Arzén és ammónium együttes eltávolítása ivóvízből Primena kombinovanih tehnologija u tretmanu vode za piće za uklanjanje amonijum jona i arsena

Arsenic and ammonium in drinking water: implementation of a cross-border Platform for safe water (HUSRB/1002/121/075) - ARSENICPLATFORM Novi Sad, 5 – 6 September, 2013

Licskó István, Laky Dóra Arzén és ammónium együttes eltávolítása ivóvízből Primena kombinovanih tehnologija u tretmanu vode za piće za uklanjanje amonijum jona i arsena

Budapesti p Műszaki és Gazdaságtudományi g y Egyetem, gy Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék; 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3.

Novi Sad, 2013. szeptember 5.


Az előadás vázlata-Pregled predavanja • Ammónium ion a magyarországi ivóvizekben • Ammónium ion eltávolítása ivóvízből – technológiák • Helyszíni e ys vizsgálatok sgá a o eeredményei ed é ye 9 1. esettanulmány terület – törésponti és biológiai módszer vizsgálata 9 2. és 3. esettanulmány terület – törésponti és biológiai módszer vizsgálata (az elért eredmények tömör összefoglalása) • Összefoglalás: minta-technológiai minta technológiai sorok arzén és ammónium ion együttes eltávolítására


Ammónium a magyarországi ivóvizekben-Amonijak ivóvizekben Amonijak u vodi za piće u mađarskoj • C Csatlakozás tl k á az E Európai ó iU Unióhoz: ióh a 98/83-as 98/83 EU Di Direktíváknak ktí ák k megfelelően f l lő az ammónium határérték szigorodása 0,5 mg/L-re (korábban 2 mg/L volt a maximálisan megengedhető ammónium ion koncentráció a mélységi vizekben) • Ammónium tekintetében kifogásolt minőségű volt az ivóvíz a határérték szigorodása miatt 9 Kb. 700 településen 9 Érintett fogyasztók száma: 2,5 2 5 millió (a teljes lakosság kb kb. 25 %-a) % a) • Jelenleg folyamatban van az Ivóvízminőség-Javító Program (EU támogatással)


Ammónium egészségügyi hatásaihatásai Zdravstveni aspekti amonijaka • A Az iivóvizekben ó i kb előforduló lőf d ló kkoncentráció-tartomány t á ió t t á közvetlen kö tl egészségügyi é é ü i kockázatot nem jelent • Magyarországon jellemzően mélységi vizekben fordul elő, természetes eredetű szennyezőként • Téli időszakban a felszíni vizekben is megjelenhet az ammónium • Közvetett kockázat 9 A klórgázzal (Cl2) / nátrium-hypoklorittal (NaOCl) végzett fertőtlenítés hatásfokát rontja (klóramin képződés) 9 A hálózatban az ammóniumból a nitrifikáció következtében nitrit, majd j nitrát képződik. p A nitritnek közvetlen egészségkárosító g g hatása van! A nitrit képződés veszélye miatt <0,2 mg/L NH4 koncentráció elérésére kell törekedni!


Ammónium A ó i ion i eltávolítási ltá lítá i technológiák-Tehnologije t h ló iák T h l ij za uklanjanje kl j j amoinum i jona • Törésponti klórozás Folyamat

Technológia

NH4+ Æ NH2Cl Æ NHCl2 Æ NCl3

Cl2, NaOCl adagolása

S ilá d áll Szilárd állapotú tú szennyezők ők eltávolítása ltá lítá

H Homokszűrés k űé

THM és AOX melléktermékek eltávolítása, NCl3 Æ N2

GAC adszorpció

• Biológiai ammónium ion eltávolítás Folyamat

Technológia

Oldott O2 koncentráció biztosítása

Intenzív levegőztetés

Nitrifikáció (NH4+ Æ NO2- Æ NO3-)

