Ipari eredetű szennyvizek tisztításának újabb módszerei Tungler Antal MTA Izotópkutató Intézet Tudomány Napja 2010

Az előadás témakörei A szennyezett vizek eredete és jellemzőik Az oxidációs módszerek és alkalmazási lehetőségeik Gyakorlatban megvalósított technológiák Fejlesztési irányok Saját kutatások

A világ vízellátottsága

A lakosság vízzel való ellátottsága

Szerves szennyezők emissziója

A vízellátottság várható változása

A víz tisztításának módszerei

Szennyvizek tisztítási eljárásai Kezelés Fizikai, fizikai-kémiai Biológiai Kémiai Szennyezők típusai Tipikus ipari szennyvíz, szerves, kevés szervetlen anyag, fémek Ipari és háztartási szennyvíz, kis koncentrációjú szerves, kevés szervetlen anyag Tipikus ipari szennyvíz, szerves, szervetlen vegyületek, fémek Módszerek Szűrés, adszorpció, levegős flotálás, desztilláció, extrakció, flokkuláció, ülepítés Anaerob, aerob, eleveniszapos Termikus oxidáció, azaz égetés, kémiai oxidáció, ioncsere, kémiai lecsapás Előnyök Kis befektetési költség, biztonságos, könnyű működtetés Kis fenntartási költség, biztonságos, oldott szennyezők eltávolítása, könnyű működtetés Nagy hatékonyságú kezelés, nincs másodlagos hulladék, oldott anyagok eltávolítása, Hátrányok Illékony emisszió, nagy energia költségek, bonyolult karbantartás Illékony emisszió, szennyvíziszap elhelyezés, érzékeny a toxinokra Nagy beruházási és működési költségek, bonyolult működtetés

A kémiai kezelés olyan szennyvizekre korlátozódik, amelyben egyes szennyező komponensek túl lassan bonthatók a hagyományos szennyvíztisztító telepeken, vagy más anyagok biokémiai bontását akadályozzák. A kémiai bontási folyamatok közül az alábbiak jöhetnek szóba, növekvő hőmérséklet és nyomás szerint rendezve: Atmoszférikus nedves oxidáció hidrogénperoxiddal, ózonnal vagy levegővel, vas vagy titándioxid katalizátorral (pl. Fenton) Kis nyomású (<20 bar) nedves levegős oxidáció vas/kinon katalizátorral (LOPROX) 3) Nagy nyomású nedves levegős oxidáció (réz-só vagy más katalizátorral) (Zimpro, ATHOS) 4) Termikus oxidáció, azaz égetés.

Az oxidációs módszerek alkalmazhatósági határai

Különleges oxidációs eljárások Szuperkritikus vizes oxidáció W(A)O Nedves oxidációk Égetés AOP SWAO Különleges oxidációs eljárások Szuperkritikus vizes oxidáció 10,000ppm 150,000ppm 500,000ppm A szerves szennyezők koncentrációja (mg KOI / l) A fő oxidáns a hidroxil gyök(•OH) •OH generálási módszerek - Sugárkémiai módszerek - Sonokémiai módszerek - Fotokémiai módszerek - Kémiai módszerek A szennyvizek kezelésére szolgáló kémiai oxidációs módszerek

Szennyvíz oxidációs módszerek Nedves levegős oxidáció WAO 200-350°C 70-230 bar levegő vagy O2 Termikus oxidációs eljárások Katalitikus nedves levegős oxidáció CWAO <200°C <50 bar levegő vagy O2 és katalizátor Szuperkritikus vizes oxidáció SCWO >374°C >221 bar levegő, O2 vagy H2O2 (és katalizátor) Nedves peroxidos oxidáció WPO >100°C >1 bar H2O2 Nedves peroxidos oxidációk Fenton Nedves peroxidos oxidáció FWPO ~25 °C ~1 bar H2O2 + Fe2+ Különleges oxidációs eljárások AOPs OH- gyök intermedier (elektródok, UV fény, elektron, gamma sugárzás, ultrahang impulzusok vagy O3) Speciális oxidációk Kombinált eljárások O3+UV, Biológiai+AOPs Adszorpció aktív szénen + CWAO Kombinált kezelések

Napfénnyel működő katalitikus filmreaktor szennyvíz oxidációra UV iniciált titándioxidos oxidáció Napfénnyel működő katalitikus filmreaktor szennyvíz oxidációra

ZIMPRO eljárás folyamatábrája Több száz üzem épült. Nyomás:80-200 bar Hőmérséklet: 250-300oC ZIMPRO eljárás folyamatábrája Több száz üzem épült.

