koksz előállításának folyamatábrája
DESCRIPTION
A Kokszolói szennyvíz szervesanyag-tartalmának, KOI-értékének és szulfidtartalmának csökkentése laboratóriumi körülmények között. Dunaferr-DBK Kokszoló Kft és a Dunaújvárosi Főiskola Természettudományi és Környezetvédelmi Tanszéke kísérleti fejlesztési programja laboratóriumi eredményei - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A Kokszolói szennyvíz szervesanyag-tartalmának, KOI-értékének és szulfidtartalmának csökkentése
laboratóriumi körülmények között Dunaferr-DBK Kokszoló Kft és a Dunaújvárosi Főiskola
Természettudományi és Környezetvédelmi Tanszéke kísérleti fejlesztési programja
laboratóriumi eredményei
Hajós Gábor, Dr. Kárpáti Árpád*, Dr. Kiss Endre, Liszonyi Zoltán**, Hegedűs Iván**, Farkas Beáta, Nyárádi Zita**
Dunaújvárosi Főiskola, Természettudományi és Környezetvédelmi Tanszék*Veszprémi Egyetem, Mérnöki Kar, Környezetmérnöki és
Kémiai Technológia Tanszék** Dunaferr-DBK Kokszoló Kft
Dunaújváros, 2006. június 13.
Koksz előállításának folyamatábrája
Kemence
1100-1400oC
16-24 óra
Kokszoltó torony
<100oC
Kohó
szén
Technológiai Vízkezelő
Telep
tisztított kamragáz tisztított oltóvíz
(fűtés)
nyers kamragáz
BTX – Still-Claus (deS, deNH3)kigőzölt gáz - víz
A TVT működésének általános sémája
Előülepítő Kémiai tisztítás Levegőztető tartály Utóülepítő(eleveniszapos reaktor)
iszapkezelés
Első lépcső (fizikai-kémiai) Második lépcső (biológia)
A Technológiai Víztisztító Telep
Cianid (poliszulfiddal), kénhidrogén (pl.: fémoxiddal) => első lépcső
Rodanid Fenol =>második lépcső Ammónia
A magas KOI érték okai
A biológia után marad biológiailag bonthatatlan szerves anyag
A lebontandók illetve a nitrifikáció eltérő üzemi paraméterei
A szennyvizek szerves anyag tartalmát jellemző mérhető mennyiségek (1)
A vizekben és különösen a szennyvizekben a szerves vegyületek széles spektruma fordulhat elő. Mivel ezeket külön-külön meghatározni nehéz, ezért szükséges ezek együttes meghatározása.
Indirekt módszerek
Biológiai oxigénigényaz az oxigénmennyiség, melyet a szennyvízben lévő mikroorganizmusok aszennyvíz szerves anyag tartalmának biokémiai oxidációjára, általában 5 nap alatt elfogyasztanak.
(bio)Kémiai oxigénigénya BOI kiváltására: erős oxidálószerrel kezelik a mintát, majd megállapítják, hogy mennyi oxidálószerre volt szükség az adott minta összes szerves anyagának eloxidálására. (!klór, ózon! a cianid miatt)
A kétféle oxigénigény között nem állapítható meg egyszerű átszámítás.
A szennyvizek szerves anyag tartalmát jellemző mérhető mennyiségek (2)
Az összes szerves szén (total organic carbon; TOC) meghatározása.
a szerves szenet oxigénnel és hőkezeléssel, ultraibolya sugarakkal kémiai oxidáló szerekkel vagy ezek variációival széndioxiddá oxidálják. A széndioxid mennyiséget különböző elveken működő analizátorokkal mérik, és az eredményt szénre vonatkoztatják.
A maradék (szerves) oldott anyagok eltávolításának lehetőségei
(Megegyezés szerint oldottnak tekintendő mindazon komponens, melyeket 0,45 µm pórusméretű szűrővel nem lehet a vízből kiszűrni.)
