Arzénes szennyvíz kezelése

A vizsgált kútvizek (esetünkben Békéscsabán 120-130 µg/L arzéntartalom) nanoszűrése során nagy koncentrációjú (500-700 µg/L arzéntartalom) kútvízsűrítmény, továbbiakban szennyvíz keletkezik, melynek kezelése vagy elhelyezése máig nem problémamentes. Ezért vizsgáltam ezen arzénes szennyvizek kezelésének lehetőségeit. A kísérletek során a következő kezelési módokat tanulmányoztam:

a) Besűrítés: a szennyvíz mennyiségének csökkentésére besűrítési kísérleteket végeztem nanoszűrő és fordított ozmózis membránokon.

b) Mészlágyítás + mikroszűrés (MF) vagy ülepítés: az arzén kicsapatását analitikai tisztaságú Ca(OH)2

adagolással végeztem, a szennyvíz pH-jának emelésére NaOH-t adagoltam, KMnO4 adagolással vizsgáltam oxidálószer hatását. A csapadék eltávolítására mikroszűrést (MF membrán, gyártó: PALL, pórusméret: 0,45 µm, csöves kerámia membrán) ill. ülepítést alkalmaztam.

c) Kén-hidrogénes kicsapatás: vizsgáltam a H2S gáz hatására bekövetkező arzén-kicsapódást.

4.3.1. Szennyvízkezelésnél felhasznált anyagok

• ionmentes víz: membránjellemzés és mosás céljából

• modell-oldat: a meszes lágyítás+mikroszűrés kombinált eljárás során alkalmaztam arzénes modell-oldatokat. A modell-oldatok As(III)-t tartalmaztak ionmentes vízben oldva, koncentrációjuk a természetes kútvízsűrítményekét követi (620 és 1300 µg/L).

53

• szennyvizek: Az arzénes szennyvíz kezelése során kis koncentrációjú nyersvízként a nagy arzéntartalmú kútvíz nanoszűrése során keletkezett retentátumot alkalmaztam (As: 500-700 µg/L), nagy koncentrációjú szennyvíz ennek nanoszűrése során keletkező retentátum volt (As:

~1300 µg/L). A szennyvizekben az arzenát (As(V)) dominált, mivel egyrészt a sűrítmények készítése során a nanoszűrő membrán az As(V)-ot nagyobb hatásfokkal tartja vissza, másfelől a szennyvizek az állás során (1-3 hónap) a levegő (mint oxidálószer) hatására kis reakciósebességű As(III) → As(V) átalakulás ment végbe. A szennyvizek erősen sárgás-barnás színezetűek a bennük található nagy mennyiségű huminsavak miatt.

• Alkalmazott vegyszerek: A besűrítési kísérletekben nem adagoltam semmilyen vegyszert a nyersvizekhez. A meszes lágyítás során a kezdeti kísérletekben nagytisztaságú Ca(OH)2-ot használtam, és a mérések 50 %-ában KMnO4 adagolásával befolyásoltam az oxidációs körülményeket vizsgálva az oxidálószer hatását az arzén eltávolításának tekintetében. A mikroszűrő membrán tisztítására sósavas (~ 1 m/m %) mosást alkalmaztam.

• További mészlágyításos kísérletekben a pH növelésére NaOH-ot adagoltam, ill. a kereskedelemben kapható oltott mésszel történő lágyítás hatását vizsgáltam, és mikroszűrés helyett ülepítéssel távolítottam el az iszapot.

• A szennyvíztisztítási kísérletek utolsó szakaszában H2S adagolással csapattam ki az arzént, ehhez vas(II)-szulfidra sósavat csepegtettem, és a keletkező kénhidrogén-gázt buborékoltattam a szennyvízbe. A másik eljárás során a szennyvízhez ismert mennyiségű vas(II)-szulfidot adtam, majd tömény sósavval savanyítottam a közeget.

4.3.2. Szennyvízkezelésnél alkalmazott berendezések

a) A szennyvíz besűrítési kísérleteket nanoszűréssel és fordított ozmózissal végeztem. A vizsgált membránok között az arzéneltávolítási kísérletekben is alkalmazott NF200 (gyártó: DOW-FILMTEC, NaCl visszatartás: 55-60 %, anyaga: poliszulfon) nanoszűrő membránt, ill. kétféle fordított ozmózis membránt (HR30, gyártó: DOW-FILMTEC, NaCl visszatartás: 99,4 % és ACM2, gyártó: TRISEP, NaCl visszatartás: 99,5 %) használtam.

A felsorolt membránokat a DDS-MINILAB berendezésen üzemeltettem, a berendezés folyamatvázlata a 10. ábrán látható (4.1.2.1. fejezet).

54

b) Mészlágyítás + mikroszűrés kombinálása esetén az alkalmazott berendezés folyamatvázlata a 17.

ábrán látható. A nagy arzénkoncentrációjú modell-oldatot vagy szennyvizet a táptartályba (1) öntöttem, majd a minták egy részét KMnO4-tal oxidáltam. Ezáltal a mészlágyítás hatásfokát mindkét arzénforma eltávolításának mértékében vizsgálhattam.

17. ábra: Arzéneltávolítás folyamatvázlata meszes lágyítás és mikroszűrés esetén (1. táptartály, 2. keverő, 3. mikroszűrő membránmodul)

Az oltott meszet (Ca(OH)2) különböző mennyiségekben adtam a mintákhoz, modell-oldatok esetében ez 600-1400 mg/L, szennyvizeknél 1000-5000 mg/L volt. Miután a különböző dózisok különböző pH-kat eredményeztek, vizsgáltam a mészdózis-pH összefüggést is.

A KMnO4 és a Ca(OH)2 mintákban való eloszlatását egy 90 mm átmérőjű lapkeverővel (2) végeztem.

A keverő fordulatszáma körülbelül 330/perc volt. A keverési idő KMnO4 adagolásnál 1 perc, mész adagolásnál 3,5 perc volt modell-oldatok esetében, a szennyvizeknél ugyanezen idők 2, ill. 8 perc voltak.

Csökkentett As-tartalmú modell / kútvízsűrítmény 3

1

2 KMnO4

Ca(OH)2

Magas As-tartalmú modell / kútvízsűrítmény

Meszes iszap

55

A keverés után a lágyított mintákat egy mikroszűrő membránon (3) szűrtem meg. A modulban egy Pall-gyártmányú, 0,45 µm pórusméretű, 0,125 m² összes szűrőfelületű mikroszűrő csőmembrán található, anyaga kerámia, és keresztáramú szűrést valósít meg. Keresztmetszetét és jellemzőbb méreteit a 18. ábrán látható. A kerámiamembránt a mérésekre jellemző magasabb pH-tartomány (pH >

10,5) miatt választottam.

18. ábra: A kerámia mikroszűrő membránmodul (keresztmetszet) és jellemzőbb méretei

A membrán sósavas (1 % HCl oldat) tisztítását 25 °C-on, 3 bar nyomáson, fél órán keresztül végeztem a különböző modell-oldatok és szennyvizek szűrése között. A méréssor legvégén 30-35 °C-os, 1 órás mosást alkalmaztam, vizsgáltam a membrán visszamoshatóságát, ill. a koncentráció-polarizáció és eltömődés okozta ellenállásokat az ellenállás-modell felhasználásával.

c) Mészlágyítást ülepítéssel kombináló kísérletek során laboratóriumi méretekben, szakaszos kísérletekben valósítottam meg az arzéneltávolítást. 1 literes lombikokban végeztem a szennyvizekhez történő NaOH és Ca(OH)2 adagolást, majd a csapadék kiválása és ülepedése után a tükrös oldatból vettem az arzén- és Ca-tartalom meghatározásához szükséges mintákat.

d) A kénhidrogén adagolással történő arzéneltávolítás esetén a kénhidrogén-fejlesztés kétféle módon valósítható meg. A laboratóriumban megvalósítható módszer szerint a vas(II)-szulfidot vizes közegbe, azaz a szennyvízbe helyezem, majd hozzá sósavat csepegtetek, az oldódás során kén-hidrogén keletkezik, melynek hatására a szennyvízben megtörténik a kicsapódás. A keletkező csapadék egyszerű szűréssel eltávolítható.

DB = 2,5 mm

DK = 21 mm

L = 837 mm DK

DB

n

56

A kénhidrogén adagolás másik módja (mellyel az eljárás folyamatossá tehető): vas(II)-szulfidot zárható edénybe helyezek, rá sósavat csepegtetek, és a keletkező gáznemű kénhidrogént a szennyvízbe buborékoltatom. A keletkező gáz recirkuláltatható.

Mindkét módszernél a melegítés gyorsítja a folyamatot, a csapadék megjelenéséhez kb. 1 óra szükséges.

57