Homokszűrő, fluid-ágy

Mikrobiológiai biztonság növelése

Biztonsági szűrés (homokszűrés?, membrántechnológia), fertőtlenítés

•

(Adszorpció) Adsorpcija

•

(Sztripping – ammónia gázzá alakítás) Stripping-prevođenje amonijaka u gasovito stanje


Az 1. esettanulmány területen végrehajtott vizsgálatok i ál t k eredményei d é i Rezultati dobijeni na lokalitetu koja je korišćena k mesto kao t prve studije t dij slučaja l č j


1. esettanulmány-terület bemutatása-prikaz lokaliteta • A nyersvíz mélységi vízből származik, főbb vízminőségi jellemzők 9 ammónium: 1,1 – 1,4 mg/L 9 vas: 2,2 – 3,2 mg/L 9 mangán: g 0,6 , – 0,8 , mg/L g 9 arzén: ~ 20 µg/L 9 KOIPS: 2 – 3 mg/L 9 metán gáz: 3 – 5 NL/m3; „B B” fokozat • Korábban ammónium-mentesítést nem alkalmaztak, csak spontán nitrifikáció játszódott le, időszakonként mikrobiológiai és nitrit problémák léptek fel, mangán eltávolítása nem volt kellően hatékony • Jelenleg a nitrit-probléma kiküszöbölése érdekében levegős helyett KMnO4-es oxidációt alkalmaznak, melyet homokszűrés követ • Egyéb adatok: a vízellátás 2 kútból történik, a hálózatba táplált víz mennyisége kb. 350 m3 (átlagérték)


Törésponti klórozás vizsgálata (5. (5 sz sz. kút) Ispitivanje hlorisanja do prevojne tačke 1,2

6,0

1,0

5,0

0,8

4,0

0,6

3,0

0,4

2,0

0,2

1,0

0,0

0,0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Szabad, kö ötött és összess aktív klór (mg Cl2/L)

NH 4‐N (mg/L)

Törésponti görbe, 5. kút Törésponti görbe, 5. kút NH4‐N mg/L NH4-N mg/L

Slobodni aktivni hlor

Szabad aktív Sz.a.kl. mg/L klór mg/L Zbirni aktivni hlor

Összes aktív Ö.a.kl. mg/L klór mg/L

Vezani aktivni hlor

Kötött aktív

K.a.kl. mg/L klór mg/L g

10

Adagolt nátrium‐hipoklorit (mg Cl2/L)

Cl2 : NH4-N arány = 9,5


Reakcióidő; képződő melléktermékek mennyisége (5 (5. sz sz. kút) Vreme reakcije; količina nastalog nus produkta Törésponti klórozás időbeli lefutása, Törésponti klórozás időbeli lefutása 5. kút, AOX és THM képződés 5 kút AOX és THM képződés Cl2 : NH4‐N arány = 9,7 140

0.900

120

0.800 100

0.700

NH 4‐N (m mg/L)

NH4‐N

0.600

80

AOX

0.500 60

0.400 0.300

40

0.200 20

0.100 0.000 0

5

10

15

20

25

Idő (perc)

30

351 nap elteltével 40 45

0

THM

AO OX (µg Cl/L), TTHM (µg/L)

1.000


Reakcióidő; képződő melléktermékek mennyisége (4. sz. kút) Vreme reakcije; količina nastalog nus produkta Törésponti klórozás időbeli lefutása, 4. kút, AOX és THM képződés Cl2 : NH4‐N arány = 12,0 140

0.700

120

NH 4‐N (mg/L) N

0.600

NH4‐N

100

0.500 80

AOX

0.400 60 0.300 40

0.200 0.100

20

0.000

0

0

5

10

15

20

25

Idő (perc)

30

1 nap elteltével 35 40 45

THM

AOX (µgg Cl/L), THM ((µg/L)

0.800


Törésponti klórozás alkalmazása – következtetések Primena hlorisanja do prevojne tačke-zaključci •

