Laky Dóra, Licskó István. Ivóvizek arzénmentesítése

Laky D. – Licskó I.: Ivóvizek arzénmentesítése Szakmai szeminárium Budapest, 2016. január 28.

Laky Dóra, Licskó István Ivóvizek arzénmentesítése

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

Budapest, 2016. január 28.


Az előadás vázlata • A magyarországi arzénprobléma ismertetése • Arzén eltávolítása ivóvízből – technológiák • A koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek A technológia hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek A paraméterek együttes hatásának értékelése • Félüzemi kísérleti eredmények • Komplex technológiai sorok összeállítása


Arzén a magyarországi ivóvizekben • Csatlakozás az Európai Unióhoz: a 98/83-as EU Direktíváknak megfelelően az arzénhatárérték szigorodása 10 µg/L-re (korábban 50 µg/L volt a maximálisan megengedhető arzénkoncentráció az ivóvízben) • Arzén előfordulása Magyarországon: a mélységi vizekben, természetes eredetű szennyezőként • Arzén tekintetében kifogásolt minőségű volt az ivóvíz a határérték szigorodása miatt Kb. 400 településen Érintett fogyasztók száma: 1,2 millió (a teljes lakosság kb. 12 %-a) • Folyamatban/lezárult az Ivóvízminőség-Javító Program (EU támogatással) • Amíg a végleges megoldások nem épültek ki, számos településen átmeneti megoldást alkalmaztak (pl. lajtoskocsi, konténeres víztisztító berendezés, palackozott víz, a meglévő technológia kiegészítése)


Arzén a magyarországi ivóvizekben 2000-es helyzetkép, az Ivóvízminőség-Javító Program kezdete előtt

Forrás: ÁNTSZ (2000)


Arzéneltávolítási technológiák • Koagulációs eljárás; fő lépései: Folyamat

Technológia

Oxidáció: As(III) As(V)

KMnO4, O3, Cl2, NaOCl, H2O2

Oldott As(V) Partikulált As(V)

Fém(III)-só adagolása: FeCl3, Al2(SO4)3

Partikulált As(V) eltávolítása

Homokszűrés, Mikroszűrés, Ultraszűrés

• Adszorpciós arzénmentesítés; fő lépései: Folyamat

Technológia

Oxidáció: As(III) As(V) (szükség van előoxidációra?)

KMnO4, O3, Cl2, NaOCl, H2O2

Szilárd állapotú szennyezők eltávolítása

Homokszűrés

Adszorpció

Vas, alumínium, cérium-alapú adszorbensen történő átvezetés

• (Membrántechnológiák – pl. fordított ozmózis: oldott As eltávolítására is alkalmas) • (Meszes vízlágyítás során történő arzénmentesítés)


Koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek Célkitűzés: az egyes vízminőségi paraméterek arzénmentesítésre gyakorolt hatásának értékelése •Arzén oxidációs száma •Koaguláns típusa •pH •Szervesanyag tartalom •Orto-foszfát ion koncentráció •Szilikát koncentráció •Szervetlen szén (HCO3-) tartalom


Koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek Módszertan •Poharas kísérletek (jar-tesztek) különböző összetételű modell oldatokkal és természetes vizekkel •A kísérletek során alkalmazott keverési program 1 perces gyors keverés (350 fordulat/perc) 10 perces lassú keverés (20 fordulat/perc) 20 perces ülepítési fázis •Ülepítés után mintavétel; a minta átvezetése 0,45 µm pórusméretű membránon, majd az arzénkoncentráció mérése a membránszűrt mintából


Szervesanyag koncentráció hatása Arzénmentesítés vas(III)-klorid só adagolásával alacsony (KOIPS = 1 mg/L) és nagy (KOIPS = 13 mg/L) szervesanyagtartalom esetén KOIPS = 13 mg/L

KOIPS = 1 mg/L

Asoldott (µg/L) Maradó As [µg/L]

250 200 150 100 50

10 µg/L 0 0

0.2

0.4

0.6

mmol Fe/L

0.8

1


Szervesanyag koncentráció 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+ (alumínium-szulfát koaguláns)

44,3

272,5

A szükséges koaguláns dózisok között nagyságrendi különbség van!


Orto-foszfát ion koncentráció hatása

Minden vizsgált pH értéken és koaguláns dózisnál a foszfátkoncentráció arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása egyértelmű volt


Szilikát koncentráció hatása As: filtered 0.45 µm pore-size membrane 0,45 µmthrough pórusméretű membránon szűrve Fe: filtered 0.45 µm pore-sizeszűrve membrane 0,45 µmthrough pórusméretű membránon

As: 0,2 filtered through 0.2 membránon µm pore-size membrane µm pórusméretű szűrve Fe: filtered 0.2 µm pore-size membrane 0,2 µm through pórusméretű membránon szűrve

60

1.2

[µg/L] Maradó As oldott As [µg/L]

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]

kezdeti As

50


Szilikát koncentráció hatása As: filtered 0.45 µm pore-sizeszűrve membrane 0,45 µmthrough pórusméretű membránon Fe: filtered through 0.45 µm pore-sizeszűrve membrane 0,45 µm pórusméretű membránon

As: filtered 0.2 µm pore-sizeszűrve membrane 0,2 µm through pórusméretű membránon Fe: filtered 0.2 µm pore-sizeszűrve membrane 0,2 µm through pórusméretű membránon

60

1.2


[µg/L] Maradó As oldott As [µg/L]

50 40

1

0.8


30


0.6

20


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]

kezdeti As


Szilikát koncentráció hatása A koaguláns dózis növelésével szilikát arzénmentesítésre As: szűrésa0,2 µm pórusméretű membránon 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 szűrést követően növekvő vas koaguláns és fix szilikát dózis (50 mg/L SiO2) alkalmazása esetén (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/L kezdeti As(V) koncentráció; kezdeti pH = 8)


A tényezők együttes vizsgálata – regresszió analízis Lúgosság = 3,0 meq/L

Igazolás 9.0

8.5-9 8.0 8-8.5

Végső pH 7.5

7.5-8 7.0

Mért As [µg/L]

8.5

7-7.5 6.5

9,00 6

8,50

7

Fe [mg/L]

5

4

3

2

1

0

6.5-7

Számított As [µg/L]

9

8

8,00 7,50

Kezdeti pH

7,00

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]


Koagulációs arzénmentesítés – félüzemi kísérletek A félüzemi kísérletek célja

• • • •

Az optimális vegyszerdózisok (oxidálószer és koagulálószer) meghatározása A keverés szerepének vizsgálata rövid és hosszú távon Annak meghatározása, hogy a laboratóriumi és félüzemi kísérletek vegyszerdózisok tekintetében hasonló eredményeket szolgáltatnak-e A gyors homokszűrés hatékonyságának értékelése (a homokszűrőt elhagyó víz összes és oldott arzénkoncentrációjának összehasonlításával)


Koagulációs arzénmentesítés – 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


Koagulációs arzénmentesítés – félüzemi kísérletek


Arzén eltávolítása adszorpcióval • „Elméleti” vízminőség csak arzén található a vízben

Asadszorbens

Fertőtlenítés


Arzén eltávolítása adszorpcióval • „Elméleti” vízminőség csak arzén található a vízben • Az As-megkötő adszorbensek működésével kapcsolatos tapasztalat: általában előoxidációra is szükség van

KMnO4

Asadszorbens

Fertőtlenítés


Arzén eltávolítása adszorpcióval • „Elméleti” vízminőség csak arzén található a vízben • Az As-megkötő adszorbensek működésével kapcsolatos tapasztalat: általában előoxidációra is szükség van • A kicsapódó vas és mangán csapadékok eltömítenék az adszorbens felületét homokszűrő beiktatása is szükséges

KMnO4

Homokszűrés

Asadszorbens

Fertőtlenítés


Arzén eltávolítása adszorpcióval • Tapasztalat: az arzénmegkötő adszorbensek As-megkötő kapacitása gyakran alatta van az elméleti értéknek (okok: pl. foszfát ionok jelenléte)

KMnO4

Homokszűrés

Asadszorbens

Fertőtlenítés


Arzén eltávolítása adszorpcióval • Tapasztalat: az arzénmegkötő adszorbensek As-megkötő kapacitása gyakran alatta van az elméleti értéknek (okok: pl. foszfát ionok jelenléte) • Keletkező hulladékok mennyiségével kapcsolatos megfontolások: a homokszűrő zagyvize szintén veszélyes hulladék, hiszen a természetes vastartalommal együtt kicsapódó arzén visszatartása itt megtörténik (és az azután vízben maradó oldott arzén megkötése történik az adszorbensen)

KMnO4

Homokszűrés

Asadszorbens

Fertőtlenítés


Törésponti klórozással kombinált koagulációs arzénmentesítés • Általában az elméleti klór:NH4-N arányhoz (7,6) képest nagyobb klórdózis szükséges • Reakcióidő szerepe (hatékony ammónium eltávolítás, de a melléktermékek képződésének lehetőség szerinti minimalizálása –a klór adagolása több ponton történjen) • A biztonsággal határérték alatti THM koncentráció nem garancia a megfelelő AOX értékekre • Törésponti klórdózis: az arzén oxidálását végrehajtja (arzén kicsapatásához: fémsó adagolás szükséges) Törésponti • Mangán oxidáláshoz: KMnO4 klórozás

Törésponti klórozás

KMnO4 adagolás

Fémsó adagolás

Homokszűrés

GAC


Biológiai NH4 eltávolítással kombinált koagulációs arzénmentesítés Arzénmentesítés és biológiai ammónium ion eltávolítás: •Amennyiben az arzén a határértéket kismértékben haladja meg… …és a természetes vaskoncentráció elegendő (in-situ koaguláns) az arzénmentesítéshez nem szükséges vegyszert adagolni (vastalanítással együtt lejátszódó arzénmentesítés) …és a vaskoncentráció kicsi vas(III)-só adagolása a nitrifikáló szűrő előtt (nincs negatív hatással a nitrifikáló mikroorganizmusokra) •Amennyiben vegyszeres oxidáció szükséges (arzén, illetve mangán oxidálása céljából), javasoljuk azt a biológiai rendszert követően alkalmazni Levegőztetés

Homokszűrés

KMnO4 adagolás

Fémsó adagolás

Homokszűrés


Köszönjük megtisztelő figyelmüket! A kutatás anyagi hátterét a GVOP 3.1.1-2004-05-0186/3.0 sz. projekt biztosította. Köszönetünket fejezzük ki továbbá a HAJDÚVÍZ Zrt. munkatársainak a kutatásban nyújtott aktív közreműködésükért.

[email protected] [email protected]

Budapest, 2016. január 28.

Laky Dóra, Licskó István. Ivóvizek arzénmentesítése

Recommend Documents