SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL

Átírás

1 SZENNYVÍZKEZELÉS NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSSAL Kander Dávid Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Barkács Katalin Konzulens: Gombos Erzsébet

2 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

3 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

4 Különböző víztisztítási módszerek során alkalmazott oxidálószerek redoxipotenciál értékei Oxidálószer Reakció E 0 [V] Klór Cl 2(g) + 2e- 2Cl - ClO - + H 2 O +2e - Cl - +2OH - 1,358 0,841 Hipoklorit HClO + H + +2e - Cl - + H 2 O 1,482 Klór-dioxid ClO 2(aq) + e - ClO 2-0,954 Perklorát ClO H + +8e - Cl - + 4H 2 O 1,389 Ózon O 3 + 2H + + 2e - O 2 + 2H 2 O 2,076 Hidrogénperoxid H 2 O 2 + 2H + + 2e - 2H 2 O 1,776 Oldott oxigén O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O 1,229 Permanganát MnO H + + 3e - MnO 2 + 2H 2 O MnO H + + 5e - Mn H 2 O 1,679 1,507 Kromát Cr 2 O H + + 6e - 2Cr H 2 O 1,33 Ferrát(VI) FeO H + + 3e - Fe H 2 O FeO H 2 O +3e - Fe(OH) 3 + 8H 2 O 2,20 0,70 (Jiang & Lloyd, 2001)

5 A ferrát(vi) protonált és deprotonált formái a ph függvényében (Sharma, 2002)

6 Nátrium-ferrát optimális szintézisidejének meghatározása (Burger, 2002)

7 Optimális szintézis idő az előállítás kezdetétől számított perc

8 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 cm 3 foszfát tartalmú pufferhez stabilitásméréseket egy Ocean Optics Inc. típusú, hordozható spektrofotométerrel végeztem

9 n=4

10 n=4

11 Fizikai-kémiai paraméterek kémiai oxigénigény (KOI kr ) MSZ ISO 6060:1991 összes szerves széntartalom (TOC) MSZ EN 1484:1998 vezetőképesség MSZ EN 27888:1998 zavarosság MSZ EN ISO 7027:2000 reaktív PO 4 3- tartalom MSZ EN ISO 6878:2004

12 Nátrium-ferráttal, klórgázzal és hipoval kezelt szennyvízminták fizikai-kémiai paraméterei (n=2) KOI O 2 [mg/l] TOC C [mg/l] Vezetőképesség [µs/cm] Zavarosság [NTU] PO 4 3- [mg/l] Fertőtlenítőszer koncentráció Mérési ered. Csökk. mértéke [%] Mérési ered. Csökk. mértéke [%] Mérési ered. Növ. mértéke [%] Eltáv. Mérési ered. hatásfoka [%] Mérési ered. Eltávolítás hatásfok [%] Telepi tisztított szennyvíz 48,0 ± 3,2 13,8 ± 2, ± 28,3 4,623 ± 0,6 4,1 ± 0,5 Fe(VI) 5,35 ppm 33,0 ± 2,1 31 5,1 ± 2, ± 19,4 20 2,561 ± 1,1 45 3,1 ± 0,2 26 Fe(VI) 10,83 ppm Fe(VI) 14,52 ppm Fe(VI) 19,43 ppm 40,0 ± 3,8 17 7,7 ± 1, ± 17,7 32 1,492 ± 0,7 68 2,3 ± 0, ,0 ± 2,3 31 8,0 ± 2, ± 32,1 40 2,293 ± 0,3 50 2,3 ± 0, ,0 ± 1,1 56 8,5 ± 1, ± 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, ± 13,2 58 2,132 ± 0,8 54 1,3 ± 0,6 70 Klórgáz 14,6 mg/l (szabad klór 0,21 mg/l) Hipo 13,14 mg/l (szabad klór 0,46 mg/l) 20,0 ± 1, ,2 ± 2, ± 21,7-1 3,130 ± 1,9 32 4,0 ± 0,1 2 37,0 ± 2, ± 2, ± 34,7 8 2,772 ± 1,1 40 3,9 ± 1,3 6

13 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 cm 3

14 AOX mérésére szolgáló MultiX 2000 műszer

15 n=3 (ÉP1-5 = ferráttal kezelt, Cl1-3 = klórgázzal kezelt, L1-3= nátrium-hidroxiddal kezelt szennyvízminták, H1-H3 = hipoval kezelt minták)

16 Összefoglalás A nátrium-ferrát optimális szintézis-idejét vizsgálva kiderült, hogy az előállítás kezdetétől számított 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

17 Köszönetnyilvánítás Dr. Barkács Katalin Gombos Erzsébet Dobosy Péter Dr. Záray Gyula

18 Köszönöm megtisztelő figyelmüket!