PTE Hulladékgazdálkodási Technológus Szak (FSZ) VÍZKEZELÉS 5. előadás Víztisztítási technológiák III. – Gázbevitel, Gáztalanítás, Adszorció, Vas- és Mangántalalanítás, Fertőtlenítés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 02. dittrich@witch.pmmf.hu

Gázbevitel, gázeltávolítás Gázbevitel, gázeltávolítás célja: ivóvíz fizikai és vagy kémiai sajátosságainak közvetett vagy közvetlen javítása. Ez történhet bizonyos anyagok eltávolításával (deszorpció) vagy bizonyos anyagok bevitelével (abszorpció). Leggyakrabb gázbeviteli eljárás víztisztításban a levegőztetés. Levegőztetéssel eltávolítható anyagok: Ízt és szagot produkáló anyagok (pl. hidrogén szulfid), illékony szerves vegyületek Ammónia eltávolítása (magas pH-n , szennyvíztisztításban) Korróziót okozó anyagok (CO2, H2S) Robbanásveszély okozó anyagok eltávolítása (metán) Levegőztetéssel a vízbe vihető anyagok: Oxigén bevitel (íz és szaghatás csökkentés, hidrogén-karbonát kötésű vas- és mangán-vegyületek oxidálása, H2S vagy szerves vegyületek oxidálása, stb…) CO2 vízbe juttatása (H2S eltávolítás elősegítése, lágyított vizek rekarbonálása)

Gáz abszorpció-deszorpció Kettős film elmélet: Pg: gáz parciális nyomása ng: gáz molekulák mennyisége nf: folyadékba oldódott molekulák mennyisége Cg: abszorbeált anyag koncentrációja

Abszorpció-deszorpció egyenletei Abszorpció alapegyenlete: Deszorpció alapegyenlete: Ahol: KL[1/s]: levegőztetési állandó, KLa [m/s]: bővített anyagátadási tényező, t [s]: levegőztetési időtartam, F [m2]: levegőztetési felület, V [m3]: levegőztetett víz térfogata, C0 [kg/m3]: kezdeti koncentráció t=0 időpillanatban, Cs: telítettségi koncentráció, Ct: koncentráció a t időpillanatban.

Gáztalanító berendezések működési elve

Fizikai gáztalanító eljárások I. – Kaszkádos levegőztetés

Fizikai gáztalanító eljárások II. – Permeteztetés

Fizikai gáztalanító eljárások III.

Agresszív CO2-eltávolítás I. A CO2 előfordulási formái vízben: Disszociálatlan állapotban, szénsavként: H2CO3 Szabad szén-dioxidként: CO2 Hidrogén karbonát ionként: HCO3- Karbonát ionként: CO32- A disszociáció egyenletei: Disszociációs egyenletek (tömeghatás-törvénye):

Agresszív CO2-eltávolítás II. A disszociációs egyenletekből következik, hogy a különböző CO2-előfordulásoi formák aránya a pH-tól függ: A CO2-előfordulásoi formák között dinamikus egyensúly áll fenn. A karbonát – hidrogén-karbonát egyensúly fenntartásához szükséges szabad széndioxid mennyiséget nevezzük egyensúlyi széndioxidnak. Az egyensúlyi széndioxid mennyiség feletti CO2 mennyiséget agresszív CO2-nek nevezzük. Az agresszív CO2 eltávolítást más néven savtalanításnak is szokták nevezni.