Membrános szeparálás Adszorpciós szeparálás Szeparálás kémiai reakciókkal
Kísérleti elrendezés (1)
Keverés változtatható fordulatszámmal
Adszorber hozzáadása
Adszorpciós szeparálás
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Adszorpciós szeparáció keveréssel
10g koksz por10g aktív szén
10g alumínium-oxid10g bentonit
10g zeolit
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Kezelési idő (perc)
Szeparálás kémiai reakciókkal (1)
35
40
45
50
55
60
0 1:35 1:30 1:25 1:15 1:5 1:2.5
Kokszolói szennyvíz kezelése Fenton-reakcióvalkeveréssel
(3-3,5pH-ra beállítás nélkül - eredeti pH 5,1)
mintavétel 60 perc múlvamintavétel 120 perc múlvamintavétel 1 nap múlva
TO
C (m
g/l)
Vas(II)-hidrogénperoxid tömegarány
35
40
45
50
55
0 1:35 1:30 1:25 1:15 1:5 1:2.5
Kokszolói szennyvíz kezelése Fenton-reakcióval keveréssel(pH 3,0)
mintavétel 60 perc múlva
mintavétel 120 perc múlva
mintavétel 1 nap múlva
mintavétel 3 nap múlva
TO
C (
mg/
l)
Vas(II)-hidrogénperoxid tömegarány
Kísérleti elrendezés (2)
ózongenerátor
3
2
1
4
o o o
reaktor tartály
5
6 1 oxigén palack
2 áramlásmérő
3 ózon koncentráció mérő
4 buborékoltató
5 hidrogén-peroxid
6 szennyvíz
Szeparálás kémiai reakciókkal (2)
70
75
80
85
90
95
0 20 40 60 80 100 120
Kokszolói szennyvíz kezelése gáz átbuborékoltatással
levegő
oxigén
ózon, 0,3mg/perc
ózon, 0,6mg/perc
TO
C (
mg/
l)
Kezelési idő (s)
80
90
100
110
120
130
140
0 2 4 6 8 10 12
Kokszolói szennyvíz kezelése ózon átbuborékoltatással (375ppm) és 35%-os hidrogén-peroxid hozzáadásával
hidrogén-peroxid térfogataránya a mintában 7:1000
hidrogén-peroxid térfogataránya a mintában 14:1000
hidrogén-peroxid térfogataránya a mintában 28:1000
hidrogén-peroxid térfogataránya a mintában 70:1000
TO
C (m
g/l)
Mintavétel ideje (perc)
Szeparálás kémiai reakciókkal (3)
86
88
90
92
94
96
98
100
102
0 10 20 30 40 50 60 70
Hidrogén-peroxid hatása a szennyvíz mintára
2ml 35%-os hidrogén-peroxid 500ml vízmintában4ml 35%-os hidrogén-peroxid 500ml vízmintában8ml 35%-os hidrogén-peroxid 500ml vízmintában32ml 35%-os hidrogén-peroxid 500ml vízmintában
TO
C (
mg/
l)
Mintavételi idő (perc)
A Dunaferr-DBK által javasolt kokszpor adszorbensként való használatának vizsgálata
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.07
5mm
ala
tt
0.07
5-0.