Az elméleti klórdózist lényegesen meghaladó mennyiségű klór adagolása szükséges mindkét kút esetében (9,5-ös, (9 5 ös illetve 12 12-es es arány) arány)-kod kod oba bunara postoji potreba za doziranjem veće količine hlora (9,5 i 12 odnos)

•

Képződő melléktermékek (főként AOX) mennyisége jelentős, a reakcióidő növekedésével az AOX mennyisége jelentősen nő Æ amennyiben ez a technológia kerül megvalósításra, megvalósításra aktív szén beiktatása feltétlenül szükséges! Količina nastalog nus produkata je značajna, ako se ova tehnologija primenjuje primena aktivnog uglja je neophodna!

•

A törésponti klórozással egyidejűleg mindkét kút esetén megfelelő mértékű vas és arzén eltávolítás játszódik le (a természetes vastartalom elegendő az arzén kicsapásához) Istovremeno sa hlorisanjem do prevojne tačke dešava se uklanjanje gvožđa i arsena (prirodni sadržaj gvožđa je dovoljan j za uklanjanje j j arzena kod oba bunara))

•

Azonban a törésponti klóradag nem elegendő a vízben jelen lévő mangán oxidálására egyik kút esetében sem (a törésponti klórozást követően kb. 300 µg/L mangán marad a kezelt vízben), ezért a kálium-permanganátos oxidációra feltétlenül szükség van, nem hagyható el Ali, doza hlora do prevojne tačke nije dovoljna kod oba bunara za oksidaciju prisutnog mangana (posle tretiranja 300 µg/L mangana ostaje).i zato ne neophodna oksidacija sa kalijum permanganatom, sto se ne može izostaviti.


Ammónium-mentesítés Ammónium mentesítés vizsgálata biológiai módszerrelmódszerrel Amonijak-uklanjanje biološkim putem 11. kísérlet: a tisztítótelepi elfolyó vízzel hajtottuk végre a kísérleteket

1. kísérlet

g Æ gy gyorsszűrés Kezelt víz Æ levegőztetés Lejátszódhat a nitrifikáció előzetes káliumpermanganát adagolást követően? (elvileg maradék oxidálószer nincs a vízben)

22. kísérlet: a tisztítótelepi nyersvízzel hajtottuk végre a kísérleteket Nyersvíz Æ levegőztetés Æ gyorsszűrés Æ KMnO4 adagolás Æ gyorsszűrés

2 kí 2. kísérlet él t


Első El ő kí kísérleti é l i elrendezés l d é – folyamatábra f l áb Prva eksperimentalna konfiguracija-procesna shema

6

8

7

9 5 3

víztisztító 1 t l telep kezelt vize

levegőztető tartály (25 L) 2 10

puffertartályy (200 L)

11

4

homokszűrő (nitrifikáló reaktor)


Második kísérleti elrendezés – folyamatábra Prva eksperimentalna konfiguracija-procesna shema 13

6

KMnO4 adagolás

12 8

7

14 5

15

3 11

víztisztító 1 1 t l telep nyers vize

levegőztető tartály (25 L) 2

puffertartályy (200 L)

9 10

4

16

homokszűrő 17 (nitrifikáló homokszűrő reaktor) (mangántalanító)


NH4-N,NNH4‐N, NO2‐N, NO NO2-N, NO3-O3‐N N ésand Total‐N Összes(mg/L) -N (mg/L)

Biológiai ammónium-mentesítés – első kísérleti elrendezés Biološko uklanjanje amonijaka-prva eksperimentalna konfiguracija Nitrogén-formák változása az első kísérleti elrendezésben Change of nitrogen‐forms in the first experimental setup

Összes N

Total‐N filtered (kísérlet után) water

1 0.9 0.8

Total‐N raw water Összes-N

0.7

(nyersvíz)

