Szennyezett talajvizek szulfátmentesítése ettringit kicsapásával Gulyás Gábor PureAqua Kft.
MASZESZ Junior Vízgazdálkodási Szimpózium Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2016. 02. 11.
BEVEZETÉS Szennyezett vizek szulfát tartalma
Kommunális szennyvizek
Szennyezett talajvizek
Ipari szennyvizek
Szulfát kibocsátás problémája
Egészségügyi hatások
Felszíni alatti befogadóban jelentkező hatások
Felszíni befogadóban jelentkező hatások Szennyvíztisztításnál jelentkező hatások
Szulfát eltávolításának lehetőségei
Biológiai eljárások
Membrántechnológiák
Kémiai módszerek
CÉLKITŰZÉS A szulfát ettringit formájában történő kicsapásának vizsgálata (alap és alkalmazott kutatás)
Környezeti körülmények hatása
pH Reakcióidő So 4 2- /Al 3+ arány
Kiindulási szulfát koncentráció hatása
Egyéb anionok (Cl - , NO 3 - ) hatása Költségelemzés
Beruházási költségek Üzemeltetési költségek
ANYAGOK 5 féle szennyezett talajvíz minta
Összesen 16 kút előzetes analitikai eredményeit vizsgáltam Legfőbb szempont: anionösszetétel
Vegyszerek
Az egyes szabványos anion meghatározási módszerekhez A kísérletekhez (lúg, aluminát, mésztej)
ANYAGOK pH
Komponensek
m.e.
TKK-01 6,17
TKK-03 6,61
0,1
0,1
vezkép KOI ps
µS/cm mg/l
m-lúgosság
mmol/l
14,1
17,4
mg/l mg/l
860 21,5
1061 30,4
p-lúgosság hidroxid karbonát
hidrogén-karbonát fluorid klorid bromid nitrit szulfát nitrát NO3-(N) ortofoszfát összes foszfor ammónium NH4(N) össz keménység
Összes lebegőanyag összes só SZOE AOX Ag Al As B Ba Cd Co Cr Cu Mo Ni Pb Sb Sn Zn Hg Se mangán vas kálium kálcium nátrium
mmol/l mmol/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
33240 36,1
TKK-02 6,2
0,1 0,1 5
12430 35,6
0,1 5
6060 16,6
TKK-04 6,83
3400 2,67
0,1
TKK-05 7,18
1454 1,74
0,1
TKK-06 7,02
40220 33,6
0,1
TKK-07 6,77 16290 10,3
0,1
Drénaknák
TKK-08 6,82 17080 13
0,1
TKK-09 7,05
TKK-10 6,59
0,1
0,1
12770 67,3
21
12,4
11,6
19,2
23,8
18,2
17,4
1281 2,93
756 0,45
708 0,85
1171 3,49
1452 0,31
1110 0,51
1061 0,57
0,1 5
0,1 5
0,1 5
0,1 5
0,1 5
0,1 5
0,1 5
9470 50,9
TKK-11 7,01
TKK-12 6,74
TKK-13 6,53
0,1
0,1
0,1
6130 7,12
16
20,6
976 0,85
1257 0,23
0,1 5
0,1 5
20100 35,1 17
0,1 5
1037 0,58
71200 63,8
TKK-14 6,79 12155 16,3
0,1
TKK-15 7,24
8975 11,3
0,1
TKK-16 6,53
15300 15
0,1
22
18,8
18,2
11,2
1342 0,48
1147 0,13
1112 0,42
683 0,31
0,1 5
0,1 5
0,1 5
0,1 5
mg/l
8183 13,5 0,1 4760 58,4 13,2 0,05 0,25 113 87,7 3784
1877 5,7 0,1 3104 2,45 0,55 0,05 0,08 60 46,6 2244
500 4,34 0,1 1945 29,8 6,73 0,05 0,22 40,1 31,1 2200
195 1,73 0,45 1199 246 55,5 3,09 1,05 6,07 4,71 2772
56 0,77 0,1 493 34,9 7,88 0,16 0,06 0,03 0,02 548
8373 69,3 27,1 5091 1631 368 9,5 3,2 1127 877 4444
495 16,7 0,51 7740 281 63,5 1,42 0,66 17,9 13,9 5500