25m
m
0.25
-0.5
mm
0.5-
1.0m
m
1.0-
2.0m
m
2.0-
4.0m
m
4.0-
5.6m
m
5.6m
m f
ölöt
t
Koksz por méret szerinti eloszlása
A te
ljes
min
ta m
éret
sze
rint
i fra
kció
ja (
%)
(az
össz
es 1
00%
)
A koksz por méret-kategóriái
Koksz por vizsgálata (1)TOC változása a keverési idő függvényében, különböző
szemcsefrakciónál
65
70
75
80
85
90
95
100
105
1 10 100 1000 104
Adszorpciós szeparálás - koksz por vízmintába keverésével
2,5g koksz por, szemcseméret nagyobb, mint 2mm2,5g koksz por, szemcseméret 1mm és 0,5mm között2,5g koksz por, szemcseméret 0,5mm és 0,25mm között2,5g koksz por, szemcseméret kisebb, mint 0,075mm
TO
C (m
g/l)
Kezelési idő (perc)
Koksz por vizsgálata (2)A minta pH-jának változása a keverési idő függvényében
6
6.5
7
7.5
8
8.5
0 20 40 60 80 100 120
Adszorpció szeparálással: koksz pornak a vízmintába keverésével
1g koksz por2g koksz por
3g koksz por10g koksz por
20g koksz porA
min
ta p
H-j
a
Kezelési idő (perc)
Koksz por vizsgálata (3)TOC csökkentés hatásfokának változása a keverési idő függvényében
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120
Adszorpciós szeparálás keveréssel - koksz por
1g
2g
3g
10g
20g
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Kezelési idő (perc)
Koksz por vizsgálata (4)TOC csökkentés hatásfokának változása a koksz por tömegének
függvényében
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
Adszorpció szeparálással: koksz por vízmintába keverésével
mintavétel 5 perc múlvamintavétel 10perc múlva
mintavétel 15perc múlvamintavétel 105 perc múlva
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
A vízmintába kevert koksz por tömege (g)
Koksz por vizsgálata (5)TOC csökkentés hatásfokának változása a keverési idő függvényében
0
20
40
60
80
100
1 10 100 1000 104
Adszorpció szeparációval: koksz por különböző keverési fordulatszámmal
átlagos fordulatszám 600 1/percfordulatszám 200 1/percfordulatszám 120 1/perc
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok(
%)
Kezelési idő (perc)
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150
Kísérlet koksz porból és zeolitból összeállított adszorber-keverékkel
20g koksz por és 10g zeolit
10g zeolit
10g koksz por
20g koksz por
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Mintavételi idő (perc)
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Többlépcsős oldott szerves anyag eltávolításTOC csökkentési hatásfokok egymástól függetlenül ábrázolva
Össz csökkentési hatásfok: 62,6%
40g/l koksz por, 200 1/perc fordulatszámmalszűrés után újabb 50g/l koksz por 200 1/perc fordulatszámmal
percenként 3,6g/l ózon átbuborékoltatással31,15g/l hidrogén-peroxid hozzáadása után
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Kezelési idő (perc)
Töltött ágyas adszorber szűrőoszlopon végzett kísérletek
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20
Kinetikai kísérlet 20 perces kontaktidővel
kokszpor 10g/0,5dm3
aktívszén por 10g/0,5dm3
kokszpor 20g/0,5dm3
aktívszén por 20g/0,5dm3
határérték
KO
I (m
g/)
Kontakt idő (perc)
Töltött oszlopon 2-10cm3/perc áramlási sebességgel átfuttatott szennyvíz vizsgálata
1
10
100
1000
0 200 400 600 800 1000
Oszlopos futtatás darabos aktív szén tölteten
KOI (mg/l)TOC (ppm)
KOI határértékKOI kiindulási érték
TOC kiindulási érték
KO
I (m
g/l)
Átfolyó szennyvíz térfogat (cm3)
1000
100
TO
C (ppm
)
10
1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100
Oszlopos kísérlet aktív szén illetve kokszpor töltettel
aktívszén töltet (kiindulás: 382 mgKOI/l)kokszpor töltet (kiindulás: 342 mgKOI/l)
határérték
KO
I (m
g/l)
Idő (perc)
Kísérleti elrendezés (4)
ózongenerátor
3
2
1
4
o o o
reaktor tartály
szennyvíz
elfolyó víz a méréshez
Nyugvóágyas adszorpció, koksz por töltettel
0
20
40
60
80
100
0 50 100 150 200
Nyugvóágyas adszorpció koksz por töltettel, levegő buborékoltatással
1000g koksz por, 10 liter/perces levegőztetés, 0,07 liter/perces szennyvíz adagolás
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Mintavétel ideje (perc)
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100
Nyugvóágyas adszorpció kokszporral,levegő buborékoltatással
25g/liter koksz por, 3liter/perc levegő áramlási intenzitássaltovábbi 200g koksz por hozzáadása szórással,3liter/perc levegő áramlási intenzitással
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Mintavételi idő (perc)
Kísérleti elrendezés (5)
Nagyfesz.transzformátor
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10 12 14 16
A szennyvíz előkezelése nagy egyenfeszültségű impulzussal
10kVcsúcs egyenfeszültségű impulzussal7,5kVcsúcs egyenfeszültségű impulzussal
TO
C c
sökk
enté
si h
atás
fok
(%)
Mintavételi idő (perc)
A technológiai víz szulfid tartalmának meghatározása
vasgálic
( Fe(II)SO4)
Analitikai mérleg
0,2M NaOH
Büretta
Mágneses keverő
pH-mérő
Kémiailag kezelt szennyvízminta
Kísérleti elrendezés a Kokszoló kémiailag kezelt szennyvízében lévő szulfidok csapadék formájában való eltávolítására
mérőszalag a keletkező iszap méréséhez
A szulfidtartalom meghatározás eredményei
A mintához adagolt vasgálic heptahidrát eredményeképpenNagy mennyiségű csapadék képződik, melynek mennyisége lassan csökken. A pH korrigálásával, újabb vas(II) hozzáadása nélkül is ezt tapasztaltuk.
