A vízszennyezv zszennyezők k eltávol volításának kémiai alapjai Vincze Lászlóné dr. főiskolai docens Vk_6 1.

Derítés Cél: A kolloid állapotú szennyeződések eltávolítása Kolloid: 1-500 nm, csak mérettől függő állapot Ülepítők Homokfogók 1 µm 10 µm 100 µm 1000 µm d Brown Derítés A részecskék szabadon mozgás Koaguláció, mozognak Flokkuláció Fázisszétválasztás Vk_6 2. Vincze Lászlóné dr. főiskolai docens

A derítés s részfolyamatai: r Destabilizálás, s, koaguláci ció Pelyhesedés, s, flokkuláci ció Fázisszétválasztás s (ülep( lepítés) Vk_6 3.

Flokkulálás utáni állapotok a./ stabil szol b./ flokkulált szol c./ koagulált szol d./ heterogén rendszer Vk_6 4.

A diszpergált részecskék közt ható erők V R : elektromos taszító erő (azonos felületi töltésű részecskék között) V A : van der Waals-féle vonzóerő H: a részecskék távolsága Vk_6 5.

A taszító és vonzó erők távolságfüggése V R V R V T H V A V T eredő erő V A vonzó erő V R taszító erő V A Vk_6 6.

Vk_6 7.

Vk_6 8.

Az alkalmazott vegyszerek: Alapderítőszerek (többértékű fémsók), hatása: a kolloidok destabilizálása, a zéta potenciál csökkentése, pl.: Al 2 (SO 4 ) 3, FeCl 3, FeSO 4 (oxidálni kell az Fe 2+ iont Fe 3+ -á), polialumíniumklorid Al m Cl n Segédderítőszerek (makromolekulás anyagok, ún. polielektrolitok) hatásuk a flokkulálódó pelyhek állagának javítása, az ülepedőképesség elősegítése. Vk_6 9.

Stabilitási diagram alumíniumszulfát derítőszer esetén Vk_6 10.

Vk_6 11.

Csapadék képződéssel járó kémiai reakciók CÉL: Lágyítás, sótalanítás Módszer: termikus vegyszeres Termikus módszer m Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Mg(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + H 2 O + CO 2 MgCO 3 + H 2 O Mg(OH) 2 + CO 2 Vk_6 12.

Vegyszeres módszerek m 1./ Meszes eljárás (nagy KK tartalmú és kevés ÁK tartalmú vizek esetén ajánlott, a KK csökken, az ÁK nő/változatlan marad) Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2CaCO 3 + 2H 2 O + Ca(OH) 2 MgCO 3 + Ca(CO 3 ) 2 + 2H 2 O MgCO 3 + H 2 O Mg(OH) 2 + CO 2 De párhuzamosan szubsztituciós reakciók is lejátszódhatnak, amelyek csak a vegyszert igénylik, de állandó keménységtartalom változást nem eredményeznek! MgSO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + Mg(OH) 2 MgCl 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 Szikes vizek esetén NaHCO 3 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + Na 2 CO 3 + 2H 2 O Vk_6 13.

2./ MészM sz-szódás s eljárás A Ca(OH) 2 mellett Na 2 CO 3 (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 Na 2 CO 3 -al lejátszódó reakciók: CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + Na 2 SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl MgSO 4 + Na 2 CO 3 = MgCO 3 + Na 2 SO 4 A vegyszerek egymással is reagálhatnak Ca(OH) 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaOH Hő hatására (pl.: kazánban) Na 2 CO 3 + H 2 O 2 NaOH + CO 2 (habzás, lúgosodás) Vk_6 14.

3./ Mész-szódás-trinátriumfoszf triumfoszfátostos eljárás A Ca(OH) 2 és a Na 2 CO 3 (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: 3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 = Mg 3 (PO 4 ) 2 + 3Na 2 SO 4 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6NaCl 3CaSO 4 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3Na 2 SO 4 Vk_6 15.

4./ NaOH alkalmazása költséges, bár a szóda adagolás is megtakarítható: Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaOH CaCO 3 + Na 2 CO 3 + 2H 2 O CO 2 + 2NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4 5./ Savas eljárás Ca(HCO 3 ) 2 + CaSO 4 = CaSO 4 + CO 2 + 2H 2 O Az összes keménység nem változik, a CO 2 eltávolításról, gáztalanításról gondoskodni kell. Költséges. Vk_6 16.

