No title

VL

A vízszennyezők eltávolításának kémiai alapjai

Vincze Lászlóné dr. főiskolai docens

Vk_6

1.

Derítés

VL VL

Cél: A kolloid állapotú szennyeződések eltávolítása Kolloid: 1-500 nm, csak mérettől függő állapot Ülepítők

1 µm Brown mozgás

Vk_6

10 µm

Homokfogók

100 µm

1000 µm

d

Derítés A részecskék szabadon Koaguláció, mozognak Flokkuláció Fázisszétválasztás

Vincze Lászlóné dr. főiskolai docens

2.

VL

A derítés részfolyamatai:

Destabilizálás, koaguláció Pelyhesedés, flokkuláció Fázisszétválasztás (ülepítés)

Vk_6

3.

Flokkulálás utáni állapotok

a./ stabil szol

c./ koagulált szol Vk_6

VL

b./ flokkulált szol

d./ heterogén rendszer 4.

A diszpergált részecskék közt ható erők

VL

VR: elektromos taszító erő (azonos felületi töltésű részecskék között) VA: van der Waals-féle vonzóerő H: a részecskék távolsága Vk_6

5.

A taszító és vonzó erők távolságfüggése

VL

VR VR VT H VA VT – eredő erő VA – vonzó erő VR – taszító erő VA Vk_6

6.

VL

Vk_6

7.

VL

Vk_6

8.

Az alkalmazott vegyszerek:

VL

• Alapderítőszerek (többértékű fémsók), hatása: a kolloidok destabilizálása, a zéta potenciál csökkentése, pl.: Al2(SO4)3, FeCl3, FeSO4 (oxidálni kell az Fe2+ iont Fe3+-á), polialumíniumklorid AlmCln • Segédderítőszerek (makromolekulás anyagok, ún. polielektrolitok) hatásuk a flokkulálódó pelyhek állagának javítása, az ülepedőképesség elősegítése.

Vk_6

9.

Stabilitási diagram alumíniumszulfát derítőszer esetén

Vk_6

VL

10.

VL

Vk_6

11.

Csapadék képződéssel járó kémiai reakciók

VL

• CÉL: Lágyítás, sótalanítás • Módszer: termikus vegyszeres Termikus módszer Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2 MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 + CO2

Vk_6

12.

Vegyszeres módszerek

VL

1./ Meszes eljárás (nagy KK tartalmú és kevés ÁK tartalmú vizek esetén ajánlott, a KK csökken, az ÁK nő/változatlan marad) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2→ MgCO3 + Ca(CO3)2 + 2H2O MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 + CO2 De párhuzamosan szubsztituciós reakciók is lejátszódhatnak, amelyek csak a vegyszert igénylik, de állandó keménységtartalom változást nem eredményeznek! MgSO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 Szikes vizek esetén NaHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Vk_6

13.

VL 2./ Mész-szódás eljárás A Ca(OH)2 mellett Na2CO3 (szóda) adagolás is történik. A víz változó keménysége, állandó és így az összes keménysége is csökken. A meszes eljárás során lejátszódó reakciókon kívül az adagolt Na2CO3-al lejátszódó reakciók: CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3 + Na2SO4 A vegyszerek egymással is reagálhatnak Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaOH Hő hatására (pl.: kazánban) Na2CO3 + H2O → 2 NaOH + CO2↑ (habzás, lúgosodás) Vk_6

14.

VL 3./ Mész-szódás-trinátriumfoszfátos eljárás A Ca(OH)2 és a Na2CO3 (szóda) után trinátriumfoszfát adagolás is történik. A TNP adagolás célja a maradék összes keménység csökkentése A víz változó keménysége, állandó és így az összes keménysége is csökken. A mész-szódéás eljárás során lejátszódó reakciókon kívül az adagolt TNP-vel lejátszódó reakciók: 3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4 3CaCl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6NaCl 3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4

Vk_6

15.

VL 4./ NaOH alkalmazása költséges, bár a szóda adagolás is megtakarítható: Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4

5./ Savas eljárás Ca(HCO3)2 + CaSO4 = CaSO4 + CO2↑ + 2H2O Az összes keménység nem változik, a CO2 eltávolításról, gáztalanításról gondoskodni kell. Költséges.

