Víz- és szennyvíztisztítási technológiák

Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Víz- és szennyvíztisztítási technológiák BMEEOVKMHT1 Dr. Laky Dóra, Dr. Szabó Anita 2011.08.09. 0

Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék... 1 Bevezetés... 5 1. Előadás Víztisztítási technológiák ismétlése... 6 2. Előadás Vízminőségi problémák feltárása, megoldási javaslatok mintaterület vízminőségi adatai alapján (három feladat megoldása közösen)... 11 1 1. feladat... 12 2. feladat... 13 3. feladat... 14 3. Előadás Az arzénprobléma ismertetése, az arzénmentesítési technológiák hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek... 15 3.1 Nemzetközi helyzetkép... 15 3.2 Az arzénmentesítési technológiák hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek... 18 3.2.1 Koagulációs technológia... 18 3.2.2 Az adszorpciós arzénmentesítés hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek 30 3.3 Arzénmentesítési technológiák előnyeinek és hátrányainak ismertetése, költségek... 31 3.4 Összefoglalás, következtetések... 33 Felhasznált szakirodalom... 33 4. Előadás Arzénmentesítési félüzemi kísérletek... 35 4.1 Bevezetés... 35 4.2 A félüzemi berendezés kialakítása... 36 4.3 Eredmények... 36 4.3.1 Optimális vegyszerkoncentrációk meghatározása... 37 4.3.2 A szűrés hatékonyságának értékelése... 40 4.3.3 A keverési program változtatásának hatása... 41 4.3.4 A szakaszos laboratóriumi és félüzemi kísérleti eredmények összehasonlíthatósága.. 44 4.3.5 A pocsaji félüzemi kísérletek eredményeinek összefoglalása... 46 Felhasznált szakirodalom... 47 5. Előadás - Nitrifikáció az ivóvízellátásban... 48 5.1 Bevezetés... 48 5.2 Szakirodalmi összefoglaló... 48 5.2.1 Alapfolyamatok... 48 5.2.2 Nitrifikáció a víztisztító telepen... 49 5.2.3 Nitrifikáció a vízellátó hálózatban... 49

2 5.3 A mintaterületi adatok elemzése (Ebes, Hajdúszovát)... 50 5.3.1 Ebes... 50 5.3.2 Hajdúszovát... 52 5.4 Összefoglalás... 54 Felhasznált irodalom... 55 6. Előadás Mélységi vizek tisztítására alkalmas komplex ammónium-, vas-, mangán-, arzén és gázmentesítő technológia kidolgozása helyszíni kísérleti eredmények bemutatása... 57 6.1 Bevezetés... 57 6.2 A mintavételezés eredményei... 57 6.3 Technológiai megoldások vizsgálata... 59 6.3.1 A törésponti klórozás alkalmazhatóságának vizsgálata... 59 6.3.2 Biológiai ammónium-mentesítés vizsgálata... 63 6.4 Összefoglalás, következtetések, javaslatok a technológia módosítására... 75 7. Előadás Vízbiztonsági tervezés - A Szolnoki Felszíni Vízműben alkalmazott módszertan bemutatása... 77 7.1 Előzmények... 77 7.2 A vízbiztonsági tervek felépítése az OKI útmutatója alapján... 77 7.2.1 Víznyerő hely, nyersvíz-források védelme... 80 7.2.2 Vízkezelés... 82 7.2.3 Elosztóhálózat... 83 7.2.4 Fogyasztói pontok... 84 7.3 A kidolgozott módszertan bemutatása... 85 7.3.1 A vízmű bemutatása... 85 7.3.2 A VBT felépítése... 85 7.3.3 Eredmények, következtetések... 91 8. Előadás Szennyvíztisztítási alapismeretek... 93 8.1. Bevezetés... 93 8.2. A szennyvíztisztítás célja, eltávolítandó szennyezőanyagok... 93 8.3. Szennyvíztisztítási technológiák és alapfolyamatok... 94 9. Előadás Technológia-fejlesztési javaslatok kidolgozása... 97 10. Előadás Csatornahálózatokban kialakuló bűzproblémák... 98 10.1. A csatornahálózatban lejátszódó mikrobiológiai folyamatok és azok hatása a szennyvízminőségre... 98 10.1.1. A csatornahálózat, mint bioreaktor... 98 10.1.2. A mikrobiológiai folyamatok alapja... 99 10.1.3. Aerob és anoxikus mikrobiológiai folyamatok, és azok hatása a szennyvíz minőségére 100 10.1.4. Anaerob heterotróf mikrobiológiai folyamatok és hatásaik... 101 10.2. Bűzképződés a csatornahálózatban, lakossági panaszok... 102

10.3. A bűzképződés csökkentésének lehetőségei... 105 10.4. Irodalom... 107 11. Előadás Szennyvíztisztító telepek tervezésének és működtetésének feltételei, a csökkenő ivóvízfogyasztás hatása a szennyvíztisztítás folyamataira, a hazai problémák... 109 11.1. Az érkező szennyvíz mennyisége és a szennyezőanyagok koncentrációja, ezek hatása a telep tervezésére és működtetésére... 109 11.2. A csatornahálózatban lejátszódó folyamatok hatása a szennyvíztisztítás folyamataira. 112 11.3. Bűz a szennyvíztisztító telepen, a csökkentés lehetőségei... 113 11.4. Rekonstrukciós igények, intenzifikálás... 113 11.5. Irodalom... 115 12. Előadás Eleveniszapos szennyvíztisztítás intenzifikálása kémiai előkezeléssel... 116 12.1. Bevezetés... 116 12.2. A különböző típusú vegyszerek szennyezőanyag eltávolítási hatékonysága... 117 12.2.1. Lebegőanyag és szervesanyag eltávolítás... 117 12.2.2. Foszfor-formák eltávolítása... 121 12.2.3. A vegyszerválasztás szempontjai, vegyszer kombinációk... 123 12.3. A kémiai előkezelés hatása a további tisztítási folyamatokra... 124 12.3.1. A kémiai előkezelés hatása a szervesanyagok mennyiségére, méret-eloszlására és biológiai bonthatóságára... 124 12.3.2. A kémiai előkezelés hatása a nitrifikációra... 125 12.3.3. A kémiai előkezelés hatása a denitrifikációra... 127 12.3.4. A kémiai előkezelés hatása az iszap mennyiségére és szerkezetére... 128 12.4. Összefoglalás, javaslatok... 132 12.5. Irodalom... 133 13. Előadás Biológiai okokra visszavezethető ülepedési problémák okai és megoldásai... 135 13.1. Bevezetés... 135 13.2. Az eleveniszap pehely mérete... 136 13.3. Az eleveniszap pelyhek összetétele... 136 13.4. Az eleveniszap pelyhek szerkezete... 137 13.5. A fonalasodás problémája... 139 13.6. Az iszapfelfúvódási probléma azonosítása és a javasolt beavatkozás módjai... 140 13.6.1. A befolyó (nyers) szennyvíz alacsony PH értéke... 140 13.6.2. Alacsony oldott oxigén (DO) koncentráció... 140 13.6.3. Alacsony F:M arány (a biomasszához viszonyított alacsony szervesanyag koncentráció) 140 13.6.4. Szeptikus befolyó (berothadt szennyvizek hatásai)... 141 13.6.5. Tápanyaghiány a befolyó szennyvízben... 142 13.6.6. A denitrifikáló és biológiai foszforeltávolítást végző telepek iszapfelfúvódási problémái 142 3