Eastman Fine Chemicals (Newcastle, Nagybrit.) A KOI értéke 70 és 80 kg m-3, nagy mennyiségű szulfit tartalom. US Filter/Zimpro buborékoszlop reaktort készített, belső titán borítással. A működési hőmérséklet 265°C, A nyomás 110 bar (levegőt használnak) a névleges áramlási sebesség 0.7m3h-1, ami 2.5 h tartózkodási időnek felel meg. Az oxidáció mértéke 97%. Monthey (Svájc) Grenzach (Németo.) 2 buborékoszlop reaktor sorba kötve, mindkettő titánnal bélelt. Átmérő 1 m, a magasság 25 m. Névleges paraméterek: KOI: 110 kg m-3, hőmérséklet: 295°C, nyomás: 160 bar, Áramlási sebesség: 10 m3 h-1, azaz kb. 20 tonna KOI/nap, a tartózkodási idő nagyobb, mint 3 h. Hordozó nélküli réz katalizátort használnak, amit szűréssel választanak el és visszaforgatják. Az ammóniát sztrippelik, a véggázt utóégető reaktorban oxidálják a CO eltávolítására.

Bayer cég által fejlesztett un. LOPROX eljárás Működési paraméterek 120 – 200 °C, 3 – 20 bar, pH 1-2 A Bayer egyik szinezék gyártó telepén valósítottak meg kis nyomású oxidációt 140oC-on erősen savas közegben, a készülék zománcozott, 10,5 m magas és 1,8m átmérőjű.

Katalitikus oxidáció levegővel és hidrogénperoxiddal

SWAO szuperkritikus körülmények között végzett oxidáció, a vízben (374oC és 2.21*107 Pa = 221 bar), mint szuperkritikus állapotú oldószerben. Ilyen körülmények között minden szerves anyag széndioxiddá és vízzé alakul. Szervetlen sók rosszul oldódnak!

Az oxidáció módszere Mágneses keverős autokláv, szabályozott fűtőlap Szabályozott szalagfűtés Hőmérséklet: 250oC (230oC) Össznyomás: 50 bar Feltöltés: O2 Katalizátor alkalmazási lehetőség: Ru-Ir oxid/Ti háló Mintavételi lehetőség reakció közben Reakció előrehaladás követése TOC és KOI méréssel

A szennyvíz minták röntgenfluoreszcenciás (XRF) elemzési eredményei Minta jele Jellemző Elemi összetevők hozzávetőleges koncentrációja ppm Cr Mn Fe Ni Cu Zn Mo V Zr Ag FCSM 1 savas 100 50 FCSM 2 nyomok FCSM 3 iszap híg 1000 370 300 5 200-250 30 3 371 120 2-5 372 20 25 5-10 2 658 20-50 10-30 1-2 459 10-20 20-30 40-60 584 705 iszap 5000-20000 500-5000 1000-10000 2-3 100-150 2-4 585

Oxidáció után bonthatóvá vált szennyvizek példái

Cirkulációs készülék méretnövelés előkészítésére Hőmérséklet 230oC, össznyomás 50 bar

WO nedves oxidáció félüzemi berendezése GEOSAN kft Pétfürdő

Következtetések Az oxidáció megfelelő körülmények között végrehajtható. (250oC, 50 bar, 30-100% KOI csökkentés) A szennyvizek döntő többsége tetszőleges mértékben oxidálható, úgy is, hogy a karbonsav tartalom megmarad. Egyes szennyvizek, amelyek biológiailag nehezen bonthatók, oxidáció után jobban bonthatók lesznek. A katalitikus oxidációt több szennyvíznél kell és érdemes is alkalmazni. A monolit katalizátor műszaki újdonság, találmányi bejelentés készült. A cirkulációs készülék alkalmas volt méretnövelési kísérletekre. A félüzemi készülékben sikeres kísérleteket végeztünk ipari szennyvizek oxidációjára.

Jelenlegi kutatási területek Cél: enyhébb körülmények között végezhető oxidáció -katalitikus reakció monolit katalizátorral -nagy energiájú sugárzással iníciált reakció, LINAC elektrongyorsítóval, Ti ablakon keresztül a reakcióelegybe, víz radiolízise a gyökkeltés kiinduló pontja

Köszönöm a figyelmet!