Ionizáló sugárzás környezetvédelmi alkalmazásai: vízkezelés

Takács Erzsébet

erzsebet.takacs@energia.mta.hu

• Toxikus szerves szennyezők az élővizekben

• Nagyhatékonyságú oxidációs eljárások (AOP)

• Az ionizáló sugárzás

• Radiolízis vizes oldatokban

– Gyógyszermolekulák lebontása – Textilszínezékek lebontása

• AOP eljárások kombinálása

• Kísérletek szennyvízzel

• Az ionizáló sugárzás környezetvédelmi 

• Perzisztens szerves vegyületek  (POP’s): 

– Kevéssé illékonyak, 

– A természetben stabilak (évekig,  évtizedekig), 

– Zsírban oldódnak, 

– A szervezetre káros  hatással vannak.

Pl. peszticidek, azo‐színezékek.

• Nem perzisztens vegyületek

– Koncentrációjuk kisebb, de erősen toxikusak.

– Folyamatosan kikerülnek a környezetbe, mint a  gyógyszer molekulák és metabolitjaik.

− Jelentős hányaduk az anyagcsere során a csatornába jut

Pharmaceuticals

Pharmaceuticals : a : a threat threat to to drinking drinking water

water ? ?

• nem-szteroid gyulladásgátló

• fájdalom csillapító

•általában zselé formájában kapható

O

OH O

CH₃

0 250 000 500 000 750 000 1 000 000

Number of boxes

2001 2005

* M. Farré, D. Barceló, Toxicity testing of wastewater and sewage sludge by biosensors, bioassays and chemical analysis, Trends in Analytical Chemistry, Vol. 22, No. 5 (2003)

EC50 = 15.6 µg/ml (V. fisheri)^*

Ketoprofen

Pharmaceuti cal

Incoming, ng dm

Outgoing, ng dm

Efficiency (%)

Ibuprofen 1900 250 87

Acetaminofe n

960 ND >99

Naproxen 3200 380 88

Ketoprofen 1200 280 77

Diclofenac 110 90 18

Pharmeceuticals in purified water

OH

O O

OH

O

Test compound

Concentratio n

µg ml^-1

Biodegradation after 28 days,

%

Biodegradation after 40 days, % Cefotiam

dihydrochloride 4.8 7 10

Ciprofloxacin 3.5 0 0

Metropenem 2.5 7 7

Penicillin G 3.0 27 36

Sulfamethoxazole 3.8 0 0

Biodegradation of antibiotics. Results of closed bottle test.^a)

a) Al-Ahmad, A., Dashner, F.D., Kummerer, K., Biodegradability of cefotiam,

ciprofloxacin, meropenem, penicillin G and sulfamethoxazole and inhibition of waste bacteria. Archiv. Environ. Contam. Toxicol. 37, 158 (1999)

Max. konc. ng/l Ország

Lipid szabályozók

Bezafibrate 27 Németo.

Cofibric acid

165 Németo.

270 Németo.

170 Németo.

5,3 Olaszo.

Gemfibrozil 70 Kanada

Láz‐és fájdalomcsillapítók

Diclofenac 6

Németo.

Ibuprofen 3 Németo.

Phenazone 250 Németo.

400 Németo.

Propylphenazone 80 Németo.

120 Németo.

Antibiotikum Tylosin 1,7 Olaszo.

Antiepilektikum Carbamazepine 24 Kanada

258 USA

Citosztatikum Bleomycin 13 Anglia

Antipszichosztatikumok Diazepam 10 Anglia

23,5 Olaszo.

Gyógyszervegyületek koncentrációja az ivóvízben

• • OH OH

•

Advanced Oxidation Processes (AOPs) – nagyhatékonyságú

oxidációs eljárások: OH gyök segítségével bontják le a toxikus vegyületeket

•• ^••

OH gyakorlatilag a vízben oldott összes

szerves vegyületet képes

oxidálni .

