A kommunális szennyvíztisztító telepek alkalmassá tehetőek arra, hogy a célzott nyomanyag-eltávolítás megvalósítható legyen. Ezt a célkitűzést további technológiai elemeknek folyamatba történő beiktatásával lehet megoldani. Erre a célra elsősorban azokat az eljárásokat lehet figyelembe venni, amelyeket az ivóvíztisztítás vagy az ipari vízkezelés területén alkalmaznak.
Az ivóvíztisztítási technológiák közül az alábbi technológiai megoldások megfelelő hatékonysággal képesek a mikroszennyezők eltávolítására:
• Kémiai oxidáció/fertőtlenítés: pl. ózonizálás, nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (AOP – Advanced Oxidation Processes).
• Szorpció speciális adszorbereken: granulált aktívszén vagy porított aktívszén.
• Anyagleválasztás nanoszűrés vagy fordított ozmózis révén.
Ezekre az eljárásokra a kommunális szennyvíztisztításban jelenleg még nem léteznek irányelvek és előírások [27], [18].
Számos cikk és jelentés született ezen a területen, amelyek részletesen bemutatják az egyes eljárásokat [66]. A 2. ábra Riberio munkája alapján összefoglalja, hogy 2004 és 2014 között az Európai Unió területén milyen relatív gyakorisággal hivatkoztak a megjelent cikkekben a különböző AOP technikákra. Az értékelés a 2013/39/EU irányelv anyagcsoportjait vette figyelembe [67].
Oldalszám: 17/124
2. ábra: A különböző AOP eljárások relatív gyakorisága az EU szakembereinek cikkeiben [67]
Az elmúlt évtizedekben számos cikk jelent meg [67] a nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokról a mikroszennyezők eltávolítását illetően. Giannakis és társai munkájukban [67] különböző mikroszennyezők (különböző növényvédőszerek, diklofenák, 17 alfa-etinilösztradiol (EE2) és 17 béta-ösztradiol (E2)) eltávolítási hatékonyságát vizsgálták öt nagyhatékonyságú oxidációs eljárással. A munkájukban a vizsgált eljárások az UV-C, UV-C/H2O2, szolár, Fenton és foto-Fenton eljárások voltak. A vizsgálataiknál figyelembe vették, hogy az elfolyó szennyvízminták milyen tisztítótelepekről származnak. Így vizsgálták, hogy a mechanikai tisztítás, az eleveniszapos eljárás, a mozgóágyas biofilmszűrős reaktorok (MBBR) és a koagulációs eljárások után milyen hatékonysággal lehet eltávolítani különböző mikroszennyezőket (karbamazepin, diklofenák, atenolol, metoprolol, venlafaxin, klaritromicin, benzotriazol, mecoprop) [51].
Arra a következtetésre jutottak, hogy az UV-C eljárással a leghatékonyabban az előzőleg MBBR eljárással tisztított szennyvíz kezelhető, itt 10 perc után már 50% körüli eltávolítási hatékonyság volt tapasztalható (a nyolc különböző mikroszennyező ugyanaz, mint az előző kísérletükben). A többi előtisztítási művelet után is hasonló eredmények adódtak, így a koagulációs után 70%-os hatékonyságot, az eleveniszapos után 75%-os, míg az MBBR tisztítást követően 80%-os eltávolítási hatékonyságot értek el [51].
Az UV/H2O2 eljárással szintén a koagulációs eljárást követő utókezelés bizonyult a legkevésbé hatékonynak, és az MBBR eljárás mutatkozott a leghatékonyabbnak. Itt 5 perces kezelés után a vizsgált mikroszennyezők (a nyolc kiválasztott mikroszennyező esetében a kísérlet tárgyául szolgáló szennyvíztisztító telep elfolyó vizéből) 85-98%-a eltávolításra került, a 10 perces
Oldalszám: 18/124 kezelés után az MBBR és az eleveniszapos tisztítást követő utókezeléssel már 100%-os eltávolítási hatékonyság volt elérhető. A koagulációs eljárással csak 15 perc után mértek 100%-os eltávolítási hatékonyságot [51].
