Környezettechnika 4. témacsoport

1. Környezettechnika4. témacsoport Tankönyv I. http://tp1957.atw.hu/kt04.ppt 1.10.4 fejezet 87-89. o. 1.11 fejezet 89-129. o. 1.12 fejezet 129-135. o. 13. C

2. Tartalom Membránszűrés – fordított ozmózis Semlegesítés, pH-beállítás Redukció, oxidáció Hidrolízis Derítés Termikus eljárások – égetés – hőbontás, pirolízis Kicsapatás Ioncsere

3. 1.10.4 Membránszűrés oldat vagy kolloid oldat kezelése vékony, kis pórusméretű hártyákon. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? az összetevő elválasztása, töményítése. az összetevő lehet értékes vagy szennyező, ártalmas. hártyán való átnyomás. ultraszűrés (10–2…10–6 mm, M = 300…2000000, p = 1…15 bar) fordított ozmózis (10–6…10–7 mm, p = 15…100 bar) alkalmazásával.Ld. következő oldalak. Pl. víz oldott anyagainak eltávolítására,oldott anyag mentes víz előállítására.

4. 1.10.4.1 Az ozmózis jelensége (ismétlés) hígabb oldat töményebb oldat Δh h1 h2 féligáteresztő hártya kiegyenlítődés indul meg hígul töményedik csökken a szint emelkedik a szint a hidrosztatikai nyomások p2 = h2·2·g p1 = h1·1·g Sejthártyák, bőr, stb. Az ozmózisnyomás:  = c·R·T

5. 1.10.4.1 A fordított ozmózis (RO) Az ozmózis jelensége, a fordított ozmózis elve A membrán cellulóz-acetátból vagy poliamidból készülhet, érzékeny mechanikai és biológiai lerakódásokra, vegyszerek-re, ezért a víz előkezelést igényel.Esetenként a kapott víz sem felel meg a kívánt célnak, emiatt utókezelés lehet szükséges. Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)

6. 1.10.4.1 fordított ozmózis víz áramlás membrán permeátum (P) Egyszerű, kis felületű membránkészülék elvi felépítése nyersvíz (N) koncentrátum (K) visszatartott részecskék Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről) Teljes anyagmérleg:N = P + K Részleges anyagmérleg:N·c(N) = P·c(P) + K·c(K)

7. 1.10.4.1 fordított ozmózis Tekercselt, nagy felületű membránkészülék elvi felépítése Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)

8. 1.10.4.1 Fordított ozmózis – számolási feladat Egy „RO”-víz készítő üzem 36bar nyomással dolgozik. Az óránkénti termelés 600 ℓ.Az előtisztított (szűrt) víz kiindulási koncentrációja 0,025 mol/dm3, a permeátumé 0,001 mol/dm3, a koncentrátumé 0,125 mol/dm3. Az üzem napi 8 órában működik. a) Hány m3 a napi „RO”-víz termelés? b) Hány kWh a napi energia fogyasztás?W = p·V c) Hány W a teljesítmény-szükséglet? d) Hány m3/h a vízfogyasztás?N·0,025 = 0,6·0,001 + (N–0,6)·0,125 e) Hány m3/h a koncentrátum térfogatárama? f) Hány m3/(m2·h) a felületi terhelés? 4,8m3 W = 3,6·106 Pa·4,8 m3 = 17280000 J = 4,8kWh 600W 0,744m3/h 0,144 m3/h

9. 1.11.1 Semlegesítés, pH-beállítás savas vagy lúgos oldat pH-jának 7-re, illetve a szükséges értékre állítása. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? a szükséges körülmény (pH) megteremtése. a savas – lúgos kémhatás a környezetre ártalmas, egyes folyamatok megfelelő pH-tartományt igényelnek. megfelelő mennyiségű savas vagy lúgos anyaggal való összekeverés. semlegesítő, illetve pH-beállító szerek (pl. savak, lúgok) használatával, megfelelő berendezésben.Ld. következő oldalak. Pl. ipari savas – lúgos szennyvíz kezelése, pH beállítás csapadék képzéshez.