• •OH

• OH OH

Fenton &

Fenton &

UVUV--FentonFenton

OO₃₃ & H& H₂₂OO₂₂

& UV

& UV

Ioniz

Ioniz á á l l ó ó sug sug á á rz rz á á s s

UUltrahangltrahang

UV-UV-KatalKatalííziszis

POLLUTANTS POLLUTANTS POLLUTANTS ElektromosElektromos

kisükisüllééss

A v A v í í z kezel z kezel é é s s é é re haszn re haszn á á lhat lhat ó ó AOP m

AOP m ó ó dszerek dszerek

¾¾

Fenton, Fenton , foto foto - - Fenton Fenton

¾¾

U U H H (ultrahang) (ultrahang)

¾¾

EB (ioniz E B (ionizá á l l ó ó sug sug á á rz rz á á s) s)

¾¾

Nedves oxid Nedves oxid á á ci ci ó ó , katalitikus nedves oxid , katalitikus nedves oxid á á ci ci ó ó

¾¾

Kombiná Kombin ált m lt mó ó dszerek: dszerek : a fenti m a fenti m ó ó dszerek dszerek kombin

kombin á á l l á á sa adal sa adal é é kokkal pl. kokkal pl. H H

O O

/TiO /TiO

/O /O

FENTON ÉS FOTO−FENTON REAKCIÓK

` A Fenton reagens – hidrogénperoxid és vas katalizátor

keveréke. A H

O

oxidálja a vasat (Fe(II) Fe(III)) a

reakcióban OH

és

OH is keletkezik. A Fe(III) redukálódik Fe(II), a reakcióban szuperoxid gyökanion/perhidroxil gyök pár keletkezik:

Fe

+ H

O

Fe

+ OH

+

OH Fe

+ H

O

Fe

+ HO

+ H

Fe

+ O

(HO

) ⎯→ Fe

+ O

(+H

)

`

Ha UV sugárzást is használnak (Foto-Fenton reakció) a Fe

regenerálása gyorsabb.

Fe(OH)

+ hν ⎯→ Fe

+

OH

HH₂₂OO₂₂ FeSOFeSO₄₄

pH pH ellenőellenőrzérzéss HőHőmméérsrsééklet klet

ellen

ellenőőrzrzééss

AlkáAlkálili

FENTON REACTOR FENTON REACTOR

HH₂₂OO₂₂ &&

FeSOFeSO₄₄ analíanalízzisis

SavSav

Tiszt Tisztí í t t ó ó

Szennyv Szennyvíízz

Fenton Fenton rea rea k k tor tor

OH Cl

Cl Cl Cl Cl

Tiszta Tiszta vvíízz

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

t (min)

2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

[4-CP] (mM)

pH= 1 pH= 2 pH= 3 pH= 4

Fenton:

Fenton: er er ő ő s s pH pH f f ü ü gg gg é é s s

ULTRAHANG

Az ultrahangnak nem direkt kémiai hatása van. Az akusztikus kavitáció: a folyadékban buborékok keletkeznek, nőnek,

majd robbanás-szerűen összeesnek. Eközben igen nagy

hőmérséklet kb. 5000 K, és nyomás kb. 1000 bar keletkezik, a felmelegedés-lehülés sebessége 10

K s

fölötti. A

kavitáció hatására extrém fizikai és kémiai körülmények

alakulnak ki a folyadékban.

Ultrahangos 

kezelés (UH) _H

2

O + UH Æ

OH +

H

bubble.flv

A kavitáció hatására extrém fizikai és kémiai körülmények alakulnak ki a folyadékban, a víz elbomlik ^•H és ^•OH keletkezik.

• A tisztított szennyvíz kezelése: egy lépésben fertőtlenít és csökkenti a maradék szerves szennyeződés koncentrációját.

• Nagy toxicitású szennyvizek kezelésére

többféle AOP kombinálása szükséges.

