Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

L AKY D ÓRA ADSZORPCIÓS TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZÁSA A VÍZTISZTÍTÁSBAN BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "L AKY D ÓRA ADSZORPCIÓS TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZÁSA A VÍZTISZTÍTÁSBAN BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék."— Előadás másolata:

1 L AKY D ÓRA ADSZORPCIÓS TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZÁSA A VÍZTISZTÍTÁSBAN BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék

2  Gázok és oldott anyagok megköt ő dése szilárd anyagok felületén  Nagy szabad energiával rendelkez ő felületek képesek megkötni oldott anyagokat  A gázok és az oldott anyagok szilárd felületen történ ő megköt ő dése, azaz adszorpciója reverzibilis, tehát megfordítható folyamat V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ADSZORPCIÓ - ALAPFOGALMAK

3 AZ ADSZORPCIÓ ALAPJA  Dinamikus egyensúly áll be az adszorbensen megkötött anyagmennyiség és a víztérben mért koncentráció között  Az egyensúly adott id ő elteltével áll be  A víztisztítási technológiák alkalmazásakor általában nem áll rendelkezésre annyi id ő, hogy ez az egyensúly beálljon (a kontaktid ő az adszorbereken általában kisebb) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

4 ADSZORPCIÓ - ALAPFOGALMAK  Adszorbens – ahol az oldott anyag megköt ő dik  Adszorptívum – az az anyag, amely megköt ő dik az adszorbensen  Adszorpció – megköt ő dés  Deszorpció – leoldódás V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

5  Az adszorbens lehet poláros vagy apoláros tulajdonságú  A megköt ő d ő anyag szintén az említett tulajdonságokkal rendelkezhet  Hasonló adszorbeálódik a hasonló anyagon  Az adszorbensek hatékonyságát anyagi tulajdonságaik (min ő ségük) mellett fajlagos felületük (m 2 /g) nagysága befolyásolja  A nagyobb fajlagos felülettel rendelkez ő adszorbens több anyagot képes felületén megkötni AZ ADSZORPCIÓ ALAPJAI V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

6 AZ ALKALMAZOTT ADSZORBENSEK  Aktív szén (oldott szervesanyagok eltávolítására: ózonizálás következtében keletkez ő könnyen bomló szervesanyagok eltávolítására, klórozás során keletkez ő melléktermékek eltávolítására, egyéb szerves mikroszennyez ő k eltávolítására)  Zeolit (vízlágyítás, ammónium eltávolítása)  Granulált vas-hidroxid (GEH; arzén eltávolítására)  Aktivált alumínium-oxid (arzén eltávolítása)  Stb. V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

7 q [mg/g] Q C [mg/L] q Q = bC 1+bC C q = 1 bQ + C Q 1 q = 1 Q C q - adszorbeált anyagmennyiség egységnyi tömeg ű adszorbensen Q - maximálisan adszorbeálható anyagmennyiség C - egyensúlyi koncentráció b - konstans A LANGMUIR IZOTERMA V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

8 A FREUNDLICH IZOTERMA a - konstans n - konstans lg q lg C q = a C 1/n = 1 n lg qlg a +lg C V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

9 ADSZORPCIÓ - FOGALMAK Befolyó víz C 0 0CoCo Elfolyó víz C elfolyó 0 Aktív adszorpció zónája Telített zóna (C elfolyó = C o ) Friss adszorber (C elfolyó = 0 mg/L) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

10 ADSZORPCIÓ - FOGALMAK A1A1 A2A2 0 1 VBVB Az elfolyó víz mennyisége C elfolyó CoCo  Üres ágytérfogat = A töltet térfogata (pórusokkal együtt) Üres ágytérfogat Vízhozam  Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontakt-id ő = V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

11 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ  A természetes zeolitok (mordenit, klinoptilolit) alkalmasak a vízben található ammónium ion adszorbeálására  Léteznek mesterséges zeolitok is  A zeolitokat kimerülésük után regenerálni lehet V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

12 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ – IONCSERÉLT VÍZZEL VÉGZETT BATCH KÍSÉRLETEK EREDMÉNYEI (1 g zeolit mL víz) Kezdeti ~ 2 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 0,3 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 0,6 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 1,6 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 1,2 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 1,0 mg/L NH 4 + Kezdeti ~ 0,8 mg/L NH 4 + V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS SZORPCIÓS KAPACITÁS A számítás alapja az egyensúlyi koncentráció beállásáig megkötött ammónium mennyisége / felhasznált zeolit mennyisége  látszólagos szorpciós kapacitás RENDKÍVÜL FÉLREVEZET Ő LEHET A TERVEZÉS SORÁN HISZEN A NYERSVÍZ MIN Ő SÉG, ÉS A SZENNYEZ Ő ANYAG KEZDETI KONCENTRÁCIÓJA JELENT Ő SEN BEFOLYÁSOLJÁK AZ ÉRTÉKÉT!