Vk_6

16.

Ioncsere

VL

Cél: az elektrolit oldatok ionösszetételének megváltoztatása, oldott anyagok elválasztása (részben specifikus módszer) Elv: Az ioncserélőn, szilárd hordozón (nagy fajlagos felület, olyan funkciós csoportok vannak, amelyek képesek az oldatban levő azonos töltésű ionokat megkötni és helyettük ekvivalens mennyiségű csere iont kibocsátani az affinitástól és a körülményektől függően. Egyensúlyra vezető reverzibilis reakciótípus. (a reakció iránya c, t, p függő) Vk_6

17.

A sztöchiometriai reakciók „H” ciklus

VL

Megkötés, kimerítés

Kationcsere: 2(R-H) + Ca2+ R2-Ca + 2H+ Regenerálás Megkötés, kimerítés

Anioncsere: 2(R-OH) + SO42- R2-SO4 + 2OH„OH” ciklus Vk_6

Regenerálás 18.

A H+ és az OH ciklusú ioncserélőt sorbakötve nagytisztaságú, közel ionmentes víz állítható elő.

VL

Elterjedt a mobilizálható csoportoktól függően Na+ és Clciklusú ioncserélő is. Az affinitási sor (híg oldatok) Kationok: H+, Na+, K+………Ag+

Na+…. Mg2+, Ca2+.......Al3+

tömegfüggő, és

oxidációs fok függő

Anionok: hasonló elv Vk_6

19.

Az egyensúlyi állandó a tömeghatás törvénye alapján

VL

pl.: 2(R-H) + Ca2+ R2-Ca + 2H+ [H+]f2 * [Ca2+]gy K= [H+]gy2 *[Ca2+]f ahol:

[H+]f a H+ ion koncentráció a folyadék fázisban, [H+]gy a H+ ion koncentráció a gyanta fázisban, [Ca2+]f a Ca2+ ion koncentráció a folyadék fázisban, [Ca2+]gy a Ca2+ ion koncentráció a gyanta fázisban,

Az egyensúlyi folyamat értelmezése a kimerítési fázis és a regenerálási fázis esetén. Az egyensúlyt befolyásoló tényezők befolyásoló tényezők p, T, v, c… Vk_6

20.

Az ioncserélő polimer vázlatos szerkezete

VL

pl.: kationcserélő

Vk_6

21.

VL

Vk_6

22.

Hidrogénciklusban működő kationcserélő üzemi fázisai Kimerítés 2_

Ca2+,

SO4 _ Mg2+, Cl , _ Na+, HCO3

_

SO42 _ H+, Cl , _ HCO3 Vk_6

Regenerálás Lazító mosás öblítés

Ca-R Mg-R Na-R

H-R

VL

Vegyszeres kezelés

Öblítés

HCl c!!!

Ca-R Mg-R Na-R

H-R

Ca2+, _ Mg+, Cl , Na+ 23.

Anioncserélő üzemi fázisai (OH-) Kimerítés _

SO42 _ H+, Cl , _ HCO3

Lazító mosás öblítés

R-SO4

_

H+, OH

Vk_6

Regenerálás Vegyszeres kezelés

Öblítés

NaOH c!!!

R-Cl

R-OH

VL

R-Cl

R-OH

R-SO4

_

Cl , Na+, SO42_ HCO3 24.

Kimerítés, regenerálás

Vk_6

VL

25.

VL

Zeolitok

Környezetvédelmi jelentőségük

Vk_6

26.

VL • Természetes eredetű – pl. K, Na klinoptilolit összetételük változó, lelőhely függő

• Szintetikus – NaA típus, NaY… egységes összetétel, szűk spektrum is lehet

• Felhasználás – Természetes eredetű kevesebb – Szintetikus elsősorban a mosószeriparban

Vk_6

27.

