz min sége, valamint porított aktív szén (PAC) sz réssel kombinálva a fert tlenítési melléktermékek (DBP) és azok prekurzorainak eltávolítása is. Ezen kutatás során a koagulánsok hozzáadását követ ultrasz rés (UF) és reverz ozmózis (RO) kombinált alkalmazását vizsgáltuk valódi uszodavíz kezelésére. A reverz ozmózis technika érdekessége, hogy lehet vé teszi a DBP prekurzorok eltávolítását aktív szenes sz rés nélkül. Ez különösen el nyös a sz r k visszamosásából származó víz esetében. Mivel az RO membránok hamar tönkremennek, ezt a lépést ultrasz rés el zi meg. Emellett egy kisméret granulált aktív szenes sz r is m ködik a RO el tt, mivel a membrán nem bírja a szabad klórt. Kulcsavak uszodavíz kezelése, sz r visszamosó víz, víz újrahasznosítás, ultrasz rés, reverz ozmózis Bevezetés A jöv mérnökeinek egyik legfontosabb feladata lesz a meglév vízkezel létesítmények hatékonyságának növelése. A fogyatkozó vízkészletek és szárazság komoly problémát jelentenek, és már nem csak a fejl d országokban. A globális felmelegedés okozta vízhiány és szárazság olyan országokat is fenyeget, mint pl. Németország. Ennek következtében a membrán alapú technológiák, amelyek lehet vé teszik a víz kezelését és újrahasznosítását, számos el nnyel kecsegtetnek. Az elmúlt években egyre több vízszolgáltató fontolgatta az ivóvíz kezelés során keletkez sz r visszamosó víz (spent filter backwash water, SFBW) újrahasznosítását membránok segítségével (Kötzle et al. 2002, Reissmann et al. 2004). Drezdában (Németország) például 2005 végén egy 1200 m3 / nap maximális teljesítmény ultrasz r berendezést fognak üzembe helyezni az ivóvíz kezeléséb l származó SFBW újrahasznosítására. A széleskör el zetes kísérletek során az alámerített membrán rendszer számos el nyére derült fény, így ez t nik a legmegfelel bb megoldásnak. Ezzel a rendszerrel a teljes lebeg anyag (TSS) visszanyerés meghaladta a 90 %-ot (0,7 g/L a befolyó vízben és akár 8 g/L a koncentrátumban). Ráadásul a membrán hatékonyságát (transzmembrán nyomás és folyamatos fluxus) a közbens sz r visszamosás következtében ingadozó TSS koncentráció szinte nem befolyásolta. Ennek eredményeképpen az ülepítési id és az ülepít medencék térfogata egyaránt lecsökkenthet . Folyamatos (két naponkénti) normál üzemeltetési fert tlenítés mellett a sz rletben nem volt mikrobiális szennyezés. Ezen

Uszodavíz kombinált UF és RO kezelése 2

eredmények alátámasztják, hogy a sz rlet felhasználható biztonságos kiegészít vízforrásként. Emellett a szennyvíz elvezetési költségek is jelent sen csökkenthet ek (Reissmann et al. 2002, Reissmann et al. 2003). Németországban az uszoda üzemeltet k közül is sokan használnak membrán technikákat a SFBW kezelésére és visszaforgatására (Hagen 2003, Hobby et al. 2004, Reißmann et al. 2005). A víz min ségét azonban a vízvisszaforgató rendszerek nem befolyásolhatják. Németországban a DIN 19643 számú szabvány rögzíti a vízmin ségi el írásokat és a lehetséges kezelési kombinációkat. A vízmin ségi szabvány el írja a határértéket a klórozási melléktermékekre (trihalometán származékok 0,02 mg/L), szabad klórra (0,30,6 mg/L), és mikrobiális szennyez kre (heterotróf összcsíraszám, Legionella, E. coli, Pseudomonas). Emellett az egyenletes vízmin ség érdekében fürd z ként 30 L/nap vízcserét ír el . A víz (pl. SFBW) többszöri visszaforgatása esetén az uszodavíz min sége nem romolhat. Uszodavíz kezelések lehetséges kombinációi Hagyományos kezelés A hagyományos víztisztítás sémáját mutatja az 1. ábra. A kezelés általában kicsapási/flokkulációs lépésb l és ezt követ kétfázisú sz résb l áll. A német DIN 19643 szabványnak megfelel mikrobiológiai vízmin ség érdekében ezt általában fert tlenít lépés (klórozás) követi. A granulált aktív szén a kétfázisú sz r ben a klórozási melléktermék prekurzorok és a kötött klór eltávolítása érdekében általában felül helyezkedik el.