0.6

NH4‐N NH4-N

0.5 04 0.4

NO2‐N NO2-N

0.3 0.2 0.1

NO3‐N NO3-N

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Bed volume Ágytérfogat

11. nap

29. nap

35. nap

1000


Biológiai ammónium-mentesítés – második kísérleti elrend. NH4-N,NH4‐N, NO2‐N, N NO2-N, NO3NO3‐N and Total‐N -N és ÖsszesN (mg/L) -N (mg/L)

Biološko uklanjanje amonijaka –druga eksperimentalna konfiguracija Nitrogén-formák változása a második kísérleti elrendezésben Change of nitrogen‐forms in the second experimental setup

Összes N Total‐N filtered (kísérlet water után) Total‐N raw water Összes-N (nyersvíz) NH4‐N NH4-N

1 0.9 08 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

NO2-N

NO2‐N

0.2 0.1

NO3‐N NO -N 3

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Bed volume Ágytérfogat

17. nap

31. nap

35. nap

1000


Ammónium-mentesítés Ammónium mentesítés biológiai módszerrel – eredmények Uklanjanje amonijaka biološkim putem-rezultati • Mindkét technológiával végbement a teljes nitrifikáció (ammónium Æ nitrát átalakulás) primenom obe tehnologije odvija se potpuna nitrifikacija • Az arzén kicsapatásához p a természetes vastartalom elegendő g volt; a vasba beépült arzén a homokszűrőn eltávozott za taloženje arsena količina gvožđa je bila zadovoljavajuća, pri čemu u gvožđe ugrađeni arsen se uklanja na peščanom filtru • A második kísérleti elrendezésben vizsgált, a technológia elején alkalmazott levegőztetéssel az adagolandó kálium-permanganát dózis mennyisége 2 mg/L-re csökkent (azaz a jelenleg alkalmazott dózis a harmadára csökkenthető!) • Mindkét kísérleti elrendezésben a víz 40 mg/L-es agresszív szén-dioxid koncentrációja 4 mg/L-re mg/L re csökken Kod oba slučaja koncentracija ugljen dioksida sa 40 mg/L opada na 4 mg/L.


Levegőztetés

Gyorsszűrés (nitrifikáló reaktor)

Homokszűrő (mangántalanító szűrő)

mert…

• Az adagolandó KMnO4 mennyisége csökkenthető 2 mg/L-re (6 mg/L helyett) • A biológiai folyamatok után oxidálószer adagolás történik, melyet egy újabb homokszűrő követ. Ez egyben közbenső fertőtlenítés és biztonsági szűrés, amely a mikrobiológiai g kockázatot csökkenti • A metán a technológia elején eltávolításra kerül (nincs robbanásveszély, hatékonyabb ammónium eltávolítás)

Hálózati fertőtleníté és

A javasolt technológia: biológiai ammónium-mentesítés a második technológiai g elrendezés szerint,,

KM MnO4 (2 mg/L)

Javasolt Ja asolt technológia technológia, következtetésekkö etke tetések Predložena tehnologija i zaključci


A 2. és 3. esettanulmány területeken végrehajtott vizsgálatok g eredményei y Rezultati dobijeni na lokalitetu koja je korišćena j slučaja j kao mesto 2 i 3 studije


22. és 3. 3 esettanulmány esettanulmány-terület terület bemutatásabemutatása Predstavljanje lokaliteta za studije slučaja 2 i 3. • A szolgáltatott víz minősége a két területen hasonló: 9 ammónium: 0,8– 1,5 mg/L 9 vas: általában határérték alatt 9 mangán: általában határérték alatt 9 arzén: 6-14 µg/L 9 KOIPS: 1,3 – 2,3 mg/L 9 metán tá gáz á : 2 – 6,8 6 8 NL/m NL/ 3; „B” B” fokozat f k t 9 mikrobiológiai vízminőség megfelelő 9 hálózati nitrifikáció nincs • Technológia nem áll rendelkezésre (fertőtlenítés klórral) • Egyéb adatok: a vízellátás 33-33 kútból történik, a hálózatba táplált víz mennyisége kb. 350 m3/nap az egyik településen, 500 m3/nap a másik településen