VL

Zeolitok jellemző öszetétele • Kristályos alumínium-hidroszilikátok A belsejében levő Al és Si központú tetraéderek O atomon keresztül kapcsolódnak, üreges szerkezet, töltéskompenzáló, mobilizálható kationokkal (pl. Na, K…) szilárd anyagok, pórusos szerkezet, ioncserélő hajlam Vk_6

28.

Zeolitok szerkezete

VL

Szintetikus zeolitok

Vk_6

29.

• Adszorpciós képesség

VL

(molekulaszűrés…)

Adszorpciós izotermák

Vk_6

30.

• Ioncserélő képesség Alapja: az Al ion helyettesíti a Si atomot a kristályos szerkezetben, a töltés kompenzálást az alkáli vagy alkáli földfém ionok végzik (pl.Na+)

VL

– Egyensúlyi folyamat – Versengés – Mérettől függően esetleg szerves anyag is cserélhető ( pl.:mosószerek)

Vk_6

31.

VL

• Zeolit katalizátorok – Üreges szerkezetük és adszorpciós, valamint ioncserélő képességük teszi lehetővé. – Pórusméret függő – A kationok az adszorpciós és a katalítikus centrumok. – Savas jellegűek

Vk_6

32.

VL Környezetvédelmi jelentőség – Mosószerekben a foszfátok kiváltása

foszfátos mosószer

Vk_6

33.

•

Probléma a lerakódás esélye (zeolit nem oldódik, 3-4 µm)

Zeolittartalmú mosószer összetétele

VL

nincs

• Koptató hatás nem jelentős

Vk_6

34.

VL

Összehasonlítás foszfátos

Vk_6

zeolitos

35.

VL

Zeolitok a szennyvíztisztításban • Ammóniamentesítés (elv ioncsere) • Szagtalanítás (adszorpció) • Nehézfémek eltávolítása (ioncsere, adszorpció) • Kémiai reakciók (katalizátor)

Vk_6

36.

VL

A klórozás kémiája • Klórgáz és a víz reakciói – gáz oldódása – hidrolízis – disszociáció

• Szabad aktív klórformák – jellemzői – pH függés,

Vk_6

Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

37.

VL

Kémiai reakciók • Hidrolízis: Cl2 + H2O ⇔ HOCl + HCl • Disszociáció: azaz HOCl ⇔ OCl- + H+, HOCl + H2O ⇔ OCl- + H3O+ • A fertőtlenítés hatásmechanizmusa: HOCl ⇔ HCl + “O” OCl- + H+ ⇔ HCl + “O” hol??? Vk_6


38.

VL

Affinitási sorrend • HOCl

>>

OCl-

>

Cl2 miért??? • Szerkezeti hasonlóság? • Irányítási feladat (megfelelő aktívklórforma, behatási idő…)

Vk_6


39.

VL pH

k lór form ák s zázalé k ban

Szabad aktív klórformák pH függése 100 80 HOCl

60

OCl40

Cl2

20 0 0

2

4

6

8

10

pH

Vk_6


40.

VL

A pH eltolódás csökkentése • Optimális pH tartomány • pH eltolódás csökkentése, „pufferkapacitás” szerepe Ca(HCO3)2 + 2HCl ⇔ CaCl2 + H2O + 2CO2

• egyéb pH beállítási lehetőségek

Vk_6


41.

VL

Kötött aktív klórformák •

NH3 + HOCl = • NH2Cl + HOCl • NHCl2 + HOCl • 2 NH3 + 3 HOCl =

NH2Cl + H2O = NHCl2 + H2O = NCl3 + H2O N2 + 3 HCl + 3 H2O

• Jellemző tulajdonságuk, hatásuk

Vk_6


42.

cmö(mg/L)

Klórfogyasztási görbe

8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00

VL

cmö: maradék összes aktív klór ca: adagolt összes aktív klór klórfogyás nélkül

ammónnitrogént nem tartalmazó víz

2,00

4,00

6,00

8,00

ca(mg/L) Vk_6


43.

Törésponti görbe

VL

cmö (mg/L)

• Klórformák képződési valószínűsége az adagolt aktív klór függvényében (klórgáz esetén) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00

Törésponti klórfogyasztás ca-cmö Ammonnitrogént tartalmazó víz esetén

2,00

4,00

6,00

8,00

ca (mg/L) Vk_6


44.