1. ábra Hagyományos uszodavíz kezelés


A vízkezelési folyamat egészét tekintve az alábbi hiányosságok foglalhatóak össze: a vízkezel berendezések helyigénye nagy, a sz rlet tartalmazhat mikrobiális szennyez ket, sok fert tlenít szert igényel, sok víz szükséges a homoksz r k visszamosására, a GAC sz r k cseréje vagy újratöltése szükséges, nagy vízfogyasztás, költséges szennyvíz (sz r visszamosó víz) elvezetés, az elvezetend sz r visszamosó víz esetleges szennyezése (pl. határértéket meghaladó adszorbeálható szerves halogén (AOX) koncentárció) A “Wassertechnischer Plauen GmbH” cég és Városi Vízkezel Intézet els együttm ködésében a sz r visszamosó víz UF/RO kombinált kezelését vizsgáltuk. A visszamosó víz visszaforgatása Az elvezetésre kerül SFBW csökkentése érdekében egy 2,5 m3/h maximális kapacitású UF rendszert alkalmaztunk egy m köd uszodában Zimdorfban (Bajorország, Németország). A meglév hagyományos és a SFBW vízkezelés vázlata a 2. ábrán látható.

2. ábra Uszodavíz kezelése UF/RO rendszerrel a visszamosó víz hasznosítása érdekében (forrás Reißmann et al. 2005)


A medencevíz kezelése a fentebb részletezett hagyományos módon történt, kicsapással, majd közvetlen sz réssel. A sz rlet hipokloritos fert tlenítést követ en került vissza a medencébe. Átlagosan napi 35,2-37,9 m3 SFBW keletkezett. A homoksz r visszamosását követ en a víz egy 43 m3-es ülepít tartályba került. Fél órás – két órás ülepítést követ en a megtisztított SFBW-t pumpa továbbította az UF berendezéshez. Az iszap a csatornába került. Az UF berendezés egy 45 m2 sz r felület üreges szál modulból állt. Az ultrasz r sz rletét NaOCl-tal fert tlenítették, majd a sz rlet tartályba került, amely a membrán visszamosó pumpát táplálja. A membránok visszamosása a sz rlet 1,6 m3-ével történt, 150 l/(m2·h) visszamosó vízárammal. Minden második visszamosás alkalmával kémiai fert tlenítés történt (NaOCl), hogy megakadályozzuk a berendezés mikrobiális kolonizációját. Ezt követ en a sz rletet két részre osztottuk. A vízsugár egyik fele közvetlenül visszajutott az úszómedencébe, a másik a reverz ozmózis berendezéshez került. A RO berendezés csökkentette az oldott anyagok mennyiségét. A vízvisszaforgatás következtében az uszodavízben különböz oldott anyagok (szerves anyagok vagy sók) egyre növekv mennyiségben mutathatóak ki. Ezért van szükség olyan kezelésre, amellyel ezek koncentrációja csökkenthet . Korábbi kísérletek, amelyben RO kezelést alkalmaztak klórozási melléktermék prekurzorok eltávolítására, a szerves anyagok szinte teljes visszanyerését mutatták (Wolf et al. 2002). Ebben a vizsgálatban a sz rlet kb. 1/3-a (700-1100 L/h) került a RO berendezésre. Mivel a RO membránok érzékenyek a szabad klórra, berendezés elé egy granulált aktív szenes sz r t is be kell iktatni. Néhány perc elegend a szabad klór katalitikus reakciójához. Az UF membrán teljesítménye kiváló volt, a normalizált átereszt képesség 20 °C-on meghaladta a 330 L/(m2 h bar). Az UF berendezés folyamatosan m ködtethet volt kb. 200 mbar konstans transzmembrán nyomással, maximálisan 90 perces sz rési periódus mellett. Az ülepített SFBW ultrasz rése során a zavarosság 5-25 FNU-ról 0,02 alá csökkent, amely a lebeg anyag szinte teljes eltávolítását jelzi. A szerves anyagok eltávolításának hatékonysága jóval kisebb volt, mint a lebeg anyagé. Az oldott szerves anyag visszanyerése átlagosan csupán 11 % volt. Ezek az értékek nagyon hasonlóak ahhoz, amelyeket az ivóvíz el állítása során keletkez SFBW ultrasz rése során tapasztaltunk (Reissmann et al. 2002). Ezzel szemben az ultrasz rés és az azt követ klórozás után a víz UV elnyelése kismértékben (mintegy 10 %-kal) növekedett. Ez a sz rletben lev szervesanyag nagyobb mérték aromatizáltságára utalhat. A rendszeres (minden második visszamosásnál történ ) fert tlenítés mellett a sz rletben mikrobiális szennyezés nem volt kimutatható. Az UVA254 érték mellett a klórozási melléktermékek, - els sorban trihalometánok (THM) koncentrációja is megnövekedett mintegy 40 %-kal (0,005 mg/L-r l 0,007 mg/L-re), azonban még így sem érte el a német DIN 19643 szabványban rögzített 0,02 mg/L határértéket. A mikrobiológiai és vízmin ség vizsgálatok valamennyi eredménye megfelel a DIN 19643 szabvány el írásainak, így a sz rlet visszaforgatható a medencébe anélkül, hogy ez a víz min ségét rontaná. A lebeg anyagok mennyisége (TSS), a kémiai oxigénigény (KOI) és a szerves halogének (AOX) koncentrációja az ultrasz r n visszamaradt koncentrátumban nagyon megnövekszik, így nem felelnek meg a