THM és AOX melléktermékek mennyiségemenn isége Količina nus proizvoda THM i AOX


Törésponti klóro klórozás ás alkalmazása alkalma ása – következtetések kö etke tetések Primena hlorisanja do prevojne tačke-zaključci • Az elméleti klórdózist lényegesen meghaladó mennyiségű klór adagolása szükséges mindkét esettanulmány területen (10-es Cl2:NH4-N arány) jelentős annak ellenére ellenére, • Képződő melléktermékek (főként AOX) mennyisége jelentős, hogy a THM koncentrációk határérték alattiak Æ amennyiben ez a technológia kerül megvalósításra, aktív szén beiktatása feltétlenül szükséges! • A törésponti klórozással egyidejűleg mindkét esettanulmány területen megfelelő mértékű As oxidáció játszódik le, de kiegészítő Fe(III)-só adagolásra szükség van annak érdekében érdekében, hogy az arzénkoncentráció biztonsággal határérték alatt legyen (kb. 1 mg/L Fe(III)-dózis szükséges) g sor: • Javasolt technológiai CH4 eltávolítás

Cl2 / NaOCl

Fe(III)

Homokszűrés

GAC

Fertőtlenítés


Biológiai ammónium-mentesítés ammóni m mentesítés vizsgálata i sgálata Biološko uklanjanje amonijaka 22. E Esettanulmány tt l á tterületen ül t a nyersvízzel í l végrehajtott kísérletek Nyersvíz Æ levegőztetés + Fe(III) Fe(III)-só só adagolás Æ gyorsszűrés Lejátszódhat a nitrifikáció előzetes Fe(III)-só adagolást követően??


Biológiai ammónium-mentesítés – 2. 2 esettanulmány terület Biološko uklanjanje amonijaka na lokalitetu za 2. studiju slučaja

NH4‐N, NO O2‐N, NO3‐N (m mg/L)

2. esettanulmány1. kísérlet terület – szervetlen N-formák koncentrációja ‐ szervetlen N‐formák koncentrációja 1.4

NH4‐N

1.2 NO2‐N

1 0.8

NO3‐N

0.6 0.4

összes N (nyers)

0.2 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

összes N (szűrt)

Kísérleti nap

A nitrifikáció lejátszódott j abban az esetben is,, amikor előzetesen vas(III)-só ( ) adagolásra kerül sor-nitrifikacija se odigrava i onda kada se vrši pre doziranja soli gvožđa(III)


Az eredmények összefoglalása minta-technológiai sorokk bemutatásán b t tá á keresztül k tül Zaključci u vezi rezultata- prikazivanje primenom i ttehnoloških h l ških nizova i


Törésponti Tö é i klórozással kló á l kkombinált bi ál kkoagulációs lá ió arzénmentesítés é íé Koagulaciono uklanjanje arsena u kombinaciji sa primenom hlorisanja do prevojne p j tačke • Általában az elméleti klór:NH4-N arányhoz (7,6) képest nagyobb klórdózis szükséges • Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek ké ődé é k llehetőség képződésének h tő é szerinti i ti minimalizálása) i i li álá ) • A biztonsággal határérték alatti THM koncentráció nem garancia a megfelelő AOX értékekre

Törésponti klórozás

Homokszűrés

GAC


Törésponti klórozással kombinált koagulációs arzénmentesítés • Általában az elméleti klór:NH4-N N arányhoz (7,6) (7 6) képest nagyobb klórdózis szükséges • Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének lehetőség szerinti minimalizálása) • A biztonsággal gg határérték alatti THM koncentráció nem ggarancia a megfelelő g AOX értékekre • Törésponti klórdózis: az arzén oxidálását végrehajtja (arzén kicsapatásához: fémsó adagolás szükséges) Törésponti klórozás