A minták átlagos szulfidtartalma a méréseink alapján 1,995+ 0,746
gH2S/liter volt április 5-én, 19-én pedig 1,687+ 0,676 gH2S/liter. Az elektromos kezelés után mért szulfidtartalom az április 19-i vízmintákban 1,48+ 0,17-nek adódott.
A minta térfogatának növelése a szulfitra kapott eredményt kis mértékben befolyásolta, 10-15%-kal növelve a vizsgált mintatérfogatot, 26%-kal több vas-szulfátot adagoltunk a mintába a csapadék elfogyasztása érdekében.
Villamos kapcsolás a szulfidtartalom meghatározáshoz - csökkentéshez
- +
egyenáramú tápegység
elektródok
szennyvíz- minta
A villamos kezelés kísérleti elrendezése
Az egyenfeszültségű tápegységet az elektródokra kapcsolva, 30, 60 majd 180 percig kezeltük a mintát. A kezelés során a minta melegedett, felhabosodott, gáz fejlődött és sárgás-fehéres csapadék is keletkezett. A szulfit kicsapatása gyorsabban ment véghez, mint korábban és a keletkezett csapadék mennyisége már az első vas-szulfát bekeverés után többszöröse volt a korábbiaknak.
Minél hosszabb ideig kezeltük elektromosan a mintát, annál kevesebb vas(II)-re volt szükség a 2% alatti iszapmennyiség (azaz csapadék) eléréséhez. Ezalatt a keletkezett iszapmennyiség növekedett.
Következtetések(1)1. Adszorberek alkalmazásával a szennyvíz szerves oldott anyag
tartalma kis mértékben csökkenthető. Az aktív szén mellett a Dunaferr-DBK által referált koksz por bizonyult a legjobbnak.
Kémiai reakcióval szintén érhetünk el TOC csökkenést, de egyrészt a szennyvíziszap tömege nő meg nem kívánt mértékben (Fenton-reakció), másrészt a kezelés költsége (peroxon).
Az összetett kezelés illetve a kombinált adszorber keverék nem nyújt akkora szerves oldott anyag csökkentést, mint amekkorát el szeretnénk érni.
Az adszorpciós szeparálást megelőző villamos impulzussal való kezelés segítheti az oldott anyag tartalom csökkentését.
Következtetések(2)2. A koksz por tömegének növelésével a szerves oldott anyagok
csökkentésének hatásfoka növekszik, de 40g/liter felett már nem válik jelentőssé illetve a keletkező szennyvíziszap tömeg- növekedésével számolni kell.
A keverés fordulatszámának növelése javítja az oldott szerves anyag csökkentés hatásfokát. De az ipari megvalósítása (közel 50m3/órás szennyvíz mozgás) nehézkes és nem olcsó.
A koksz por kisebb méretű frakciója nagyobb hatásfokkal dolgozik. Az töltött oszlopos ill. nyugvóágyas adszorpció nagy hatásfokú
eljárás, ígéretes, de megoldandó az adszorber cseréje és a nagy vízmennyiség hatásos kezelése.
Köszönöm a figyelmet!