13 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ – CSAPVÍZZEL VÉGZETT BATCH KÍSÉRLETEK EREDMÉNYEI  Ionok kötési sorrendje: K + > NH 4 + > Na + > Ca 2+ > Fe 3+ > Mg 2+  A kísérletben használt csapvíz keménysége mg/L CaO:  ~66-70 mg/L Ca-ionból (~91 mg/L CaO)  ~17-20 mg/L Mg ionból (~43 mg/L CaO) Ez durván 2,5 mmol/L Ca 2+ és Mg 2+ koncentrációt jelent, míg az ammónium koncentráció durván 0,1 mmol/L (1,8 mg/L NH 4 + )  Ca 2+ és Mg 2+ ~25-szörös feleslegben van az ammóniumhoz képest  jelent ő s adszorpciós kapacitás csökkenés várható V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

14 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ – CSAPVÍZZEL VÉGZETT BATCH KÍSÉRLETEK EREDMÉNYEI 1 g zeolit mL csapvíz5 g zeolit mL ioncserélt/csapvíz A zeolit mennyiségének a növelésével lényegesen alacsonyabb maradék ammónium koncentrációkat sikerült elérni Ioncserélt víz (folytonos) Csapvíz (szaggatott) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

15 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ – A REGENERÁLÁS LEHET Ő SÉGEI  Lényegében bármely olyan technológia alkalmazható regenerálásra, amelyik ammónium eltávolításra is alkalmas  Törésponti klórozás (N 2 gáz szabadul fel)  pH emeléssel történ ő gázki ű zés (az ammónium NH 3 gáz formájában távozik a zeolit felületér ő l)  Biológiai ammónium mentesítés (a megkötött NH 4 + átalakítása NO 3 - -á)  NaCl-os regenerálás (problémát jelent a nagy töménység ű sóoldat elhelyezése) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

16 ADSZORPCIÓS AMMÓNIUMMENTESÍTÉS ZEOLITOS ADSZORPCIÓ - ÖSSZEFOGLALÁS  Magyarországon nem terjedt el a zeolit alkalmazása a ammóniummentesítésre  Ami problémát jelent:  A víz keménysége (hiába ammóniumra szelektív az adszorber, ha a Ca 2+ és Mg 2+ ionok nagyságrenddel magasabb koncentrációban vannak jelen, akkor az ammónium ion megköt ő képesség jelent ő sen csökken)  A regenerálás igencsak vegyszerigényes  Problémát jelent a regeneráló folyadék elhelyezése  Általánosságban elmondható, hogy nem tekinthet ő gazdaságos eljárásnak a jelenlegi megoldások mellett (de! kutatási igény fellép)  Új próbálkozások: vas-hidroxiddal bevont zeolit alkalmazása arzén adszorpcióra V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

17 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) EL Ő ÁLLÍTÁSA  A vasoxidon történ ő felületi megkötésen alapuló eljárást a Berlini M ű szaki Egyetemen 1991 és 1994 között fejlesztették ki (Dr M. Jekel és Dr W. Driehaus)  El ő állítása: A granulált vashidroxid valójában kristályos vasoxi- hidroxid ( β -FeOOH), ami az akaganeit nev ű természetes kristálynak felel meg. A GEH-et egy savas vasklorid-oldatból gyártják nátrium-hidroxiddal való semlegesítéssel: A keletkez ő csapadékot ioncserélt vízzel kimossák, és centrifugálják, majd a hidroxidgélt megfagyasztják (víztelenítési célból  a szabad vizet és az adszorbeált vizet is eltávolítja) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

