Ivóvíztisztítás Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Laky Dóra.

Az előadások a következő témára: "Ivóvíztisztítás Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Laky Dóra."— Előadás másolata:

1 Ivóvíztisztítás Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Laky Dóra

2 IVÓVÍZZEL SZEMBENI ELVÁRÁSOK
színtelen szagtalan kellemes ízű hőmérséklete: 8 – 12 °C ne tartalmazzon kórokozó mikroorganizmusokat mérgező anyagokat lebegőanyagot, vagy egyéb zavarosságot okozó anyagot kellemetlen szagot vagy ízt okozó anyagot ne legyen nagy a sótartalma ne legyen nagy a szerves anyag tartalma

3 KÖVETELMÉNYEK (Szabványok)
Szabályozás ajánlás szabvány Kiterjedés szerint globális (világméretű) WHO Guidelines (Az Egézségügyi Világszervezet ajánlásai) regionális EU Direktívák (Szabvány) országos szabványok Az ivóvíz minőségére vonatkozó szabványok az egyes komponensek maximálisan megengedhető koncentrációit (MAC érték) határozzák meg. Az adott határértékek rendszeresen felülvizsgálatra kerülnek és a legújabb kutatási eredmények alapján sor kerül változtatásukra (általában szigorításukra)

4 Mi a teendő, ha az adott víz nem felel meg a
szabványokban foglalt követelményeknek? Másik vízbázisból nyerni a vizet Regionális rendszer kiépítése Vízkezelési technológiát kell alkalmazni, és az adott komponensek koncentrációját a szabványban megadott szint alá kell csökkenteni

5 A nem-kívánatos komponensek eltávolítására
vonatkozó fontossági sorrend Kórokozó mikroorganizmusok Mérgező anyagok Mikroszennyezők Zavarosságot okozó anyagok (lebegőanyag, alga) Prekurzorok (elővegyületek) Íz- és szagrontó anyagok

6 Szempontok a technológia kialakításához
problémás komponensek vízmennyiség (gazdaságossági szempontok) a hálózat kiterjedtsége (mennyi idő után jut el a víz a legtávolabbi fogyasztóhoz?)

7 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok) A víz- és szennyvíztisztítási technológiák a fenti alapfolyamatok célszerű kombinációival alakíthatók ki.

8 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok)

9 Oxidáció és redukció Két párhuzamos, egyidejűleg lejátszódó folyamat
Az oxidálószer redukálódik, miközben a redukálószer oxidálódik Ivóvíztisztításban az oxidáció célja: Valamely szennyezőt oldhatatlanná alakítsunk A szennyező kevésbé toxikus formává alakítása Mikroorganizmusok inaktiválása (fertőtlenítés) Ivóvíztisztításban használt oxidálószerek: oxigén, ózon, klór, kálium-permanganát, klór-dioxid, klóraminok, …

10 A fertőtlenítés célja: kórokozó mikroorganizmusok inaktiválása, az ivóvízhálózatban a megfelelő vízminőség biztosítása A nyersvízben előforduló három mikroorganizmus csoport: Baktériumok Vírusok Protozoák A fertőtlenítés általában oxidációval történik (kémiai úton történő fertőtlenítés) Jellemző fertőtlenítőszerek: klór (1970-es években káros fertőtlenítési melléktermékek felfedezése), ózon, klór-dioxid A fertőtlenítés fizikai úton is történhet, pl.: ultraibolya sugárzás felhasználásával (másodlagos fertőtlenítőszerre ilyenkor szükség van!) F E R T Ő L N Í É S

11 Baktériumok (0.35 - 35 um) Spiral-shaped bacterium
Vibrio Cholerae Bacteria with a spherical form Rod-shaped bacteria

12 Vírusok (0.02 – 0.4 um) 1 um

13 Cryptosporidium parvum
Protozoák A káros dózis nagyon alacsony: Cryptosoridium ciszta Giardia ciszta Cryptosporidium parvum 1993 – Milwaukee - járvány: több mint ember betegedett meg az ivóvíz fogyasztása miatt Giardia lamblia

14 Vas és mangán eltávolítása  először oxidálni kell ezeket a
komponenseket Miért kell eltávolítanunk a vasat és a mangánt? Zavarosság, szag, szín, kellemetlen íz Hálózatban problémákat okozhat a vasiszap lerakódása Hogyan tudjuk eltávolítani? 1. lépés: oxidáció Mn(II)  Mn(IV) Fe(II)  Fe(III) 2. lépés: szilárd/folyadék fázisszétválasztás

15 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztáa (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok)

16 pH és pufferkapacitás szabályozás
pH szabályozás szerepe számos ivóvíztisztítási lépés esetében jelentős (a hatékonyság változik a pH függvényében) Példák: fertőtlenítés, koaguláció-flokkuláció

17 A víz pufferkapacitása: HCO3- és CO32- ionok
mennyisége befolyásolja, lényegében a víz sav- semlegesítő képességére utal CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-  2H+ + CO32-

18 A víz pufferkapacitása (lúgossága)
CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-  2H+ + CO32- Ha savas hatás éri a vizet: H+ + HCO3-  H2CO3 Ha lúgos hatás éri a vizet: OH- + HCO3-  CO32- + H2O

19 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztáa (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok)

20 Kémiai kicsapatás Mi a kémiai kicsapatás?
A vízben oldódó anyagok oldhatatlan állapotúvá alakítása (vegyszer hozzáadása, pH változtatás hatására) Ezután az adott szennyezőanyag valamilyen szilárd/folyadék szétválasztási technológiával eltávolítható a vízből

21 1. példa a kémiai kicsapatásra: A víz keménységének csökkentése
-- vízlágyítás

22 Víz keménység Ca2+ + H2O + CO2 + CO32- Ca2+ + 2HCO3-
A kemény víz forralásakor a következő folyamat játszódik le: Ca2+ + H2O + CO2 + CO32- Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 (csapadék)képződése

23 Vízlágyítás kémiai kicsapatással
A következő vegyszerek adagolása: mész -- Ca(OH)2 szóda -- Na2CO3 Na3PO4 majd ezt követően: szilárd/folyadék fázisszétválasztás

24 2HCO3- + Ca(OH)2 Ca2+ + 2CO32- + 2H2O 2Ca2+ + 2CO32- 2CaCO3
Vízlágyítás mész ( Ca(OH)2) adagolásával 2HCO3- + Ca(OH)2 Ca2+ + 2CO H2O 2Ca2+ + 2CO32- 2CaCO3 Mg2+ + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + Ca2+

25 2Ca2+ + Na2CO3 CaCO3 + Na+ 6Na2+ + 2PO43- + 3Ca2+ Ca3(PO4)2 + 6Na+
Vízlágyítás szóda (Na2CO3) adagolásával 2Ca2+ + Na2CO3 CaCO3 + Na+ Vízlágyítás Na3PO4 adagolásával 6Na2+ + 2PO Ca2+ Ca3(PO4)2 + 6Na+

26 2. példa a kémiai kicsapatásra: Koaguláció/flokkuláció

27 (a negatív felületi töltés miatt)
A kolloid részecskék taszítják egymást (a negatív felületi töltés miatt) Szuszpendált kolloid részecske Al-hidroxid Fe-hidroxid komponensek Fe és Al sók a negatív felületi töltéseket semlegesítik KOAGULÁCIÓ A részecskék aggregálódásával egyre nagyobb pelyhek alakulnak ki FLOKKULÁCIÓ Kolloid részecskék aggregálódása

28

29 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok)

30 ADSZORPCIÓ Gázok és oldott anyagok megkötődése szilárd anyagok felületén A vízkezelési technológiákban elsősorban az oldott anyagok, közöttük is a szerves anyagok fontosak Nagy szabad energiával rendelkező felületek képesek megkötni oldott anyagokat (fajlagos felület akár m2/g is lehet) A gázok és az oldott anyagok szilárd felületen történő megkötő- dése, azaz adszorpciója reverzibilis, tehát megfordítható folyamat Adszorbens – ahol az oldott anyag megkötődik Adszorptívum – az az anyag, mely megkötődik az adszorbensen

31 Vízkezelésben alkalmazott adszorbensek:
Zeolitok (ammónium eltávolítására) Ioncserélő műgyanták (vízlágyításra) Aktívszén (szervesanyag eltávolítására) GEH (arzén eltávolítására) Az ivóvízkezelésben esetenként a zeolitok alkalmazására is sor kerül, de elsősorban az aktívszén alkalmazása vált általánossá Az aktívszén a vízkezelésben alapvetően a következő két formában használatos: Por alakban Granulátumként

32 Adszorpció aktívszénen

33 R - Na R + Ca2+ Ca + 2Na+ R - Na R R - H R + Ca2+ Ca + 2H+ R - H R
Vízlágyítás ioncserével R - Na R + Ca2+ Ca + 2Na+ R - Na R R - H R + Ca2+ Ca + 2H+ R - H R R - OH + HCO3- R - HCO3 + OH- Regenerálás NaCl vagy HCl oldattal!

34 Vízlágyítás Na-bázisú gyantával
nyersvíz tisztított víz Gyanta Regene- ráló- szer Só táro- lása Ca Na˙Ex Ca˙Ex2 + 2Na+ Mg˙Ex2 + 2Na+ Mg Na˙Ex

35 nyersvíz tisztított víz
Ca Na˙Ex Ca˙Ex2 + 2Na+ Mg˙Ex2 + 2Na+ Mg Na˙Ex nyersvíz Na- bázisú ioncserélő gyanta tisztított víz

36 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok)

37 Gáz / folyadék fázisszétválasztás
gázok (metán, agresszív szén-dioxid) eltávolítása a leggyakrabban alkalmazott eljárás: levegőztetés

38 A levegőztetés alkalmával a víz oxigénnel telítődik
Két folyamat játszódik le egyidejűleg: a gázok elhagyják a vízteret a redukált állapotú komponensek egy része oxidálódik a levegő oxigénjének hatására

39 Gázmentesítő

40 Gáz eltávolítása levegőztetéssel

41 Gáz eltávolítása levegőztetéssel

42 Szilárd/folyadék fázisszétválasztás
Szilárd anyagok eltávolítása: durva és finom részecskék eltávolítása gerebszűrés Durva fázisszétválasztás: makroszita szűrés mikroszita szűrés homokfogó ülepítés flotálás

43 Finom fázisszétválasztás:
gyorsszűrés Szűrés előtt a kolloid, kvázi-kolloid részecskéket szűrhető formára kell hozni (pl. kémiai kicsapatással)

44 MIKROSZITA SZŰRÉS

45 MIKROSZITA SZŰRÉS

46 F L O T Á S Flotált iszap iszap eltávolítása bemenet kimenet
kezelendő víz kimenet Iszap eltávolítás Iszap gyűjtő csatorna Kezelt víz Flokkulátor

47 HOMOKFOGÓ KIMENET BEMENET Iszap összegyűjtése Iszap-kotró

48 Ü L E P Í T É S Iszap össze- gyűjtése Iszap-kotró bevezetés

49 Szűrés nyitott szűrők zárt szűrők

50 Nyitott szűrők

51 Technológiai alapfolyamatok
Oxidáció és redukció pH és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás (oldott  szilárd) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Egyéb eljárások (membránfolyamatok, UV fertőtlenítés)

52 Membránszűrés  a szennyezőanyag elválasztása
Membrán technológiák Mikroszűrés Ultraszűrés Nanoszűrés Fordított ozmózis Elektrodialízis Membránszűrés  a szennyezőanyag elválasztása permeátum (a membránon keresztüljutott víz) Szennyező (magas koncentrációban)

53 Fordított ozmózis Ozmózis:
A membrán-réteg a víz számára átjárható, azonban a szennyezőanyag számára nem. Mivel a két tartályban a koncentráció-kiegyenlítődés irányában mennek a folyamatok  a víz a B tartályból az A tartályba áramlik, amíg a nyomásviszonyok azt megengedik

54 Fordított ozmózis Fordított ozmózis: az ozmózissal ellentétes folyamat: nyomás hatására a folyadék az A tartályból a B-be áramlik; a szűrt víz (permeátum) a B tartályból összegyűjthető

55 Spirál-membránok

56 Source: The Management and implementation Authority of the Man-Made River Project, 1994

57

58 U V F E R T Ő L N Í É S

59 Vas, mangán és oldott gázok eltávolítása
(felszín alatti víz kezelési séma)

60 Nyomás alatti (zárt) levegőztetés Fe oxidáció Fe eltávolítás tározó
Levegő injektálás Tisztított víz medence klórozás Fe oxidáció Fe eltávolítás tározó Nyomás alatti (zárt) levegőztetés Csökkentett átmérő víz Oxigén injektálás

61 gázmentesítés Fe eltávolítás tározás Fe oxidáció

62 Szűrő mangán eltávolítására
Fe eltávolítás Fe oxidáció Mn oxidáció Mn eltávolítás tározás Szűrő mangán eltávolítására Bedolgozott szűrőréteg (MnCl2 és KMnO4 oldattal kezelt szűrő  MnO2 réteg katalizálja a mangán oxidációját a levegő oxigénje által)

63 Tisztítástechnológia magas vastartalom (Fe > 5 mg/L) és nagy vízhozam esetén (nyitott szűrők)
Fe oxidáció tározás gázmentesítés Fe eltávolítás

64 Felszíni víz tisztítástechnológiája
klórozás Cl2 Cl2 PAC gyors keverés koagu- láció gyors keverés flokkuláció gyors keverés flokkulátor Homok-fogó lassú keverés NYERSVÍZ Ülepítő Cl2 Cl2 Tísztított víz medence GAC Ózonozó Gyorsszűrő HÁLÓZATRA PAC: por alakban adagolt aktív szén GAC: granulált aktív szén