VL

TRIHALOMETÁNOK (THM) [ kiindulási anyag]] + [ fertőtlenítőszer ] ⇒ [ fertőtlenítés terméke]] ↓

[ prekurzor]]

↓

+

[ klórgáz ]

↓

⇒[ THM + egyéb ..]]

Jellemzői, hatásuk képződésüket befolyásoló tényezők, Aktív védelem, irányított klórgázadagolás pH, Cl2 mennyiség….

Vk_6

45.


VL

log (expozíciós idő (perc))

A fertőtlenítés időigénye, mikrobiológiai jellemzők

Bac. Antrachis pH=8,6

E.coli pH=8,5

E.coli pH=7

Bac. antrachis pH=7,2

0,1

1,0

log (szabad aktív klór (ppm))

A mikroorganizmusok 99,6-100%-os elpusztításához szükséges szabad aktív klór mennyisége és a behatási idő összefüggése 20-30 Co-on Vk_6


46.

Klórdioxid, ClO2

VL

Előny • Erős fertőtlenítő hatás, pH-tól függetlenül • Stabil maradék fertőtlenítőszint, (időbeli tartós hatás) • THM képződési veszély nincs, • Kis mennyiségű klórszármazék képződhet, • Klóramin nem képződik • Kevés mellékreakció • Baktériumokra és vírusokra is hatékony • Fenolszármazékokat fölöslegben roncsolja Hátrány: • Maradék klorit ion • Robbanásveszélyes (helyben állítják elő) • toxicitás

Vk_6

47.

VL A klórdioxid előállítása: a./ klór-klorit eljárás 2 NaClO2 + Cl2 ↔ 2 ClO2 + 2 NaCl b./ klorit-sav eljárás 5 NaClO2 + 4 HCl ↔ 4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O A klórdioxid és a víz reakciója: 2 ClO2 + H2O → ClO3- + ClO2- + 2 H+

Vk_6

48.

VL

Klórmész Eseti kezelésre (kutak…) CaOCl2 + CO2 + 2H2O = Ca(HCO3)2 + HOCl + HCl a klórmész higroszkópos, Hátrány: széndioxid hatására veszít a hatásából, fémagresszív, vízben kis mértékben oldódik, lassú hatású (2 óra után).

Vk_6

49.

Ózon alkalmazása

VL

az ivóvízkezelésben 1886 - fertőtlenítő hatás felismerése Kezdeti alkalmazások: • fertőtlenítés • íz- és szaganyagok eltávolítása 1960 - új területek: • • • • • Vk_6

vas- és mangán eltávolítás színanyagok eltávolítása a koaguláció-flokkuláció hatékonyabbá tétele mikroszennyezők eltávolítása alga eltávolítás 50.

VL O3

előállítása: levegőből vagy tiszta oxigénből a gázok előkezelése szükséges

3 O2 + energia 2 O3

Vk_6

51.

Ózon koncentráció (mg/l) ozone concentration (mg/l)

VL Decomposition of ozone water Ózon lebomlása –- Milli-Q ionmentes víz 0,25

T = 20 ˚C pH = 6-7

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

50

100

150

200

Ózon (mg/l) ozone koncentráció concentration (mg/l)

time (min) idő (min)

Decomposition of ozone - Tap water

Ózon lebomlása – csapvíz

0,25

T = 10 ˚C pH = 8,6

0,2 0,15 0,1 0,05 0 0

20

40

60

80

100

120

140

time (min)

idő (min) Vk_6

52.

Fertőtlenítés ózonnal

VL

Reakció a sejtet alkotó molekulákkal szénhidrátok

!

zsírsavak

nukleinsav, sejtfal enzimek fehérjék sejtet alkotó fehérjék membrán

nukleotidok

DNS, RNS

aminosavak

!

Mikroorganizmusok hatástalanítása baktériumok: membrán, nukleinsav, enzimek vírusok: kapszula, nukleinsav Vk_6

protozoák: ciszta fala átjárható, nukleinsav

53.

No title

Recommend Documents