13.7. Javasolt beavatkozások a fonalas iszapfelfúvódás letörésére... 143 13.8. Irodalom... 146 14. Előadás Membrán bioreaktorok alkalmazása a szennyvíztisztításban... 148 14.1. Bevezetés... 148 14.2. A membránszűrés alapjai... 149 14.2.1. Definíciók... 149 14.3. A membrántechnológiák osztályozása... 150 14.4. A membránok kialakítása... 153 14.5. A membránok anyaga... 157 14.6. A szennyvíztisztításban alkalmazott MBR rendszerek jellemzői... 157 14.6.1. A membrán bioreaktorok kialakítása... 157 14.6.2. Az MBR rendszerek előnyei és hátrányai... 159 14.6.3. A membrán bioreaktorok hatékonyságát befolyásoló tényezők... 160 14.7. Az MBR rendszerek jövője... 164 14.8. Irodalom... 165 4

Bevezetés A víz- és szennyvíztisztítási technológiák c. tantárgy célja, hogy a korábban a BSc tanulmányok keretén belül megismert technológiák részleteit tárgyalja, továbbá esettanulmányok bemutatásán keresztül az alkalmazásukkal kapcsolatos ismereteket bővítse. A jegyzet két jól elkülönülő részre tagolódik: a víztisztítási és a szennyvíztisztítási technológiákra. A víztisztítási technológiákkal kapcsolatos első két előadás egyrészt egy rövid ismétlést tartalmaz (ennek célja, hogy a korábban az alapozó tárgyakat már teljesített hallgatók felfrissíthessék tudásukat, valamint a más szakirányon végzett hallgatók rövid áttekintést kapjanak a szennyezőanyagokról, és az eltávolításukra szolgáló technológiákról). A két bevezető előadásban ezt követőenhárom feladat kidolgozása történik meg. Ezek a feladatok a gyakorlatban felmerült vízminőségi problémákat tárgyalják, és az órákon a hallgatók közösen vitatják meg a lehetséges megoldásokat. Ez a két bevezető óra tehát interaktív jellegű, a hallgatók az oktatóktól további információkat kérhetnek a feladatok megoldásához (hiszen a cél az is, hogy felismerjék, hogy milyen adatokra, célzott mérésekre van még szükségük a vízminőségi problémák feltárásához), ennek során lépésről lépésre haladnak a probléma meghatározásában, és végül megoldási javaslatot kell adniuk. A következő előadásokon a kiemelt vízminőségi paraméterek: arzén, ammónium, továbbá vas és mangán eltávolításával kapcsolatos esettanulmányokat ismertetünk. A víztisztítási blokk utolsó előadása a vízbiztonsági tervekkel foglalkozik. Ez igen aktuális kérdés, hiszen Kormányrendelet alapján az 1000 m 3 /nap-nál nagyobb kapacitású vagy 5000 főt meghaladó állandó népességet ellátó vízellátó rendszerek vízbiztonság-irányítási rendszerét vízbiztonsági tervben kell rögzítenie az üzemeltetőnek. Itt konkrét példán a Szolnoki Felszíni Víztisztító mű tisztítás-technológiai sorának egy részére kidolgozott vízbiztonsági terven keresztül mutatjuk be, hogy milyen részekből áll egy ilyen dokumentáció. A szennyvíztisztítási technológiákkal foglalkozó első két előadás során a szennyvíztisztításban alkalmazott alapfolyamatokat, illetve a főbb technológiákat ismételjük át. A bevezető előadás után a hazai szennyvíztisztító telepek üzemeltetése során felmerült tipikus gyakorlati problémákat tárgyalunk, melyek megoldására a hallgatók közösen dolgoznak ki technológiai alternatívákat. Hasonlóan a víztisztítási blokkhoz, célunk, hogy a hallgatók a BSc tanulmányaik során megszerzett alapismereteket alkalmazzák, illetve hogy a más szakirányon végzett hallgatók rövid áttekintést kapjanak a szennyíztisztítási technológiák alapjairól. A tárgy további részében az alapismeretekre támaszkodva a kommunális szennyvíztisztítási technológiák néhány speciális vonatkozásával foglalkozunk bővebben. Tárgyaljuk a szennyvíztisztító telepek intenzifikálásának témakörét, az eleveniszap biológiai okokra visszavezethető ülepedési problémáit, a bűz problémák kialakulásának folyamatait, illetve csökkentésének lehetőségeit, illetve a membrán bioreaktorok alkalmazását. 5

1. Előadás Víztisztítási technológiák ismétlése Az előadás célja, hogy a korábban az alapozó tárgyakat már teljesített hallgatók felfrissíthessék tudásukat, valamint a más szakirányon végzett hallgatók rövid áttekintést kapjanak a szennyezőanyagokról, és az eltávolításukra szolgáló technológiákról. Az előadás első felében a mélységi vizekben előforduló szennyezőanyagok körét ismételjük át, valamint az eltávolításukra szolgáló technológiákat mutatjuk be. Minta-technológiai sorok kidolgozására kerül sor a hallgatókkal közösen, melyekben lépésről lépésre elemezzük az egyes technológiai egységek feladatait. A szennyezőanyagok, és eltávolításukra szolgáló technológiák a BSC-s tanulmányokban részletesen bemutatásra kerültek; a következőkben egy táblázatban összefoglalva láthatóak a fő komponensek és folyamatok. 6

Technológiai alapfolyamatok Oxidáció-redukció ph és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapatás Szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Gáz-folyadék fázisszétválasztás Egyéb (az előző 6 kategóriába be nem sorolható technológiák) Levegőztetés (A vas oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Fe(II)- ből szilárd Fe(III) képződik) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Fe(II) KMnO 4 Ózon (A vas oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Fe(II)- ből szilárd Fe(III) képződik) (A vas oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Fe(II)- ből szilárd Fe(III) képződik) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Aktív szén az ózon által "apró" méretűvé alakított, oldott szervesanyagok megkötésére Eltávolítandó komponensek I. Mn(II) Klór / Nátrium-hipoklorit Levegőztetés KMnO 4 (ez lehet közvetlen vegyszeradagolás, de lehet a levegőztetést követően bedolgozott szűrőrétegen történő átvezetés, ez utóbbi esetben katalitikus oxidációról van szó) (A vas oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Fe(II)- ből szilárd Fe(III) képződik) (A mangán oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Mn(II)-ből szilárd Mn(IV) képződik) (A mangán oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Mn(II)-ből szilárd Mn(IV) képződik) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) (Aktív szén a klórozás miatt esetlegesen keletkező klórozási melléktermékek, pl. AOX és THM eltávolítására) Ózon (A mangán oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Mn(II)-ből szilárd Mn(IV) képződik) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Aktív szén az ózon által "apró" méretűvé alakított, oldott szervesanyagok megkötésére Klór / Nátrium-hipoklorit (A mangán oxidációja következtében kémiai kicsapatás is létrejön, hiszen az oldott állapotú Mn(II)-ből szilárd Mn(IV) képződik) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) (Aktív szén a klórozás miatt esetlegesen keletkező klórozási melléktermékek, pl. AOX és THM eltávolítására) 7

