Doktori munkám során az alábbi tudományos eredményeket értem el, amelyek a doktori értekezés tárgyalási sorrendjének megfelelően tézisszerűen ismertetek:
I. IVÓVÍZ ÉS KAZÁNTÁPVÍZ ELŐÁLLÍTÁSA FELSZÍNI VIZEKBŐL ULTRASZŰRÉST ALKALMAZÓ MOBIL TELEPÍTÉSŰ TECHNOLÓGIA
SEGÍTSÉGÉVEL
1. tézis. Újszerű, mobil (konténeres) két lépcsős vízkezelési technológiát terveztem meg és alakítottam ki, amely bármely természetes forrásból származó magas lebegőanyag tartalmú nyersvízből képes magas minőségi elvárásokat is teljesítő kazántápvizet előállítani úgy, hogy az alkalmazott szívott üzemű ultraszűrő terhelésének és energiaigényének minimalizálására homokszűrés helyett ferdelemezes ülepítőt használ.
A gyakorlatban a szívott rendszerű ultraszűrők esetében az ultraszűrő modulok folyamati tartályát használják koagulációs tér gyanánt. Ezen gyakorlattal szemben, az eredmények tükrében, javaslatot teszek a külön koagulációs, flokkulációs, ülepítő rendszernek az ultraszűrési folyamattól való elválasztására.
2. tézis. Gyakorlatban igazoltam, hogy a természetes felszíni vizek TOC (összes szervesanyag) tartalmának csökkentésére az ultraszűrés, mint technológia, koagulációs, flokkulációs, ferde lemezes ülepítés, mint előkezelés mellett is, csak korlátozottan (30%) alkalmas. A magas hatékonyságú eltávolítás érdekében szükség van további kezelésre, például a fordított ozmózisos lépésre is.
II. SZENNYEZETT FELSZÍN ALATTI VIZEK TISZTÍTÁSA NANOSZŰRÉS ÉS FORDÍTOTT OZMÓZIS FELHASZNÁLÁSÁVAL
1. tézis. Súlyosan szennyezett talajvíz esetén gyakorlati példán keresztül bizonyítottam, hogy a hagyományos kezelési eljárásokkal szemben létezik egy alternatív, elsősorban membrántechnológiára alapozott technológia, mely alkalmas a kívánt tisztított víz paraméterek biztosítására a lehető legkedvezőbb hulladékkibocsátási feltételek mellett.
2. tézis. Megállapítottam, hogy a bemutatott példához hasonló komplex talajvíz szennyezők esetében a membrántechnológia, mint módszer csak a kiegészítő hagyományos technológiai eljárásokkal együtt bizonyul elég hatékonynak a kívánt vízminőségi célok elérése érdekében.
L a k n e r G á b o r Oldal 77
III. GÁZFÁZISÚ KÁROS ANYAG (AMMÓNIA) ELIMINÁLÁSA IPARI SZENNYVÍZBŐL TOVÁBBHASZNOSÍTHATÓ FORMÁBAN,
MEMBRÁN-KONTAKTOR SEGÍTSÉGÉVEL
1. tézis. Bebizonyítottam, hogy a magas (>500 mg/l) ammóniakoncentrációjú szennyvizek esetében a membránkontaktoros ammóniaeltávolítás a számbajöhető eljárások közül legelőnyösebb technológia. Az általam tervezett rendszer stabilan és tartósan alkalmas a feladat ellátására.
2. tézis. A hulladékvízből történő ammóna eltávolításra a diffúzióra vonatkozó Fick-egyenetből kiindulva egységes modellt alakítottam ki a síkmembrán anyagátadási együtthatójának meghatározásához, amelynek alapját a transzportegyenletnek az irodalomból ismert, de matematikailag korrektebb megoldása jelentette. A kidolgozott (lineáris) modell betáplálás oldali lúgozás esetén kielégítő módon írja le a ammónia-koncentráció időbeli változását.
3. tézis. Modellt dolgoztam ki a síkmembránon kapott eredmények membránkontaktorra történő átvitelére. A kapott összefüggés megegyezik az irodalomból ismertekkel, de azoknak korrektebb levezetését adja. Segítségével a síkmembránon kapott összefüggések átvihetők membránkontaktorra, azaz a kidolgozott modellek ipari körülmények között is használhatóvá válnak.
