Čištění spodních vod hnědým uhlím
DESCRIPTION
Čištění spodních vod hnědým uhlím. Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i. Miroslav Punčochář. Toxicita Akumulační charakter Nejdou biologicky degradovat Nebezpečí průniku do potravinového řetězce a akumulace v lidském těle. Těžké kovy. Typické příklady ČR. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Čištění spodních vod hnědým uhlímČištění spodních vod hnědým uhlím
Miroslav Punčochář
Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i.
Těžké kovy
ToxicitaToxicita Akumulační charakterAkumulační charakter Nejdou biologicky degradovatNejdou biologicky degradovat
Nebezpečí průniku do potravinového řetězce a Nebezpečí průniku do potravinového řetězce a akumulace v lidském těleakumulace v lidském těle
Typické příklady ČRTypické příklady ČR
AsAs - výroba kovů, pražení pyritických rud, - výroba kovů, pražení pyritických rud, výroba kyseliny sírové, v surovinách pro výroba kyseliny sírové, v surovinách pro sklářský průmyslsklářský průmysl;; mutagenní, teratogenní mutagenní, teratogenní a karcinogenními účinky a karcinogenními účinky
BeBe – v důlních vodách, popílek až 100 g – v důlních vodách, popílek až 100 g Be na 1 tunu uhlíBe na 1 tunu uhlí;; berylióza berylióza
PbPb - energetika, hutní průmysl, těžba Ag - energetika, hutní průmysl, těžba Ag;; kolika, anémie, poškození CNS kolika, anémie, poškození CNS
Výskyt arsenu v ČRVýskyt arsenu v ČR
Kraje s výskytem As v povrchové voděKraje s výskytem As v povrchové vodě
KrajKraj OblastOblast TřídaTřída
JihočeskýJihočeský Lomnice-Lomnice-OstrovecOstrovec
IIIIII
KarlovarskýKarlovarský Chodovský Chodovský potokpotok
IVIV
StředočeskýStředočeský LitavkaLitavka III-IVIII-IV
ÚsteckýÚstecký Bílina-ChánovBílina-Chánov IVIV
Metody odstraňování kovůMetody odstraňování kovů
Destilace a vymražováníDestilace a vymražování Membránové procesyMembránové procesy - elektrodialýza a - elektrodialýza a
reverzní osmóza reverzní osmóza Kapalinová extrakceKapalinová extrakce Srážení a flokulaceSrážení a flokulace Iontová výměnaIontová výměna
• Návrh technologie odstraňování těžkých a Návrh technologie odstraňování těžkých a
toxických kovů z odpadních vod používající levný toxických kovů z odpadních vod používající levný
(jednorázový) sorbent na bázi uhlí(jednorázový) sorbent na bázi uhlí
Cíl
Oxyhumolity IOxyhumolity I
Druh zrnitého nesoudržného uhlí Druh zrnitého nesoudržného uhlí s nízkým stupněm prouhelnění a s nízkým stupněm prouhelnění a s vysokým obsahem h. kyselin s vysokým obsahem h. kyselin
Výhřevnost do 10 MJVýhřevnost do 10 MJ Ložisko oxyhumolitu v lokalitě Bílina Ložisko oxyhumolitu v lokalitě Bílina
(80% h. kyselin)(80% h. kyselin) Původní využití jako hnojivaPůvodní využití jako hnojiva
Oxyhumolity IIOxyhumolity II
Vynikající sorpční vlastnostiVynikající sorpční vlastnosti Vysoká rozpustnost – nutnost Vysoká rozpustnost – nutnost
chemických úpravchemických úprav;; izolace huminových izolace huminových kyselinkyselin; ; růst nákladůrůst nákladů
Rašelina – rovněž zdroj h. kyselinRašelina – rovněž zdroj h. kyselin; ; sorpsorpční vlastnostiční vlastnosti;; omezené zdroje omezené zdroje
Předpokládané složení huminových kyselin v lignitu : cyklická struktura s kondenzovanými jádry
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
OHOH
O
O
HO
O
HO
HO
HO
O
Hnědé uhlíHnědé uhlí
Obsahuje rovněž h. kyselinyObsahuje rovněž h. kyseliny Levné, dostupnéLevné, dostupné Vhodný jednorázový sorbentVhodný jednorázový sorbent Úpravou lze zvýšit sorpční kapacituÚpravou lze zvýšit sorpční kapacitu
Sorpční vlastnosti hnědého uhlí
Vysoký obsah skupinVysoký obsah skupin - COOH- COOH - OH- OH Možnost iontovýměny při příznivé hodnotě pHMožnost iontovýměny při příznivé hodnotě pH Výměnná kapacita meziVýměnná kapacita mezi 2 – 4 me 2 – 4 meqq/g/g Zlepšení vlastností chemickým vázáním Zlepšení vlastností chemickým vázáním Ca: Ca:
2 U-H + Ca2 U-H + Ca2+2+ U U22 - Ca + 2H - Ca + 2H+ +
Převod funkčních skupin COOH a OH do Ca formy