18 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ALKALMAZÁSI TAPASZTALATAI 19 NÉMETORSZÁGI VÍZM Ű BEN  Az üres ágytérfogatra vonatkoztatott kontaktid ő : perc  Visszamosatás havi gyakorisággal, tiszta vízzel, 20 percen keresztül  ágytérfogatnyi víz kezelése után merültek ki a töltetek (az elfolyó víz koncentrációja meghaladta az 5 μg/L-t) μg/L kezdeti arzénkoncentráció esetén  6-os pH-n: ágytérfogat kezelése  8-as pH-n: ágytérfogat kezelése V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

19 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS KAPACITÁSA (Driehaus, 2002)  A gyártó által megadott adatok szerint: g/kg  A kapacitást azonban a következ ő értékek befolyásolják:  Kezdeti arzénkoncentráció (mivel egyensúlyi folyamatról van szó, nekünk azonban nem mindegy, hogy milyen kezdeti koncentrációról mekkorára szeretnénk lecsökkenteni az As-t)  Kontakt-id ő  a víztisztító telepeken általában nincs arra id ő, hogy az egyensúly beálljon  Egyéb vízmin ő ségi jellemz ő k („verseng ő ” komponensek, pH)  Irreálisan magas kezdeti As koncentrációval végzett kísérletek eredményei  kevesebb ágytérfogat kezelésére alkalmas az adszorbens, de lényegesen nagyobb kapacitásértékek adódnak, ami nagyon félrevezet ő lehet! V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

20 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS GEH (GRANULÁLT VAS-HIDROXID) ADSZORPCIÓS KAPACITÁSA  A gyártó által megadott adatok szerint: maximum 55 g/kg  Kísérleti eredmények (Kardos M., 2006 alapján): pHKezdeti AsÁttörési As- konc. Kontaktid ő Adsz. kap. Forrás [μg/l] [min][g/kg] 7, ,37Thirunavukkarasu és mtsai, , ,29Khandaker és mtsai, ,5-5,41,4Holy és mtsai, , ,3Seith és mtsai, 1999 V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

21 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS AZ ARZÉNNEL VERSENG Ő KOMPONENSEK HATÁSA  A szelektivitási sorrend: arzenát > foszfát > fluorid > szulfát > klorid (Driehaus, 1994)  A GEH arzénre szelektív adszorbensnek min ő sül, azonban míg az arzén a vizekben többnyire µg/L koncentrációban fordul el ő, addig a többi anion koncentrációja általában egy (esetleg több) nagyságrenddel nagyobb  A foszfát/arzenát arány növekedésével a megkötött arzenát mennyiség rohamosan, kés ő bb kisebb mértékben csökken. Foszfát/arzenát = 5 mólaránynál mintegy negyedannyi arzenát köt ő dik meg, mint foszfát jelenléte nélkül, ez a szám 10-es arány esetén 10%, 20-as arány esetén 7-8% (Driehaus, 1994; Kardos, 2006) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

22 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS A pH HATÁSA A GEH ARZÉNMEGKÖT Ő KAPACITÁSÁRA  Az egyes kutatási eredmények meglehet ő sen ellentmondásosak, de általában alacsonyabb pH-n tapasztalták a kedvez ő bb As eltávolítást V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS Megköt ő dött As (g/kg adszorbens) Forrás: Driehaus, 2002Forrás:

23 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS EGYÉB, ARZÉNMEGKÖTÉSRE ALKALMAS ADSZORBENSEK  Aktivált alumínium-oxid  Vas-hidroxiddal bevont aktivált alumínium  Vas-hidroxiddal bevont aktív szén  Vas-hidroxiddal bevont zeolit  Vas-hidroxiddal bevont búzakorpa  Stb. V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

24 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS ÖSSZEFOGLALÁS  Az adszorbensek arzénmegköt ő kapacitása között jelent ő s az eltérés, melynek oka a kísérletekben alkalmazott különböz ő nyersvízmin ő ség  Általánosságban igaz az, hogy az alacsonyabb pH az arzén adszorpciójára kedvez ő hatással van (Holm, 2002; Lin és Wu, 2001; Driehaus, 2002; Streat et al., 2008), alacsonyabb pH értéken ugyanis az adszorbens pozitív felületi töltéssel rendelkezik, melyen a negatív töltés ű ionok megköt ő dése hatékonyabb  A vízben található anionok (foszfát, szilikát, szulfát, karbonát, bikarbonát, fluorid, klorid, nitrát) és az arzén között verseny alakulhat ki a szabad adszorpciós helyekért, azonban ennek mértéke mindig az adott nyersvíz jellegét ő l függ (az egyes anionok koncentrációjától, pH-tól) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