A szolár, Fenton és foto-Fenton eljárások eredményei jóval szélesebb spektrumban változnak az előtisztítástól függően. A legalacsonyabb mikroszennyező eltávolítás 1 órás kezelés után a koagulációs tisztítás utáni szolár és Fenton eljárások esetében tapasztalható Giannakis és társai eredményei alapján [51]. Itt a szolár eljárás 5-6% közötti, míg a Fenton eljárás 7-9%-os eltávolítási hatékonyságot mutatott. Az MBBR eljárást követő szolár kezeléssel 16-18%-os mikroszennyező eltávolítás érhető el. A Fentonos eljárással a szerzők [51] hasonló hatékonyságot értek el, 17-19%-ot. Az 1 órás kezelés a photo-Fenton-os eljárással a három tisztítási konfiguráció esetében nagyon eltérő eredményeket mutatott. A koagulációs tisztítással kiegészített kommunális szennyvíztisztítás 25%, míg az MBBR 52-54%-os eltávolítási hatékonyságot mutatott. 100%-os eltávolítási hatékonyságot (UV/H2O2 + MBBR) a szerzők viszonylag alacsony kezelési idő (5-10 perc között) esetén érték el. Az eleveniszapos tisztítást követő foto-Fentonos eljárással 2,5 óra, valamint az MBBR tisztítást követő foto-Fentonos eljárással 2,0 óra alatt érték el a 100%-os eltávolítási hatékonyságot. A szerzők [51]
megállapították, hogy a szennyvíztisztításban használt jelenlegi eljárások jelentősen befolyásolják az utánkapcsolt technológiákkal elérhető legmagasabb eltávolítási hatékonyságot.
A vizsgált öt eljárás közül a koagulációs eljárás minden esetben a legalacsonyabb eltávolítási hatásfokot eredményezte, ennél jobbnak bizonyult az eleveniszapos eljárás, amely egyébként számos nagyhatékonyságú oxidációs eljárás esetében az MBBR tisztítást követő eredményekhez hasonló kiemelkedő eltávolítási hatékonyságot mutatott [51].
A szennyvíztisztítás negyedik fokozataként nem csak a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások alkalmazhatóak. Az adszorpciós eljárások, valamint az adszorpciós eljárásokkal kombinált oxidációs eljárások is kiemelkedő eredményeket mutatnak a mikroszennyezők eltávolításának területén. Cataldo és szerzőtársai munkájukban [68] egyes adszorpciós és nagyhatékonyságú oxidációs eljárások eltávolítási hatékonyságát vizsgálták 4-nitrofenol eltávolítása céljából. Az adszorpciós eljárás során 300, 600 és 1200 mg/l koncentrációjú modellszennyvízzel vizsgálták az adszorpció hatékonyságát. A szerzők [68] a kísérletek során az adszorbenst 6 ml/perc térfogatárammal terhelték. A kísérletükben 1500 ml térfogatterhelés esetében a 300 mg/l 4-nitrofenol tartalmú minta esetében 95-97%-os eltávolítási hatékonyságot, 600 mg/l
Oldalszám: 19/124 koncentrációjú mintával 78-80%-ot, míg 1200 mg/l koncentációjú mintával 34-35%-os hatékonyság értek el. A szerzők [68] vizsgálták a különböző nagyhatékonyságú eljárásokat aktíveszenes adszorpcióval kombinálva. Megállapították, hogy heterogén fotokatalízissel és ózonos oxidációval kombinált abszorpciós eljárás esetében:
• 0,5 g adszorbens (granulált aktívszén) adagolásával2 a modellszennyvízben levő mikroszennyező (4-nitrofenol) 27-28%-a 1 órás kezelési idő alatt távolítható el, 2 óra alatt 50%-a és 3 óra alatt megközelítőleg a mikroszennyező 80%-a távolítható el.
• 1,0 g adszorbenst adagolva 1 óra kezelési idő alatt 48-49%, 2 óra alatt 74-75%-a, míg 3 órás kezelést követően a mikroszennyező (4-nitrofenol) 93-94%-a távolítható el.
• 1,5 g abszorbenst adagolva 1 óra kezelés után 71%, 2 óra után 83-84%, majd 2,5 óra után 100%-os ltávolítási hatékonyság érhető el [68].