szennyvízkezel által fogadható vízre vonatkozó német szövetségi el írásonak. A 3. ábrán látható a TSS, a KOI, és a AOX mennyisége, valamint a vonatkozó határértékek. Jól látható, hogy az ultrasz rés után a koncentrátumban mért értékek 2-7-szer nagyobbak az engedélyezettnél.

3. ábra Az ultrasz r határértékek

koncentrátumának összetétele és a vonatkozó

Az uszoda egészének tömegegyensúlyát tekintve azonban a szennyvízbe kerül AOX nagymértékben csökkenthet . A lebeg anyagokra és a KOI-ra az uszoda üzemeltet je és a szennyvízkezel között külön megállapodás jött létre. Az összehasonlítottuk az uszoda üzemeltetési költségeit a SFBW újrahasznosításával, illetve anélkül. Membrán rendszer alkalmazásával a csatorna-, valamint az ivóvíz használati költségek jelent sen csökkenthet ek. Emellett a víz f tésére felhasznált energia is kevesebb. Átlagosan évente kb. 9,500 m3 víz forgatható vissza. Az átlagos víz- és csatornadíjakat figyelembe véve az UF/RO rendszer évi 23750 EUR megtakarítást jelent. Emellett az energiatakarékos üzemeltetés további évi 7300 EUR-val csökkenti a költségeket. A berendezés üzemeltetési költsége (vegyszerek, energiafelhasználás, felügyelet és fenntartás) évi 12700 EUR. Az UF/RO berendezés 90000 EUR beruházási költségét és a membrán több mint 5 éves élettartamát figyelembe véve az UF/RO berendezéssel felszerelt uszoda fenntartási költsége kevesebb, mint ahol nincs SFBW visszaforgatás. Mivel a membránok élettartama 5, 7 vagy akár több év között változhat, a költségelemzésben jelent s különbségek lehetnek. További optimalizálás mellett azonban 7 év üzemeltetés után a megtakarítás meghaladhatja az évi 4300 EUR-t.


A medencevíz közvetlen membrán kezelése Célkit zés A jelenleg folyó kutatás során a kombinált UF/RO módszer uszodavíz közvetlen kezelésében való felhasználásának lehet ségét vizsgáljuk. A vizsgálat célja annak feltárása, hogy a klórozási melléktermékek prekurzorai milyen membrán technikák kombinálásával távolíthatóak el. Mint az a 4. ábrán látható, célunk egy teljes lépték ultrasz r és egy azt követ oldalági RO berendezés felépítése. Jelenleg ebben az uszodában kb. óránként 78 m3 medencevizet kezelnek hagyományos flokkuláció és azt követ közvetlen sz rés módszerével. A membrán alapú vízkezel rendszer beüzemelését követ en 2005-ben az alábbi laboratóriumi és helyszíni kísérletek elvégzését tervezzük: Különböz flokkulálószerek szerves anyag eltávolító hatékonyságának összevetése, A hagyományos és UF kezelt uszodavíz sz rlet összehasonlítása laboratóriumi rázatott kultúra kísérletben,

min ségének

A fenti kísérlet eredményei alapján az RO kezelésre kerül víz arányának meghatározása, amellyel jobb vagy legalább változatlan ivóvíz min ség érhet el, A különböz RO membránok sz rési hatékonyságának összehasonlítása a sz rletb l keletkez DBP-k mennyisége alapján, Két teljes lépték UF/RO berendezés kialakítása alámerített ill. üreges szálas ultrasz r vel két hasonló uszodában, A membránok hatékonyságának összevetése, Az uszodavízre – els sorban a DBP keletkezésre - gyakorolt hatás felmérése, A kezelések kombinációinak végs összehasonlítása beleértve a beruházási és üzemeltetési költségeket. Noha RO kezeléssel a DBP prekurzorok mennyisége jelent sen csökkenthet , nem ismeretes, hogy a víz hányad részét szükséges az RO berendezésen átvezetni, ennek a meghatározása a vizsgálat kiemelt célja. A teljes lépték berendezésen azonban lehet ség nyílik a kezelés kombináció teljes vízmin ségre gyakorolt hatásának vizsgálatára, anélkül, hogy ezt a hagyományos kezelés befolyásolná.

4. ábra Uszodavíz kezelése közvetlen membránsz réssel alámerített UF egység és oldalági RO berendezés használatával


A DBP prekurzorok mennyiségének csökkentése flokkulációval A most folyó vizsgálatok több flokkulálószerre vizsgáltuk a klórozási melléktermékek el anyagai eltávolításának hatékonyságát. Egy uszodában Drezdában (Németország) több alkalommal vettünk mintát, amelyet különböz flokkulálószerekkel (alumínium-szulfát, vasklorid, „Quadrofloc PUH” és „Superfloc ME 27” készítmények) végzett kísérletekhez használtunk. Az uszodavíz paramétereinek átlagos értékeit mutatja az 1. táblázat. 1. táblázat A vizsgált uszoda átlagos vízmin sége pH

6.72

UVA 254 (1/m)

1.34

vezet képesség (µS/cm)

627

Oldott (mg/L)

1.35

zavarosság (FNU)

0.14

Kötött klór (mg/L)

szabad klór (mg/L)

0.38

szerveanyag

0.11

Az 5. ábrán látható az UVA254 csökkenése különböz flokkulálószerek hozzáadása után. Mint látható, már kis mennyiség (< 0.2 mg/L) pelyhesít szer jelent sen csökkentette az UVA254 által mérhet szerves anyagok koncentrációját. Már 0.02 mg/L Fe (vas-klorid) hozzáadása után az UVA közel 40 %-kal csökkent. Ezzel szemben 0.1 mg/L Al (alumíniumszulfát) mindössze 10 %-kal csökkentette az UVA-t. A „Quadrofloc PUH” flokkulálószer hasonló koncentrációban közel 25 %-os redukciót okozott. Meglep módon a „Superfloc ME 27”, amelyet a gyakorlatban is használnak az uszodavíz kezelésére, sem az UVA-t sem az oldott szerves anyag koncentrációt nem változtatta meg jelent sen. Kis mennyiség vas-klorid alkalmazása során a pH kb. 1 %-kal csökkent. Alumínium alapú flokkulálószereknél a savanyodás már 5 % volt. A “Superfloc ME 27” nem változtatta meg a pH-t.

5. ábra UVA254 érték flokkulálószerek adagolása után Általánosságban elmondható, hogy az UVA254 által kimutatott szerves anyagok koncentrációja vas-klorid flokkulálószer alkalmazása esetén volt a legjelent sebb. Mivel az oldott szerves anyag csökkenése nem volt kimutatható, feltételezhet , hogy a várt módon az összetett szerves anyagok koncentrációja csökkent. Részletesebb vizsgálat, pl. szerves szén detektorral kapcsolt folyadékkromatográfia (LC-OCD) segítségével pontosabb képet fogunk kapni az egyes szerves anyagok sorsáról az uszodavízben.