10. 1.11.1 Semlegesítés, pH-beállítás Ca(OH)2 víz Semlegesítő: savas szenny-vizek semlegesítése

11. 1.11.1. Semlegesítés – számolási feladat Egy semlegesítő berendezésbe óránként 3,6 m3 pH = 2,6 szennyvíz folyik be.A szennyezés erős savtól származik. A semlegesítést 50 g/dm3-es CaO tartalmú mésztejjel végzik. Az üzem napi 8 órában működik. A CaO-hoz képest 2,5-szeres mennyiségű szárított mésziszap képződik. a) Hány g CaO kell 1 m3 szennyvízhez? b) Hánydm3 az óránkénti mésztej fogyasztás? c) Hány kg a napi CaO szükséglet? d) Hány m3/nap a kezelt szennyvíz? e) Hány kg a heti szárított mésziszap mennyiség? CaO + 2 H3O+→ Ca2+ + 3 H2O c(H3O+) = 10-2,6 mol/dm3n(H3O+) = 2,51 mol 70,3g 5,06dm3 2,02 kg 28,8m3/nap 35,4 kg

12. 1.11.1. Semlegesítés – számolási feladat Egy semlegesítő berendezésbe óránként 1,8 m3 pH = 10,6 szennyvíz folyik be.A szennyezés erős lúgtól származik. A semlegesítést 49 g/dm3-es H2SO4 tartalmú kénsav oldattal végzik. Az üzem napi 8 órában működik. A H2SO4-hoz képest 1,5-szeres mennyiségű szárított gipsziszap képződik. a) Hány g H2SO4 kell 1 m3 szennyvízhez? b) Hánydm3 az óránkénti kénsav oldat fogyasztás? c) Hány kg a napi H2SO4 szükséglet? d) Hány m3/nap a kezelt szennyvíz? e) Hány kg a heti szárított gipsziszap mennyiség? H2SO4 + 2 OH–→ SO42– + 2 H2O c(H3O+) = 10-10,6 mol/dm3 = 2,51·10-11mol/dm3n(OH–) = 0,716 mol c(OH–) = 3,98·10-4mol/dm3 19,5g 0,716dm3 0,281 kg 14,4m3/nap 2,95 kg

13. 1.11.3.2 Redukció vegyületek olyan reakciója, amelynek során az anyag redukálódik. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? az összetevő átalakítása. Az egyik, hogy mérgező anyagokból kevésbé mérgező vagy ártalmatlan vegyületekhez jussunk (pl. NOx → N2, Cr+6 →Cr3+).A másik, hogy a nem kívánatos anyagot (pl. oxigén a kazántápvízben) eltávolítsuk. Redukálószerekkel (H2, CO, SO2, N2H4) való reakcióval. kevert reaktor, medence, égő (láng vagy katalitikus).Ld. következő oldalak. Pl. a nitrogén-oxidok, króm(VI)-vegyületek, oldott oxigén.

14. 1.11.3.2 Redukció Néhány példa NO redukciója: 2 NO + 4 H2→ N2 + 2 H2O 6 NO + 4 NH3→ 5 N2 + 6 H2O * 2 NO + 2 CO → CO2 + N2 * Oxigén-mentesítés: O2 + N2H4→ N2 + 2 H2O Króm(VI) redukció: 2 Cr+6 + 3 SO2 + 18 H2O → 2 Cr3+ + 3 SO42– + 12 H3O+

15. 1.11.3.2 Redukció katalizátor katalitikus reaktor NH3 NOx H2O tisztítan- dó gáz NOx tisztított gáz N2 NH3 NOx NOx H2O ammónia és levegő elegye ammónia gőz ammónia tartály meleg levegő levegő ventilátor