1.4.5.1. Oxidációs eljárások – ozonizálás
Az ózonos oxidációs eljárásokat széles körben használják a szennyvíztisztításban [69]. Mivel az ózon nem stabil vizes környezetben, ezért számos különböző megoldás létezik a gáz-víz fázis keveredésére annak céljából, hogy az ózon a vízben oxidációs hatást fejtsen ki. Első lépésként az ózon bomlásakor oxidatív szabad gyökök keletkeznek, amelyek a keletkezésüket követően reakcióba lépnek a szerves vegyületekkel [39]. Az ózon egy rendkívül erős oxidálószer a magas redoxpotenciálja miatt (pH = 7 esetén 2,07 V). Az oxidációs hatása az instabil háromatomos molekulaszerkezet bomlása során felszabaduló naszcensz oxigénnek tulajdonítható (1.
reakcióegyenlet). Ennek az erős oxidációs hatásnak köszönhetően képes a szén-szén kettős kötéseket, illetve az aromás vegyületeket bontani [70]. Az ózont leggyakrabban elektromos kisülés segítségével oxigénből állítják elő. Az oxigént elektromos kisülésen vezetik át, ahol naszcensz oxigén keletkezik, amely a levegő molekuláris oxigénjével egyesülve ózont képez.
Felhasználásakor külön figyelmet kell fordítani a hőmérsékletre, a pH-ra, különböző sók és szerves anyagok koncentrációjára, víztisztításban kiemelten a nitrit tartalomra [71], [72].
𝑂3 → 𝑂2+, 𝑂′
1. reakcióegyenlet: Ózon molekula bomlása kétatomos oxigén molekulává, valamint naszcensz oxigénné
2 A kísérletek során a granulált aktívszén 4 g volt 1200 mg/l 4-nitrofenol koncentrációjú modell szennyvizet 550 ml mintanagyság mellett 80% eltávolítási hatékonysággal tudott tisztítani [68].
Oldalszám: 20/124 Az ózon a vízkezelésben, szennyvíztisztításban számos szennyező és nemkívánatos komponens eltávolítására alkalmas. Képes a szervetlen anyagokat (ionokat) és az oldott gázokat (például H2S) egy lépésben gyorsan oxidálni. A vizekben az íz- és szagrontó anyagokat, pl. a mangán és vas ionokat, színt befolyásoló-, illékony-, humin-, aromás anyagokat képes oxidálni [73], így azok oldott állapotból oldhatatlan állapotba kerülnek, és szűréssel könnyen eltávolíthatók [74].
Ha a naszcensz oxigén nem talál oxidálandó anyagot, egy másik naszcensz oxigénnel azonnal reagál, és viszonylag gyenge oxidációs hatású kétatomos oxigén molekulává egyesül (2.
reakcióegyenlet).
, 𝑂′+, 𝑂′ → 𝑂2
2. reakcióegyenlet: Két naszcensz oxigén egyesülése kétatomos oxigén molekulává
A 2. reakcióegyenletben bemutatott folyamat eredménye, hogy az ózon nem alkalmas hosszútávú fertőtlenítő, oxidáló hatás kifejtésére.
Az ózon fertőtlenítő hatása nagyban függ az aktuális pH-tól. 8,0-nál nagyobb pH érték esetében például nagyon nagy reakcióképességű hidroxil- és szerves gyökök képződnek a vízben ózon és szerves anyagok jelenlétében. Ezek a hidroxil- és szerves gyökök katalizálják az ózon és a szerves anyagok bomlását, lényegében reprodukálva önmagukat. Enyhén savas közegben az ózon szelektíven oxidál és a folyamat lassan megy végbe. Az ózon két módon fejtheti ki hatását az oxidálandó anyagokkal szemben, nevezetesen direkt és indirekt reakcióval. Ezek a különböző reakciók más és más bomlástermékeket eredményeznek, és eltérő reakciómechanizmusuk van. A 3. ábra szemlélteti az oxidáció reakciómechanizmusát direkt és indirekt módon [75]. Az indirekt mechanizmus gyökképződéssel jár. Az első lépés az ózon bomlása vizes közegben, amely gyorsítja a hidroxil-gyökök (OH•) képződését. A reakció nem szelektív, és rendkívűl gyors (k= 108 – 1010 M-1 s-1). A gyökök reakciója összetett, és számos tényező befolyásolja.
Oldalszám: 21/124
3. ábra: Az oxidáció direkt és indirekt reakciómechanizmusa [75]
Az ozonizálás segítéségével a szennyvizben lévő, biológiai úton nehezen lebomló anyagok átalakítása és a KOIcr csökkentése érhető el [76].