Forr Forr á á sok sok é é s m s m ó ó dszerek a dszerek a degrad

degrad á á ci ci ó ó é é s k s k ö ö vet vet é é s s é é re re

` Gamma radiolízis

` Analízis: UV-VIS, HPLC

` COD, BOD, TOC, Microtox toxicitás ⁽Vibrio fischeri)

` Impulzusradiolízis –

kinetikus spektroszkópiás detektálással

Híg vizes oldatokban a sugárzás elsődleges hatása a víz radiolízise:

H₂O ⎯⎯→ ^•H, e_aq⁻, ^•OH, H⁺, OH⁻, H₂O₂, H₂

G (^•H) = 0.06 µm J^-1; G(^•OH) = 0.28 µm J^-1; G(e_aq⁻) = 0.28 µm J^-1

Radiol

Radiol í í zis zis vizes oldatban vizes oldatban

+H₂O

e_aq^- + N₂O ⎯⎯→ ^•OH + N₂ + OH^- k = 8.7 x 10⁹ mol^-1 dm³ s^-1

OH gyök: G ≈ 0.56 μmol J⁻¹ H atom: G ≈ 0.06

N

O-dal telített oldatban:

OH reakciója

Radiol

Radiol í í zis zis vizes oldatban vizes oldatban

•OH + (CH₃)₃COH→ H₂O + ^•CH₂C(CH₃)₂OH

k(OH) = 6×10⁸ mol^-1 dm³ s ^-1 Spektrum e_aq⁻ : λ_max = 715 nm

ε_max = 18 500 mol^-1 dm³ cm^-1

N

-nel telített oldatban:

•

OH és e

t -butanol jelenlétében: e

Radiol

Radiol í í zis zis vizes oldatban vizes oldatban

Szuperoxid gyökanion (O₂^−•) és perhidroxil gyök(HO₂^•):

` e_aq⁻ +O₂ ⎯→ O₂^−•k = 1.2 × 10¹⁰ mol^–1 dm³ s^–1

` H^• + O₂ ⎯→ HO₂^• k = 1.9 × 10¹⁰ mol^–1 dm³ s^–1

Radiol

Radiol í í zis zis vizes oldatban, vizes oldatban,

oxig oxig é é n jelenl n jelenl é é t t é é ben ben

A A ^{• •} OH OH reakci reakci ó ó ja egyszer ja egyszer ű ű

arom arom á á s molekul s molekul á á kkal kkal

••

O O H reakci H reakci ó ó ja; ja; p p - - krezol krezol degrad degrad á á ci ci ó ó ja ja

OH C

H₃

+ ^{H3C O} + ^H2O

O H

OH C

H₃

+ + ^H2O

O

H H2C OH

OH C

H3

+

O H

OH OH C

H₃

OH C

H3

+

O H

O H

OH C

H₃

OH C

H₃

+

O H

OH

OH C

H₃

OH C

H₃

+

O H

O H

OH C

H3

300 400 500 600 700 0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Phenoxyl radical Hydroxycyclohexadienyl radical, 5x magnified

Molar absorption coefficiet, mol-1 dm3 cm-1

Wavelength, nm

Impulzusradiol

Impulzusradiol í í zis zis

G. Albarran, R.H. Schuler: J. Phys. Chem. A 111 (2007) 2507−2510.

Jonston et al., Can. J. Chem. 71 (1993) 1655−1662.