Technológiai alapfolyamatok Oxidáció-redukció ph és puffer-kapacitás szabályozás Kémiai kicsapatás Szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Gáz-folyadék fázisszétválasztás Egyéb (az előző 6 kategóriába be nem sorolható technológiák) Klór / Nátrium-hipoklorita redukált állapotú As(III) szilárd As(V)-é alakításához (Alacsonyabb ph értéken a koagulációs arzénmentesítés hatásfoka kedvezőbb, de Magyarországon nem gazdaságos megoldás a nyersvíz ph értékének változtatása) Koaguláció (vas vagy alumínium só adagolása az As(V) szilárd formájúvá alakításához) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) / A keletkezett arzéntartalmú pelyhek eltávolítására alkalmazható továbbá mikroszűrés is (ez a membrántechnológiák körébe tartozik), de ez Magyarországon jelenleg lényegesen drágább eljárás, mint a homokszűrés (Aktív szén a klórozás miatt esetlegesen keletkező klórozási melléktermékek, pl. AOX és THM eltávolítására) Eltávolítandó komponensek II. As Ózon a redukált állapotú As(III) szilárd As(V)-é alakításához KMnO 4 a redukált állapotú As(III) szilárd As(V)-é alakításához (Alacsonyabb ph értéken a koagulációs arzénmentesítés hatásfoka kedvezőbb, de Magyarországon nem gazdaságos megoldás a nyersvíz ph értékének változtatása) (Alacsonyabb ph értéken a koagulációs arzénmentesítés hatásfoka kedvezőbb, de Magyarországon nem gazdaságos megoldás a nyersvíz ph értékének változtatása) Koaguláció (vas vagy alumínium só adagolása az As(V) szilárd formájúvá alakításához) Koaguláció (vas vagy alumínium só adagolása az As(V) szilárd formájúvá alakításához) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) / A keletkezett arzéntartalmú pelyhek eltávolítására alkalmazható továbbá mikroszűrés is (ez a membrántechnológiák körébe tartozik), de ez Magyarországon jelenleg lényegesen drágább eljárás, mint a homokszűrés Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) / A keletkezett arzéntartalmú pelyhek eltávolítására alkalmazható továbbá mikroszűrés is (ez a membrántechnológiák körébe tartozik), de ez Magyarországon jelenleg lényegesen drágább eljárás, mint a homokszűrés Aktív szén az ózon által "apró" méretűvé alakított, oldott szervesanyagok megkötésére GEH tölteten, vagy egyéb vasalapú tölteten történő adszorpció Aktivált alumínium oxid tölteten, vagy egyéb alumínium-alapú tölteten történő adszorpció 8

Technológiai alapfolyamatok Oxidáció-redukció ph és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapatás Szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Gáz-folyadék fázisszétválasztás Egyéb (az előző 6 kategóriába be nem sorolható technológiák) Sztripping (első lépésben ph emelést hajtunk végre, így az NH 4 + forma NH 3 gázzá alakul) A gáz formájú HN 3 -t "kihajtjuk" a vízből (az ammónia-sztrippinget általában nem alkalmazzák ivóvízkezelésben) NH 4 + Mikrobiológiai oxidáció (nitrifikáció révén az ammóniumot először nitritté, majd nitráttá alakítjuk) Zeolitos adszorpció, ioncsere műgyantán Eltávolítandó komponensek III. Törésponti klórozás Bizonyos szerves mikroszennyezők átalakíthatóak pl. ózonizálással, de felszín alatti víztisztítás során ez általában nem szükséges, inkább felszíni vizek esetén fordulhatnak elő ilyen típusú mikroszennyezők Koaguláció (kolloid mérettartományba eső szerves anyagok kicsapatására) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) (Aktív szén a klórozás miatt esetlegesen keletkező klórozási melléktermékek, pl. AOX és THM eltávolítására) Szervesanyag Adszorpció aktív szénen (oldott szervesanyagok eltávolítására) Szervesanyagok átalakulása biológiai úton (aktív szén tölteten, partiszűrés során, lassúszűrés során, talajvízdúsítás alkalmazásakor) 9

Technológiai alapfolyamatok Oxidáció-redukció ph és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapatás Szilárd-folyadék fázisszétválasztás Adszorpció Gáz-folyadék fázisszétválasztás Egyéb (az előző 6 kategóriába be nem sorolható technológiák) Vákuumos gázmentesítés Szórórózsás levegőztetés Ütközőtányéros levegőztetés Kaszkádos levegőztetés agresszív CO 2 Agresszív CO 2 eltávolítása fermágóval Agresszív CO 2 eltávolítása márványtölteten történő átvezetéssel Eltávolítandó komponensek IV. CH 4 Ca, Mg Fertőtlenítés (mikroorganizmusok eltávolítása) Klór Klór-dioxid Ózon KMnO 4 Mész adagolása Szóda adagolása Trisó adagolása Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Homokszűrő (ha esetleg szükséges, akkor előtte ülepítő) Ioncsere, zeolitos adszorpció Vákuumos gázmentesítés Szórórózsás levegőztetés Ütközőtányéros levegőztetés Kaszkádos levegőztetés UV fertőtlenítés Bármilyen szennyezőanyag Fordított ozmózis (bármely szennyező anyag eltávolítására alkalmas, még az oldott formájú szennyezőket is eltávolítja, azonban meglehetősen drága technológia, utósózás szükséges) 1. Táblázat A víztisztítás során eltávolítandó komponensek és a technológiai alapfolyamatok kapcsolata 10

2. Előadás Vízminőségi problémák feltárása, megoldási javaslatok mintaterület vízminőségi adatai alapján (három feladat megoldása közösen) Ezen az órán interaktív óra keretén belül három feladatot oldanak meg a hallgatók az oktatókkal közösen. Ezek a feladatok a gyakorlatban felmerült vízminőségi problémákat tárgyalják. A hallgatók feladata, hogy Megállapítsák, hogy mely komponensek tekintetében nem felel meg a szolgáltatott ivóvíz a 201/2001-es Kormányrendelet előírásainak Értékeljék a jelenleg alkalmazott vízkezelési technológiát és a fellépő vízminőségi problémák okait Meghatározzák, hogy milyen további adatokra, célzott mérésekre van szükségük a probléma lehatárolása érdekében Az oktatóktól kért és kapott további információk alapján javaslatot adjanak a szükséges beavatkozásokra (üzemeltetés, jelenlegi technológia módosítása, laborkísérletek tervei, további mérések, stb. részletezésével) Rövid jegyzőkönyv formájában dokumentálják a feladat megoldását 11

1. feladat A településen alkalmazott vízkezelésitechnológia a következő: 17 18 19 Nyersvíz: mélységi víz, nyersvíztározó medence nincs KMnO 4 adagolás (3 mg/l KMnO 4 ) Homokszűrés (két, 2200 mm átmérőjű homokszűrő, párhuzamosan kapcsolva) Szűrőöblítés naponta történik A víz hálózati fertőtlenítés alkalmazása nélkül jut a fogyasztókhoz A hálózatba táplált víz mennyisége: 350 m 3 /nap (éves átlagérték) Adottak továbbá a hálózat különböző pontjain mért koncentráció értékek vas, mangán, arzén, ammónium, nitrit, valamint szervesanyag tekintetében Megjegyzés: a tervfeladatban közölt adatok kitalált értékek, nem valós mérési eredmények 8, 9 Mintavételi pont sorszáma Mintavételi pont jellege Fe (mg/l) Mn (mg/l) As (µg/l) KOI PS (mg/l) NH 4 (mg/l) 1 Vízműtelep, kútvíz 1,52 0,87 17 3,4 1,2 mha NO 2 (mg/l) 15, 16 6, 7 1 1, 2, 3, 4, 5 2 Vízműtelep, nyersvíz 1,45 0,96 19 3,1 1,3 mha 3 Vízműtelep, 1. szűrő után 0,03 0,02 mha 2,5 1,1 0,01 4 Vízműtelep, 2. szűrő után mha 0,01 3 2,3 1,2 mha 5 Hálózatra menő víz mha 0,01 3 2,4 1,1 0,01 6 Tűzcsap 0,12 0,02 2 2,8 1,2 0,02 7 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 1,13 mha 4 2,7 1,2 0,02 8 Tűzcsap 0,11 0,01 5 2,6 1,1 0,01 9 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 0,12 0,02 2 2,4 1,2 mha 20, 21 2 10 Tűzcsap 0,52 mha 3 2,5 1,1 0,03 11 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 2,14 0,03 4 2,2 1,2 0,02 12 Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,64 0,01 1 2,4 1,2 0,01 13 Tűzcsap 0,73 0,02 2 2,7 1,1 0,03 11, 12 10 14 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 1,52 0,02 3 2,4 1,2 0,02 15 Tűzcsap 0,85 0,01 4 2,2 1,2 0,01 16 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 1,56 0,03 5 2,6 1,0 mha 17 Tűzcsap 0,67 0,01 3 2,7 1,1 0,01 18 Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,65 0,02 2 2,5 1,2 0,02 19 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 1,32 0,01 3 2,7 1,1 0,01 20 Hidroglóbusz függőleges töltővezetéke 0,42 0,01 4 2,4 1,2 mha 21 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 1,38 0,02 3 2,3 1,1 0,02 500 m 13, 14 12

2. feladat A településen alkalmazott vízkezelésitechnológia a következő: 17 18 19 Nyersvíz: mélységi víz; a nyersvízmedencében klór adagolás történik, kb. 1 mg Cl 2 /L alkalmazásával (nátrium-hipoklorit formájában) Levegőztetés KMnO 4 adagolás (1 mg/l KMnO 4 ) Homokszűrés (két, 2200 mm átmérőjű homokszűrő, párhuzamosan kapcsolva) Szűrőöblítés naponta történik A hálózatra menő vizet időszakosan klórozzák (nincs folyamatos vegyszeradagolás) A hálózatba táplált víz mennyisége: 350 m 3 /nap (éves átlagérték) Adottak továbbá a hálózat különböző pontjain mért koncentráció értékek vas, mangán, arzén, ammónium, nitrit, valamint szervesanyag tekintetében Megjegyzés: a tervfeladatban közölt adatok kitalált értékek, nem valós mérési eredmények 8, 9 Mintavételi pont sorszáma Mintavételi pont jellege Fe (mg/l) Mn (mg/l) As (µg/l) KOI PS (mg/l) NH 4 (mg/l) 1 Vízműtelep, kútvíz 1,52 0,87 38 3,4 1,2 mha NO 2 (mg/l) 15, 16 6, 7 1 1, 2, 3, 4, 5 2 Vízműtelep, nyersvíz 1,45 0,96 36 3,1 1,3 mha 3 Vízműtelep, 1. szűrő után 0,03 0,02 13 2,5 0,9 0,5 4 Vízműtelep, 2. szűrő után mha 0,01 14 2,3 0,9 0,6 5 Hálózatra menő víz mha 0,01 12 2,4 0,8 0,5 6 Tűzcsap 0,12 0,02 11 2,8 0,6 1,1 7 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,11 mha 10 2,7 0,7 1,2 8 Tűzcsap 0,11 0,01 12 2,6 0,5 0,9 9 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 0,12 0,02 11 2,4 0,5 1,0 20, 21 2 10 Tűzcsap 0,05 mha 13 2,5 0,5 0,9 11 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,12 0,03 11 2,2 0,6 0,8 11, 12 12 Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,11 0,01 9 2,4 0,5 0,9 13 Tűzcsap 0,13 0,02 10 2,7 0,3 0,6 10 14 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,08 0,02 12 2,4 0,2 0,7 15 Tűzcsap 0,09 0,01 9 2,2 0,5 1,0 16 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,12 0,03 12 2,6 0,5 1,1 17 Tűzcsap 0,09 0,01 11 2,7 0,2 0,6 18 Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,08 0,02 12 2,5 0,1 0,7 19 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 0,12 0,01 13 2,7 0,2 0,6 20 Hidroglóbusz függőleges töltővezetéke 0,10 0,01 9 2,4 0,5 1,1 21 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,09 0,02 10 2,3 0,5 1,0 500 m 13, 14 13

3. feladat A településen alkalmazott vízkezelésitechnológia a következő: 17 18 19 Nyersvíz: mélységi víz; a nyersvízmedencében klór adagolás történik, kb. 9,5 mg Cl 2 /L alkalmazásával (nátrium-hipoklorit formájában) Homokszűrés (két, 1400 mm átmérőjű homokszűrő, párhuzamosan kapcsolva) Szűrőöblítés naponta történik Aktív szén adszorpció (2 db töltet párhuzamosan kapcsolva; átmérő: 1200 mm; töltetmagasság: 0,6 m) A hálózatra menő vizet időszakosan klórozzák (nincs folyamatos vegyszeradagolás) A hálózatba táplált víz mennyisége: 650 m 3 /nap (éves átlagérték) Adottak továbbá a hálózat különböző pontjain mért koncentráció értékek vas, mangán, arzén, ammónium, nitrit, valamint szervesanyag tekintetében. Időnként történtek THM és AOX mérések; ezen eredmények is adottak. Megjegyzés: a tervfeladatban közölt adatok kitalált értékek, nem valós mérési eredmények 8, 9 Mintavételi pont sorszáma Mintavételi pont jellege Fe (mg/l) Mn (mg/l) As (µg/l) KOI PS (mg/l) NH 4 (mg/l) NO 2 (mg/l) 1 Vízműtelep, kútvíz 2,12 1,14 38 3,4 1,2 mha mha mha THM (µg/l) AOX (µg/l) 15, 16 6, 7 1 1, 2, 3, 4, 5 2 Vízműtelep, nyersvíz 1,98 1,08 36 3,1 1,3 mha na. na. 3 Vízműtelep, 1. szűrő után 0,31 0,07 9 2,5 0,4 0,09 na. na. 4 Vízműtelep, 2. szűrő után 0,20 0,06 8 2,3 0,5 0,08 na. na. 5 Hálózatra menő víz 0,17 0,06 8 2,4 0,4 0,05 23 98 6 Tűzcsap 0,21 0,07 9 2,8 0,5 0,08 na. na. 7 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,18 0,08 10 2,7 0,4 0,07 na. na. 8 Tűzcsap 0,19 0,07 7 2,6 0,3 0,05 na. na. 9 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 0,21 0,06 8 2,4 0,4 0,06 na. na. 10 Tűzcsap 0,18 0,05 9 2,5 0,5 0,08 na. na. 11 12 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,19 0,09 7 2,2 0,5 0,07 na. na. 0,21 0,08 9 2,4 0,4 0,04 31 97 13 Tűzcsap 0,14 0,05 10 2,7 0,6 0,03 na. na. 14 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,15 0,06 9 2,4 0,7 0,08 na. na. 15 Tűzcsap 0,18 0,07 9 2,2 0,4 0,09 na. na. 16 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,17 0,09 7 2,6 0,4 0,08 na. na. 17 Tűzcsap 0,22 0,07 6 2,7 0,6 0,05 na. na. 18 Műanyag bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,25 0,08 8 2,5 0,7 0,04 na. na. 19 Műanyag bekötővezetékes és acél belsővezetékes ingatlan 0,19 0,07 8 2,7 0,6 0,06 na. na. 20 Hidroglóbusz függőleges töltővezetéke 0,21 0,06 9 2,4 0,5 0,08 na. na. 21 Acél bekötő- és belsővezetékes ingatlan 0,22 0,07 7 2,3 0,6 0,09 25 102 500 m 20, 21 2 13, 14 11, 12 10 14

3. Előadás Az arzénprobléma ismertetése, az arzénmentesítési technológiák hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek Magyarországon a 201/2001-es Kormányrendelet 10 μg/l-ben állapította meg a maximálisan megengedhető arzénkoncentráció értéket. Eredetileg 2009. decemberéig kellett volna a határidőt teljesítenünk, azonban az érintett települések töredékén épült csak ki a megfelelő technológia. Hazánk újabb halasztást kért az Európai Uniótól 2012-ig; a tárgyalások jelenleg is folynak az illetékes magyar hatóságok és az Európai Bizottság között. Mivel az elkövetkezendő időszakban a mintegy 400 érintett településen a pályázás, megvalósítás és beüzemelés rendkívül rövid időn belül kell, hogy megtörténjen, ezért ebben az előadásban a technológia-kiválasztással kapcsolatos szempontokat mutatjuk be. Ehhez ismertetjük a nemzetközi, és ezen belül is az európai helyzetképet, az arzénproblémával érintett országok körét, valamint a külföldön alkalmazott technológiákat, és a technológiák hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paramétereket. 1. ábra Az arzén-problémával érintett országok köre (van Halem et al., 2009 szakirodalmi összefoglalója alapján) 3.1 Nemzetközi helyzetkép A vízben található arzén koncentrációja számos országban meghaladja az Egészségügyi Világszervezet által ajánlott maximális koncentrációértéket (10 µg/l). Legsúlyosabb a helyzet Indiában (Nyugat- Bengália) és Bangladesben. Ezeken a területeken az arzén a legjelentősebb egészségkárosító környezeti tényezővé lépett elő, hiszen mintegy 100 millió embert fenyeget az arzénfogyasztás következtében kialakuló daganatos megbetegedés veszélye. Jelentős mennyiségű arzént találtak még a Föld különböző pontjain a mélységi rétegvizekben: Tajvanon, Mexikóban, Chilében, Japánban, Nagy-Britanniában, az Amerikai Egyesült Államokban és hazánk területén is (Smidley és Kinniburgh, 2002). 15

Ország Magyarország Görögország északi része Horvátország keleti része Arzén eredete Arzénkoncentráció Geológiai eredetű Geotermikus eredet Geológiai eredetű Érintett lakosok száma 1400 000 Alkalmazott eltávolítási technológia 10 100 μg/l Koaguláció, adszorpció - - 10 70 μg/l Nincs adat 200 000 10 610 μg/l Koaguláció, és ezt követően szűrés, vagy csak szűrés. Mivel gyakran a határértéknek nem felel meg a kezelt víz (pl. Eszéken a 250 μg/l-es arzénkoncentrációt 40 μg/lre tudják csökkenteni koagulációval), kísérleteznek vassal bevont adszorberekkel. Forrás Katsoyiannis et al., 2007 Habuda-Stanic et al., 2007 Románia - - - - - Franciaország Bányászat - - - - Svájc Bányászat - Nem közvetlenül ivóvíz-célú 100 160 felhasználás, hanem Pfeifer, 2007 μg/l állattartás 1780 μg/l Szlovákia Ipari eredetű Kyjov) Nem közvetlenül ivóvíz-célú Hiller et al., - szennyezés 27 μg/l felhasználás, hanem öntözés 2009 (Ondava) Anglia - - - Németország Bányászat - - Lengyelország Bányászat - - - Ausztria, Finnország, Olaszország, Oroszország Szerbia északi része - - - - - 500 000 - - Főként magánkutakat érint, a közüzemi vízellátásban nem probléma GEH adszorpció alkalmazása számos németországi vízműben 2. Táblázat Az arzénproblémával érintett európai országok köre http://www.ad min.cam.ac.uk/ news/dp/20070 82901 van Halem et al., 2009 van Halem et al., 2009 Petrusevski et al., 2007 Petrusevski et al., 2007 Az arzén egyrészt emberi eredetű szennyezés következtében, másrészt természetes úton, a kőzetekből történő lassú kioldódás révén jut vizeinkbe. A magyarországi arzénszennyezés teljes mértékben természetes eredetű. Az eltávolítására szolgáló technológiáknak alapvetően két csoportját különböztetjük meg: Koagulációs technológia Adszorpciós technológia 16

A koagulációs-flokkulációs technológia az ivóvízkezelésben régóta alkalmazott, széleskörűen elterjedt megoldás. Az eljárás lényege, hogy többértékű fémsó adagolása következtében az ivóvízben található kolloid mérettartományba eső szennyezőanyagok felületi töltését semlegesítjük, így azok aggregálódására sor kerül, majd a kialakuló pelyhek ezt követően szilárd-folyadék fázisszétválasztási technológiával (ülepítés, szűrés) eltávolíthatóak a vízből. Az eljárás alkalmazása során a nyersvízben található arzenát is beépül a kialakuló pelyhekbe, így azok eltávolításával a víz arzéntartalma is csökken. Magyarországon számos vízműtelepen jelenleg csak vas- és mangántalanításra kerül sor. Amennyiben a nyersvíz arzént is tartalmaz, az in-situ koaguláns (vas(iii)-hidroxid) jelenléte miatt természetesen valamilyen szintű arzéneltávolítás is létrejön, azonban a 10 µg/l-s határérték sok esetben nem teljesíthető a jelenlegi technológiával. Ezeken a telepeken, és az előző határértéket (50 µg/l) teljesíteni tudó, de a jelenleginek nem megfelelő vízműveknél mindenképpen valamilyen átalakítás szükséges annak érdekében, hogy a 10 µg/l-es határérték tartható legyen. ph HCO 3 - Si szervesa. PO 4 3- Arzén kioldódása kőzetekből Emberi eredetű As szennyezés Arzén megjelenése a vízbázisban Arzén a víztisztító telepen Arzén oxidációja Adszorpciós arzénmentesítés Nanoszűrés/ fordított ozmózis Koaguláció (fém-só adagolás) Szil./foly. fázisszétvál. gyorsszűrés Szil./foly. fázisszétvál. ultra/mikrosz. TECHNOLÓGIÁK As-tartalmú iszap víztelenítése Arzén tartalom visszanyerése Iszap elhelyezése 2. ábra Arzén megjelenése az ivóvízbázisokban és az eltávolítására szolgáló technológiák - összefoglalás Az arzéntartalmú pelyhek eltávolítása történhet hagyományos gyorsszűréssel (esetleg ezt megelőzően ülepítéssel) vagy membrántechnológiával. Ultraszűrés és mikroszűrés alkalmazása során az arzént tehát előzetesen szilárd formájúvá kell alakítani, ez esetben a membrán a homokszűrő feladatát veszi át. Bizonyos membrántechnológiák (pl. nanoszűrés és fordított ozmózis) alkalmasak oldott állapotú szennyezők eltávolítására. Ebben az esetben tehát előkezelésre (oxidációra és koagulációra) nincsen szükség, hiszen a fordított ozmózison alapuló technológia lényegében ionmentes vizet állít elő. Jelenleg azonban a nanoszűrés és fordított ozmózis rendkívül költséges eljárások, így arzénmentesítésre történő alkalmazásuk nem lehet reális cél. Az arzénmentesítési technológiák másik csoportját a különféle adszorpciós megoldások alkotják. Üzemeltetési szempontból az adszorpció kedvező eljárás, ezért az utóbbi években számos arzénmegkötő töltetanyag jelent meg a hazai piacon. 17

3.2 Az arzénmentesítési technológiák hatékonyságát befolyásoló vízminőségi paraméterek 3.2.1 Koagulációs technológia A következőkben szakaszos laboratóriumi kísérletek eredményei alapján mutatjuk be számos vízminőségi paraméter (ph, foszfát koncentráció, szilikát koncentráció lúgosság, adagolt koaguláns mennyisége) a koagulációs arzénmentesítési technológiára gyakorolt hatását. 3.2.1.1 A ph hatása Tág ph tartományban (ph = 5,0 11,0) kísérleteket végeztünk annak megállapítására, hogy a ph milyen mértékben befolyásolja az arzéneltávolítást a három koagulálószer (vas(iii)-klorid, alumíniumszulfát, Bopac) alkalmazása esetén. 100 As eltávolítás hatásfoka [%] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 ph Vas-klorid koagulálószer; 200 µg/l As(V); 0,95 mg/l Fe Alumínium-szulfát koag.szer; 300 µg/l As(V); 3,5 mg/l Al Bopac koagulálószer; 230 µg/l As(V); 3,7 mg/l Al Vas-klorid koagulálószer, 200 µg/l As(V); 0,67 mg/l Fe 3. ábra Arzéneltávolítás hatásfokának változása a ph függvényében (budapesti csapvízből készített modell oldatok; 200 300 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; alkalmazott koagulálószer dózisok: 0,95 mg/l Fe vas(iii)- klorid formájában; 3,5 mg/l Al alumínium-szulfát formájában, 3,7 mg/l Al Bopac formájában) A három vizsgált koagulálószer hasonlóan viselkedett a ph változtatás hatására. Az eltávolítás hatásfoka a ph függvényében a 3. ábrán látható. Mindhárom koagulálószer esetén a legnagyobb mértékű eltávolítás a 7,0 7,5 közötti ph értékeken figyelhető meg, ugyanisez az a ph tartomány, amely az oldhatatlan, arzént tartalmazó vas(iii)-hidroxid pelyhek kialakulásának leginkább kedvez, így az arzéneltávolítás ebben a tartományban a leghatékonyabb. Ennél alacsonyabb, illetve magasabb ph értékeken a hatékonyság csökken, majd 10-es ph felett ismét nő. Ennek a tartománynak csupán elméleti szempontból van jelentősége, hiszen a vízkezelés során ilyen magas ph értékeket már nem alkalmaznak. Az eltávolítási hatásfok növekedésének az oka a magas ph-n kiváló Mg(OH) 2 csapadék, mellyel a koprecipitációs/adszorpciós folyamatok eredményeképpen az arzén oldhatatlan formára hozható. A tág ph tartomány, és magas (200-300 µg/l) kezdeti arzénkoncentrációjú modell oldattal végzett kísérleteket követően hajdúbagosi nyersvízzel további kísérletek végrehajtására került sor, melyek során a cél az arzéneltávolítás hatékonyságának vizsgálata volt a 7,0 7,8 közötti ph tartományban. A 4. ábrán a nátrium-hipokloritos előoxidációhoz és alumínium-szulfáttal végzett koagulációhoz tartozó eredmények láthatóak. A ph hatása egyértelmű, azonban a koagulálószer dózisok növelésével (ami természetesen maga után vonja a maradék arzénkoncentráció csökkenését) a phtól való függés hatása egyre kisebb. Ezt jól tükrözik a grafikonok meredekségei, amelyek a koagulálószer dózis növelésével fokozatosan csökkennek. A magyarországi vizek pufferkapacitása a geológiai adottságok következtében jellemzően magas (> 3 meq/l), így a nyersvíz ph értékének megváltoztatásához általában jelentős mennyiségű sav 18

adagolása szükséges. Ezért minden nyersvízminőség esetén egyedi vizsgálatok szükségesek annak meghatározása céljából, hogy melyik megoldás a költséghatékonyabb: a nyersvíz ph értékének csökkentése vagy a koagulánsdózis növelése annak érdekében, hogy az arzénhatárérték teljesíthető legyen. Magyarországon a jellemzően magas nyersvíz lúgosság értékek miatt feltehetően az utóbbi megoldás kedvezőbb gazdaságossági szempontból. Oldott As [µg/l] 60 50 40 30 20 10 5,2 mg/l Al3+ 3,1 mg/l Al3+ 1,0 mg/l Al3+ 0 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 ph 4. ábra Maradék oldott arzén koncentrációk a ph függvényében nátrium-hipoklorittal oxidált hajdúbagosi nyersvíz esetén (70 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; 1,0 5,2 mg/l Al koaguláns alumínium-szulfátként adagolva) A ph hatásának vizsgálatára végrehajtott kísérletek eredményeit összegezve elmondható tehát, hogy a ph jelentős hatást gyakorol az arzéneltávolítás hatékonyságára, azonban olyan koaguláns dózisoknál, amelyeknél a maradék arzén koncentráció már határérték körüli, ez a hatás kevésbé jelentős. Magas (200 300 µg/l) kezdeti arzénkoncentrációk esetén számottevő mértékben csökkenhet az eltávolítási hatásfok a ph emelkedésével, azonban a jellemző vízkezelési körülmények között (~ 50 µg/l kezdeti As koncentráció, és határérték körüli maradék As koncentrációk esetén) ez a befolyásoló hatás már kevésbé jelentős. 3.2.1.2 Karbonát/hidrogénkarbonát hatása Hazánk geológiai adottságai következtében vizeink pufferkapacitása meglehetősen magas, amely kedvez a hidroxidok képződésének. Másrészről azonban kutatási eredmények igazolták, hogy a fémhidroxid pelyhek felületén verseny alakul ki az arzenát és karbonát/hidrogénkarbonát ionok között a szabad adszorpciós helyekért, ezért a karbonát/hidrogénkarbonát ionok jelenléte csökkentheti az arzéneltávolítás hatásfokát (Holm, 2002). - A HCO 3 ion hatását szakaszos laboratóriumi kísérletekben vizsgáltuk két különböző kezdeti ph értéken (ph = 7,0 és ph = 8,0), ioncserélt vízből készített modell oldatokkal. A kísérletek során az oldatokhoz növekvő mennyiségben adagoltunk NaHCO 3 oldatot, úgy, hogy a kialakuló lúgosság értékek 0 10 meq/l legyenek. A maradék arzénkoncentráció értékek, valamint a kísérlet végrehajtását követően kialakuló ph értékek az5. ábrán láthatóak. 0, illetve 0,05 meq/l lúgosság esetén a koaguláns adagolását követően a ph drasztikusan csökkent, ami arra utal, hogy a víz pufferkapacitása nem volt elegendő ahhoz, hogy megfelelő mértékű hidroxid-képződés létrejöjjön, és a ph is elfogadható szinten maradjon. Ennek következtében arzenát eltávolítás nem, vagy csak nagyon gyenge hatásfokkal jött létre. 0,25 1 meq/l lúgosság tartományban a kezelt víz arzénkoncentrációja jóval határérték alatti. Ebben a tartományban tehát a hidroxid képződés végbement, azonban az anionok között folyó verseny még nem olyan mértékű, ami negatívan befolyásolná az arzénmentesítés folyamatát. Arzénmentesítés szempontjából kedvező körülmény továbbá a 6,5 7,5 közötti ph értékek kialakulása a koagulációt követően, ugyanis ezen az alacsonynak tekinthető ph tartományon az arzénmentesítés hatásfoka 19

kedvező. 1 meq/l felett azonban a kezelt víz arzénkoncentrációjában növekedés figyelhető meg, különösen a 8-as kezdeti ph-val végzett kísérletek esetén. 10 meq/l lúgosság esetén, 8-as ph-n a maradék arzénkoncentráció már 25 µg/l, 7-es ph értéken pedig határérték közeli (10,2 µg/l). Bizonyos magyarországi vízbázisokban akár 10 meq/l is lehet a nyersvíz lúgossága, így arzénmentesítési technológia alkalmazása esetén a lúgosságot mint arzénmentesítést befolyásoló tényezőt már figyelembe kell venni. As (kezdeti ph = 8,0) As (kezdeti ph = 7,0) végső ph (kezdeti ph = 8,0) végső ph (kezdeti ph = 7,0) As [µg/l] 50 8.5 8 40 7.5 7 30 6.5 20 6 5.5 10 5 4.5 0 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Lúgosság [meq/l] ph 5. ábra Maradék arzénkoncentrációk a kezdeti lúgosság (NaHCO3 tartalom) függvényében (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; 1 mg/l Fe koaguláns adagolása vas(iii)-klorid formájában) További elemzések kimutatták, hogy a hidrogénkarbonát tartalom éppen a kísérletet követően kialakuló ph érték révén játszik szerepet: ugyanis kis lúgosságú vizek esetében a koagulálószer adagolását követően jelentősen csökken a víz ph értéke, ami kedvezőbb arzéneltávolítási hatásfokot eredményez. Magasabb hidrogén-karbonát tartalom esetén azonban a kísérlet végrehajtását követően magasabb ph értékek alakulnak ki, ami viszont csökkenést jelent az arzénmentesítés hatékonyságában. Ily módon tehát a lúgosságnak leginkább a koagulációt követően kialakuló ph érték befolyásolásában van szerepe, és ezáltal közvetetett módon gyakorol hatást az arzénmentesítés hatásfokára. 3.2.1.3 Orto-foszfát anion hatása A foszfát jellemzően előforduló ion a hazai mélységi vizekben. Vizsgálatok kimutatták, hogy az adszorpciós arzénmentesítés hatékonyságát jelentős mértékben befolyásolja az orto-foszfát ionok jelenléte. Hasonlóan az adszorpciós technológiához, koagulációs arzénmentesítés hatékonyságát is befolyásolja a foszfát jelenléte a nyersvízben (Holm, 2002), ugyanis a foszfát az adagolt vas(iii) koagulánssal oldhatatlan vas-csapadékot képez, ami csökkenti az arzén számára rendelkezésre álló koaguláns mennyiségét. Kutatások kimutatták továbbá, hogy a foszfát és arzenát között verseny alakul ki a szabad adszorpciós helyekért a vas(iii)-hidroxid felületén (Holm, 2002; Manning és Goldberg, 1996). Laboratóriumi kísérletek célja annak vizsgálata volt, hogy a foszfátion koncentráció növekedésével milyen mértékben változik a maradék oldott arzénkoncentráció értéke, valamint annak meghatározása, hogy az arzén határérték eléréséhez milyen mennyiségű koaguláns adagolása szükséges különböző kezdeti foszfát koncentrációk esetén. A kísérleteket csapvízből, valamint ioncserélt vízből készített modell oldatokkal végeztük, különböző kezdeti ph értékek alkalmazásával. A növekvő foszfátkoncentrációval, és fix vas(iii)-koaguláns dózissal végzett kísérletek eredményeit a 6. ábra foglalja össze. 20

Minden vizsgált ph érték és koaguláns dózis esetén a foszfát arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatása egyértelműen kimutatható volt. Alacsonyabb koaguláns dózisok (vö.: pl. csapvízből készített modell oldatok esetén: 0,84 mg Fe(III)/L, ph = 7,5 és 1,5 mg Fe(III)/L, ph = 7,5 értékeket), illetve magasabb ph értékek esetén a hatás erősebben jelentkezett (vö.: pl. csapvízből készített modell oldat: ph = 7,5, Fe(III) = 1,5 mg/l és ioncserélt vízből készített modell oldat: ph =8,0, Fe(III) = 1,5 mg/l értékeket). Egy kísérletsorozatot végeztünk előre létrehozott pelyhek alkalmazásával is. Ebben az esetben 3 mmol/l NaHCO 3 koncentrációjú oldathoz vas koagulánst adagoltunk, majd 1 perc gyors keverést (400 rpm fordulatszámon) és 10 perc lassú keverést (20 rpm fordulatszámon) alkalmaztunk. Ezt követően adagoltuk egyidejűleg az arzenát és foszfát oldatot, melyet 15 perc lassú keverés követett (20 rpm fordulatszámon). A megegyező összetételű modell oldattal, azonban in-situ pehelyképződés alkalmazásával kapott eredményekkel összehasonlítva (ld.: in-situ pelyhek; ioncserélt víz; ph = 7,8; Fe(III) = 1,5 mg/l), mintegy 6-12 µg/l eltérés adódik a maradék oldott arzénkoncentráció értékekben. Ez az eltérés felhívja a figyelmet a koprecipitáció jelentőségére a koagulációs arzénmentesítés során. Az a tény, hogy az előre létrehozott pelyhek esetében is megfigyelhető az arzénmentesítésre gyakorolt negatív hatás, igazolja azt a megállapítást, miszerint a foszfát és arzenát ionok között verseny alakul ki a vas(iii)-hidroxid szabad adszorpciós helyeiért. Budapesti csapvízből készített modell oldatokkal, három különböző kezdeti foszfátkoncentráció esetén vizsgáltuk, hogy milyen koaguláns dózissal érhető el a 10 µg/l-es arzén határérték (7. ábra). A 0,17 mg/l-es PO 4 -P koncentráció 0,3-0,4 mg/l-re történő emelésével mintegy 80%-al több koagulálószerre volt szükség az arzén határérték biztosításához. Ez az eredmény felhívja a figyelmet arra, hogy a foszfát megjelenése az ivóvízben nem káros ugyan, a jelenlegi szabályozás nem állapít meg határértéket rá, mégis fontos paraméter koagulációs arzénmentesítési technológia alkalmazása során, hiszen a szükséges koaguláns mennyiségét jelentősen növelheti. As [µg/l] 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 PO 4 -P [mg/l] In-situ pelyhek; ioncserélt víz; ph = 7,8; Fe(III) = 1,5 mg/l Előre létrehozott pelyhek; ioncserélt víz; ph = 7,8; Fe(III) = 1,5 mg/l In-situ pelyhek; csapvíz; ph = 7,5; Fe(III) = 1,5 mg/l In-situ pelyhek; ioncserélt víz; ph = 8; Fe(III) = 1,5 mg/l In-situ pelyhek; ioncserélt víz; ph = 8; Fe(III) = 3 mg/l In-situ pelyhek; csapvíz; ph = 7,5; Fe(III) = 0,84 mg/l 6. ábra Maradék oldott arzénkoncentráció értékek a kezdeti foszfát koncentráció függvényében (ioncserélt vízből, illetve csapvízből készített modell oldatok; 50-60 µg/l kezdeti arzenát koncentráció; 1,5 mg/l Fe vas(iii)-klorid formájában adagolva; 1,25 3 meq/l lúgosság) 21