16. 1.11.3.1 Oxidáció vegyületek olyan reakciója, amelynek során az anyag oxidálódik. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? az összetevő átalakítása. Az egyik, hogy mérgező anyagokból kevésbé mérgező vagy ártalmatlan vegyületekhez jussunk (pl. CN–).A másik, hogy a további átalakításra alkalmas anyagot nyerjünk (pl. Fe2+), esetleg kórokozókat pusztítsunk (pl. klór, ózon a fertőtlenítésben). O2-nel, ózonnal (O3), klórral való reakcióval. kevert reaktor, medence.Ld. következő oldalak. Pl. a cianidok, szén-monoxid, szénhidrogének.

17. 1.11.3.1 Oxidáció

18. 1.11.3.1 Oxidáció

19. 1.11.3.1 Oxidáció

20. 1.11.3.1 Oxidáció Barótfi István: Környezettechnika (internet)

21. klóradagoló szabályozó szivattyú mintavevő szűrő érzékelő klórpalack fertőtle-nített víz nyersvíz klórosvíz bevezetés 1.11.3.1 Oxidáció

22. 1.11.3.1 Oxidáció – számolási feladat Egy ivóvíz fertőtlenítő medencében a vizet klórgázzal fertőtlenítik. A termelés Q = 20 m3/h.A víz fertőtleníté-séhez 15 mg/dm3 klór használódik el. A fertőtlenített víz maradék klór koncentrációja B = 2 mg/dm3. Az üzem folyamatos munkarendben működik. Tartózkodási idő a medencében t = 30 perc. Vízmélység h = 1 m. a) Hány m3 a napi ivóvíz termelés? b) Hány kg a napi klór szükséglet? c) Mennyi időre elég a palack 11 kg-ja? d) Hány m3-es legyen a medence? e) Mekkora legyen a medence felülete? f) Mennyi a medence felületi terhelése? 480m3 8,16kg kb. 32 óra 10m3 10 m2 2 m3/(m2·h)

23. 1.11.2 Hidrolízis vegyületek olyan reakciója, amelynek során víz hatására legalább két új vegyület keletkezik. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? az összetevő átalakítása. Az egyik, hogy mérgező anyagokból kevésbé mérgező vagy ártalmatlan vegyületekhez jussunk.A másik, hogy vízzel hevesen, esetleg robbanás-szerűen reagáló anyagok reakcióját ellenőrzött körül-mények között végezzük. vízzel, esetleg savval vagy lúggal való reakcióval. kevert reaktorban. Pl. a cianidok, cianátok, halogenidek, fém-alkoholátok, karbidok, hidridek, alkálifémek, szulfidok eredménye-sen kezelhetők.

24. 1.11.2 Hidrolízis Néhány példa Vas(III)-ionok hidrolízise: Fe3+ + 6 H2O Fe(OH)3 + 3 H3O+ Klórgáz reakciója vízzel: Cℓ2 + 2 H2O  HCℓ + HOCℓ Észterek hidrolízise (lúggal elszappanosítás): R-COOR’ + H2O  R-COOH + R’-OH R-COOR’ + NaOH → R-COONa + R’-OH szappan Keményítő vagy cellulóz hidrolízise: (C6H10O5)n + n H2O  n C6H12O6 derítés fertőtlenítés biodiesel gyártás szappangyártás bioetanol gyártás

25. 1.11.5 Derítés vegyszerrel elősegített tisztítás, segédművelet-ként ülepítés vagy szűrés szükséges. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? A nem ülepedő lebegő anyagok eltávolítása. Azért, hogy kristálytiszta legyen a (ivó- vagy ipari) víz. A kolloiddal ellentétes töltésű csapadékot adunk a vízhez, vagy állítunk elő benne. Hidrolizáló fémsók (Al, Fe) vagy szerves elektrolit. Berendezés: derítő (ld. következő oldalak) Részfolyamatok: bekeverés, pelyhesítés, ülepítés pl. ivó- vagy ipari víz. Hol találkoztunk már derítéssel (labor)? Mire használják az élelmiszeriparban?