2 H₃C OH OH

H O H

OH C

H₃ +

H O H

OH C

H3

H O H OH

C H₃

O H

OH C

H₃

••

O O H reakci H reakci ó ó ja; ja; p p - - krezol krezol degrad degrad á á ci ci ó ó ja ja

O

OH O

CH₃

Ketoprofen

Cl

Cl NH OH

O HN

C

O H₃C

OH

O

Ibuprofen 2,6-diklór anilin

Diklofenak, DCF Fájdalom csillapító,

gyulladásgátló

Cl

Cl NH OH

O

DCF lebomlása

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

3,0 0 kGy

0.2 kGy 0.4 kGy 0.6 kGy 1 kGy 2 kGy 4 kGy N₂O -dal telített

Abszorbancia

a

t-BuOH N₂ -telített

b

200 300 400 500 0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

N₂ -nel telített

Abszorbancia

Hullámhossz, nm

c

200 300 400 500 Levegővel telített

Hullámhossz, nm

d

0,1 mmol dm^-3 DCF

Cl

Cl NH OH

O

0 5 10 15 20 0

1x10⁵ 2x10⁵ 3x10⁵ 4x10⁵

P2

DCF

Mikroabszorbancia

P1

2000 250 300 350 5x10⁴

1x10⁵ 2x10⁵

4.6 min.

Hullámhossz, nm

2000 250 300 4x10⁴

8x10⁴

6.7 min.

Hullámhossz, nm

0 5 10 15 20

0 1x10⁵ 2x10⁵ 3x10⁵ 4x10⁵

P4 P2 P3

DCF

c b a d

Mikroabszorbancia

P1

2000 250 300 350 5x10⁴

1x10⁵ 2x10⁵

4.6 min.

Hullámhossz, nm

2000 250 300 4x10⁴

8x10⁴

6.7 min.

Hullámhossz, nm

2000 300 400

1x10⁵ 2x10⁵

10.8 min.

Hullámhossz, nm

2000 300 400 4x10³

8x10³

19.5 min.

Hullámhossz, nm

0 5 10 15 20

0 1x10⁵ 2x10⁵ 3x10⁵ 4x10⁵

P4 P2 P3

DCF

c b a d

Mikroabszorbancia

P1

2000 250 300 350 5x10⁴

1x10⁵ 2x10⁵

4.6 min.

Hullámhossz, nm

2000 250 300 4x10⁴

8x10⁴

6.7 min.

Hullámhossz, nm

2000 300 400

1x10⁵ 2x10⁵

10.8 min.

Hullámhossz, nm

2000 300 400 4x10³

8x10³

19.5 min.

Hullámhossz, nm

0 5 10 15 20

0 1x10⁵ 2x10⁵ 3x10⁵ 4x10⁵

P4 P2 P3

DCF

c b a d

Mikroabszorbancia

Idő, perc P1

200 250 300 350 0

5x10⁴ 1x10⁵ 2x10⁵

4.6 min.

Hullámhossz, nm

2000 250 300 4x10⁴

8x10⁴

6.7 min.

Hullámhossz, nm

2000 300 400

1x10⁵ 2x10⁵

10.8 min.

Hullámhossz, nm

200 300 400

0 4x10³ 8x10³

19.5 min.

Hullámhossz, nm

Cl

NH₂

Cl

Kinodális vegyület Hidroxilált DCF

2,6-diklóranilin 4-klórakridin

HPLC chromatograms of 1 kGy irradiated 5×10^-4 M DCF solutions in ^•OH reaction (a), in e_aq⁻ reaction (b) in ^•OH + e_aq⁻

reaction (c), and in air saturated solution (^•OH and O₂^−•/HO₂^• reaction) (d).

50000 100000 150000 200000 250000 300000

Absorbance (μAU)

N Cl

Cl HN

Cl

COONa

4-chloroacridine

Diclofenac

214 Da

318 Da

A degrad

A degrad á á ci ci ó ó s term s term é é kek kek azonos

azonos í í t t á á sa: sa: LC LC - - MS MS /MS /MS

Oxigén jelenlétében:

mineralizáció

CH₃ OH

OH

+ ^{O2 O}

H H OH OH

CH₃

O C

CH₃ OH

OH C

O

OH O

0 10 20 30 40 0

50 100 150 200 250

Toxicitás

TOC KOI

KOI, mg dm-3 , TOC, mg dm-3

0 10 20 30 40 0

20 40 60 80 100 Fluoreszcencia csökkenés (Toxicitás), %

Degradáció, mineralizácó és toxicitás DCF lebontásakor

0,1 mmol dm^-3

0,5 mmol dm^-3

Nagyon széles spektrumú antibiotikum (Gram +/-, aerob/anaerob baktériumok) Chloramphenicol (CPL)