Fémsó adagolás

Homokszűrés

GAC


Törésponti klórozással kombinált koagulációs arzénmentesítés • Általában az elméleti klór:NH4-N N arányhoz képest nagyobb klórdózis szükséges • Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének lehetőség szerinti minimalizálása) • A biztonsággal gg határérték alatti THM koncentráció nem ggarancia a megfelelő g AOX értékekre • Törésponti klórdózis: az arzén oxidálását végrehajtja (arzén kicsapatásához: fémsó adagolás szükséges), de a mangán oxidáláshoz kiegészítő oxidálószerre (KMnO4) lehet szükség Törésponti klórozás

KMnO4 adagolás

Fémsó adagolás

Homokszűrés

GAC


Biológiai NH4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Biološko uklanajnje NH4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena

Arzénmentesítés és biológiai ammónium ion eltávolítás: • Amennyiben az arzén a határértéket kismértékben haladja meg… 9 …és és a természetes vaskoncentráció elegendő (in (in-situ situ koaguláns) Æ az arzénmentesítéshez nem szükséges vegyszert adagolni (vastalanítással együtt lejátszódó arzénmentesítés) 9 …és és a vaskoncentráció kicsi Æ vas(III)-só vas(III) só adagolása a nitrifikáló szűrő előtt (nincs negatív hatással a nitrifikáló mikroorganizmusokra)

Levegőztetés

Fémsó adagolás

Homokszűrés


Biológiai NH4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Biološko uklanajnje NH4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena

Arzénmentesítés és biológiai ammónium ion eltávolítás: • Amennyiben az arzén a határértéket kismértékben haladja meg… 9 …és és a természetes vaskoncentráció elegendő (in (in-situ situ koaguláns) Æ az arzénmentesítéshez nem szükséges vegyszert adagolni (vastalanítással együtt lejátszódó arzénmentesítés) 9 …és és a vaskoncentráció kicsi Æ vas(III)-só vas(III) só adagolása a nitrifikáló szűrő előtt (nincs negatív hatással a nitrifikáló mikroorganizmusokra) • A Amennyiben ib vegyszeres oxidáció idá ió szükséges ük é ((arzén, é ill illetve t mangán á oxidálása céljából), javasoljuk azt a biológiai rendszert követően alkalmazni Levegőztetés

Homokszűrés

KMnO4 adagolás

Fémsó adagolás

Homokszűrés


Biológiai g NH4 eltávolítással kombinált koagulációs g arzénmentesítés

Biološko uklanajnje NH4 u kombinaciji sa koagulacionim uklanjanjem arsena • Ü Üzemeltetői tapasztalatok és saját kísérleti eredményeink alapján: a nitrifikáció lejátszódhat abban az esetben is, ha előzetesen vegyszeres oxidáció ((KMnO4) alkalmazására került sor,, azonban az üzemeltetői tapasztalatok alapján egy adott KMnO4 maradék felett már káros hatása lehet a nitrifikációra-nitrifikacija možeda se odigrava i ako je prethodno primenjena oksidacija sa KMnO4,4 ali posleodređenog viska permanganata, permanganata ona može nepovoljno da utiče na nitrifikaciju • Üzemeltetői tapasztalat: férgek elszaporodása a nitrifikáló szűrőkön • Prisustvo nematoda na filtrima


Köszönjük megtisztelő figyelmüket! Hvana na pažnji! A szerzők ezúton fejezik ki köszönetüket a helyi üzemeltető szervezeteknek. Anyagi támogatásuk közreműködő munkájuk és segítségük nélkül a bemutatott kutatási támogatásuk, kutatási, műszakiműszaki fejlesztési munkák nem jöhettek volna létre.

[email protected] [email protected] Novi Sad, 2013. szeptember 5.

Arzén és ammónium együttes eltávolítása ivóvízből Primena kombinovanih tehnologija u tretmanu vode za piće za uklanjanje amonijum jona i arsena

Recommend Documents