4. tézis. A Budenstein elv alkalmazásával pontosítottam a fogadó oldali ammónia-koncentráció, és ezen keresztül a solvens folyadék fajtájának és koncentrációjának hatását az anyagátadási együtthatóra, Megállapítottam amennyiben annak mennyisége meghaladja a sztöchiometriai arányt, hatása első közelítésben elhanyagolható.
5. tézis. A membránon keresztüli anyagtranszportot egy potenciálgáton történő átmenetként értelmeztem. A hozzárendel matematikai statisztikai leírással értelmeztem a folyamat hőmérsékletfüggését és megállapítottam, hogy az Arrhenius-típusú összefüggéssel írható le. Kiszámítottam a folyamatra jellemző aktiválási energiát, amely jó egyezésben voltak egyéb tapasztalatokkal.
L a k n e r G á b o r Oldal 78
N EW SCIENTIFIC RESULTS
In this thesis I achieved the following scientific results:
I. PRODUCTION OF DRINKING AND BOILER FEED WATER FROM SURFACE WATER USING PORTABLE ULTRA-FILTRATION MEMBRANE TECHNOLOGY
Thesis 1. Novel and portable, two-stage water purification technology was designed and implemented to produce high quality boiler-feed water from resources with high suspended solids content. To lower the energy demand and loading intensity of the suction-type ultrafiltration unit, the system was installed with an inclined plate clarifier instead of sandfiltering. In practice, when this sort of ultrafilter is employed the process tanks are used for coagulation. By contrast, driven by the results of this thesis I make a proposal for the separation of coagulation/flocculation/settling systems from the ultrafiltration process.
Thesis 2. I demonstrated in practice that ultrafiltration – even if coupled with coagulation, flocculation and inclined plate clarification as complementary technologies – can only remove 30% of total organic matter (TOC) contained in surface waters.
Consequently there is a need for further steps, i.e. reverse osmosis, to achieve highly efficient water purification.
II. PURIFICATION OF POLLUTED GROUNDWATER APPLYING NANO-FILTRATION AND REVERSE OSMOSIS
Thesis 1. As part of a case study dealing with heavily polluted groundwater, I proved with experiments that traditional treatment methods can potentially be replaced by membrane-based techniques. These alternatives make it possible to meet the required water quality standards under the best waste discharge characteristics possible.
Thesis 2. I found that when water resources containing complex impurities are treated, as in the case study presented, membrane technology is only effective in achieving the set water quality objectives together with conventional technology processes.
III. ELIMINATION OF GASEOUS POLLUTANTS (AMMONIA) FROM INDUSTRIAL WASTEWATER IN A USABLE FORM WITH MEMBRANE
CONTACTORS
Thesis 1. I proved that for wastewater with ammonia concentrations exceeding 500 mg/l, membrane contactors are the most advantageous solution for the removal of this specific component. The system I designed for this purpose is stable and durable for the task.
L a k n e r G á b o r Oldal 79
Thesis 2. To remove ammonia from wastewater, I designed a standard model (based on Fick’s law of diffusion) that is able to determine the mass transfer coefficient of plate-frame membranes based on the mathematically more accurate solution of the respective transport equations. The (linear) model I developed can adequately predict the temporal change in ammonia concentration with an alkaline primer side.
Thesis 3. I developed a model for transferring the results obtained from a flat sheet membrane to a membrane contactor. The resulting correlation is the same as in literature, but gives a more accurate derivation. With its help, the formulas from the flat membrane can be transferred to a membrane contactor, meaning that the developed models can also be used in industrial applications.
Thesis 4. Using the Budenstein principle I clarified the effect of the ammonia concentration on the receiving side, and through this the effect of the type and concentration of the solvent liquid on the material transfer coefficient. I determined that if its quantity exceeds the stoichiometric ratio, its effect in the first approximation is negligible.
Thesis 5. I described the material transport through the membrane as a transition on a potential barrier. I interpreted the temperature dependence of the process with the assigned mathematical statistical description, and determined that it can be described with an Arrhenius-type correlation. I calculated the activation energy characteristic of the process, which tallied well with other experiences.
L a k n e r G á b o r Oldal 80