Az ozonizálást az utótisztítás során alkalmazzák. Ennek oka, hogy a kémiai oxidációval csak a biológiai, illetve az adszorptív úton el nem távolítható vegyületek koncentrációjának csökkentése valósítható meg.
Az ózon a nitrittel gyorsan reakcióba lép, ezért a hatékony ozonizálás előfeltétele a teljes nitrifikáció. Ennek tükrében az ózonszükséglet a maradék oldott szén és az esetlegesen megmaradt nitrit mennyiségétől is függ.
Az eljárás három főbb részből áll, amelyek együttesen képezik a 4. ábra szemléltetett technológiát. A három részelem:
• ózontermelés, mely során az ózon a helyszínen állítható elő tiszta oxigénből és levegőből egyaránt, csendes nagyfeszültségű elektromos kisülés segítségével,
• reakciókamra,
• ózonmegsemmisítő.
Oldalszám: 22/124
4. ábra: Ózonizálás [27]
Az ózon hatására lejátszódó oxidáció során a biológiailag nem lebomló anyagok egy része biológiailag hozzáférhető szerves komponenssé alakul. Egyes irodalmi adatok alapján az oxidáció hatására a BOI5 akár 150%-ra is növekedhet a KOI csökkenéssel párhuzamosan. Ezért, valamint a folyamat során keletkező transzformációs termékek keletkezése miatt, szükségszerű egy után-kapcsolt biológiai fokozatot beépíteni. Az ózonreaktort a szennyvíz 10 - 30 perces tartózkodási idejére kell méretezni, és gondoskodni kell a finombuborékos levegőztetésről [27].
Danièle Mousel és munkatársai a kommunális szennyvíztisztító telepeken a mikroszennyező-anyagok eltávolításának az energiaigényét tanulmányozták. Ózonos oxidációs, granulált aktívszenes és a por alapú aktívszenes eljárásokat vizsgálták [77].
A klasszikus szennyvíztisztítási technológiákhoz kapcsolt további eljárások – például azok, amelyek a szerves mikroszennyezők eltávolítását is tudják kezelni – növelik az energiaszükségletet, ezáltal a környezeti és a gazdasági hatásuk is nő. Viszonylag kevés tanulmány foglalkozott azzal, hogy az eltávolítási folyamatok milyen energiatöbbletet képviselnek a szennyvíztisztításban. Az 5. táblázat összefoglaló jelleggel mutatja be több szerző eredményeit az ózonizáció energiaigényére vonatkozólag. Az összehasonlítást a szennyvíz térfogategységére számított, a mikroszennyezők eliminálásához szükséges KWh energiaigény alapján végezték (KWhel/m3) [77].
Oldalszám: 23/124
5. táblázat: Irodalmi adatok mikroszennyezők eltávolításának energiaigényeiről [77]
Eljárás Energia igény
[KWhel/m3] Leírás Irodalmi
forrás
Ózonos oxidáció
0,03-0,12 Nagymértékű ózonizáció, utókezelés nélkül [78]
0,12 Az ózon adagolás: 5,7 g/m3, ózonos homokkal szűrő (60 l/s) [57]
0,1-0,2 Kórházi szennyvizek MBR előkezelési technológiával és ózonos
eljárással (5-10 g/m3) [79]
0,035 Nagymértékű utólagos ózonizáció 0,6 g/g ózondózissal, oldott
szerves szén tartalon nélkül. [80]
0,04-0,09 Laboratóriumi ózonos kezelés a célkomponensek 90%-os
eltávolítására [81]
0,045-0,05 Nagyméretű és pilot tanulmányok (0,015 kWhel/m3), homokszűrő
nélküli technológia. [82]
Az 5. ábra három szennyvíztisztítótelep ózonos oxidációs eltávolítási energiaigényét szemlélteti. A három telep (A, B, C) külön jelölve van az 5. ábra.
Az „A” telep 12 000 lakosegyenértékű, 1200-as összes ágykapacitással rendelkező kórház szennyvizét is fogadja 83 l/s terheléssel. Két párhuzamosan kapcsolt 32,5 m3-es ózonizáló reaktorban játszódik le az ozonizáció. A technológiát követően utótározó tó után kapcsolt víztározóban pihentetik a tisztított szennyvizet.
A „B” telep 50 000 lakosegyenértékű, két párhuzamos tisztítórendszerrel rendelkezik, 320 l/s maximális terhelhetőséggel. A recirkulációs ágon egy dinamikus ózonbevezetés biztosítja az ózonizálást, és kiegészítő eljárásként PAC adagolása is lehetséges.
A „C” telep 30 000 lakosegyenértékű és 56 l/s maximális terhelésű (átlagosan 18 l/s terhelésű).
Két párhuzamos ózonizáló rendszer biztosítja a további szennyvíztisztítást. Az egyik sor ózoninjektorral, míg a másik diffúziós ózon bevezetéssel oldja meg az ózon reaktortérbe juttatását. Az injektoros vonal utáni kezelést egy fluidágyas reaktor biztosítja.
Az 5. ábra értékeinek (KWhel/m3) a kiszámítása során a szerzők alapul vették az ózon előállítási költségét és az alapanyagok költségét is. Az 5. ábra a három különböző szennyvíztisztító telepen alkalmazott ózonizáló rendszer különböző dózisértékek alkalmazása mellett kapott fajlagos energiaigény eredményeit foglalom össze. Az „A” telep esetében 2,5 és 5,0 g/m3 volt az ózondózis, míg a „B” telepen esetében 2,0 és 5,0 g/m3. Az energiaigény így fajlagosan 0,043 és 0,083 kWhel/m3. Az 5. ábra alapján megállapítható, hogy az ózon injektálást alkalmazó eljárásnak jelentősen nagyobb a fajlagos energiaigénye [77].
Oldalszám: 24/124
5. ábra: Specifikus energiaigény három ózonos oxidációt alkalmazó szennyvíztisztítótelep esetében [80]
Danièle Mousel és munkatársai eredményei arról tanúskodnak, hogy a szennyvíztisztító telepeken alkalmazott ózonos oxidációs eljárás a mikroszennyezők eltávolítása érdekében jelentősen magasabb energiaigényű, mint az adszorpciós eljárások [77].
1.4.5.2. Nagyhatékonyságú oxidációs eljárások
A nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (AOP eljárások) hatékonyságát Riberio és munkatársai tanulmányozták [67]. A kémiai oxidációs folyamatokról megállapították, hogy az AOP eljárások képesek degradálni a szerves mikroszennyezőket és a legtöbb komplex vegyületet [67]. Ezeknek az eljárásoknak a használata során hidroxil gyökök (HO•) képződnek, amelyek oxidálják a szerves szennyező anyagokat. Az AOP eljárások hatékonysága azon alapul, hogy az erős oxidáló vegyületek (E0=2,8 V) degradálják a mikroszennyezőket, és a reakciósebességük 109 l/mol/s értékben állandónak tekinthető [83]. Az oxidáció eredményeként CO2, H2O és számos más szervetlen ionok képződnek [84]. Az AOP eljárásokat a következő alfejezetekben ismertetem részletesen.
UV/H2O2 kombinált eljárás
A megfelelő hullámhosszúságú ultraibolya besugárzás fotokémiai úton bontja az oxigén-oxigén kötéseket, így generálva a H2O2-ből OH• gyököket. Ezen folyamat során a foton és az OH• gyökök oxidálják a mikroszennyezőket [85]. A H2O2 bontása elméletileg 2 OH• gyököt generál a 3. reakcióegyenlet értelmében:
𝐻2𝑂2+ ℎ𝑣 → 2𝑂𝐻∙
3. reakcióegyenlet: Hidrogénperoxid foton hatására történő bomlása
0 0,05 0,1 0,15 0,2
(A) 2,5 (B) 2 (C, diffúz) 3 (C, diffúz) 7 (C, injektált) 5
Energiaigény [kWhel/m3] Szűrés/fázisszétválasztás szivattyúzás energiaigénye Ózon előállítása Nem részletezett további adatok
Oldalszám: 25/124 Az OH• gyökök képződése az UV/H2O2 rendszerben elméletileg független a pH-tól és a hőmérséklettől. A gyakorlatban azonban a kvantum hatékonyságot befolyásolja a pH, mivel a CO32- és a HCO3- ionok, valamint a vízben oldott egyéb szervetlen szennyezők [86] kiváló OH• gyökbefogók (4. reakcióegyenlet és 5. reakcióegyenlet) [66].
∙ 𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑂3− → 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑂3∙ 𝑘 = 8 × 106𝑀−1𝑠−1
4. reakcióegyenlet: A hidrogénkarbonát hatása az OH· gyök képződésére
∙ 𝑂𝐻 + 𝐶𝑂32−→ 𝐻𝑂−+ 𝐶𝑂3− 𝑘 = 3 × 109 𝑀−1𝑠−1
5. reakcióegyenlet: A karbonát ion hatása az OH· gyök képződésére
A CO2 potenciális OH• gyökbefogó, tehát a szerves anyag mineralizációja során keletkező CO2
a további OH• gyökök képződését negatívan befolyásolja [66].
Afonso-Olivares és szerzőtársai munkájukban 23 különböző gyógyszerszármazék eltávolítási hatékonyságát vizsgálták H2O2/UV-C nagyhatékonyságú oxidációs eljárással.
Szennyvíztisztító telep elfolyó vizével kísérleteztek, amihez utólagosan adagolták az eltávolítani kívánt komponenseket (6. táblázat). A szennyvízminta 1344 µS/cm fajlagos elektromos vezetőképességű és 20,4 mg/l TOC koncentrációjú volt. A kísérleti UV lámpa 14 W teljesítményű volt, hullámhossza 254 nm [87]. Egyes komponensek esetében a reakcióidő maximum 5 perc (pl.: ciprofloxacin, diklofenák, ketoprofén, metamizol, omeprazol) vagy 75 perc (atenolol, koffein, karbamazepin, paraxanthin, propanolol). Az eredményeiket a 6.
táblázatban foglalom össze, amely táblázatból jól látszik, hogy 25 mg/l H2O2 dózis mellett a koffein és az ofloxacin mineralizációja 90%-nál kisebb. Minden más komponens 95%-nál nagyobb hatékonyságot mutat. Érdekesség, hogy a paraxantin mineralizációja 5 mg/l H2O2
dózis mellett nem valósul meg, azonban 15 mg/l felett ugrászszerűen megnő, és végül 99%-os hatékonyságot mutat 25 mg/l-es dózis esetén.
6. táblázat: UV/H2O2 oxidációs eljárás eltávolítási hatékonysága 23 mikroszennyező komponensre különböző H2O2
koncentrációk esetében [87]
H2O2 dózis
[mg/l]: 5 15 20 25
Komponens C/C0 degradáció
[%] C/C0 degradáció
Oldalszám: 26/124
Ultraibolya (UV) sugárzás mikroszennyező eltávolítási hatékonysága
A korszerű UV alapú oxidációs eljárások hatékonyságát számos esetben bizonyították [86].
Különböző szennyezett felszíni vizek és szennyvizek esetében egyaránt publikáltak eredményeket [88]. Canonica és szerzőtársai megállapították, hogy az UV oxidációval kezelt vizekből a gyógyszermaradványok kiürülése semleges pH-nál 17 alfa-etinilösztradiol, EE2 vegyület esetében 0,4%, diklofenák esetében 26%, szulfametoxazol és iopromid esetében 15%
körüli hatékonyságot mutatott [89]. Afonso-Olivares és szerzőtársai [87] munkásságának az eredményeit a 7. táblázatban foglalom össze. A táblázatból jól látszik, hogy UV besugárzás hatására a kísérletekben például a gemfibrizol, a naproxén és a paraxantin eltávolítása nem valósul meg, míg számos mikroszennyező, mint pl. a diklofenák vagy a ketoprofén eltávolítása 100% közeli értéket mutat.
7. táblázat: Eltávolítási hatékonyság 23 gyógyszerszármazékra nézve [87]
Komponens C/C0 arány
ciprofloxacin 0,00 >99,0 ofloxacin 0,29 71,00
klofibrinsav 0,00 >99,0 omeprazol 0,01 98,52
diclofenák 0,00 >99,0 paraxantin 1,00 0,00
eritromicin 0,67 32,87 propranolol 0,20 >99,0
fluoxetin 0,16 83,57 ranitidin 0,00 >99,0
gemfibrozil 1,00 0,00 szulfametoxazol 0,00 >99,0
ibuprofén 0,36 63,59 trimetoprim 0,81 18,80
ketoprofén 0,00 >99,0 átlag 0,37 63,3
Oldalszám: 27/124 Hidrogén-peroxid (H2O2) eljárások eltávolítási hatékonysága
Az AOP eljárások során H2O2 hozzáadásával javítható az OH• gyökök képződésének a dinamikája. A módszer széleskörűen elterjedt a szerves szennyezők eltávolításában. Rosenfeld publikálta, hogy hulladékokból történő szerves anyag elválasztására is alkalmazható az eljárás [90]. Jelenleg az a tendencia, hogy a hidrogénperoxidos eljárásokat kiegészítik UV és más eljárásokkal. Ezek alkalmazása kiemelkedő mineralizációs hatékonyságot mutatott [87].
