ARZÉN

50 μg/L  10 μg/L A határérték meghatározása: Maximálisan megengedhető arzén bevitel: 2 μg arzén/kg/nap Átlagos 70 kg-os testtömeget feltételezve  140 μg arzén/nap Biztonsági tényezők figyelembe vétele: 100 μg arzén/nap

100 μg arzén/nap Étel: μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 20 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 10 μg/L a maximálisan megengedhető arzén koncentráció ivóvízben

100 μg arzén/nap Étel: μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 70 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 30 μg/L maximális koncentráció az ivóvízben megengedhető lenne Magyarországon...

Arzén Határérték: Régi magyar szabvány szerint:50 μg/L EU, új (2001 óta) magyar szabvány szerint:10 μ g/L Előfordulás: anionos formában, tehát oldott állapotú anyag jelenik meg felszínalatti vizeinkben pH < 8,0 - H 3 AsO 3 As(III) pH < 6,0 - H 2 AsO 4 - pH > 6,0 - HAsO 4 2-

Az arzén eredete Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban jelenik meg Az arzén felszín alatti vizeinkben vas és mangán vegyületekkel együtt fordul elő Adott körülmények között (például az ásványokban jelen lévő kén átalakulása miatt, a fémek és az arzén oldott állapotba kerülhetnek) Reduktív viszonyok között a vas, a mangán és az arzén oldott állapotú vegyületei stabilizálódnak

Az arzén egészségügyi hatásai Rákkeltő (pl. „feketeláb betegség”)

Az arzén eltávolítására szolgáló technológiák

Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció

Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció

Arzén eltávolítása koagulációval + szil/foly fázissztétválasztással Lépései: Oxidáció Koaguláció (szilárd formává történő átalakítás) Szilárd/folyadék fázisszétválasztás (ülepítés, szűrés)

Oxidáció: Klór Kálium-permanganát Ózon (szervesanyag jelenléte befolyásolja a hatékonyságot) Levegő oxigénje – nem elég erős

Arzén eltávolítása koagulációval + szil/foly fázissztétválasztással A szilárd formává való alakulás a következő lépések szerint történik (a vas- illetve alumínium sókkal végzett koaguláció során): precipitáció (kicsapatás): oldhatatlan AlAsO 4 illetve FeAsO 4 képződése koprecipitáció: az arzén beépülése az alumínium- illetve vas-hidroxid pelyhekbe adszorpció: az arzenát [As(V)] vegyületek adszorpciója a vas- illetve alumínium-hidroxid pelyhek felületén

Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása

Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása adszorpció+koprecipitáció+(precipitáció) adszorpció

koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

As(III) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (csepeli nyersvízből készített modell oldat) Az oxidáltsági fok szerepe

Eredmények A vas-klorid tehát bizonyos mértékben elő-oxidáció nélkül is csökkenti az arzénkoncentrációt, azonban a 10  g/L körüli alatti arzénkoncentráció eléréséhez előzetesen oxidálószer adagolása feltétlenül szükséges. Az alumínium-szulfát és Bopac koagulálószerek nem bizonyultak alkalmasnak az As(III) koncentráció csökkentésére. Az oxidáltsági fok szerepe

pH szerepe pH hatása az arzéneltávolításra alumínium-szulfát koagulálószer alkalmazása esetén (hajdúbagosi nyersvíz (2. sz. kút, üzemen kívűl); előoxidáció 1,35 mg Cl 2 /L hypóval, 70 ug/L kezdeti arzénkoncentráció)

pH szerepe A pH hatása egyértelmű (alacsonyabb pH értéken hatékonyabb arzén eltávolítás), azonban a koagulálószer dózisok növelésével (ami természetesen maga után vonja a maradék arzénkoncentráció csökkenését) a pH-tól való függés hatása egyre kisebb Figyelembe véve a magyarországi vizek magas pufferkapacitását, a pH szabályozás feltehetően nem gazdaságos megoldás

koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 15 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

Más kutatási eredmények: Az alkalmazott koaguláns szerepe: pH  7,0 esetén az alumínium- és vas koaguláns hatékonysága közel azonos (ha az adagolt mólok számát tekintjük), azonban magasabb pH értékeken vas-koaguláns adagolása célravezetőbb (Magyarországon a hálózatba bocsátott víz pH-ja > 7)

Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása

Más kutatási eredmények: Az alkalmazott koaguláns szerepe: pH  7,0 esetén az alumínium- és vas koaguláns hatékonysága közel azonos (ha az adagolt mólok számát tekintjük), azonban magasabb pH értékeken vas-koaguláns adagolása célravezetőbb (Magyarországon a hálózatba bocsátott víz pH-ja > 7) Következtetés: minden nyersvíztípus egyedi vizsgálatot igényel!!!

koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

Koaguláns dózis: A 10 μg/L-es koncentráció eléréséhez 40-szeres Fe/As arány szükséges (mg/L értékeket figyelembe véve) (El-Bahadli, 2000) Saját kísérleti eredmények: a nyersvízminőség nagyon jelentős mértékben befolyásolja az adagolandó koagulálószer mennyiségét! Az arzén koncentráció mértéke az egyéb – vízben jelen lévő – anyagokhoz képest csekély, így az adagolandó koagulálószer mennyiségét alapvetően nem a víz arzéntartalma, hanem a víz egyéb paraméterei határozzák meg Egy példa: szervesanyagtartalom hatása...

Arzenát eltávolítása vas-klorid koagulálószerrel csepeli nyersvízből (KOI = 1 mg/L) és hortobágy-szásztelki nyersvízből (KOI = 12,7 mg/L) készített modell oldatokból (arzén koncentráció ~ 200 ug/L) Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra

Arzenát eltávolítása alumínium-szulfát koagulálószerrel csepeli Nyersvízből (KOI = 1 mg/L) és hortobágy-szásztelki nyersvízből (KOI = 13,7 mg/L) készített modell oldatokból (arzén koncentráció ~ 220 ug/L) Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra

Szükséges Me mmol/LSzükséges fém/arzén mólarány KOI ~ 1KOI ~ 13KOI ~ 1KOI ~ 13 Vas-klorid0,020,256,885,1 Alumínium- szulfát 0,130,844,3272,5 Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra A szükséges fém/arzén mólarány 10 ug/L-es arzénkoncentráció Eléréséhez (~ 220 ug/L kezdeti arzén koncentráció esetén) alacsony (KOI = ~ 1 mg/L) és magas (KOI ~ 13 mg/L) szervesanyag tartalmú vizek esetén

Technológiai sorok kialakítása

Cl 2 Fe(III)- flokk. Cl 2 gázmentesítés VITUKI – VÍZGÉPTERV által kidolgozott technológia (Kiss & Kelemen, 1985) Up-flow rendszerű szűrő mélységi szűrés

2HCO Ca(OH) 2 Ca CO H 2 O 2Ca CO CaCO 3 Mg 2+ + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + Ca 2+ Vízlágyítás Ca(OH) 2 adagolásával

Vízlágyítás Na 2 CO 3 adagolásával 2Ca 2+ + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na +

Az arzén eltávolítása meszes vízlágyítás során: Adszorpció a keletkezett csapadék felületén Koprecipitáció: Mg(OH) 2 - ba történő beépülés

Cl 2 Fe(III)- Na 2 CO 3 vagy Ca(OH) 2 Cl 2 gázmentesítés vízlágyítás

Cl 2 Fe(III)- Ca(OH) 2 Cl 2 KMnO 4 gázmentesítés Vízlágyítás és pH szabályozás bedolgozott szűrőréteg (mangántalanítás)

vegyszerbekeverők puffer tartály flotálóutószűrő utó- fertőtlenítés nyers víz oxidálószer koagulálószer flokkulálószer fertőtlenítőszer ARZÉNMENTESÍTÉSI TECHNOLÓGIA VÁZLATA

Iszapkezelés lépései (Szeghalmi vízmű) : Ülepítő medence az ülepítés polielektrolit adagolásával történhet, amely az ülepedést gyorsítja Iszap átemelése a kondicionáló tartályba zeolit por adagolásával egyidejűleg Gépi víztelenítés (szűrőprés) A besűrített anyag konténerbe ürítése iszapkihordó csigával II. osztályú veszélyes hulladék; az elhelyezés feltétele min. 40 % szárazanyagtartalom  veszélyes hulladék lerakó

Iszapkezelés lépései (Dél-Bács-Kiskun megyei vízmű) : Ülepítő medence (10-15 óra tartózkodási idő) a felső fázis a települési csapadékcsatorna hálózatba kerül vagy visszavezetik a víztisztítási folyamat elejére Az iszap szárazanyag tartalma ülepítés után: 4-5 % Kaviccsal töltött (1-2 mm átmérőjű) drénezett szikkasztóágy tartózkodási idő: néhány nap Szikkasztás után a szárazanyag tartalom: 20 % Az iszapelhelyezés történhet betonba bedolgozással (?) vagy az aszódi veszélyes hulladék lerakóban

Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció