Laky Dóra, Licskó István. Alkalmazásával Uklanjanje j arsena koagulacijom sa gvožđe(iii)-hloridom u tretmanu vode za piće

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

Laky Dóra, Licskó István Arzén é eeltávolítása tá o tása ivóvízből ó bő vas(III)-klorid as( ) o d koaguláció oagu ác ó Alkalmazásával Uklanjanje j j arsena koagulacijom g j sa g gvožđe(III)-hloridom ( ) u tretmanu vode za piće 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-Koncept predavanja •

A magyarországi arzénprobléma ismertetése-upoznavanje sa problematikom arsena u mađarskoj

•

Arzén eltávolítása ivóvízből – technológiák-Tehnologije za uklanjanje arsena

•

A koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek-Uklanjanje arsena koagulacijomlaboratorijski eksperimenti 9 A ttechnológia h ló i hatékonyságát h ték á át befolyásoló b f l á ló vízminőségi í i ő é i paraméterekét k Parametri P ti kvaliteta voda koja utiču na efikasnost tehnologija 9 A paraméterek együttes hatásának értékelése értékelése-Evaluacija Evaluacija zajedničkih uticala parametara

A laboratóriumi és félüzemi kísérleti eredmények összefoglalása-Pregled rezultata laboratorijskih i poluindustrijskih istraživanja


Arzén a magyarországi ivóvizekben-Arsen u vodi za piće u mađarskoj • Csatlakozás az Európai Unióhoz: a 98/83 98/83-as as EU Direktíváknak megfelelően az arzénhatárérték szigorodása 10 µg/L-re (korábban 50 µg/L volt a maximálisan megengedhető arzénkoncentráció az ivóvízben) • Arzén A é előfordulása lőf d lá M Magyarországon: á a mélységi él é i vizekben, i kb ttermészetes é t eredetű d tű szennyezőként-u dubinskim vodonosnim slojevima i prirodnog je porekla • Arzén tekintetében kifogásolt g minőségű g volt az ivóvíz a határérték szigorodása g miatt-zbog strogoće 9 Kb. 400 településen 9 Érintett É i t tt fogyasztók f tók száma: á 1,2 1 2 millió illió ((a tteljes lj llakosság k á kb. kb 12 % %-a)) • Jelenleg folyamatban van az Ivóvízminőség-Javító Program (EU támogatással) • Amíg a végleges megoldások nem épülnek ki ki, számos településen átmeneti megoldást alkalmaznak (pl. lajtoskocsi, konténeres víztisztító berendezés, palackozott víz)


Arzén a magyarországi ivóvizekben-Količina ivóvizekben Količina arsena u vodi za piće u mađarskoj 2000-es helyzetkép, helyzetkép az Ivóvízminőség-Javító Program kezdete előtt Pregled iz 2000. godine pre početka programa Poboljšanja kvaliteta pijaće vode

Forrás: ÁNTSZ (2000)


Arzéneltávolítási technológiák- Tehnologije uklanjanja arsena • Koagulációs eljárás; fő lépései: Koagulaciona procedura sa glavnim koracima Folyamat-Proces

Technológia-Tehnologija

Oxidáció: As(III) Æ As(V)

KMnO4, O3, Cl2, NaOCl, H2O2

Old tt As(V) Oldott A (V) Æ Partikulált P tik lált As(V) A (V)

Fé (III) ó adagolása: Fém(III)-só d lá F FeCl Cl3, Al2(SO4)3

Partikulált As(V) eltávolítása

Homokszűrés, Mikroszűrés, Ultraszűrés

• Adszorpciós arzénmentesítés; fő lépései: Uklanjanje arsena adsorpcijom, glavni koraci

• •

Folyamat-Proces

Technológia-Tehnologija

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

KMnO4, O3, Cl2, NaOCl, H2O2

Szilárd állapotú szennyezők eltávolítása-Uklanjanje eltávolítása Uklanjanje otpada čvrstog agregatnog stanja