26. 1.11.5 Derítés Derített víz Iszap Derítő medence

27. 1.11.5 Derítés Derítő medence

28. 1.11.4 Termikus eljárások Fogalma: hőhatást, melegítést alkalmazó eljárások összefoglaló neve. Két fő típusa van (az előzőekben megismert szárításon kívül) Égetés – oxigén, levegő jelenlétében, – égési folyamatok, hőfejlődés – termékei: légnemű (füstgáz), szilárd (hamu, salak). Hőbontás, pirolízis – oxigén, levegő jelenléte nélkül, – bomlási folyamatok, hőelnyelés – termékei: légnemű (pirogáz), folyékony (olaj vagy kátrányszerű), szilárd (koksz vagy salak jellegű).

29. 1.11.4.1 Égetés oxigén, levegő jelenlétében végrehajtott termikus eljárás. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? (1) az éghető anyag hőjének kinyerése,(2) veszélyes anyag (hulladék) ártalmatlanítása. (1) energia-termelés, ill. (2) környezetvédelem. Az anyagot megfelelő hőmérsékletre előmelegítik, levegő jelenlétében meggyújtják, elégetik. égető berendezések, kemencék (ld. következő oldalak) pl. kommunális és veszélyes hulladék.

30. 1.11.4.1 Égetés Égető berendezések Rostélyos: a kiégett anyag (hamu, salak átesik rajta) – sík – ferde – lépcsős – mozgó – forgó (henger) Rostély nélküli – forgódobos kemence – fluidizációs kemence

31. 1.11.4.1 Égetés Forgódobos kemence 1. adagológarat szilárd anyag számára; 2. hidraulikus adagolómű; 3. csigás adagoló iszapok számára; 4. a kemence fejrésze; 5. kifalazott forgódobos kemence; 6. utóégető tér; 7. folyékony hulladék égetése; 8. nedves rendszerű salakkihordó; 9. hajtómű

32. 1.11.4.1 Égetés A forgódobos kemence hőmérsékleti szakaszai

33. 1.11.4.1 Égetés Forgó (henger)rostélyos kemence

34. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés olyan folyamat, amely során egy összetevőből rosszul oldódó anyagot (csapadékot) képezünk. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? (1) az összetevő elválasztása, kinyerése,(2) veszélyes anyag ártalmatlanítása. zavaró összetevő, ill. környezetvédelem. Az anyagot megfelelő vegyszer oldatával reagáltat-ják, a csapadékot ülepítik v. szűrik. Kevert reaktor (ld. következő oldalak) pl. ivóvíz, ipari víz – lágyítás; szennyvíz – foszfát, nehézfémek eltávolítása.

35. 1.11.6 Vízkeménység, lágyítás Fogalma: a víznek az a tulajdonsága, hogy – nem habzik benne a szappan, – lassabban fő meg benne a rizs, a bab, stb. Oka: a vízben oldott Ca2+ és Mg2+ ionok. Fajtái: – karbonát keménység, Kk (régi nevén változó keménység, Vk), – nemkarbonátkeménység, Nkk (régi nevén állandó keménység, Ák). Összes keménység =karbonát keménység + nemkarbonátkeménység Mértékegységei: mmol/dm3, mg CaO/dm3, német keménységi fok (nkº). 1 nkº = 10 mg CaO/dm3-rel egyenértékű Ca2+ és Mg2+ ion. M(CaO) = 56 g/mol 1 mmol/dm3 = 56 mg CaO/dm3

36. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés 13. H A meszes vízlágyítás folyamatai A karbonát-keménység lágyítása: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + MgCO3 + 2H2O A magnézium-keménység lágyítása: MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 A szabad (agresszív) szén-dioxidmegkötése: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O Az alkáli-karbonátok és -hidrogén-karbonátok átalakítása: 2 NaHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2 NaOH

37. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés Víztisztítás – mészvizes vízlágyítás nyersvíz bevezetés mészvíz mésztej lágyított víz mésziszap 1. vízelosztó 2. mészoltó 3. mésztejadagoló 4. mésztelítő 5. reaktor 6. szűrő Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)

38. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés Ipari víz készítése – mésztejes vízlágyítás 1. mészhidrát tartály 2. elszívó vezeték 3. mésztejkeverő 4. vákuumszivattyú5. mésztejadagoló 6. nyersvíz bevezetés 7. reaktor 8. szűrő Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)

39. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés Ipari víz készítése – mésztejes gyorslágyító reaktor Fülöp Tamás: A Föld vízkészlete (02viz.ppt, internet)

40. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés Ipari víz készítése – meszes – szódás vízlágyítás Mika László Tamás: aviz.pdf (internet)

41. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés A szóda lágyítja a mésszel nem reagáló vegyületeket (kalcium – nemkarbonát keménység): CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaCl A szóda és a mész feleslege egymással is reagál (kausztifikálás): Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaOH

42. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés A foszfátos (trisós, alkáli-foszfátos) vízlágyítás folyamatai: 3 Ca(HCO3)2 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2+ 6 NaHCO3 3 Mg(HCO3)2 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2+ 6 NaHCO3 3 CaSO4 + 2 Na3PO4 = Ca3(PO4)2+ 3 Na2SO4 3 MgCl2 + 2 Na3PO4 = Mg3(PO4)2+ 6 NaCl A változó keménységből keletkező NaHCO3 kiküszöbölésére (termikus) előlágyítás után alkalmazzák. A víz keménysége a kalcium- és magnézium foszfátok kis oldhatósága miatt 0,1-0,15 nk°-ra csökkenthető (a meszes – szódás eljáráshoz képest lágyabb vizet eredményez). Mika László Tamás: aviz.pdf (internet)

43. 1.11.6 Kicsapatás, csapadékképzés – számolási feladat Vízlágyító üzemben 400 ℓ/h kapacitással napi 7,5 órában meszes előlágyítást alkalmaznak. A víz magnézium-keménysége 2 nkº, karbonát-keménysége 6 nkº, szén-dioxid „keménysége” 2 nkº. A felhasznált CaO tömegének háromszorosa keletkezik szárított mésziszapból. a) Hány m3 a napi termelés? b) Hány kg CaO kell 1 m3 vízhez? c) Hány kg a napi CaO felhasználás? d) Hány kg a heti mésziszap képződés? 3 m3 0,1 kg 0,3 kg 6,3 kg

44. 1.11.6 Keménység – számolási feladat Egy víz Ca2+ ion tartalma 90 mg/dm3, összes keménysége 16 nkº, lúgossága 3 mmol/dm3. a) Számolja ki a hiányzó mennyiségeket, és egészítse ki a következő táblázatot! b) Hány kg 5 w%-os mésztej kell 1 m3, az előbbieknek megfelelő víz előlágyításához? Ca(HCO3)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2 2,36 kg

45. 13. C A január – februári környezettechnika órák 2012. 01. 04. Sz 3. témazáró dolgozat  2012. 01. 05. Cs Membránszűrés: fordított ozmózis  2012. 01. 11. Sz Félévi osztályzatok Semlegesítés, pH-beállítás, redukció  Oxidáció  2012. 01. 12. Cs Hidrolízis, derítés  2012. 01. 18. Sz Termikus eljárások: égetés  2012. 01. 25. Sz Kicsapatás  2012. 01. 26. Cs Kicsapatás  ellenőrző kérdések kiadása  2012. 02. 01. Sz Ioncsere  2012. 02. 02. Cs 4. témazáró dolgozat 2012. 02. 08. Sz Új tananyag: a vizek jellemzői (FKB)