1425 15,2 9,17 5320 1510 341 4,82 1,76 623 484 3850
857 0,1 157 3720 1490 337 16,6 5,56 433 336 3069
878 8,88 216 2110 455 103 45,7 15,9 359 279 1760
588 7,71 0,1 1982 69,1 15,6 0,95 0,36 0,26 0,2 2035
3510 22,6 5,76 3630 1710 386 1,7 0,66 373 290 5555
16300 110 15,5 7300 2770 626 7,44 2,5 2093 1628 8773
3200 20,5 0,56 1690 180 40,6 0,35 0,19 1,06 0,82 4235
983 9,02 5 1183 1472 333 3,14 1,06 265 206 2134
1666 12,5 42,5 1712 3789 856 107 35,1 516 400 3234
mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l
18082 1 0,435 1 293 5,63 507 38,4 0,72 16,6 1 6,66 2,18 38,6 1 4,18 1,86 778 0,2 16,2 8240
6840 1 0,896 1 761 14,2 592 30,6 1,46 21,4 1 5 2 51,6 1 3,22 1,19 808 0,2 18,4 9620
3643 1 0,081 1 21,3 6,74 678 43,3 0,5 9,12 1 5 2 23,3 1 0,5 1 271 0,2 11 6070
2190 1 0,037 1 10 4,53 352 35,4 0,5 1 1 5 2 12,8 1 0,5 1 29,1 0,2 4,58 398
1034 1 0,036 1 10 2,58 92,5 24,4 0,5 1 5,15 5 2 2 1 0,5 1 19,5 0,2 3,2 12,9
18512 1 0,527 1 10 68,4 123 61,5 5,94 15,5 1 310 3,32 171 1 0,5 1 169 0,2 11,9 1360
10734 1 0,096 1 10 10,9 218 35,7 0,5 1 1 8,08 2 60,8 1 0,5 1 140 0,2 8,83 1320
8180 1 0,013 1 10 21,6 118 43,7 0,5 32,5 1 16,5 2 605 1 0,5 1 344 0,2 9,52 781
6752 1 0,043 1 10 44,1 117 94,2 1,92 342 1 952 15,8 1710 12,1 0,5 1 1590 0,2 17,1 2910
4330 7,33 0,071 1 13,1 601 108 154 0,5 11,6 1 29,8 7,67 512 2,14 0,5 1 183 0,2 9,16 1660
3872 2 0,062 1 10 7,75 141 53,1 0,5 1 1 5 2 32,1 1 0,5 1 171 0,2 6,26 481
5478 2 0,261 1 10 8,85 84,2 84,4 0,5 1,71 1 13,5 2 17,1 1,02 0,5 1 168 0,2 11,2 490
31818 2,64 0,345 1 10 13,5 82 157 0,5 5,75 1,24 39 2 51,9 1 0,5 1 110 0,2 6,7 2150
5190 2,38 0,182 1 10 3,69 377 116 0,5 4,32 1,52 10,8 2 65,4 2,19 0,5 1 23,6 0,2 2,45 709
2998 1,05 0,07 1 10 10,4 212 47,9 0,5 3,94 1 5 9,04 20,1 1 0,5 1 6,14 0,2 5 178
5670 1,42 0,113 1 10 27,6 557 66,8 0,5 3,05 1 7,22 35,2 46,5 1 0,5 1 38 0,2 5,89 624
mg/l
µg/l mg/l mg/l mg/l
796
12300 471 616 5210
30
61900 565 472 948
22
8070 144 459 207
8
33,2 37,4 237 79,3
2
25,1 6,27 146 31,2
520
34,4 1900 587 1580
234
19,1 97,2 2466 334
208
13,7 282 461 629
2
18,2 635 1040 228
2
12,3 379 743 335
34
19,8 26 248 330
2
12,5 1000 855 692
526
12,5 1910 1640 2730
1
15,1 207 637 571
104
5,54 482 211 172
126
5 726 513 221
MÓDSZEREK Alkalmazott szulfát meghatározási módszerek
MSZ 448/13-83 szabványos módszer
Ionkroatográfia
Gyorstesztek
Alkalmazott ettringit meghatározási módszer
Röntgen diffraktomeria
Szabványos módszerek
Hordozható mérőműszer
Egyéb vízkémiai komponensek meghatározása
Gyorstesztek
ETTRINGIT Formái
Monoszulfát – Ca 4 (Al(OH) 6 ) 2 SO 4 *6 H 2 O
Triszulfát – Ca 6 (Al(OH) 6 ) 2 (SO 4 ) 3 *26 H 2 O
Alkalmazása
Építőipar
Kármentesítés (anioncsere) Szennyvíztisztítás
EREDMÉNYEK I. A TKK-07 talajvízmintából történő többlet szulfát eltávolítás eredményei, különböző Al/SO 4 2- arányok mellett (pH=12) Mért szulfát koncentráció 5000
SO42- koncentráció (mg/l)
4000
3000
2000
1000
0
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1 1,2 1,4 Elméleti alumínium dózis vizsgált arányai (-)
1,6
1,8
2
EREDMÉNYEK I. A TKK-07 talajvízmintából történő szulfátkicsapás eredményei a vizsgált pH tartományban Mért szulfát koncentráció
5000
SO42- koncentráció (mg/l)
4000
3000
2000
1000
0 10,50
11,00
11,50
pH (-)
12,00
12,50
13,00
EREDMÉNYEK I. A TKK-07 talajvízmintából történő többlet szulfát eltávolítás eredményei 15-300 perces reakcióidőkkel Mért szulfát koncentráció
1000 900
SO42- koncentráció (mg/l)
800 700 600 500 400 300 200 100 0
0
30
60
90
120
150
180
Reakcióidő (perc)
210
240
270
300
330
EREDMÉNYEK I. Az ettringi képződés optimális körülményei az érintett iparterület szennyezett talajvizének szulfát eltávolításánál:
Kezdeti Al/SO 4 2- arány: 1,4
pH: 12,7
Keverési idő: 90 perc
EREDMÉNYEK I. Az egyes pH értékek eléréséhez és tartásához szükséges lúg mennyisége Szükséges 10 M NaOH mennyisége
Szükséges 10 M NaOH mennyisége (ml/l)
60 50 40 30 20 10 0 12,00
12,10
12,20
12,30
12,40
12,50 pH (-)
12,60
12,70
12,80
12,90
13,00
EREDMÉNYEK II. A TKK-01, TKK-07, TKK-10 és TKK-16 jelű kitermelő kutak fontosabb anion összetétele az ettringit kicsapás szempontjából a kezelés előtt és azt követően Kezelés előtt Talajvízminta jele
Kezelés után
SO42-
NO3--N
Cl-
SO42-
NO3--N
Cl-
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
TKK-01
2 415
19,7
3 550
285
14,4
3 300
TKK-07
9500
93,7
610
355
81,5
585
TKK-10
2 480
144
1 300
252
115
1 180
TKK-16
1 210
998
1 250
155
947
1150
EREDMÉNYEK II. A szennyezett talajvízből történő ettringit kiválást a talajvíz egyéb anion tartalma érezhetően nem befolyásolja.
Korábban külföldi szakemb erek számoltak be arról, hogy az ettringit szulfát ionjai egyéb an ionokra kicserél hető k, így talaj és talajvizek kárment esítésn él hatékonyan használha tók.
Amíg a kísérletek során a talajvíz szulfát koncen trációja 88-9 0 %-kal csökkent, addig a minták nitrát- és kloridion tartalma mindössze 5-15 %-kal lett kevesebb , ami abszolút értékben néhány mg/l-es koncentráció csökkenést jelent.
EREDMÉNYEK III. A TKK-01, TKK-07, TKK-10, TKK-15 és TKK-16 jelű kitermelő kutak szulfát koncentrációja a kezelés előtt és azt követően Kezelés előtt
Kezelés után
SO42-
SO42-
mg/l
mg/l
%
TKK-07
4 960
337
93,2
TKK-10
2 480
285
88,5
TKK-01
2 415
252
89,6
TKK-16
1 210
155
87,2
TKK-15
860
120
86,0
Talajvízminta jele
Eltávolítási hatékonyság
EREDMÉNYEK III. A szulfát eltávolítás eredményességét már a talajvíz kezdeti szulfát koncentrációja is befolyásolja.
