ARZÉN.

Az előadások a következő témára: "ARZÉN."— Előadás másolata:

1 ARZÉN

2 A határérték meghatározása: Maximálisan megengedhető arzén bevitel:
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 Sokszor a kommunikációs nehézségek vagy a nem megfelelő kommunikáció miatt nem tudunk azokról az kutatási eredményekről melyek megkönnyíthetnék munkánkat vagy akár életünket. Ezt elkerülendő

3 koncentráció ivóvízben
Étel: μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 20 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve Sokszor a kommunikációs nehézségek vagy a nem megfelelő kommunikáció miatt nem tudunk azokról az kutatási eredményekről melyek megkönnyíthetnék munkánkat vagy akár életünket. Ezt elkerülendő 10 μg/L a maximálisan megengedhető arzén koncentráció ivóvízben

4 koncentráció az ivóvízben
Magyarországon... Étel: μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 70 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve Sokszor a kommunikációs nehézségek vagy a nem megfelelő kommunikáció miatt nem tudunk azokról az kutatási eredményekről melyek megkönnyíthetnék munkánkat vagy akár életünket. Ezt elkerülendő 30 μg/L maximális koncentráció az ivóvízben megengedhető lenne

5 Arzén Határérték: Magyar: 50 μg/L EU: 10 μ g/L Előfordulás: oldott állapotú anyag jelenik meg felszínalatti vizeinkben A vizekben az arzén főként a redukált állapotú As(III), vagy az oxidált állapotú As(V) formájában jelenik meg

6 Arzén – Magyarországi helyzet
Forrás: ÁNTSZ (2000)

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

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

9 Az arzén eredete Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban
jelenik meg Az arzén felszín alatti vizeinkben gyakran 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

10 Az arzén eltávolítására szolgáló technológiák

11 Alkalmazott technológia Arzén-eltávolító mechanizmus
Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárás speciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiák nyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás (előtte koaguláció) vagy: oldott As eltávolítása (RO, nanoszűrés)

12 Alkalmazott technológia Arzén-eltávolító mechanizmus
Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárás speciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiák nyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás (előtte koaguláció) vagy: oldott As eltávolítása (RO, nanoszűrés)

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

14 Oxidáció: Klór Kálium-permanganát Ózon Levegő oxigénje – nem elég erős

15 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 AlAsO4 illetve FeAsO4 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

16 Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés
Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) 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

17 Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés
Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) 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

18 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb szennyezők (pl. foszfát, szilikát)

19 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb anionok (pl. foszfát)

20 Az oxidáltsági fok szerepe
As(V) eltávolítása FeCl3, Al2(SO4)3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 µg/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat)

21 Az oxidáltsági fok szerepe
Az alumínium tartalmú koagulálószer nem alkalmas az As(III) kicsapatására, míg a vas-koaguláns bizonyos mértékben képes erre (azonban As(V)-t a vas-klorid lényegesen haté- konyabban csap ki) As(III) eltávolítása FeCl3, Al2(SO4)3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 µg/L kezdeti arzénkoncentrációról (csepeli nyersvízből készített modell oldat)

22 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb anionok (pl. foszfát)

23 pH hatása pH-nak jelentős hatása van az As eltávolításra
Eltávolított As (%) FeCl3, ~ 200 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,017 mmol Fe3+/L Al2(SO4)3, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,131 mmol Fe3+/L Bopac, ~ 300 µg/L kezdeti As(V) koncentráció 0,136 mmol Fe3+/L Arzenát eltávolítása a pH függvényében (budapesti csapvízből készített modell oldat, FeCl3, Al2(SO4)3 és Bopac koagulánsok)

24 pH hatása Eltávolítási hatásfok (%)
Arzenát eltávolítása a pH függvényében (budapesti csapvízből készített modell oldat, FeCl3 koaguláns, 206 μg/L kezdeti As koncentráció, 0,012 mg Fe3+/L koaguláns dózis) Eltávolítási hatásfok (%) pH

25 pH hatása A koaguláns dózis növelésével a pH hatása csökken 
a magyarországi vizek esetén általában a pH szabályozás nem gazdaságos megoldás a nagy pufferkapacitás miatt. Helyette a koaguláns dózis növelése a megoldás a magasabb pH-val rendelkező nyersvizek esetén. Oldott As (μg/L) pH hatása az arzéneltávolításra alumínium-szulfát koagulálószer alkalmazása esetén (előoxidáció 1,35 mg Cl2/L hypóval, 70 μg/L kezdeti arzénkoncentráció)