25 ADSZORPCIÓS ARZÉNMENTESÍTÉS ÖSSZEFOGLALÁS (folyt.)  A nyersvíz szervesanyag tartalma tovább csökkentheti az adszorbensek kapacitását (Redman et al., 2002)  A vas-hidroxid alapú adszorbensek arzénmegköt ő kapacitása általában nagyobb mint az alumínium-oxid alapúaké (Lin és Wu, 2001)  Míg a vas-hidroxid el ő oxidáció nélkül is képes az arzén megkötésére, – melynek oka feltehet ő en az arzenit oxidációja a vas(III)-hidroxid által (Thirunavukkarasu et al., 2003) – addig aktivált alumínium-oxid alkalmazása esetén általában el ő oxidáció szükséges (Lin és Wu, 2001) V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

26  Az ivóvízkezelésben esetenként egyéb adszorbensek alkalmazására is sor kerül, de els ő sorban az aktívszén alkalmazása vált általánossá  Az aktívszén a vízkezelésben alapvet ő en a következ ő két formában használatos:  Por alakban  Granulátumként  Az aktívszén alapanyaga lehet:  K ő szén (pl. Filtrasorb)  Növényi anyagok – kókuszhéj (pl. Norit) AKTÍVSZÉN ALKALMAZÁSA V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

27  Magyarországon a hatvanas-hetvenes-nyolcvanas években a M ű széntermel ő Vállalat állított el ő vízkezelésben is alkalmazott aktívszenet – faszénb ő l  Az aktívszén nem szelektív adszorbens, tehát nagyon sokféle szervesanyag megkötésére alkalmas  Az aktívszén alapvet ő en apoláros tulajdonságokkal rendelkezik, tehát els ő sorban apoláros szerves anyagokat adszorbeál  Az aktívszenek adszorpciós kapacitására jellemz ő fajlagos felületük. A jó min ő ség ű aktívszenek fajlagos felülete eléri az 1000 – 1200 m 2 /g értéket AKTÍVSZÉN ALKALMAZÁSA V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

28  Az aktívszenek oldott anyag megköt ő képessége (kapacitása) korlátozott. Az adszorpciós helyek telít ő dését követ ő en az aktív szén több oldott anyagot nem képes megkötni  Telít ő dés esetén két lehet ő ség:  Kidobás  Regenerálás AKTÍVSZÉN ALKALMAZÁSA V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

29  Mérési eredmények szerint a legkörültekint ő bb alkalmazás mellett is az aktívszén por adszorpciós kapacitásának csak %-a kerül kihasználásra. Az aktívszén por technológiailag lehetséges alkalmazása nem teszi lehet ő vé az adszorpciós kapacitás nagyobb mérték ű kihasználását.  Felhasználási módja: a kezelésre kerül ő vízbe bekeverjük (a szervesanyagok megköt ő dése után koagulációval, majd szil./foly. fázisszétválasztással történik az aktívszén por eltávolítása a vízb ő l)  Alkalmazásának szokásos koncentráció tartománya: 10–100 g/m 3  Az aktívszén por nem regenerálható AKTÍVSZÉN POR V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

30 Szervesanyag koncentrációjának csökkenése az id ő függvényében, különböz ő aktívszénpor koncentrációk mellett AKTÍVSZÉN POR ALKALMAZÁSA V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS

31  A granulált aktívszén oszlopba töltve alkalmazható. A kezelésre kerül ő vizet megfelel ő sebességgel bocsátjuk át a töltött oszlopon, felülr ő l lefelé. A vízben található oldott állapotú szerves anyagok a víz átbocsátása során kapcsolatba lépnek a granulált aktívszén felületével.  Hatékony tartózkodási id ő az aktívszén adszorberben: 10–15 perc  Az aktívszén adszorber nem sz ű r ő !Aktívszén sz ű r ő  Regenerálás: nagynyomású vízg ő zzel oxigénmentes közegben  Regenerálási veszteség: 10 – 15 % GRANULÁLT AKTÍVSZÉN V ÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS


Letölteni ppt "L AKY D ÓRA ADSZORPCIÓS TECHNOLÓGIÁK ALKALMAZÁSA A VÍZTISZTÍTÁSBAN BME, Vízi Közm ű és Környezetmérnöki Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések