SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL Kander Dávid Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Barkács Katalin Konzulens: Gombos Erzsébet
Tartalom • Ferrát tulajdonságainak bemutatása • Ferrát optimális szintézisidejének meghatározása • Ferrát stabilitásának vizsgálata különböző hőmérsékleten történő tároláskor • Kommunális szennyvíz fizikai-kémai paramétereinek változása nátrium-ferráttal történő kezelés során
• AOX (adszorbeálható szerves halogenidek) vegyületek keletkezésének vizsgálata
Ferrát jellemzése • A vasnak két stabil oxidációs állapota a +2 és +3 fordul elő a természetben • A vas magasabb oxidációs állapotait összefoglalóan ferrátoknak hívjuk • A ferrát egy környezetbarát, multifunkcionális oxidáló-, és fertőtlenítőszer, melynek hatókomponense a Fe(VI)
• oxidáló hatásának kifejtése során Fe(III)-hidroxiddá redukálódik (koaguláltató, flokkuláltató hatás) • + adszorpció a keletkező Fe(III)-csapadék felszínén • Különböző szerves/szervetlen szennyezőanyagok esetén is nagy hatékonysággal alkalmazható
Különböző víztisztítási módszerek során alkalmazott oxidálószerek redoxipotenciál értékei Oxidálószer
Reakció
E0 [V]
Klór
Cl2(g) + 2e- ↔ 2ClClO- + H2O +2e- ↔ Cl- +2OH-
1,358 0,841
Hipoklorit
HClO + H+ +2e- ↔ Cl- + H2O
1,482
Klór-dioxid
ClO2(aq) + e- ↔ ClO2-
0,954
Perklorát
ClO4- + 8H+ +8e- ↔ Cl- + 4H2O
1,389
Ózon Hidrogénperoxid Oldott oxigén
O3 + 2H+ + 2e- ↔ O2 + 2H2O
2,076
H2O2 + 2H+ + 2e- ↔ 2H2O
1,776
O2 + 4H+ + 4e- ↔ 2H2O
1,229
Permanganát
MnO4- + 4H+ + 3e- ↔ MnO2 + 2H2O MnO4- + 8H+ + 5e- ↔ Mn2+ + 4H2O
1,679 1,507
Kromát
Cr2O72- + 14H+ + 6e- ↔ 2Cr3+ + 7H2O
1,33
Ferrát(VI)
FeO42- + 8H+ + 3e- ↔ Fe3+ + 4H2O FeO42- + 8H2O +3e- ↔ Fe(OH)3 + 8H2O
2,20 0,70
(Jiang & Lloyd, 2001)
A ferrát(VI) protonált és deprotonált formái a pH függvényében
(Sharma, 2002)
Nátrium-ferrát optimális szintézisidejének meghatározása •
(Burger, 2002)
Optimális szintézis idő az előállítás kezdetétől számított 130-190 perc
Ferrát(VI) stabilitásának hőmérsékletfüggése • Nátrium-ferrát hatóanyag tartalmának időbeli alakulását a hőmérséklet függvényében három tartományban vizsgáltam: • szobahőmérsékleten (18-20°C) • hűtőben (4-6°C) • mélyhűtőben (-12°C)
• mikro-pipetta használatával 0,12-0,18 g közti, ismert mennyiségű ferrátot adtam 50 cm3 foszfát tartalmú pufferhez • stabilitásméréseket egy Ocean Optics Inc. típusú, hordozható spektrofotométerrel végeztem
n=4
n=4
Fizikai-kémiai paraméterek • kémiai oxigénigény (KOIkr)
MSZ ISO 6060:1991
• összes szerves széntartalom (TOC)
MSZ EN 1484:1998
• vezetőképesség
MSZ EN 27888:1998
• zavarosság
MSZ EN ISO 7027:2000 3-
• reaktív PO4 tartalom
MSZ EN ISO 6878:2004
Nátrium-ferráttal, klórgázzal és hipoval kezelt szennyvízminták fizikai-kémiai paraméterei (n=2) KOI O2 [mg/l]
Fertőtlenítőszer koncentráció
Telepi tisztított szennyvíz
Mérési ered.
Csökk. mértéke [%]
48,0 ± 3,2
TOC C [mg/l]
Mérési ered.
Csökk. mértéke [%]
13,8 ± 2,3
Vezetőképesség [µS/cm]
Zavarosság [NTU]
PO43- [mg/l]
Mérési ered.
Növ. Eltáv. mértéke Mérési ered. hatásfoka [%] [%]
Mérési ered.
1130 ± 28,3
4,623 ± 0,6
4,1 ± 0,5
Eltávolítás hatásfok [%]
Fe(VI) 5,35 ppm 33,0 ± 2,1
31
5,1 ± 2,5
63
1350 ± 19,4
20
2,561 ± 1,1
45
3,1 ± 0,2
26
Fe(VI) 10,83 ppm
40,0 ± 3,8
17
7,7 ± 1,8
44
1490 ± 17,7
32
1,492 ± 0,7
68
2,3 ± 0,1
46
Fe(VI) 14,52 ppm
33,0 ± 2,3
31
8,0 ± 2,1
42
1580 ± 32,1
40
2,293 ± 0,3
50
2,3 ± 0,1
46
Fe(VI) 19,43 ppm
21,0 ± 1,1
56
8,5 ± 1,3
38
1620 ± 10,1
43
1,404 ± 1,4
70
1,4 ± 0,3
67
Fe(VI) 24,3 ppm 26,0 ± 2,6
46
9,2 ± 3,1
33
1780 ± 13,2
58
2,132 ± 0,8
54
1,3 ± 0,6
70
Klórgáz 14,6 mg/l (szabad klór 0,21 mg/l)
20,0 ± 1,4
58
10,2 ± 2,4
26
1120 ± 21,7
-1
3,130 ± 1,9
32
4,0 ± 0,1
2
Hipo 13,14 mg/l (szabad klór 37,0 ± 2,4 0,46 mg/l)
23
10 ± 2,0
27
1220 ± 34,7
8
2,772 ± 1,1
40
3,9 ± 1,3
6
AOX keletkezésének vizsgálata • Minta-előkészítés • szennyvízminta aktív szénen történő adszorbeáltatása • olvasztott kvarcból készült mintacsövek (50 mg AC) • kétcsatornás AP2P típusú automatikus minta-előkészítő egység • minta mennyisége 50 cm3
AOX mérésére szolgáló MultiX 2000 műszer
n=3
(ÉP1-5 = ferráttal kezelt, Cl1-3 = klórgázzal kezelt, L1-3= nátrium-hidroxiddal kezelt szennyvízminták, H1-H3 = hipoval kezelt minták)
Összefoglalás • A nátrium-ferrát optimális szintézis-idejét vizsgálva kiderült, hogy az előállítás kezdetétől számított 130 -190 perc elteltével a legnagyobb a ferrát(VI) kitermelés • Legnagyobb stabilitással a fagyasztott állapotú nátrium-ferrát bírt, mely 48 óra elteltével is az előállításakor mért kezdeti koncentráció értékkel rendelkezett • A mért fizikai-kémiai paraméterek esetében elmondható, hogy a nátrium-ferrát kezelés multi-funkcionalitásának köszönhetően nagy eltávolítási hatásfokkal bír
• A ferrát(VI) adagolása is ártalmas AOX vegyületek kialakulásához vezet, azonban nagyságrendekkel kisebb mennyiség képződéséhez, mint a klórozás, illetve hipo használata esetén
Köszönetnyilvánítás • Dr. Barkács Katalin • Gombos Erzsébet • Dobosy Péter • Dr. Záray Gyula
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!