26 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb anionok (pl. foszfát)

27 Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés
Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) 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 A vas, illetve alumínium-koaguláns hatékonysága közel azonos

28 Az alkalmazott koaguláns típusa
Ezen eredmények azt mutatják, hogy a vas-klorid lényegesen hatékonyabb koagulálószer mint az alumínium-szulfát As(V) eltávolítása FeCl3, Al2(SO4)3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 µg/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat)

29 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb anionok (pl. foszfát)

30 Koaguláns dózis: A 10 μg/L-es koncentráció eléréséhez 40-szeres Fe/As arány szükséges (mg/L értékeket figyelembe véve) (Ráczné és Degré, 1998; kísérletek Gyöngyfán) EZZEL SZEMBEN: a 10 µg/L-es arzénkoncentráció eléréséhez szükséges koaguláns dózist alapvetően a nyersvíz minősége határozza meg!!!

31 Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra
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 µg/L)

32 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 µg/L)

33 Szükséges fém/arzén mólarány
Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra Szükséges Me mmol/L Szükséges fém/arzén mólarány KOI ~ 1 mg/L KOI ~ 13 mg/L Vas-klorid 0,02 0,25 6,8 85,1 Alumínium-szulfát 0,13 0,8 44,3 272,5 A szükséges fém/arzén mólarány 10 µg/L-es arzénkoncentráció eléréséhez (~ 220 µ g/L kezdeti arzén koncentráció esetén) alacsony (KOI = ~ 1 mg/L) és magas (KOI ~ 13 mg/L) szervesanyag tartalmú vizek esetén

34 Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők
arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns koaguláns dózis egyéb anionok (pl. foszfát)

35 Foszfát koncentráció hatása
A foszfát ionok szintén csökkentik az arzéneltávolításra rendelkezésre álló koaguláns mennyiségét Különbőző kezdeti foszfátkoncentrációk (0,08 – 0,6 mg PO4-P/L) Azonos kezdeti arzénkoncentrációk (58 μg/L) Megegyező koaguláns dózisok (vas-klorid: 1,46 mg Fe3+/L)

36 Foszfát koncentráció hatása
Három különböző kezdeti foszfátkoncentráció (0,38; 0,27; 0,17 mg PO4-P/L) Azonos kezdeti arzénkoncentrációk (58 μg/L) Növekvő koaguláns dózisok (vas-klorid: 0 – 5,7 mg Fe3+/L)

37 Következtetések az adagolandó koaguláns mennyiségére vonatkozóan
A nyersvíz bizonyos paraméterei, úgymint: szervesanyag tartalom foszfát tartalom szilikát koncentráció rendkívüli mértékben befolyásolják az adagolandó vas, illetve alumínium só 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 Előkísérletek fontossága a szükséges fémsó : arzén arány meghatározására minden egyes vízbázis esetén

38 Technológiai sorok kialakítása

39 VITUKI – VÍZGÉPTERV által kidolgozott technológia (Kiss & Kelemen, 1985)
Cl2 Fe(III)- flokk. Cl2 gázmentesítés Up-flow rendszerű szűrő mélységi szűrés

40 2HCO3- + Ca(OH)2 Ca2+ + 2CO32- + 2H2O 2Ca2+ + 2CO32- 2CaCO3
Vízlágyítás Ca(OH)2 adagolásával 2HCO3- + Ca(OH)2 Ca2+ + 2CO H2O 2Ca2+ + 2CO32- 2CaCO3 Mg2+ + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + Ca2+

41 Vízlágyítás Na2CO3 adagolásával
2Ca2+ + Na2CO3 CaCO3 + Na+

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

43 vízlágyítás Na2CO3 vagy Ca(OH)2 Cl2 Fe(III)- Cl2 gázmentesítés

44 Cl2 Fe(III)- Ca(OH)2 KMnO4 Cl2 Vízlágyítás és pH szabályozás
gázmentesítés bedolgozott szűrőréteg (mangántalanítás)

45 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

46 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

47 Alkalmazott technológia Arzén-eltávolító mechanizmus
Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárás speciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiák nyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás (előtte koaguláció) vagy: oldott As eltávolítása (RO, nanoszűrés)