/klorocid/

Peptidil-tanszferáz enzim gátlással a riboszómán belül akadályozza a peptid szintézist

Előfordulás szennyvizekben:

Kína: 5,8-47,0 µg dm^-3

Effektív koncentráció szervezeten belül:

15-20 mg dm^-3

Klorocid

0 20 40 60 80 100 120 0

100 200 300

KOI, mg dm-3 , TOC, mg dm-3

0 20 40 60 80 100

Toxicitás, %

KOI TOC

Toxicitás

Toxicitás ^{(60 µM)}

KOI, TOC 1 mM

Degradáció, mineralizácó és

toxicitás klorocid lebontásakor

•OH és O₂^•–/HO₂^• reakció (levegő)

Né v

m/z Δtömeg

CPL 321 [M]

P1 337 [M+16]

P2 353 [M+32]

P3 337 [M+16] vicinális

5 10 15 20 25

0 25000 50000

P3 P2

Idő, min

Beütésszám

337

337353

321

P1

CPL

LC-MS/MS analízis

A  legismertebb  és  a  legnagyobb  mennyiségben  használt  fájdalom‐ és 

Paracetamol

CAS szám 103‐90‐2

IUPAC név N‐(4‐

hidroxifenil)acetamid Általánosan használt 

nevek

Acetaminofenol 4‐acetamidofenol 4‐hidroxiacetanilid

Képlet C₈H₉NO₂

Moláris tömeg (g/mol) 151,16 Olvadáspont (°C) 169‐172 °C Forráspont (°C) >500 Oldhatóság vízben 

(g/l)_20 °C 14

Sűrűség (g/cm³) 1,293

pKa 9,63

OH

NH C

O

H₃C

Paracetamol

0 10 20 30 40 0

50 100 150 200

KOI, TOC mg dm-3

Dózis, kGy

KOI

TOC

Paracetamol lebomlása 1 mmol dm^-3 vizes oldatban

Degradáció és mineralizácó

paracetamol lebontásakor

0 20 40 60 80 100

0,1 mmol/dm³

Toxicitás, %

1 mmol/dm³ 0,5 mmol/dm³

Paracetamol toxicitása

Az para -addukt további átalakulásai

NHCOCH₃ HO

OH

OH

OH

NHCOCH₃

+

+ R

H₂N

O

CH₃

Acetamid Hidrokinon

Textilsz

Textilsz í í nez nez é é kek degrad kek degrad á á ci ci ó ó ja ja

phenylsulphonic acid azo group triazine

Apollofix Red (AR-28)

phenylsulfonyl

200 300 400 500 600

0 1x10⁴ 2x10⁴ 3x10⁴

4x10^{4 292 nm}

532 nm 513 nm

ε, mol-1 dm3 cm-1

Wavelength, nm

λ_max = 292 nm ε_max ≈ 50000 mol^-1 dm³ cm^-1

λ_max = 513, 532 nm, ε_max = 31400 mol^-1 dm³ cm^-1

0 1 2 3

0 25 50 75 100 _c

d b a

((A initial- A)/A initial)x100

Dose, kGy

a, N₂O pH=5.4 b, N₂O + t-BuOH, pH=5.0 c, N₂ + t-BuOH, pH=8.5 d, N₂ + t-BuOH, pH=1.1

200 300 400 500 600 700 0

1 2 3

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

0,0 2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5 8,0x10^-5 1,0x10^-4

-14 -12 -10 a)

OH

e_aq^-

Dose, kGy 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0

Wavelength, nm

Absorbance

b)

ln(Dye conc.) mol dm -3

Dose, kGy 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0

Dose, kGy

Dye conc. mol dm-3

1 2 3

c)

Absorbance

2,0x10^-5 4,0x10^-5 6,0x10^-5 8,0x10^-5 1,0x10^-4

e_aq^-+AR-28, pH 6 H+AR-28, pH 2 e_aq^--AR-28, pH 6 d)

Concentration, mol dm-3

8.5x10^-5 mol dm^-3 AR-28

N₂O-dal telített oldat – OH gyök reakciója (a),

színezék koncentráció csökkenés a dózis függvényében HPLC mérés alapján (b).

Elszintelenedés N₂-dal telített tert- butanol tartalmú oldatban – a

hidratált elektron reakciója (c, d) és a hidrogén atom reaktiója (d).

•OH

•OH

•OH

•OH

•OH

•OH gyök támadási lehetőségei AR molekulán

AR I AR II

P I P II

•OH a

0,0 2,0x10⁴ 4,0x10⁴ 6,0x10⁴ 8,0x10⁴ 1,0x10⁵

μAbs.

AR II.

AR I.

P I.

P II.

HPLC – diódasoros detektálás OH gyök reakciója

0.6 kGy 530 nm

200 400 600 800 0,0

5,0x10⁴ 1,0x10⁵ 1,5x10⁵ 2,0x10⁵ 2,5x10⁵

3,0x10⁵ ._{OH + AR-28}

Microabsorbance

Wavelength, nm AR-28

Product

HPLC – diódasoros detektálás OH gyök reakciója

200 250 300 350 0.0

0.5 1.0 1.5

Absorbance

λ, nm

before before

200 250 300 350

0.0 0.5 1.0 1.5

Absorbance

λ, nm

before before

[Carbofuran] 200

[Carbofuran] 200 μμM + M + ^••OHOH

no O₂, no TiO₂

after after 14 kGy 14 kGy

O₂ & TiO₂

after after 1.3 kGy 1.3 kGy

Nedves oxidáció és sugárzás (20 bar oxigén)

Fenol

Fenoláátt oldat UV spektrumoldat UV spektrumáának vnak vááltozltozáása levegsa levegőős s éés oxigs oxigénes reakciénes reakcióóban elektron besugban elektron besugárzárzáássalssal

200 250 300 350

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 kGy 5 kGy 10 kGy 15 kGy

Absorbance

Wavelength, nm Air saturated

a)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 kGy 5 kGy 10 kGy 15 kGy

Absorbance

20 bar O₂ pressure b)

Mineralization of aqueous Na

Mineralization of aqueous Na--pphenolatehenolate solutions: solutions:

a combination of irradiation treatment and wet oxidation a combination of irradiation treatment and wet oxidation

M. Chamam, Cs. M. Földváry, A. M. Hosseini, A. Tungler, E. Takács and L. Wojnárovits, Radiation Physics and Chemistry accepted.

Doi:10.1016/j.radphyschem.2011.11.013

0 10 20 30 40 1000

1200 1400 1600 1800 2000

TOC, mg dm -3

COD, mg dm-3

Dose, kGy

0.01 mol dm^-3 phenol

300 400 500 600 700 800 TOC

COD

Fenolát oldat oxidációja LINAC, 25 °C, 20 bar O

0 5 10 15 20

0 100 200 300 400

TOC, mg dm -3

COD, mg dm-3

Dose, kGy

0.002 mol dm^-3 phenol

0 50 100 150

TOC COD

`

Tisztított szennyvíz – utókezelés

`

Erősen toxikus szennyvíz – nedves oxidáció és sugárzás

Eredm

Eredm é é nyek szennyv nyek szennyv í í zzel zzel

TOTAL COLIFORM AND FECAL COLIFORM VALUES MEASURED WITH

SAMPLES FROM A MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT AFTER BIOLOGICAL TREATMENT, BEFORE STERILIZATION AND AFTER

STERILIZATION BY CHLORINE TREATMENT OR IRRADIATION.