Homokszűrés peščani filtri Homokszűrés-peščani

Adszorpció-Adsorpcija

Vas, alumínium, cérium-alapú adszorbensen történő átvezetés (protok kroz adsorbense na bazi gvožđa, gvožđa aluminijuma i cerijuma)

(Meszes vízlágyítás során történő arzénmentesítés)-Uklanjnaje arsena tokom omeksavanja voda sa vodenim krečom (Membrántechnológiák – pl. fordított ozmózis: oldott As eltávolítására is alkalmas)-Membranske tehnologije-npr. reversna osmoza


Arzéneltávolítási technológiák- Tehnologije za uklanjanje arsena pH

HCO3-

szervesa.

Arzén kioldódása kőzetekből

Emberi eredetű As szennyezés

Arzén oxidációja Arzén megjelenése a vízbázisban

Arzén a víztisztító telepen

Koaguláció (fém-só adagolás)

Adszorpciós arzénmentesítés

Si PO43Szil./foly. fázisszétvál. gyorsszűrés Szil./foly. fázisszétvál. ultra/mikrosz.

Nanoszűrés/ fordított ozmózis

TECHNOLÓGIÁK As-tartalmú iszap víztelenítése Iszap elhelyezése

Arzén tartalom visszanyerése


Arzéneltávolítási technológiák-Tehnologije za uklanjanje arsena pH

HCO3-

szervesa.

Arzén kioldódása kőzetekből

Emberi eredetű As szennyezés

Arzén oxidációja Arzén megjelenése a vízbázisban

Arzén a víztisztító telepen

Koaguláció (fém-só adagolás)

Adszorpciós arzénmentesítés

Si PO43Szil./foly. fázisszétvál. gyorsszűrés Szil./foly. fázisszétvál. ultra/mikrosz.

Nanoszűrés/ fordított ozmózis

TECHNOLÓGIÁK As-tartalmú iszap víztelenítése Iszap elhelyezése

Arzén tartalom visszanyerése


Koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek Célkitűzés: az egyes vízminőségi paraméterek arzénmentesítésre gyakorolt hatásának értékelése-uticaj pojedinih parametara vode na uklanjanje arsena • • • • • • •

Arzén oxidációs száma-oksidacioni broj arsena Koaguláns típusa típusa-tip tip koagulanata pH Szervesanyag tartalom-sadržaj prirodne organske materije Orto-foszfát ion koncentráció-koncentracija ortofosfatnih jona Szilikát koncentráció-silikatna koncentracija Szervetlen szén (HCO3-) tartalom-sadržaj neorganskog ugljenika (HCO3-)


Koagulációs arzénmentesítés – laboratóriumi kísérletek Uklanjanaje arsena koagulacijom-laboratorijski eksperimenti

Módszertan Metodologija Módszertan-Metodologija •

Poharas kísérletek (jar-tesztek) különböző összetételű modell oldatokkal és természetes vizekkel Jar test sa rastvorima različitog sastava i prirodnim vodama

•

A kísérletek során alkalmazott alkalma ott ke keverési erési program Program mešanja 9 1 perces gyors keverés (350 fordulat/perc) 9 10 perces lassú keverés (20 fordulat/perc) 9 20 perces ülepítési fázis

•

Ülepítés után mintavétel; a minta átvezetése 00,45 45 µm pórusméretű membránon membránon, majd az arzénkoncentráció mérése a membránszűrt mintából Uzorkovanje posle bistrenja; prevođenej uzoraka kroz membrane poroziteta 0,45 µm, i merenje koncentracije arsena u filtriranim uzorcima


Szervesanyag koncentráció hatása-Uticaj hatása Uticaj koncentracije organske materije Arzénmentesítés vas(III)-klorid ( ) só adagolásával g alacsonyy ((KOIPS = 1 mg/L) g ) és nagy (KOIPS = 13 mg/L) szervesanyagtartalom esetén KOIPS = 13 mg/L

KOIPS = 1 mg/L

Asoldott (µg/L) Marad dó Ass [µg/L]

250 200 150 100 50

10 µg/L

0 0

02 0.2

04 0.4

06 0.6

mmol Fe/L

08 0.8

1


Szervesanyag koncentráció hatása-Uticaj organske supstanc 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! Postoji razlika u dozama koagulanata!