Összefoglalás A membrán technológiák alkalmazása számos kedvez lehet séget kínál. Az ultrasz réses és reverz ozmózisos rendszerek kombinációja megfelel és környezetbarát módszert jelent az uszodavíz visszaforgatására. A legf bb el nyei az alábbiak: A vízkezel berendezés mérete kisebb, A hatékonyság akár 99 %-ra növekedhet, A vízmin ség javul, csökken a mikrobiális szennyezés, Nincs szükség por formájú aktív szénre, Csökken a fert tlenít szer-igény, Csökken a SFBW térfogata, bár a szennyez anyag tartalma növekedhet. A jó min ség sz rlet és permeátum biztonsági aggályok nélkül visszajuttatható a medencébe. A magas vízh mérsékletnek köszönhet en nagy folyadékáram valósítható meg, így nagyon jó a membránok teljesítménye. A kémiai tisztítás változatlanul szükséges, els sorban a sz rlet mikrobiális szennyezésének megakadályozása érdekében. Reverz ozmózis segítségével csökkenthet az oldott anyagok (sók vagy szerves vegyületek) koncentrációja. További vizsgálatokra van szükség els sorban a klórozási melléktermékek el anyagaiként szolgáló szerves anyagok sorsára és az eltávolítás lehet ségére vonatkozóan. Emellett problémát jelentenek a visszamaradó koncentrátumok, mivel ezek gyakran nem felelnek meg a szennyvízre vonatkozó el írásoknak, így a szennyvízkezelés vagy költségesebb lesz, vagy egyedi módon külön kell feldolgozni. Köszönetnyilvánítás Köszönjük a “Sportstätten- und Bäderbetrieb der Landeshauptstadt Dresden”nak a projekt támogatását. Külön köszönjük Telse Davidnek a kísérleti munkában nyújtott segítségét.


Irodalom Hagen, K. (2003) First full-scale ultrafiltration plant for swimming pool water treatment (in German: Erste großtechnische Ultrafiltrationsanlagen zur Schwimmbeckenwasseraufbereitung). In Melin, T. and Dohmann, M. (eds) Proceedings Membrantechnik 5. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, Aachen, Germany. Hobby, R., Hagen, K., and Czekalla, Chr. (2004) Membrane technology in swimming pool water treatment (in German: Membranverfahren in der Schwimmbadwasseraufbereitung). In Proceedings ATV-DVWK/DVGW Membrantage, Kassel, Germany. Kötzle, T., Merkl, G., and Wilderer, P.A. (2002) Large scale reuse of different filter backwash waters applying a submerged microfiltration membrane system. In Proceedings Management of Wastes from Drinkings Water Treatment, London, UK. Reißmann, F., Schulze, E., and Albrecht, V. (2005). Application of a combined UF/RO system for the reuse of filter backwash water from treated swimming pool water. Desal. in press. Reißmann, F.G., Jatzkowski, K., Weiß, M. (2003) Application of a submerged membrane system for the treatment of spent filter backwash water from surface water treatment (in German: Einsatz getauchter Membranen zur Behandlung schlammhaltiger Filterspülwässer aus der Oberflächenwasseraufbereitung) In Melin, T. and Dohmann, M. (eds) Proceedings Membrantechnik 5. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, Aachen, Germany. Reißmann, F.G., Scherer, M., Weiß, M. and Wingrich, H. (2002) Costefficiency of ultrafiltration treatment for the reuse of filter backwash water - a case study. In Proceedings Membranes in Drinking and Industrial Water Production 2002, Mühlheim, Germany. Reißmann, F.G., Wingrich, H., and Krebs, P. 2004. The behavior of inorganic and organic compounds during ultrafiltration treatment of spent filter backwash water. Water and Environmental Management Series (WEMS). in press. Wolf C., Trülzsch C., Frank I. and Wingrich H. (2002) Removal of NOM for the minimisation of disinfection by-products using NF/RO systems - a case study. In Proceedings Membranes in Drinking and Industrial Water Production 2002, Mühlheim, Germany.

Az uszodavíz reverz ozmotikus és ultraszrési kombinált kezelésének kedvez hatásai

Recommend Documents