46. 1.11.7 Ioncsere (vízben) oldott ionok cseréje más ionokra. Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? (1) az ionok eltávolítása (a víz kell),(2) az ionok kinyerése (az ionok kellenek). (1) zavaró vagy mérgező anyag, (2) kell az anyag. Az anyagot megfelelő anyaggal (ioncserélő) érintkeztetik. Ioncserélő oszlopok: kation- és anioncserélő, kevert ágyas ioncserélő (ld. következő oldalak) pl. ioncserélt víz előállítása (kazán), nehézfémek eltávolítása, kis koncentrációjú anyag töményítése, kinyerése, elválasztása.

47. 1.11.7 Ioncsere Ioncserélő anyagok: olyan szilárd anyagok, amelyek ion-jaikat képesek a velük érintkező folyékony fázis (víz) ionjaira kicserélni. Ioncserélő anyagok a természetben is vannak (pl. a talajban egyes agyagásványok és a humusz). Ioncserélő műgyanták: olyan műanyagok, amelyeknek a felületén savas vagy bázisos csoportokat alakítottak ki.A kationokat H+ ionra, az anionokat OH– ionra cseréli. Ezek lényegében szilárd, vízben nem oldódó savként vagy bázisként viselkednek. Ugyanúgy, mint más savak, bázisok, ezek is lehetnek erősek vagy gyengék. Az erős ioncserélők minden iont lecserélnek, a gyengék szelektívek.

48. 1.11.7 Ioncsere előkezelt víz CO2 + levegő Két ütem: 1. ütem: ioncsere 2. ütem: regenerálás kation-cserélő savval anion-cserélőlúggal kation- cserélő anion- cserélő ioncserélt víz regene-ráló sav levegő regene-ráló lúg szennyvíz

49. 1.11.7 Ioncsere – számítási feladat A kationcserélő gyantát elhagyó víz pH-ja 2,4. Hány mmol/dm3, ill. nk° volt az ionmentesített víz keménysége, ha csak a kalcium- és magnéziumionok cserélődtek ki a gyantán? A kationcserélésnél a Ca2+ és Mg2+ ionokat H+ ionra cserélik. Egy mol kétértékű Ca és Mg ion megkötéséből 2 mol H-ion szabadul fel. pH = -lg c(H3O+) = 2,4 c(H3O+) = 10-2,4 = c(H3O+) = 2·{c(Ca2+) + c(Mg2+)} = 2·Ök Ök = M(CaO) = 56 g/mol 1 mmol/dm3 = ? mg CaO/dm3 1,99 · 56 = 111,44 mg CaO/dm3. Mivel 10 mg CaO = 1 nk°, ez megfelel nk°-nak. 0,00398 mol/dm3 = 3,98 mmol/dm3 3,98 mmol/dm3/2 = 1,99 mmol/dm3 56 11,14

50. Környezettechnika – 2. félév – házi feladat 1. Egy „RO”-víz készítő üzem óránként 1600 ℓ vizet állít elő.Az előtisztított (szűrt) víz kiindulási oldott anyag koncentrációja 0,020 mol/dm3, a permeátumé 0,001 mol/dm3, a koncentrátumé 0,140 mol/dm3 Hány m3/h a vízfogyasztás? 2. 1 m3 pH = 2,4 szennyvíz semlegesítéséhez hány g CaO szükséges? 3. Egy ivóvíz fertőtlenítő medencében a vizet klórgázzal fertőtlenítik. A termelés Q = 15 m3/h.A víz fertőtlenítéséhez 18 mg/dm3 klór használódik el. A fertőtlenített víz maradék klór koncentrációja B = 2 mg/dm3. Hány kg a napi (24 h) klór szükséglet? Kiadás: 13. H 2010.02. 01.13. K 2010. 02. 02. Beadás: 13. H 2010.02. 19.13. K 2010. 02. 16.