Sample Free Cl mg dm^-3

Total Cl mg dm^-3

Dose, kGy

Total Coli.

Fecal Coli.

Fec. C./

Total C.

I₀₁ - - - 730 75 10.2

II_Cl1 0.07 0.09 - 560 52 9.3

I_rad1

- - 0.5 1 0 -

- - 1 1 0 -

- - 20 0 0 -

I₀₂ - - - 900 90 9.9

II_Cl2 <0.05 0.06 - 700 80 11.4

I_rad2

- - 0.5 0 0 -

- - 1 0 0 -

- - 20 0 0 -

COMPARISON OF CODK AND BOD5 VALUES MEASURED WITH SAMPLES FROM A MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT AFTER BIOLOGICAL TREATMENT, BEFORE DISINFECTIONAND AFTER DISINFECTION BY CHLORINE TREATMENT OR IRRADIATION.

Sample Treatmen t

COD_k mg dm^-

3

BOD₅ mg dm^-3

BOD₅/COD

k

I₀₁ - 46 16 35%

II_Cl1 Cl 62 16 26

I_rad1

0,5 kGy 36 <10 (6) <17 1 kGy 32 <10 (8) <25 20 kGy 36 <10 (5) <14

I₀₂ - 53 17 32

II_Cl2 Cl 58 15 26

0,5 kGy 31 <10 (7) <23

Compounds m%

TOFISOPAM 1.19

METHANOL 31

AMMON. Cl 9.2

ACETIC ACID 13.64

WATER 44.86

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

3800 4000 4200

TOC, mg dm -3

COD, mg dm-3

Dose, kGy TOC

COD

1100 1200 1300 1400

O CH₃ O

CH₃ CH₃ CH₃

N H₃C N

O H₃C O

Wastewater Treatment Flue gas Purification

Sludge Disinfection

Az ionizáló sugárzás

környezetvédelmi alkalmazásai

o Energia takarékos és környezet kímélő o Nincs szükség adalékra, könnyű

automatizálni, nincs toxikus melléktermék

o Számos működő ipari és félüzemi

méretben működő technológia bizonyította a technológia előnyeit

Az ionizáló sugárzást alkalmazó

technológiák el ő nyei

Az ionizáló sugárzást alkalmazó víz és szennyvíz kezelési technológiák el ő nyei

o A szerves szennyezőket sugárkémiai úton lebontja

o Elszínteleníti a szennyvizet: bontja a konjugált rendszereket, színcentrumokat

o Sugárkémiai úton szagtalanít

o Fertőtlenít: a mikroorganizmusok DNA-jat roncsolja

o A kezelt szennyvíz használható pl. öntözésre

Víz/Szennyvíz kezelés sugárzással

Ontario Canada (2003)

Miami (1985)USA

Boston (1980)USA

Sao Paulo Brazil (2005)

Voronezh Russia (1985)

Moscow Russia (1990)

Takasaki Japan (1991) Daejeon

Korea (2006)

Daegu Korea (2006)

Novosibrirsk

Angarsk Russia (2004) Minsk

Russia (1980)

St. Petersburg Russia ( 2005 )

Omsk Vienna

Austria (2005)

Pensive Bodhisattva, 7^th Century, National Museum of Korea

Dewatering

Sedimentation Aeration

Screening Sedimentation

Municipal wastewater treatment

Influent effluent

Sludge treatment

Digesting Storage

Thickening

Sediment sludge

Return sludge

Excess sludge

Land fill

Municipal Wastewater Treatment Plant in Daejeon

Capacity : 900,000 m³/day Influent : 664,000 m³/day

Existing system

Discharge after bio treatment

Radiation

Coli-forms etc.

