Az Ivóvízminőség-javító program technológiai vonatkozásai Licskó István Laky Dóra és László Balázs BME VKKT
Arzén Ammónium ion Bór Fluorid Vas Mangán Nitrit??? Metán Szén-dioid Célkomponensek
Lehetséges megoldások Új vízbázis keresése a közelben Másik réteg megcsapolása Csatlakozás kistérségi rendszerhez Csatlakozás regionális rendszerhez Helyi vízbázis + víztisztítási technológia Legfontosabb rendező elv: Kit utálok, illetve kivel vagyok hajlandó együttműködni? Hol van ilyenkor a finanszírozó?
Arzén Alapvetően kétféle megoldás alkalmazására kerülhet sor: Koaguláció + szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Kicsapódás?
Arzén Befolyásoló tényezők ph Pufferkapacitás Arzén oidációs száma Koaguláns minősége és mennyisége Szerves anyag mennyisége és minősége Orto-foszfát Szilikát
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL ORTOFOSZFÁT ION KONC. HATÁSA O O As O 3 - O O P O 3 - O O
M a r a d ó A s ( µ g / L ) 35 30 25 20 15 10 5 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Kezdeti PO4-P (mg/l)
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL ORTOFOSZFÁT ION KONC. HATÁSA Csapvízből készített modell oldatok; kezdeti ph = 7,6 7,7; Fe koaguláns alkalmazása vas(iii)-klorid formájában adagolva
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA Zéta-potenciál csökkentő hatás A Ca 2+ és Mg 2+ ionok a szilikát arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatását valamelyest csökkentik O O As O 3 - O O Si O 4 - O O
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA As: filtered 0,45 µm through pórusméretű 0.45 µm membránon pore-size membrane szűrve Fe: filtered 0,45 µm through pórusméretű 0.45 µm membránon pore-size membrane szűrve As: filtered 0,2 µm through pórusméretű 0.2 µm membránon pore-size membrane szűrve Fe: filtered 0,2 µm through pórusméretű 0.2 µm membránon pore-size membrane szűrve 60 1.2 Maradék As oldott [µg/l] As [ [µg/l] 50 40 30 20 10 kezdeti As 0,45 µm pórusméret; As 0,45 µm pórusméret; Fe adagolt Fe(III) = 1,5 mg/l kezdeti ph = 8,5 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Fe [mg/l] 0 0 10 20 30 40 50 60 SiO 2 [mg/l] 0
ARZÉNMENTESÍTÉS KOAGULÁCIÓVAL SZILIKÁT KONCENTRÁCIÓ HATÁSA As: filtered 0,45 µm through pórusméretű 0.45 µm membránon pore-size membrane szűrve Fe: filtered 0,45 µm through pórusméretű 0.45 µm membránon pore-size membrane szűrve As: filtered 0,2 µm through pórusméretű 0.2 µm membránon pore-size membrane szűrve Fe: filtered 0,2 µm through pórusméretű 0.2 µm membránon pore-size membrane szűrve 60 1.2 Maradék As oldott [µg/l] As [ [µg/l] 50 40 30 20 10 kezdeti As 0,45 µm pórusméret; As 0,45 µm pórusméret; Fe 0,2 µm pórusméret; As 0,2 µm pórusméret; Fe 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Fe [mg/l] 0 0 0 10 20 30 40 50 60 SiO 2 [mg/l] módszer: Liu et al. (2007)
Szervesanyag koncentráció hatása 250 Oldott As (µg/l) 200 150 100 50 10 µg/l 0 KOI = 12,7 mg/l KOI = 1 mg/l KOI PS (mg/l) Fe 3+ : As mólarány Szervesanyag koncentráció hatása 1 6,8 12,7 85,1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0,02 mmol Fe 3+ /L 0,25 mmol Fe 3+ /L
A 10 µg/l-es arzénkoncentráció eléréséhez szükséges vas koaguláns mennyisége: Fe [mg/l] -18,01 + 5,37 * PO 4 -P [mg/l] + + 2,54 * ph + 0,09 * SiO 2 [mg/l] Az összefüggésben nem szerepel a szerves anyag minősége és mennyisége. Maimum 1,5 mg/l KOI ps értékkel jellemezhető szerves anyag esetén az összefüggés alkalmazható, nagyobb szerves anyagkoncentrációk mellett helyszíni, kiegészítő vizsgálatok szükségesek
Adszorpciós eljárások Elvileg a legkedvezőbb Mit köt meg? Csak az arzént? Mikor merül ki? Alumínium- és vas-oidok, -oi-hidroidok GEH (vas-oi-hidroid) AsMet (cérium-vegyület) HM EI Zrt. (növényi alapú adszorbens)
Ammónium ion Közvetlenül nincs káros hatása Csökkenti az aktív klór koncentrációt Nitrit ionná, majd Nitrát ionná alakulhat
Vízben jól oldódó vegyületek, szilárdfolyadék fázisszétválasztás nem jöhet szóba Lehetséges megoldások: Stripping Adszorpció Ioncsere Fordított ozmózis Mikrobiológiai oidáció Törésponti klórozás
Eredmények 1,800 1,600 1,400 Törésponti görbe, kevert nyersvíz 10,00 9,00 8,00 NH4-N (mg/l) 1,200 1,000 0,800 0,600 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 Aktív klór mg Cl2/L 0,400 2,00 0,200 0,000 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Ammónium:Klór arány (mg NH4-N : Cl2) 1,00 0,00 NH4-N mg/l Sz.a.kl. mg/l Ö.a.kl. mg/l K.a.kl. Mg/L Töréspont: az elméleti 1:7,6 os arány felett
Kutak törésponti görbéje NH4-N (mg/l) 2,5 2,0 1,5 1,0 NH4-N K1 NH4-N K2 NH4-N K2 (II) NH4-N K3 NH4-N K4 NH4-N K5 NH4-N Kevert 0,5 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Adagolt klór (mg Cl2/L) A klórigény széles határok között változik Kutak vízminősége nem állandó
Ha túlklórozzuk Törésponti klórozás során keletkező AOX és THM mennyisége, 5-ös kút 1,400 60,0 1,200 50,0 NH4-N (mg/l) 1,000 0,800 0,600 0,400 40,0 30,0 20,0 AOX (ug Cl/L), THM (ug/l) 0,200 10,0 0,000 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 Adagolt klór (mg Cl2/L) NH4-N mg/l AOX THM akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés
Klóradag melléktermék képződés összefüggése Ammóniumion koncentráció csökkenése a klórdózis függvényében, illetve a keletkező THM és AOX mennyisége a dombóvári kutaknál NH4-N (mg/l) 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Adagolt klór (mg Cl2/L) 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 AOX (ug Cl/L), THM (ug/l) NH4-N K1 NH4-N K2 NH4-N K2 (II) NH4-N K3 NH4-N K4 NH4-N K5 NH4-N Kevert AOX Kevert AOX K1 AOX K2 AOX K2 (II) AOX K3 AOX K4 AOX K5 THM Kevert THM K1 THM K2 THM K3 THM K4 THM K5 Törekedni kell a pontos klóradagolásra!
Eredmények Reakciósebesség Törésponti klórozás időbeli lefutása, 2-es kút, AOX képződés 2,5 90 80 NH4-N (mg/l) 2 1,5 1 0,5 NH4-N mg/l, optimális (1:9,2) NH4-N:Cl2 aránynál AOX optimális (1:9,2) NH4-N:Cl2 aránynál 70 60 50 40 30 20 AOX (ug Cl/L), THM (ug/l) 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Idő (perc) 0 Optimális klóradaggal kb 10-12 perc szükséges Idő előrehaladtával nő a melléktermékek mennyisége
Oidációs, illetve koagulációs előkezelés kelet-magyarországi telep NH4-N (mg/l) 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 Törésponti klórozás során keletkező AOX és THM mennyisége, előkezeléssel és előkezelés nélkül, kevert nyersvíz 0,0 5,0 10,0 15,0 Adagolt klór (mg Cl2/L) Más víznél van kedvező hatása AOX-re nézve (THM-re itt sem) minden víz más 70 60 50 40 30 20 10 0 AOX (ug Cl/L), THM (ug/l) NH4-N mg/l NH4-N mg/l Előo NH4-N mg/l Előo + vas AOX AOX előo AOX előo + vas THM THM előo THM előo + vas
GAC-os előkezelés hatása Törésponti klórozás során keletkező AOX mennyisége előkezeletlen, illetve előzetesen GAC-on átvezetett kevert nyersvíz 2,000 70,0 NH4-N (mg/l) 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 60,0 50,0 40,0 30,0 AOX (ug Cl/L), THM (ug/l) 0,600 20,0 0,400 10,0 0,200 0,000 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Adagolt hypó (mg Cl2/L) NH4-N mg/l NH4-N mg/l EGAC AOX AOX Elő.GAC Előzetes szervesanyag eltávolítás GAC-on igen hatásos
Mikrobiológiai oidáció Kedvező esetben a vas- és mangántalanítás során megvalósul A levegőztetés mértéke Spontán nitrifikáció
Előnyök Nincs melléktermék (???) Nem kell vegyszereket adagolni Biológiai rendszert alkalmazunk Költségkímélő eljárás Hátrányok A folyamat nem szabályozható Nem megoldott az on- line monitoring Semmi sem garantálja, hogy a nitrifikációs folyamat nem reked meg a nitrit képződésnél Nincs a kezünkben megfelelő ellenőrzési és vezérlési módszer
Spontán nitrifikáció Megfigyelések: az ammónium ion koncentráció csökken egyes vas- és mangántalanító szűrőkön Kedvező az oldott oigén koncentráció növelése A jelenség nem lép fel mindenütt Az okok pontosan nem ismertek A nitrifikáció nem reked meg a nitrit ion képződésnél
Félüzemi kísérlet (1) 6 7 8 5 9 3 1 2 10 11 4
N-formák változása az első kísérletben NH4-N, NO2-N, NO3-N és Összes-N (mg/l) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ÖN szűrt víz ÖN nyers víz NH4-N NO2-2 NO3-N Ágytérfogat
Félüzemi kísérlet (2) 6 12 13 7 8 14 5 15 3 11 1 2 9 10 16 17 4
N-formák változása a második kísérletben NH4-N, NO2-N, NO3-N és Összes-N (mg/l) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ÖN szűrt víz ÖN nyers víz NH4-N NO2-2 NO3-N Ágytérfogat
Következtetések A szükséges koaguláns mennyiségét nem csak az arzén koncentrációja szabja meg Hazai vízminőség mellett az adszorpciós megoldások komoly kockázattal járnak Ahol van vas- és mangántalanítás az arzéneltávolítása viszonylag egyszerű eszközökkel megoldható Ammónium ionok eltávolítására a törésponti klórozás minőségi kockázattal jár, de szabályozható, irányítható
Következtetések A mikrobiológiai eljárás kockázatos mind minőség, mind működtetés tekintetében Helyszíni vizsgálatok nem hagyhatók el Helyi sajátságok figyelembe vétele elengedhetetlen Nincs királyi út
Köszönöm a figyelmet!