Ioncsere Cél: az elektrolit oldatok ionösszet sszetételének megváltoztat ltoztatása, oldott anyagok elválaszt lasztása sa (részben specifikus módszer) m Elv: Az ioncserélőn, n, szilárd hordozón n (nagy fajlagos felület, let, olyan funkciós s csoportok vannak, amelyek képesek k az oldatban levő azonos töltt ltésű ionokat megkötni és s helyettük ekvivalens mennyiségű csere iont kibocsátani az affinitástól és s a körülmk lményektől l függf ggően. Egyensúlyra vezető reverzibilis reakciótípus. (a reakció iránya c, t, p függf ggő) Vk_6 17.

A sztöchiometriai reakciók H ciklus Megkötés, kimerítés Kationcsere: 2(R-H) + Ca 2+ R 2 -Ca + 2H + Megkötés, kimerítés Regenerálás Anioncsere: 2(R-OH) + SO 4 2- R 2 -SO 4 + 2OH - OH ciklus Regenerálás Vk_6 18.

A H + és az OH ciklusú ioncserélőt sorbakötve nagytisztaságú, közel ionmentes víz állítható elő. Elterjedt a mobilizálható csoportoktól függően Na + és Cl - ciklusú ioncserélő is. Az affinitási sor (híg oldatok) Kationok: H +, Na +, K + Ag + tömegfüggő, és Na +. Mg 2+, Ca 2+...Al 3+ oxidációs fok függő Anionok: hasonló elv Vk_6 19.

Az egyensúlyi állandó a tömeghatás törvénye alapján pl.: 2(R-H) + Ca 2+ R 2 -Ca + 2H + K = [H + ] f2 * [Ca 2+ ] gy [H + ] gy2 *[Ca 2+ ] f ahol: [H + ] f a H + ion koncentráció a folyadék fázisban, [H + ] gy a H + ion koncentráció a gyanta fázisban, [Ca 2+ ] f a Ca 2+ ion koncentráció a folyadék fázisban, [Ca 2+ ] gy a Ca 2+ 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 pl.: kationcserélő Vk_6 21.

Vk_6 22.

Hidrogénciklusban működő kationcserélő üzemi fázisai Kimerítés Regenerálás Ca 2+, SO 4 2 _ Mg 2+, Cl _, Na +, HCO 3 _ Lazító mosás öblítés Vegyszeres kezelés HCl c!!! Öblítés H-R Ca-R Mg-R Na-R Ca-R Mg-R Na-R H-R SO 4 2 _ H +, Cl _, HCO 3 _ Ca 2+, Mg +, Cl _, Na + Vk_6 23.

Kimerítés Anioncserélő üzemi fázisai (OH - ) Regenerálás SO 4 2 _ H +, Cl _, HCO 3 _ Lazító mosás öblítés Vegyszeres kezelés NaOH c!!! Öblítés R-OH R-Cl R-SO 4 R-Cl R-SO 4 R-OH H +, OH _ Cl _, Na +, SO 4 2- HCO 3 _ Vk_6 24.

Kimerítés, regenerálás Vk_6 25.

Zeolitok Környezetvédelmi jelentőségük Vk_6 26.

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.

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 Szintetikus zeolitok Vk_6 29.

Adszorpciós képesség (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 + ) Egyensúlyi folyamat Versengés Mérettől függően esetleg szerves anyag is cserélhető ( pl.:mosószerek) Vk_6 31.

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.

Környezetvédelmi jelentőség Mosószerekben a foszfátok kiváltása foszfátos mosószer Vk_6 33.

Probléma a lerakódás esélye (zeolit nem oldódik, 3-4 µm) nincs Koptató hatás nem jelentős Zeolittartalmú mosószer összetétele Vk_6 34.

Összehasonlítás foszfátos zeolitos Vk_6 35.

Zeolitok a szennyvíztisztításban Ammóniamentesítés (elv ioncsere) Szagtalanítás (adszorpció) Nehézfémek eltávolítása (ioncsere, adszorpció) Kémiai reakciók (katalizátor) Vk_6 36.

A klóroz rozás s kémik miája Klórgáz és a víz reakciói gáz oldódása hidrolízis disszociáció Szabad aktív klórformák jellemzői ph függés, Vk_6 37. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Kémiai reakciók Hidrolízis: Cl 2 + H 2 O HOCl + HCl Disszociáció: HOCl OCl - + H +, azaz HOCl + H 2 O OCl - + H 3 O + A fertőtlenítés hatásmechanizmusa: HOCl HCl + O OCl - + H + HCl + O hol??? Vk_6 38. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Affinitási sorrend HOCl >> OCl - > Cl 2 miért??? Szerkezeti hasonlóság? Irányítási feladat (megfelelő aktívklórforma, behatási idő ) Vk_6 39. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Szabad aktív v klórform rformák k ph függése klórform ák százalékban 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 HOCl OCl- Cl2 ph Vk_6 40. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

A ph eltolódás s csökkent kkentése Optimális ph tartomány ph eltolódás csökkentése, pufferkapacitás szerepe Ca(HCO 3 ) 2 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + 2CO 2 egyéb ph beállítási lehetőségek Vk_6 41. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Kötött tt aktív v klórform rformák NH 3 + HOCl = NH 2 Cl + H 2 O NH 2 Cl + HOCl = NHCl 2 + H 2 O NHCl 2 + HOCl = NCl 3 + H 2 O 2 NH 3 + 3 HOCl = N 2 + 3 HCl + 3 H 2 O Jellemző tulajdonságuk, hatásuk Vk_6 42. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Klórfogyaszt rfogyasztási si görbeg cmö(mg/l) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 cmö: maradék összes aktív klór ca: adagolt összes aktív klór klórfogyás nélkül 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 ammónnitrogént nem tartalmazó víz ca(mg/l) Vk_6 43. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Törésponti görbeg Klórformák képződési valószínűsége az adagolt aktív klór függvényében (klórgáz esetén) cmö (mg/l) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Törésponti klórfogyasztás ca-cmö 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 ca (mg/l) Ammonnitrogént tartalmazó víz esetén Vk_6 44. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

TRIHALOMETÁNOK (THM) [ kiindulási anyag] + [ fertőtlenítőszer ] [fertőtlenítés terméke] [ prekurzor] + [ klórgáz ] [ THM + egyéb..] Jellemzői, hatásuk képződésüket befolyásoló tényezők, Aktív védelem, irányított klórgázadagolás ph, Cl 2 mennyiség. Vk_6 45. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

A fertőtlenítés időigénye, mikrobiológiai jellemzők log (expozíciós idő (perc)) E.coli ph=7 E.coli ph=8,5 Bac. antrachis ph=7,2 Bac. Antrachis ph=8,6 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 C o -on Vk_6 46. Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás, Vízellátás-Csatornázás Tanszék 2003.

Klórdioxid, ClO 2 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.

A klórdioxid előállítása: a./ klór-klorit eljárás 2 NaClO 2 + Cl 2 2 ClO 2 + 2 NaCl b./ klorit-sav eljárás 5 NaClO 2 + 4 HCl 4 ClO 2 + 5 NaCl + 2 H 2 O A klórdioxid és a víz reakciója: 2 ClO 2 + H 2 O ClO 3- + ClO 2- + 2 H + Vk_6 48.

Klórmész Eseti kezelésre (kutak ) CaOCl 2 + CO 2 + 2H 2 O = Ca(HCO 3 ) 2 + HOCl + HCl Hátrány: a klórmész higroszkópos, széndioxid hatására veszít a hatásából, fémagresszív, vízben kis mértékben oldódik, lassú hatású (2 óra után). Vk_6 49.

Ózon alkalmazása az ivóvízkezelésben 1886 - fertőtlenítő hatás felismerése Kezdeti alkalmazások: fertőtlenítés íz- és szaganyagok eltávolítása 1960 - új területek: vas- és mangán eltávolítás színanyagok eltávolítása a koaguláció-flokkuláció hatékonyabbá tétele mikroszennyezők eltávolítása alga eltávolítás Vk_6 50.

O 3 előállítása: levegőből vagy tiszta oxigénből a gázok előkezelése szükséges 3 O 2 + energia 2 O 3 Vk_6 51.

Ózon koncentráció (mg/l) ozone concentration (mg/l) Ózon koncentráció (mg/l) ozone concentration (mg/l) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Ózon Decomposition lebomlása of ozone - Milli-Q ionmentes water víz T = 20 C ph = 6-7 0 50 100 150 200 idő time (min) Decomposition of ozone - Tap water Ózon lebomlása csapvíz 0 20 40 60 80 100 120 140 time (min) T = 10 C ph = 8,6 idő (min) Vk_6 52.

Fertőtlenítés ózonnal Reakció a sejtet alkotó molekulákkal!! szénhidrátok aminosavak zsírsavak nukleotidok nukleinsav, sejtfal fehérjék enzimek sejtet alkotó fehérjék membrán DNS, RNS Mikroorganizmusok hatástalanítása baktériumok: membrán, nukleinsav, enzimek vírusok: kapszula, nukleinsav protozoák: ciszta fala átjárható, nukleinsav Vk_6 53.