2 U-H + Ca2+ 2 U-H + Ca2+ U2 - Ca + 2H+ U2 - Ca + 2H+
COOH
COOH
COO
COO
COOH
OHOH
O
O
HO
O
HO
HO
HO
O
Ca
Typ uhlíTyp uhlí PůvodPůvod CEC mval/g)CEC mval/g)
XylodetriticXylodetritickéké uhlíuhlí SlojSloj Antonín, Antonín, důldůl Jiří Jiří 3,013,01
DetroxyliticDetroxylitické uhlíké uhlí SlojSloj Antonín, Antonín, důldůl Jiří Jiří 2,772,77
SaproSaproppeliticelitickéké uhlíuhlí SlojSloj Anežka, Anežka, důldůl MedardMedard 3,993,99
Výměnná kapacita (CEC) tří typů severočeských hnědých uhlí
Schéma adsorpční kolony pro zachycení těžkých kovů z odpadních vod
Adsorpční kolona
Nasycené uhlí
Čistá voda
Znečištěná voda
Průnikové křivky pro Zn
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 2 4 6 8 10 12Amount of Zn through the column (mmol)
% o
f pen
etra
tion
0,318 ml/min.cm20,688 ml/min.cm21,334 ml/min.cm2
Graf koeficientu selektivity pro systém Zn -Ca
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50cZn (mmol/l)
K(Z
n/C
a)
U-U-CaCa + + ZnZn2+2+ U - U - ZnZn + + CaCa22++
Z experimentů vyplynulo:Z experimentů vyplynulo:
Nejvhodnější sapropeletické uhlí (Medard, Nejvhodnější sapropeletické uhlí (Medard, 4 mval/kg)4 mval/kg)
Úprava do Ca formy (zabrání okyselování Úprava do Ca formy (zabrání okyselování čištěné vody)čištěné vody)
Proces je velmi účinný pro nízké Proces je velmi účinný pro nízké koncentrace kovůkoncentrace kovů
Rychlost procesu malá, nízká rychlost Rychlost procesu malá, nízká rychlost průtoku průtoku
Srážení –doplnění technologieSrážení –doplnění technologie
Srážení mletým vápencemSrážení mletým vápencem
FeFe3+3+ + CaCO + CaCO33 + 3 H + 3 H22O = Fe(OH)O = Fe(OH)33 + 3Ca + 3Ca2+2+ +3HCO+3HCO33
--
KovKovPůvodní Původní
koncentracekoncentrace (mg/l)(mg/l)
Koncentrace po Koncentrace po sráženísrážení (mg/l)(mg/l)
ÚčinnostÚčinnost %%
AsAs 1515 0.0160.016 99.899.8ZnZn 11301130 10091009 10,710,7CuCu 12,412,4 5,285,28 5757CdCd 10,010,0 7,877,87 2121FeFe 15501550 22,622,6 98,598,5AlAl 9393 5,65,6 9494CaCa 401401 433433 --MgMg 187187 180180 1,61,6NaNa 4949 4949 00
Koncentrace kovů v důlních vodách v Kaňku před a po srážení
Aplikace - Horní Počernice IAplikace - Horní Počernice I Sanace skládky nebezpečných látekSanace skládky nebezpečných látek Voda čerpána z vrtuVoda čerpána z vrtu Převládá Fe hrozí vyčerpání kapacity sorbentuPřevládá Fe hrozí vyčerpání kapacity sorbentu Předčištění - srážení mletým vápencemPředčištění - srážení mletým vápencem
Aplikace – Horní Počernice IIAplikace – Horní Počernice II
KovKov ZnačkaZnačkaObsah Obsah
(mg/l)(mg/l)Limit* Limit*
(mg/l)(mg/l)
ŽelezoŽelezo FeFe 33,233,2 22
HliníkHliník AlAl 17,617,6 1,51,5
BeryliumBerylium BeBe 6,36,3 0,0010,001
ZinekZinek ZnZn 1,741,74 0,20,2
ArsenArsen AsAs 0,6550,655 0,020,02
NiklNikl NiNi 0,5090,509 0,050,05
* Imisní standard pro povrchové vody dle Nařízení vlády č. 61/2003 Sb.* Imisní standard pro povrchové vody dle Nařízení vlády č. 61/2003 Sb.
Schéma sorpční kolony v PočernicíchSchéma sorpční kolony v Počernicích
Experiment – H. PočerniceExperiment – H. Počernice
Průběh koncentrací arsenu Průběh koncentrací arsenu
Průběh koncentrací berylia Průběh koncentrací berylia
Kam s ním?Kam s ním?
Depozice na skládceDepozice na skládce Spalování: nutnost několika stupňů Spalování: nutnost několika stupňů
záchytu popílku záchytu popílku ZplyňováníZplyňování: : katalytický efekt kovů vs. katalytický efekt kovů vs.
vyšší volatilita za redukčních podmínekvyšší volatilita za redukčních podmínek
Použití plynuPoužití plynu
Vyčerpaný sorbent
Zplyňování
Spalování (motor, turbína)
Vodík
SNG
Methanol
FT - syntéza
Ostatní
Aplikace
Spodní vodySpodní vody Důlní vodyDůlní vody Průmyslové odpadní vodyPrůmyslové odpadní vody Vody z odkališťVody z odkališť Úniky ze skládekÚniky ze skládek Vody ze skládek radioaktivního Vody ze skládek radioaktivního
odpaduodpadu
Závěr
Metoda je účinná pro čištění velkých Metoda je účinná pro čištění velkých objemůobjemů kontaminované vody obsahující kontaminované vody obsahující relativně nízké koncentrace těžkých kovů.relativně nízké koncentrace těžkých kovů.