Az ettringit formájáb an történő szulfát eltávolít ási hatékonyság biztonságg al 90 % körül várható.
Az ettringit kicsapásá val legfeljeb b 2,4 g/l-es kiindulási szulfát koncentráció esetén lehet biztosítani az élővízi befogadókra érvényes szulfát kibocsát ási határért éket (250 mg/l).
Közcsatorn áb a akkor engedhet ün k meszes-alu min átos fizikai kémiai előkezeléssel előtisztítot t szennyvizet/talajv izet, ha a kezelendő vízminta legfeljebb 4,5-5 g/l-es koncentráció ban tartalmaz szulfátot .
EREDMÉNYEK IV. Az ettringit formájában történő szulfát kicsapást lehetővé tevő technológia blokksémája
EREDMÉNYEK IV. Az ettringit formájában történő szulfát kicsapást lehetővé tevő technológia beruházási költsége Megnevezés Kezelőreaktor (gipsz)
Teljes nettó ár e Ft
1 500
Fajlagos beruházási költség* Ft/m3 30
Kezelőreaktor (ettringit)
2 500
Polimer előkésztő rendszer
1 000
20
5 500
110
4 500
90
3 000
60
Mész előkészítő rendszer
3 500
Vegyszerszivattyúk
2 200
Lemezes ülepítő 2. sz.
5 500
Lemezes ülepítő 1. sz.
Erősáramú és folyamatirányítási rendszer Iszaptároló
Víztelenítő berendezés
110
800
16
ÖSSZESEN
57 000
000 m3 talajvíz tisztításával számolva
36
300
12 000
*50
70
15 000
Könnyűszerkezetes épület
Telepítési és szerelési költ.
50
240
1 140
EREDMÉNYEK IV. Az ettringit formájában történő szulfát kicsapást lehetővé tevő technológia üzemeltetési költsége Megnevezés
Ft/hó -
Fajlagos üzemeltetési költség Ft/m3 300 40**
-
-
30
-
-
1 600 000
533
-
-
60 000
20
-
550
Nettó ár
Mésztej Aluminát
Ft/kg 40 50
Ft/kWh -
Polimer
2 000
Nátrium-hidroxid
Személyi költségek* Karbantartási anyagigény Elektromos áram Hulladék ártalmatlanítás ÖSSZESEN
110
-
10***
-
19
Bruttó
-
-
1 980
50
3 503
EREDMÉNYEK IV. Az ettringit formájában történő szulfát eltávolítás a vizsgált talajvíz tisztítása esetén annak nagy puffer kapacitása miatti fokozott lúgigény miatt nem realizálható.
A meszes-al umin áto s kezelés üzemeltet ési költségén ek meghatározó részét az ettringit megfelelő kicsapását lehetővé tevő pH eléréséhez szükséges lúg ára teszi ki.
Az optimális pH elérését nehezíti, hogy az adagolt mésztej mennyiség étől függően legfeljebb 12,3-1 2, 4- es pH elérése biztosítha tó.
Mivel az aluminát dózis növelésével tapaszt al at aim alapján egy bizonyos arány felett már nem n ő, hanem inkább csökken az eltávolít ható szulfát menn yisége, esetemben az aluminát tal történő pH szabályozá s lehetősége sem adott.
ÖSSZEFOGLALÁS Az ettringit kicsapásán ál, az optimális körülmén yek meghatározásánál végzett vizsgálato k alapján elmondható, hogy a legkisebb elérhető szulfát koncentráció 90 perces keverés mellett 12,7-es pH tartásával és 1,4 Al/SO 4 2- kezdeti mol arány kialakítá sá v al érhető el. Elmondható, hogy a szennyezett iparterület talajviz ének szulfát mentesít ését a mésztejes -al umin áto s kezelésnél a talajvíz egyéb an ion tartalm a nem befolyásol ja. Bizonyítható, hogy a szulfát eltávolít ás eredmén yességét a kiindulási szulfát - koncen tráció már önmagában is befolyásolja. A vizsgál t talajvíz magas puffer kapacitá sa miatt a szulfát tartalmán ak eltávolítá sán ál az ettrin git kicsapása csak meglehető sen nagy üzemeltetési költségek mellett biztosít ható.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
