Ipari eredet szennyvizek tiszttsnak jabb mdszerei Tungler Antal
Ipari eredetű szennyvizek tisztításának újabb módszerei Tungler Antal MTA Izotópkutató Intézet Tudomány Napja 2010
Az előadás témakörei n n n 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, Anaerob, levegős flotálás, eleveniszapos desztilláció, extrakció, flokkuláció, ülepítés 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: 1) Atmoszférikus nedves oxidáció hidrogénperoxiddal, ózonnal vagy levegővel, vas vagy titándioxid katalizátorral (pl. Fenton) 2) 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
W(A)O AOP Nedves oxidációk Különleges oxidációs eljárások 10, 000 ppm Égetés SWAO Szuperkritikus vizes oxidáció 150, 000 ppm 500, 000 ppm 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 O 2 Katalitikus nedves levegős oxidáció CWAO <200°C <50 bar levegő vagy O 2 és katalizátor Termikus oxidációs eljárások Szuperkritikus vizes oxidáció >374°C >221 bar levegő, O 2 vagy SCWO H 2 O 2 (és katalizátor) Nedves peroxidos oxidáció WPO >100°C >1 bar H 2 O 2 Nedves peroxidos oxidációk Fenton Nedves peroxidos oxidáció FWPO ~25 °C ~1 bar H 2 O 2 + Fe 2+ Különleges oxidációs eljárások AOPs OH- gyök intermedier (elektródok, Speciális oxidációk UV fény, elektron, gamma sugárzás, ultrahang impulzusok vagy O 3) Kombinált eljárások O 3+UV, Biológiai+AOPs Adszorpció aktív szénen + CWAO Kombinált kezelések
UV iniciált titándioxidos oxidáció Napfénnyel működő katalitikus filmreaktor szennyvíz oxidációra
Nyomás: 80200 bar Hőmérséklet: 250 -300 o. C 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. 7 m 3 h-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 m 3 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, p. H 1 -2 A Bayer egyik szinezék gyártó telepén valósítottak meg kis nyomású oxidációt 140 o. C-on erősen savas közegben, a készülék zománcozott, 10, 5 m magas és 1, 8 m átmérőjű.
Katalitikus oxidáció levegővel és hidrogénperoxiddal
n n SWAO szuperkritikus körülmények között végzett oxidáció, a vízben (374 o. C 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: 250 o. C (230 o. C) Össznyomás: 50 bar Feltöltés: O 2 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 Jellemző Elemi összetevők hozzávetőleges koncentrációja ppm Cr Mn Fe Ni Cu Zn Mo V Zr jele FCSM 1 savas 100 50 50 FCSM 2 nyomok FCSM 3 iszap híg 1000 100 370 300 5 200 -250 30 3 5 371 100 120 2 -5 372 20 25 3 5 -10 2 658 20 -50 10 -30 1 -2 5 -10 459 10 -20 20 -30 40 -60 10 -30 1 -2 5 -10 584 10 -20 705 iszap 5 -10 20 -30 500050010002 -3 10020000 5000 10000 150 585 iszap 5 -10 20 -30 500050010005 10020000 5000 10000 150 Ag 2 -4 1 -2
Oxidáció után bonthatóvá vált szennyvizek példái
Cirkulációs készülék méretnövelés előkészítésére Hőmérséklet 230 o. C, össznyomás 50 bar
WO nedves oxidáció félüzemi berendezése GEOSAN kft Pétfürdő
Következtetések n n n Az oxidáció megfelelő körülmények között végrehajtható. (250 o. C, 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 n n n 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!
- Slides: 32