1. BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék OXIDÁCIÓ ÉS FERTŐTLENÍTÉS A VÍZ ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN LAKY DÓRA

2. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK MIRŐL LESZ MA SZÓ? • KLÓR alkalmazása az ivóvíz- és szennyvíztisztításban • Ivóvíztisztítás: oxidációs célok, részletesebben a törésponti klórozásról • Ivóvíz és szennyvíz fertőtlenítése klórral • ÓZON alkalmazása • Ivóvíz – alkalmazási területek (oxidáció általánosságban, fertőtlenítés) • Szennyvíztisztítás – ózon alkalmazása • Az ózonhoz kötődően: AOP eljárások • UV alkalmazása (ivóvíz és szennyvíz fertőtlenítése)

3. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK KLÓR ALKALMAZÁSA • Oxidáció céljára (általában: „előklór”-ként) • Pl. vas, magán vegyületek oxidálására (amennyiben a levegős oxidációt szükséges kiegészíteni) • Arzén oxidációjára • Ammónium-tartalmú nyersvizek esetén: törésponti klórozás az ammónium eltávolítása céljából (esettanulmány bemutatása) • „Előklór” alkalmazása  káros melléktermékek képződhetnek • Bizonyos országokban (pl. Ausztria) az „előklór” használata nem megengedett • Fertőtlenítési célra • Víz- és szennyvíztisztításban egyaránt

4. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KLÓR ALKALMAZÁSA

5. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK KLÓR ALKALMAZÁSI FORMÁI • Klórgáz • Klóros víz • Nátrium-hipoklorit (NaOCl) • Klórmész HOCl  H+ + OCl-

6. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KLÓR HIPOKLÓROSSAV ÉS HIPOKLORIT ION EGYENSÚLYA A PH FÜGGVÉNYÉBEN [OCl-] = [Cl2] C T Cl OCl- = C T Cl Cl2 1,0 [HOCl] = C T Cl HOCl 0,5 0 -2 10 0 8 2 4 6 [Cl-] = 10-3 M, C T Cl = [Cl2] + [HOCl] + [OCl-]

7. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK NH4+ ELTÁVOLÍTÁS TÖRÉSPONTI KLÓROZÁSSAL, MELLÉKTERMÉKEK PROBLÉMAKÖRE (forrás: László Balázs, 2008)

8. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK • Tervezett kapacitás: 5000 m3/nap • Vízminőség • Vas: 220-440 µg/L • Mangán: 40-80 µg/L • Ammónium: 1,5-2,3 mg/L • KOIPS: 0,9-1,5 mg/L

9. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK Kutak 5 db GAC Homok-szűrő Nyersvíz-medence 2*300 m3 Klórgáz adagolás UV Hálózat Tisztavíz-medence 2*300 m3 Törésponti klórozásos technológia

10. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK PRÓBAÜZEMI TAPASZTALATOK – AOX* A szabványos paraméterek határértéken belül** AOX értékek: 110-230 µgCl/L (*Adsorbable Organic Halogenids - Adszorbeálható Halogénezett Szerves Vegyületek)

11. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN… Klórozási melléktermékként keletkezik (ld. THM) Mutagén, karcinogén Gyűjtőparaméter (szemben a THM-mel, ami jól definiált) Mérési nehézségek Határértékek: Európai Unió 98/86 (1998) ivóvizes direktíva – nincs előírás WHO Guidelines for Drinking-water Quality (2004) – nincs ajánlás 201/2001-es Kormányrendelet – nincs előírás

12. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN… AOX értékek: 110-230 µgCl/L „a technológia során, a klórozási melléktermékként képződő AOX vegyületek mennyisége a tisztított vízben legalább az egészségügyi szempontból még tolerálható 50µgCl/L-re csökkenjen. Az üzemelés során törekedni kell az egészségügyi kockázat szempontjából elfogadható 25 µgCl/L irányérték elérésére. -A képződő AOX vegyületek eltávolítása legalább 30%-os hatásfokot érjen el úgy, hogy a fenti érték folyamatosan biztosított legyen.” ÁNTSZ Dél-dunántúli Regionális Intézete

13. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AOX PROBLÉMÁRÓL ÁLTALÁBAN… A 201/2001-es kormányrendelet 5.§ 8. bekezdése lehetővé teszi hogy „az ÁNTSZ megyei intézete olyan vízminőségi jellemző vizsgálatát is elrendelheti, amelyre nincs a 3. § szerint meghatározott határérték, amennyiben feltételezhető, hogy olyan mennyiségben, illetőleg koncentrációban van jelen az ivóvízben, amely egészségügyi szempontból kockázatot jelenthet” Az ÁNTSZ esetleges ellentétes tartalmú állásfoglalásáig a vízműveknek készülni kell az 50 illetve 25 µgCl/L-es AOX határérték betartására!

14. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ELVI MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEK Képződött AOX eltávolítása AOX képződés csökkentése Adszorpció (GAC) „Kicsapatás”? GAC réteg- vastagság Kontaktidő GAC-típus kiválasztás

15. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ELVI MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEK Képződött AOX eltávolítása AOX képződés csökkentése Alternatív technológia Technológiai sorrend átalakítása Prekurzorok csökkentése Reakciósebességi különbségek kihasználása Nyersvíz mód. kutak kivonása Szervesanyag csökkentés Klóradag optimalizálás Koag/flokk szűrés Előzetes adszorpció (GAC) Szervesa. előzetes oxidációja KMnO4, O3

16. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK CÉLKITŰZÉS AOX határérték (25, illetve 50 µgCl/L) alá csökkentése: • Klóradag optimalizálás • Törésponti klórozás időigényének meghatározása • Szervesanyag előoxidációja • Szervesanyag előzetes eltávolítása • Megfelelő aktív szén kiválasztása

17. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK MÓDSZEREK • Főzőpoharas kísérletek • Törésponti klórozás – hypó • Reakciósebesség (időszükséglet) – klórozás leállítása • Szervesanyag előoxidálása – kálium-permanganáttal • Szervesanyag előzetes eltávolítása - GAC • A kísérleteket az 5 kút vizével és „kevert nyersvízzel” is elvégeztük

18. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK TÖRÉSPONTI GÖRBE, KEVERT NYERSVÍZ Töréspont: az elméleti 1:7,6 – os arány felett

19. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KUTAK TÖRÉSPONTI GÖRBÉJE A klórigény széles határok között változik Kutak vízminősége nem állandó

20. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK HA TÚLKLÓROZZUK… • …akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés

21. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK KLÓRADAG - MELLÉKTERMÉK KÉPZ. KAPCS. Klóradag – melléktermék képződés összefüggése Törekedni kell a pontos klóradagolásra!

22. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK EREDMÉNYEK A látszat ellenére nem feltétlenül van szoros összefüggés a nyersvíz ammónium-ion koncentrációja és a keletkező melléktermékek mennyisége között, mivel a szervesanyag és a klór a prekurzorok A szükséges klóradag függ a nyersvíz: • Ammónium-ion koncentrációjától • Egyéb oxidálható anyag koncentrációjától (pl. szervesanyag, vas stb.)

23. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK EREDMÉNYEK Az ammónium oxidációja és a szervesanyag klórozódása párhuzamos folyamatok, egymáshoz viszonyított sebességük viszont kérdéses.

24. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK REAKCIÓSEBESSÉG „Optimális” klóradaggal kb 10-12 perc szükséges Idő előrehaladtával nő a melléktermékek mennyisége

25. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK REAKCIÓSEBESSÉG Klórfelesleggel az ammónium eltávolítás időszükséglete csökken – de a melléktermék képződés is felgyorsul

26. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK HA TÚLKLÓROZZUK… • …akkor jelentősen megnő a melléktermék képződés

27. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK OXIDÁCIÓS ELŐKEZELÉS HATÁSA Előoxidáció – ebben az esetben nem volt hatásos

28. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK EGY MÁSIK TELEP - OX./KOAG. ELŐKEZELÉS • Más víznél van kedvező hatása AOX-re nézve (THM-re itt sem)  minden víz más

29. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK GAC ELŐKEZELÉS HATÁSA Előzetes szervesanyag eltávolítás GAC-on  igen hatásos

30. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK KÖVETKEZTETÉSEK Előkezelést (oxidáció, koaguláció) egyedileg kell megvizsgálni. (((Szélső esetben még káros hatása is lehet))) Előzetes GAC-os szervesanyag eltávolítás jó eredményeket hoz, de a GAC védelme miatt túl bonyolult (drága) lesz a technológia. (GAC-ra nem célszerű lebegőanyaggal teli vizet engedni…)

31. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AKTÍV SZÉN TÍPUS KIVÁLASZTÁSA 5 különböző széntípus hónapokig tartó helyszíni vizsgálata Vízmennyiség és vízminőség rendszeres ellenőrzése

32. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK SZÉNVIZSGÁLAT EREDMÉNYEI Az eredmények az 50 µgCl/L AOX érték elérésére vonatkoznak Jelentős kapacitásbeli különbségek Kis kapacitás  AOX-re hamar kimerül Ár – kapacitás – gazdaságosság – vízminőség

33. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AJÁNLÁSOK (1) • Fontos az optimális klóradagolás • Reakcióidő  reaktortartály (GAC előtt: milyen tartózkodási idő) • Előkezelés oxidáció/koaguláció/GAC hatása változó • Előzetes vizsgálatok fontossága (tervezés előtt!)

34. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AJÁNLÁSOK (2) • GAC töltet vastagsága minimum 100 centiméter • Kontaktidő a GAC-on: minimum 10 perc • Folyamatos üzemeltetés: fertőtlenítés és kontakt idő • Aktív szén minősége: folyamatos üzemű kísérletek • Jól működő telepnél is célszerű  aktívszén-csere gazdaságossága

35. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A FERTŐTLENÍTÉSRŐL ÁLTALÁBAN

36. Vibrio Cholerae Giardia lamblia Cryptosporidium parvum VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ISMÉTLÉS – A FERTŐTLENÍTÉSRŐL… • A cél: baktériumok, vírusok, protozoák inaktiválása • Az inaktiválás módja: a sejtösszetevők károsítása valamilyen módon (fertőtlenítőszertől függ, hogy milyen módon)

37. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK HOGYAN INAKTIVÁLUNK? • A sejtösszetevők (pl. sejtfal, sejtmembrán, stb.) makromolekulákból állnak. Ezek nagy tömegű molekulák, melyek a következő monomerekből (egységekből) épülnek fel: • cukrok • zsírsavak • nukleotidok • aminosavak • A fertőtlenítőszerek ezeket a sejtösszetevőket károsítják, ezáltal gátolják a sejt anyagcseréjét, reprodukcióját

38. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK CUKROK • A cukrok olyan szerves anyagok, melyekben a szén:hidrogén:oxigén arány = 1:2:1 • Két példa: • A nukleinsavak vázát 5 szénatomból álló cukor alkotja • A cukrok továbbá összekapcsolódva poliszacharidokat képeznek, melyek a sejtmembrán fontos összetevői Glükóz Ribóz

39. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ZSÍRSAVAK • A zsírsavak a lipidek alkotóelemei • Egy erősen hidrofil, és egy erősen hidrofób részből állnak • Sejtmembrán összetevők • A példa egy három zsírsavból álló lipidet mutat be: R = alkil csoport (CnH2n+1)

40. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK NUKLEOTIDOK • Egy nitrogén-tartalmú szerves bázisból (adenin, timin, citozin, guanin) • Egy pentóz cukorból • Egy foszfátcsoportból A nukleotidok három fő egységből állnak:

41. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK NUKLEOTIDOK (N-TARTALMÚ BÁZISOK) • A nitrogén-tartalmú szerves bázisok két csoportra oszthatók: pirimidinekre és purinokra. A pirimidinek 6 atomos, a purinok 9 atomos heterociklusos gyűrűt tartalmaznak (Wikipédia)

42. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK NUKLEOTIDOK • A nukleotidok a nukleinsavak (DNS, RNS) összetevői • A DNS és RNS bázis-sorendje felel a genetikai információk átörökítéséért • A nukleotidok amellett, hogy a DNS és RNS alkotóelemei, az adenazin-trifoszfát és különféle ko-enzimek felépítésében is szerepet játszanak  ezek a molekulák vezetik, katalizálják a sejtben lejátszódó, energiát igénylő folyamatokat

43. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AMINOSAVAK • Az aminosavak peptid-kötésekkel összekapcsolódva alkotják a fehérjéket • A fehérjéknek alapvetően két csoportját különböztetjük meg: szerkezeti fehérjék (a sejt felépítésében vesznek részt), illetve enzimek (a sejtben lejátszódó kémiai folyamatokat katalizálják) R = alkil csoport (CnH2n+1)

44. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK MIÉRT KELL FERTŐTLENÍTENI A VIZET? • Ivóvíz esetén  szigorú előírások a víz mikrobiológiai minőségére vonatkozóan (ld. későbbi előadások). A víz nem tartalmazhat kórokozó mikroorganizmusokat, hiszen jelenlétük azonnali, tömeges megbetegedésekhez vezetne • Szennyvíz esetén is szükség lehet fertőtlenítésre: amennyiben a Vízügyi Felügyeletek telepszámra vonatkozó határértéket is előírnak (abban az esetben ha a közvetett befogadó fürdésre, sportolásra használt, illetve vízbázisként funkcionál) forrás: Varga Gy., Lugosi R.

45. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK MI LEHET A KEZELETLEN KOMMUNÁLIS SZENNYVÍZBEN?

46. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KLÓR ALKALMAZÁSA IVÓVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE • Részletek (ld. korábbi előadások) • Számos hátránya (melléktermékek, kellemetlen íz, stb.) mellett a klór nagy előnye, hogy a hálózatban hosszan kifejti kedvező hatását, ezáltal hatékonyan képes megakadályozni a mikroorganizmusok újraszaporodását

47. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A KLÓR ALKALMAZÁSA SZENNYVÍZ FERTŐTLENÍTÉSRE • ELŐNYÖK: • Jól ismert, régóta alkalmazott technológia • Hosszantartó fertőtlenítő hatása van • Lényegesen olcsóbb eljárás mint pl. az ózon, UV alkalmazása • Adagolása nagyon rugalmas • Szagproblémákat is csökkenti • HÁTRÁNYOK: • Deklórozásra lehet szükség a befogadó vízi ökoszisztéma védelme érdekében • A deklórozott vegyületek környezetre gyakorolt hatása hosszú távon nem ismert • THM képződés • Számos mikroorganizmus tekintetében kevésbé hatékony mint pl. az ózon és UV Forrás: EPA

48. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK AZ ÓZON ALKALMAZÁSA

49. Terelőfalak  kedvezőbb hidraulika Kontaktidő biztosítása Ózon bevezetés VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK OXIDÁCIÓ ÓZONNAL Forrás: Langlais

50. VÍZ- ÉS SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK OXIDÁCIÓ ÓZONNAL Forrás: Langlais