Residual odor, colors

Disinfection,

Removal of odor, color

Irrigation Industries

Proposed system

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000

1 11 21 31

E-Coli (CFU/mL)

control 0.2kGy 0.5kGy

E-Coli

5,000

291 64 15 0

0.E+00 1.E+03 2.E+03 3.E+03 4.E+03 5.E+03 6.E+03

0 0.2 0.5 0.8 1

Dose(kGy)

E-Coli(CFU/ml).

Dose (kGy)

4,200

300 50 <30 <30

STD

Guarantee

1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Dose (kGy)

Survival fraction

E-coli Total Coliform

Effect of electron beam on the effluent from municipal wastewater plant:

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0.2 0.5 0.8 1

Dose (kGy)

Concentration(mg/l)

0 10 20 30 40 50 60

Color(PTCo.)

BOD COD TOC Color

I nfluent 80, 0 00m³/day

E - Beam I r r adiation

E f fluent

T o we r Typ e B iological S ys tem R eservoir

1 0 0 0m³/day 1,0 0 0m³/day

M ain f acility

Schematic Diagram of Pilot Plant

0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 5 10 15

Bio- treatment time, h

CODCr, mg/l

0 200 400 600 800 1000

Biotreatment Biotreatment Biotreatment without EB after EB at 2.1kGy after EB at 4.3kGy

Parameter Value mg

COD(Cr) TOCCOD(Mn)

Effect of electron-beam treatment on biological treatment of dyeing wastewater:

a - kinetics of biotreatment of irradiated (1) and unirradiated (2) wastewater;

b - absorbed dose effect on combined electron-beam/biological treatment.

Wastewater Treatment Facility in Daegu Dyeing Industrial Complex

Commercial plant

Location of Pilot Plant

Location of Pilot Plant and Commercial Plant

Költséganalízis (Bumsoo Han, EB-Tech)

Technológia Ózon Elektongyorsí tó (EB)

Ultraibolya (UV) Kapacitás 100,000 m³/nap

Beruházás 7.4 M$ 4.0 M$ 2.4 M$

Éves működési

költség

1.2 M$ 0.5 M$ 1.0 M$

Etc. UV lámpa : 1 év

Lámpa : $550

1. Combined Sewer Overflow Technology Fact Sheet, Alternative Disinfection Methods [EPA 832-F-99-033] September 1999

Gátló tényezők

Miért nem terjed gyorsabban az ionizáló

sugárzás alkalmazása az iparban?

A félüzemi EB berendezés

konstrukciós költségei (Bumsoo Han, EB-Tech)

Type Capacity Main facility Others Total

Liquid 500~1,000m³/ d with

1~5kGy

accelerator (50kW) 0.7M$

shield room and Civil 0.4M$

reactor/piping etc. 0.2M$

reservoir 0.3 M$

etc. 0.1 M$

1.7 M$

Gas ~20,000Nm³/ h

with 4~8kGy

accelerator (50kW) 0.7M$

shield room and Civil 0.4M$

reactor/piping etc. 0.2M$

cooler 0.2 M$

ESP 0.4 M$

etc. 0.1 M$

2.0 M$

Sludg e

10~20m³/h with 10kGy

accelerator (50kW) 0.7M$

shield room and Civil

conveyor 0.1M$

1.7 M$

Lab. Scale Experiments (1~50m³/day)

Industrial scale Wastewater Plant (10,000m³/day)

Pilot scale Experiments

(500~1,000m³/day)

-. Cost -. Space

-. O & M etc.

Lab. Scale Experiments (1~10,000Nm³/h)

Industrial scale EBFGT Plant (~600,000Nm³/h)

Beam Energy : 0.4~0.7 MeV, Beam Power : 20 kW Self-sustaining system : Self-shielded accelerator

Built-in control and monitoring room Diesel electricity generator (option) Trailer and Shelter : Fit to U.S. and world standard

Total weight : 40 ton (trailer only 30 ton)

Built-in Computerized Experimental & Monitoring System Continuous Treatment of Wastewater

Treatment Capacity : Liquid waste: 500 m³/day (at max. 2 kGy)