INNOVATIVE VANDBEHANDLINGSMETODER INDENFOR GRUNDVANDSFORURENING OG DRIKKEVANDSFORSYNING J E N S M U F F, A S S O C I AT E P R O F E S S O R

Transkript

1 INNOVATIVE VANDBEHANDLINGSMETODER INDENFOR GRUNDVANDSFORURENING OG DRIKKEVANDSFORSYNING J E N S M U F F, A S S O C I AT E P R O F E S S O R

2 Disposition Membranfiltrering i en grundvandsanvendelse Avancerede Oxidationsprocesser (AOP) Erfaringer med: o Electrochemical Oxidation (EAOP) o UV + fotokatalysator (UV/TiO2) Afrunding S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 2

3 Princippet i membranfiltrering/separation Separation principle Categories of membranes Permeate Feed Only particles smaller than the pore size pass the membrane Typical pesticide size Material from Madsen HT (2014). Membrane filtration in Water Treatment Removal of Micropollutants. In: Søgaard EG, editor. Chemistry of Advanced Environmental Purification Processes of Water. 1st ed. Elsevier; p S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 3

4 Membranseparation af pesticider Forsøg i drikkevand NF tilbageholder f ærdigvarerne ( a t r a z i n og b e n t a z o n ), m e n ikke o m d a n n e l sesprodukterne ( D E I A o g BAM). Va l g af rette m e m b ran er v i g t i g! NF RO From Madsen HT and Søgaard EG (2014).Separation and Purification Technology, 109, S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 4

5 Rejection (%) Membranseparation af pesticider BAM og vandtype Dem. water Astrup Hvidovre NF LPRO RO From Madsen HT and Søgaard EG (2014).Separation and Purification Technology, 109, F o r d e l e H ø j e ff e k t i vi t e t L a vt e n e r g i f o r b r u g ( 0. 2 k W h / m 3 ) E r f a r i n g m e d d r i f t o g a n ve n d e l s e f r a a n d r e b r a n c h e r A n ve n d e r i u d g a n g s p u n k t e t i k k e k e m i k a l i e r U l e m p e r K u n f j e r n e l s e, i k k e n e d b r yd n i n g G e n e r e r e r en a ff a l d s s t r øm F u l d s t æ n d i g a f s a l t n i n g er n ø d ve n d i g f o r a t f j e r n e s m å p e s t i c i d e r S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 5

6 Avancerede Oxidationsprocesser TiO 2 /UV-Vis Ozone Wet oxidation Electrolysis OH. Fenton/ Photo- Fenton 2.8 V AOPs H 2 O 2 UV O 3 Irradiation (ultrasound, γ-rays) pollutant OH CO H O 2 2 Catalysis inorganic compounds S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 6

7 Polluted water Elektrokemisk avanceret oxidation (EAOP) Anode Oxidation + Power supply Reduction Cathode Fordele ved EAOP Miljøvenlig teknologi: anvender en ren reaktant (elektronen) og uden yderligere kemikalietilsætning Kontrol over reaktionshastigheden via strømstyrken. Processen kan tændes og slukkes Nem at automatisere og styre Alsidig: ikke-selektiv overfor en lang række af forureningskomponenter Mindre temperaturafhængig sammenlignet med kemisk oxidation S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 7

8 EAOP - princippet 1 Oxidation af vand danner aktivt ilt 2 Oxidation Forurening nedbrydes og bakterier dræbes ved kontakt med anodeoverfladen 3 Forurening nedbrydes og bakterier dræbes ved reaktion med dannede oxidanter + Anode Direkte nedbrydning R (forureningskomponent) RO (iltning) X (Cl -, O 2 ) Forurenet vand H 2 O (oxidation af vand) M-OH, MO (aktivt ilt) X + (OCl -, O 3 ) Strømforsyning CO 2, H 2 O Indirekte nedbrydning RO R Katode S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 8

9 EAOP af pesticider Nedbrydning af BAM From Madsen HT, Søgaard EG and Muff J (2014). Chemosphere, 109, F o r d e l e F u l d s t æ n d ig n e d b r ydning af a l l e u n d e r s ø g t e p e s t i c ider M i l j øvenlig reaktant - e l e k t r o n e n Nem at s t yre og a u t o m a t i s e r e Ulemper K o n t r o l m e d n e d b r ydningsprodukter H ø j t e n e r g i f o r b r u g ( 1 8 k W h / m 3 g r u n d v a n d ) S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 9

10 Kombination af membran separation og EAOP Konceptet Lavtryks omvendt osmose Koncentrat ( 10%) Elektrokemisk oxidation (Pesticidfjernelse) Drikkevand ( 3-5 bar) Permeat ( 90%) 0.2 kwh/m 3 Membrane energy consumption S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 10

11 Kombination af membran separation og EAOP Resultater Total energy of treatment 95% Reduction in energy (~1 kwh/m 3 ) Total energy of treatment with membranes and electrochemical oxidation. CF = Concentration Factor. Forøget reaktionshastighed Lavere elektrisk modstand Højere BAM koncentration Mindre flow der kræver EAOP rensning From Madsen HT, Søgaard EG and Muff J (2015). Chemical Engineering Journal

12 EAOP forsøg med andre DK forureninger Høfde 42 Kærgaard plantage Parent pesticides S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 12 J. Muff et al. (2009), Electrochim. Acta, 54, J. Muff et al. (2012) Journal of Environmental Engineering, 138:

13 EAOP andre relevante forureningskomponenter Perfluorerede stoffer Klorerede opløsningsmidler Environ Sci Technol. 2014;48(1): doi: /es404535q. Electrolytic manipulation of persulfate reactivity by iron electrodes for trichloroethylene degradation in groundwater. Yuan S 1, Liao P, Alshawabkeh AN Niu J et al., Environ Sci Technol (2012) 46:10191 Project 5: Green Remediation by Solar Energy Conversion into Electrolysis in Groundwater S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 13

14 Processer aktiveret af UV E l e k t r o m a g netisk s t r å l i n g S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 14

15 Fotokatalyse - Princippet UV/TiO 2 Nedbrydning af TBT Reactor C - dem. water Reactor C - sea water Reactor C - art. sea water C/C time (min) S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 15

16 ng / L Fotokatalytisk nedbrydning af TBT 1 0 m3 drænvand fra spulefelt b e h a n d l et m e d 2 x 700W m e d i u m tryk H g lampe i fotokatalytisk reaktor TBT DBT MBT Først desorption af organotin fra sediment efterfulgt af nedbrydning. Indledende filtrering er nødvendigt S E C T I O N O F C H E M I C A L E N kwh G I N E/ m3 E R I N G 16

17 Afrunding Membranfiltrering og elektrokemisk oxidation er begge nye og potentielt effektive teknologier i en dansk kontekst til at fjerne pesticider fra grundvand Kombination af teknologier kan skabe synergi og gøre anvendelse mulig Integreret brug af vedvarende energikilder on-site er en spændende mulighed AOP-teknologi kan være et reelt alternativt til aktiv kulfiltrering S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 17

18 Lidt reklame First edition 2014 Copyright 2014 Elsevier B.V. All rights reserved. ISBN: S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 18

19 Tak for opmærksomheden S E C T I O N O F C H E M I C A L E N G I N E E R I N G 19