ARZÉN

1. ARZÉN

2. 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

3. Étel: 60-80 μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 20 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 10 μg/L a maximálisan megengedhető arzén koncentráció ivóvízben

4. Magyarországon... Étel: 20-30 μg arzén/nap 100 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 70 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 30 μg/L maximális koncentráció az ivóvízben megengedhető lenne

5. Arzén Határérték: • Magyar: 50 μg/L • EU: 10 μg/L Előfordulás: oldott állapotú anyagjelenik 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 függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

8. As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében 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 vegyületekkelegyütt 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 FeAsO4képződése • 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 hatékonyságának összehasonlítása Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (M) Forrás: Edwards (1994)

17. Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (M) Forrás: Edwards (1994) 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-nak jelentős hatása van az As eltávolításra pH hatása 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)3és Bopac koagulánsok)

24. pH hatása 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 mgCl2/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 hatékonyságának összehasonlítása Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl3) Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (M) Forrás: Edwards (1994) 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. Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra A szükséges fém/arzén mólarány 10 µg/L-es arzénkoncentráció eléréséhez (~ 220 µg/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) flokk. Cl2 Fe(III)- Cl2 gázmentesítés Up-flow rendszerű szűrő mélységi szűrés

40. Vízlágyítás Ca(OH)2 adagolásával 2HCO3- + Ca(OH)2 Ca2+ + 2CO32- + 2H2O 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 Vízlágyítás és pH szabályozás Ca(OH)2 Cl2 Fe(III)- KMnO4 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)