Orto-foszfát Orto foszfát ion koncentráció hatásahatása Uticaj koncentracije jona orto-fosfata

Minden vizsgált pH értéken és koaguláns dózisnál a foszfátkoncentráció arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása egyértelmű volt- Pri svim ispitivanim pH vrednostima i doza koagulanta sadržaj fosfata je imao negativni uticaj na uklanjanje arsena


Orto-foszfát Orto foszfát ion koncentráció hatása-Uticaj hatása Uticaj koncentracije orto fosfata

Csapvízből készített modell oldatok; kezdeti pH = 7,6 – 7,7; Fe koaguláns alkalmazása vas(III)-klorid formájában adagolva


Szilikát koncentráció hatása-Uticaj koncentracije silikata 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] A

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-Uticaj koncentracije silikata As: filtered 0.45 µm pore-sizeszűrve membrane 0,45 µmthrough pórusméretű membránon

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

Fe: filtered through 0.45 µm pore-sizeszűrve membrane 0,45 µm 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] A

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

50


Szilikát koncentráció hatása-Uticaj koncentracije silikata A koaguláns oagu á s dó dóziss növelésével ö e As: ésészűrés e a00,2sszilikát át aarzénmentesítésre é membránon e tes tés e 2 µm pórusméretű gyakorolt negatív hatása kompenzálható Æ 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 0,45 45 µm pórusméretű membránon 60 50

As s [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 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]


Összefoglalás – laboratóriumi kísérletek Eredmény: az adagolandó koaguláns mennyiségét elsősorban NEM a kezdeti arzénkoncentráció, hanem az EGYÉB É vízminőségi paraméterek értékei határozzák meg •

Arzén oxidációs száma – előoxidáció szükséges

•

Koaguláns típusa – Fe(III) koaguláns hatékonyabbnak bizonyult, mint az Al(III) koaguláns

•

pH – alacsonyabb pH-n hatékonyabb koaguláció, azonban a pH csökkentése a koagulációt megelőzően nem gazdaságos megoldás a magyarországi viszonyok (magas HCO3tartalom) esetében

•

Szervesanyag tartalom – jelentős hatás, akár nagyságrenddel több koagulálószer is szükséges lehet

•

Orto-foszfát ion koncentráció – jelentős hatás

•

Szilikát koncentráció – jelentős hatás; 2,5 – 3,5-szeres koaguláns igény 30 – 50 mg/L SiO2 esetében

•

Szervetlen szén (HCO3-) tartalom – közvetett hatás, a koagulációt követően kialakuló pH érték befolyásolásán keresztül

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.

Koagulációs arzénmentesítés – félüzemi kísérletek


Összefoglalás – félüzemi kísérletek Eredmények y • Az optimális vegyszerdózisok (oxidálószer és koagulálószer) meghatározása – víztípusonként eltérő • A keverés szerepének vizsgálata rövid és hosszú távon – rövid távon nem jelentkezett a keverés elhagyásának negatív hatása, hosszú távon már csupán a flokkulátortartály kiiktatásának is egyértelmű negatív hatása volt • Annak meghatározása, hogy a laboratóriumi és félüzemi kísérletek vegyszerdózisok tekintetében hasonló eredményeket szolgáltatnak-e – igen, h hasonló ló eredményt d é t adtak dt k • A gyors homokszűrés hatékonyságának értékelése (a homokszűrőt elhagyó víz összes és oldott arzénkoncentrációjának összehasonlításával) – az alkalmazott szűrési sebesség és szemcseméret mellett a gyors homokszűrés hatásfoka megfelelő volt


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

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

Laky Dóra, Licskó István. Alkalmazásával Uklanjanje j arsena koagulacijom sa gvožđe(iii)-hloridom u tretmanu vode za piće

Recommend Documents