Agresszív CO2-eltávolítás III. Az agresszív CO2 a vízben lévő szilárd CaCO3-al reakcióba lép és oldja azt. Amennyiben CO2-hiány lép fel a vízben a Kalcium-hidrokarbonát CO32- és CO2-ra bomlik: Az agresszív CO2 jelenléte a vízben csőhálózatok korrózióját okozza. Az agresszív CO2 eltávolítási módjai: - fizikai gáztalanító eljárásokkal (lásd. előzőekben) (ha a karbonárkeménység 6 nk°-nál nagyobb) - kémiai eljárással - vegyszer adagolással - szűrési eljárással

Agresszív CO2-eltávolítás IV. Vegyszeradagolás elve: cél vagy a pH emelése, vagy közvetlenül Ca2+ illetve CO32- ionok bevitelével a víz stabilizálása Leggyakrabban adagolt vegyszerek: Mésztej (Ca(OH)2) Kalcium-oxid (CaO) Szóda (Na2CO3) Nátronlúg Szűrési eljárás elve: A szűrőanyag feloldódik a vízben, ez idézi elő az agresszív CO2 semlegesítését. Alkalmazott szűrőanyagok: Márvány (CaCO3), Dolomit (MgCO3), Fermago (MgO)

Vas- és mangántalanítás I. Vas és Mn-vegyületek eltávolításának okai: A víz fogyasztási élményét rontja (szín, szag) A vezetékhálózatban lerakódik A fölös klór egy részét megköti Elősegíti a csőfalak korrózióját Elősegíti a csőfalakon a lerakódások kialakulását illetve vastagodását Ipari víznél ronthatja a gyártott termék minőségét Ioncserénél illetve hűtőtornyoknál kellemetlen a jelenléte A vas és a mangán háromféle kötésben fordul elő vízben: Hidrogén-karbonát kötés (Fe(HCO3)2 Szulfát kötés (FeSO4) Szerves kötés

Vas- és mangántalanítás II. A vas illetve a mangán oxidáció után gyorsszűréssel (szűrési sebesség 4-8 m/h) vagy derítéssel távolítható el. A szűrés vagy derítés előtt az oxidáció biztosítható: Oxigén bevitellel Klóros oxidációval Ózonos oxidációval KMnO4-es oxidációval (max. 3%-os vizes oldattal) A Mn-eltávolítás hatásfokának javítása érdekében a szűrő felületen barnakő (MnO2) bedolgozódását segítik elő vagy mangán-hidroxiddal bevont szűrőkavics alkalmazása is gyakori.

Aktívszén szűrés (adszorpció) I. Kémiai adszorpció (kemoszorpció): felületen történő megkötődés kémiai kötés útján jön létre. Általában irreverzibilis folyamat. Fizikai adszorpció: van der Waals erők biztosítják a felületi kötődést. Reverzibilis folyamat. Az aktívszén szűrés is fizikai adszorpciós eljárás. Az adszorpció a hőmérséklettől és az adszorbeátum koncentrációjától függ. Adott hőmérsékleten a Langmuir-izoterma segítségével jellemezhető a folyamat:

Aktívszén szűrés (adszorpció) II. Aktívszén jellemzői: Szerves anyagokból 1000 °C-on levegő kizárásával izzítással készítik Fajlagos felülete: 600-1500 m2/gramm Sokszínű pórusrendszerrel rendelkezik: A mikropórusok átmérője 10-8 cm → molekuláris szintű eltávolításra alkalmas Az átmeneti pórusok átmérője 10-6 cm → makromolekulák eltávolítására alkalmas A makro-pórusok átmérője 10-4 cm → kolloidok eltávolítására alkalmas

Aktívszén szűrés (adszorpció) III. Víz és szennyvíztisztításban használják por és granulátum formában. Por alkalmazása esetén az előnedvesített port keverik a tisztítandó vízhez (ritkán alk.) Szűrés (GAC) esetén a szűrők kialakítása a homokszűrőkéhez hasonló. Aktívszén granulátum a szűrőtöltet. Átlagos szemcseátmérő 1-4 mm. Ha az aktívszén elveszti megkötő képességét, regenerálni kell → reaktiválás A reaktiválás kémiai és hőkezelést jelent mely 10-15% veszteséggel jár. Az aktívszén szűrés a technológia végére telepítendő. Mivel nem kerülhető el baktériumok megtelepedése a szűrőfelületen, ezért utána mindig fertőtleníteni kell!

Aktívszén szűrés (adszorpció) IV. Egyre gyakoribb a BAC (biológiai aktívszén szűrés) eljárás. Itt ózonnal oxidálják a vizet az aktívszén szűrő előtt. Ezzel feltördelik a biológiailag nehezen bontható szerves anyagokat és oxigénnel dúsítják. Az aktívszén tölteten a megfelelő oxigénszint és szerves anyag rendelkezésére állása miatt elszaporodnak a baktériumok. Ritkábbak kell reaktiválni a töltetet, mert az adszorbeálódott anyagok egy részét a mikroorganizmusok „feleszik”. Kettős aktívszén szűrés: Erősen ingadozó nyersvíz minőség esetén használják. Az aktívszén szűrő előtt aktívszén port adagolnak a nyersvízhez.

Fertőtlenítés Fertőtlenítés célja: baktériumok elölése, vírusok inaktiválása Általában a tisztítási technológia legvégén helyezkedik el a fertőtlenítés, melynek okai: Az egyéb oxidálószer hatását csökkentő redukáló anyagok jó része már le van választva a vízből Az egyes technológiai elemek sorén további mikroszervezetek kerülhetnek a vízbe Fertőtlenítés történhet: Klórral (Cl2) Klórdioxiddal (ClO2) Ózonnal (O3) Kálium-permanganáttal (KMnO4)

Fertőtlenítés klórral I. A klór-gáz vízben oldódik és disszociál az alábbi egyenletek szerint. A disszociáció mértéke függ a pH-tól és a hőmérséklettől. Az OCl- (hipoklorit-ion), HOCl (hipoklóros sav), és a Cl2-gáz baktericid hatásúak. A HOCl jobb hatásfokú fertőtlenítő szer. Cél a pH semleges vagy savas pH-n tartása, mert akkor képződik a legnagyobb mennyiségben HOCl. A fertőtlenítési hatásfok a reagenssel való kontaktidővel, illetve a reagens dózis növelésével nő.

Fertőtlenítés klórral II. Maradék aktív klór – adagolt klór közötti kapcsolat: 1-es görbe: nincsenek a vízben redukáló vegyületek: maradék és aktív klór értéke azonos 2-es görbe: nitrogén vegyületek nélküli redukáló vegyületek vannak jelen a vízben: maradék klór kevesebb mint az adagolt klór

Fertőtlenítés klórral III. Ha a vízben ammónia (NH3) vagy ammónium-ion (NH4+) is jelen van, akkor a klórozás hatására klóraminok keletkeznek. A ammónia és az ammónium-ion a vízben disszociál: A klóraminok keletkezésének reakcióegyenletei: Monokklóramin keletkezése: Diklóramin keletkezése: Triklóramin keletkezése:

Fertőtlenítés klórral IV. – Törésponti klórozás

Fertőtlenítés klórral V. – THM vegyületek THM vegyületek: bizonyos típusú szerves anyagok és a klór reakciójából keletkeznek (pl. kloroform, bromoform, stb..) A THM-vegyületek rák keltőek Csökkentésük érdekében fő cél:szabad aktív klórszint minimalizálása és a kötött klór szint mérséklése

Fertőtlenítés klórral VI.

Egyéb gyakoribb vízkezelési eljárások Vízlágyítás Ioncsere Nitrát-mentesítés Arzén-mentesítés Kémiai kicsapatás Fordított ozmózis

Felhasznált irodalom Dr. Chovanecz Tibor: Az ipari víz előkészítése. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979. Dr. Benedek Pál, Valló Sándor: Víztisztítás- szennyvíztisztítás zsebkönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1990. Dr. Öllős Géza: Vízellátás - Csatornázás I. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1995. Bozóky-Szeszich-Kovács-Illés: Vízellátás és Csatornázás tervezési segédlet. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999. Illés-Kelemen-Öllős: Ipari Vízgazdálkodás. Vízdok nyomda, Budapest, 1983.

Köszönöm a figyelmet!