60 50 40 0,38 mg /L kezdeti PO4-P koncentráció 0,27 mg /L kezdeti PO4-P koncentráció 0,17 mg /L kezdeti PO4-P koncentráció As [µg/l] 30 20 10 10 µg/l 0 0 1 2 3 4 5 6 Fe [mg/l] 7. ábra Maradék oldott arzénkoncentráció értékek a koaguláns dózis függvényében három különböző kezdeti foszfát koncentráció esetén (csapvízből készített modell oldatok; kezdeti ph = 7,6 7,7; Fe koaguláns alkalmazása vas(iii)-klorid formájában adagolva) 3.2.1.4 Szilikát hatása Liu et al. (2007) eredményei alapján a szilikát jelenlétében a vas(iii)-hidroxid ζ - potenciálja csökken, ami gátat szab a vas(iii)-hidroxid pelyhek összekapcsolódásának, növekedésének. Továbbá, a vas(iii) és a szilikát reakciója következtében oldható polimerek képződnek (Swedlund és Webster, 1999). A vas(iii)-hidroxid pelyhek aggregálódásának hiányában a keletkező pelyhek mérete nem elegendő ahhoz, hogy szűréssel eltávolíthatóak legyenek a vízből, így az oldott vas megjelenik a kezelt vízben. Az oldott vas mennyisége a ph emelésével növekszik. Szilikát hiányában az említett jelenség nem figyelhető meg. A 8. ábra mutatja be a szilikát arzénmentesítésre gyakorolt hatását. 15 mg/l SiO 2 jelenléte már jelentősen befolyásolta a maradék oldott arzén mennyiségét mindkét vizsgált ph értéken. 8,5-s ph esetén a határérték kétszeresét meghaladó arzénkoncentráció alakult ki a membránszűrt vízben (8. ábra). 60 mg/l SiO 2 koncentráció értékeknél már 7,5-s ph értéken is a kezdeti arzén mintegy kétharmada a vízben maradt, míg 8,5-s ph esetén már 90% ez az arány. 60 50 ph = 7,5 ph = 8,5 40 As [µg/l] 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 SiO 2 [mg/l] 8. ábra Maradék arzénkoncentrációk (0,45 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően) a szilikát koncentráció függvényében (3 mmol/l NaHCO3; 0,005 M KCl, ioncserélt vízből készített modell oldat; 60 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; 1,5 mg Fe/L vas(iii)-klorid koagulálószer adagolása) 22

A 9. és 10. ábrák olyan kísérleti eredményeket mutatnak be, amikor a mintákat nem csupán 0,45 µm pórusméretű, hanem 0,2 µm pórusméretű membránon is átszűrtük. A kísérleteket 0 60 mg/l SiO 2 szilikát koncentrációval, és 1,5 mg/l Fe(III) dózis alkalmazásával hajtottuk végre 7,5-s és 8,5-s kezdeti ph értékeken. 15 mg/l SiO 2 jelenlétében már mindkét esetben jelentős mennyiségű arzén (20 25 µg/l) jelent meg a szűrt vízben 0,45 µm pórusméretű membránon történő átvezetést követően. 0,2 µm-s pórusátmérő alkalmazása esetén a szűrt víz arzénkoncentrációja csökkent, főként az alacsonyabb ph érték (7,5) alkalmazása esetén. 8,5-s ph-n a kisebb pórusméretű membránnak már nem volt annyira számottevő a hatása az arzénkoncentráció csökkentésében. Vas tekintetében azonban mindkét vizsgált ph értéken jelentős csökkenés tapasztalható a kisebb pórusátmérő alkalmazásával. A kapott eredmények alapján arra következtethetünk, hogy a szilikát jelenlétében olyan apró vas(iii)-pelyhek alakulnak ki, melyek a 0,45 µm pórusméretű membránon átjutnak. A keletkező pelyhek mérete többnyire a 0,2 0,45 µm tartományba esik, így a fajlagos felületük nagyobb, mint a 0,45 µm-nél nagyobb pelyheknek. Az arzén koprecipitációja/adszorpciója ezért hatékonyabb kellene, hogy legyen a szilikát jelenlétében, azonban a kísérletek ennek pont az ellenkezőjét mutatják. Ennek oka Liu et al. (2007) mérési eredményei szerint az, hogy a szilikát hatására a kialakuló vas(iii) pelyhek nem megközelíthetőek az arzenát számára. Ez az oka annak, hogy a 0,45 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően alkalmazott további szűrés a 0,2 µmes membránon a vas-koncentráció jelentős csökkentését eredményezte ugyan, azonban az arzenát koncentráció ilyen mértékben nem változott, továbbra is a határértéket jelentősen meghaladó mértékben maradt a vízben. A növekvő szilikát koncentráció arzénmentesítésre gyakorolt hatásának vizsgálatát követően kísérleteket végeztünk fix szilikát koncentráció és növekvő vas(iii) dózis alkalmazásával, annak meghatározására, hogy létezik-e olyan vas(iii) koncentráció, amellyel az oldott arzén koncentrációja (pontosabban a 0,45 µm pórusméretű membránon átjutó arzén koncentrációja) határérték alatti lesz. A kísérleteket két különböző kezdeti szilikát-koncentráció érték beállításával (30 mg/l SiO 2 és 50 mg/l SiO 2 ) hajtottuk végre 8-as kezdeti ph érték alkalmazásával. A kísérletek eredményeit a 11. és 12. ábrák mutatják be. 30 mg/l kezdeti SiO 2 koncentráció esetén már 3,75 mg/l vas(iii) dózis elegendőnek bizonyult a 10 µg/l arzénkoncentráció eléréséhez 0,45 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően. 50 mg/l kezdeti SiO 2 koncentráció esetén 4 mg/l vas(iii) adagolására volt szükség. A magas koaguláns tartományban (> 5 mg/l Fe), a 0,45 µm-s membránon történő szűrést követően azonban határérték (0,2 mg/l) feletti vas(iii) maradt a vízben. A kisebb pórusméretű membrán (0,2 µm) alkalmazásával vas(iii) tekintetében is sikerült elérni a határérték alatti koncentráció értékeket a kezelt vízben. 23

As: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon Fe: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon As: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon Fe: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon 50 1 45 0.9 40 0.8 35 0.7 As [µg/l] 30 25 20 0.6 0.5 0.4 Fe [mg/l] 15 0.3 10 0.2 5 0.1 0 0 0 10 20 30 40 50 60 SiO 2 [mg/l] 9. ábra Maradék arzén és vas(iii) koncentrációk a szilikát koncentráció függvényében 0,45 µm és 0,2 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; 1,5 mg/l Fe dózis vas(iii)-klorid adagolásával; kezdeti ph = 7,5) As: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon Fe: szűrés 0,45 µm pórusméretű membránon As: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon Fe: szűrés 0,2 µm pórusméretű membránon 60 1.2 50 1 40 0.8 As [µg/l] 30 0.6 Fe [mg/l] 20 0.4 10 0.2 0 0 0 10 20 30 40 50 60 SiO 2 [mg/l] 10. ábra Maradék arzén és vas(iii) koncentrációk a szilikát koncentráció függvényében 0,45 µm és 0,2 µm pórusméretű membránon történő szűrést követően (ioncserélt vízből készített modell oldat; 50 µg/l kezdeti As(V) koncentráció; 1,5 mg/l Fe dózis vas(iii)-klorid adagolásával; kezdeti ph = 8,5) Az arzén és a vas(iii) koncentráció értékek különbözően alakultak az adagolt vas(iii)-klorid mennyiségének növelésével. Az arzén koncentráció folyamatos csökkenést mutatott a koaguláns dózis emelésével mindkét vizsgált szilikát koncentráció esetén. A kisebb pórusméretű membrán alkalmazása ugyan eredményezett bizonyos mértékű csökkenést az arzén koncentrációban, azonban ennek mértéke maximum 5-10 µg/l volt. Ugyanakkor a vas koncentrációkban ismét jelentős csökkenést okozott a 0,2 µm pórusméretű membrán alkalmazása. Míg a 0,45 µm pórusméret esetén akár 1 mg/l maradék vas is megjelent a vízben, addig a 0,2 µm pórusméretű membrán alkalmazásával biztonságosan 0,2 mg/l alatti koncentráció értékeket sikerült elérni. Az előzőekben 24