Fenton folyamatok eltávolítási hatékonysága
A nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokat napjainkban a hulladékkezelésben, a szerves mikroszennyezők eltávolításában, és a vízvédelem egyéb területein széleskörűen alkalmazzák.
Ezeket leggyakrabban a biológiailag nehezen bontható, nagy stabilitású anyagok eltávolítására [91] vagy fertőtlenítő eljárások esetében alkalmazzák [92], [93].
Az AOP-k közül a Fenton-féle reagensen alapuló eljárások hatékony és gyakran alkalmazott eljárásnak minősülnek egyszerűségük és széleskörű alkalmazhatóságuk (számos szerves mikroszennyező komponens nagy hatékonyságú mineralizációjára alkalmasak) miatt [94]. Az első Fenton eljárást a maleinsav oxidációjának esetében alkalmazták [95], [96]. A Fenton folyamat a legnagyobb hatékonyságot pH=3 esetében mutatja, és négy részlépésben megy végbe: oxidáció, semlegesítés, flokkuláció, ülepítés [97].
Alapesetben a szerves anyagoknak az eltávolítása két részlépésben megy végbe, ahol először az oxidációs lépés, majd a koagulációs lépés következik [98]. A szerves anyagok oxidációja során (6. reakcióegyenlet és 7. reakcióegyenlet) OH• gyökök és koaguláns anyagok keletkeznek. Ennek mechanizmusát az alábbi reakcióegyenletek ismertetik:
𝐹𝑒2++ 𝐻2𝑂2 → 𝐹𝑒3++ 𝑂𝐻−+ 𝐻𝑂•
𝑅𝐻 + 𝐻𝑂•→ 𝑅•+ 𝐻2𝑂
6. reakcióegyenlet: Fenton-reakciók (I) – oxidáció
ahol: RH a szerves szennyezőanyagot jelöli.
𝑅•+ 𝐹𝑒3+→ 𝑅++ 𝐹𝑒2+
𝐹𝑒2++ 𝐻𝑂•→ 𝐹𝑒3++ 𝑂𝐻−
7. reakcióegyenlet: Fenton-reakciók (II) – koaguláció
Oldalszám: 28/124 A Fenton-folyamatok előnyeit és hátrányait a 8. táblázat foglalom össze P.V. Nidhees és R.
Gandhimathi munkája alapján, amelyből látszik, hogy a Fenton folyamatok legnagyobb előnye a költséghatékonyság és az alacsony energiaszükséglet [96].
8. táblázat: A Fenton-folyamatok előnye és hátránya [108]
Előnyök Hátrányok
A folyamatnak nincs további energia szükséglete a H2O2 aktiválásához
A folyamat a vastartalmú ionokat gyorsabban fogyasztja, mint ahogyan regenerálni tudja
A Fenton-folyamat viszonylag olcsó, könnyen fenntartható és kezelhető
A vasion tartalmú iszapok további kezelése szennyvíztisztító telepeken erőforrásigényes
Rövid reakcióidő mellett teljes oxidációs folyamatok zajlanak le
A folyamat hatékonysága szűk pH (2-3) tartományban bizonyul jó hatékonyságúnak
A folyamat homogén katalitikus jellegű A vas ionok deaktiválhatják komplex ionokon keresztül (foszfát ionok, közti bomlástermékek) a folyamatot Nincs szükség energia befektetésre A vizekben a bomlástermékek új szennyező
komponenseket generálhatnak.
A 9. táblázatban különböző Fenton eljárásokat mutatok be P.V. Nidhees és R. Gandhimathi munkája alapján [96]. Így például a táblázatból látszik, hogy a diklofenák eltávolítására Foto-Fenton eljárást alkalmaztak.
9. táblázat: Fenton eljárások [96]
Szennyező Eljárások Reakció idő
[min] Referencia
karbamazepin Szobahőmérséklet, pH=3, 180 min, Fe2+ = 0,016 mM,
H2O2 = 0.8 mM >90 [102]
H2O2 = 0.8 mM >90 [102]