BORINGSNÆR VANDRENSNING FOR PESTICIDER

Transkript

1 BORINGSNÆR VANDRENSNING FOR PESTICIDER J E N S M U F F, A S S O C I A T E P R O F E S S O R

2 Section of Chemical Engineering, AAU Esbjerg 2

3 Disposition Hvorfor nødvendigt? Potentielle nye teknologier: o Indledende erfaringer o Membraner og mikroorganismer MEM2BIO o Membraner og Avancerede Oxidationsprocesser (AOP) Afrunding 3

4 Hvorfor nødvendigt? Pollution effects nature and natural resources Biodiversity Organisms / functions Groundwater quality Slide lånt af Lea 4 Ellegaaard Jensen, AU

5 Hvorfor nødvendigt? pesticider i DK grundvand Slide lånt af Lea Ellegaaard Jensen, AU 5

6 Indledende erfaringer - 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

7 Indledende erfaringer - Membranseparation af udvalgte pesticider/omdannelsesprodukter Forsøg i drikkevand N F t i l b a geholder f æ r d i g v a r e r n e ( 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 membran er v i g t i g! NF RO From Madsen HT and Søgaard EG (2014).Separation and Purification Technology, 109,

8 Rejection (%) Indledende erfaringer - 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 8

9 Indledende erfaringer Biologisk nedbrydning af BAM (GEUS og nu AU) Aminobacter sp. MSH1 kan nedbryde BAM i grundvand - i laboratoriet Slide lånt af Lea 9 Ellegaaard Jensen, AU

10 Indledende erfaringer Biologisk nedbrydning af BAM i sandfiltre (GEUS og nu AU) From Albers et al. (20154).Water Reserach, 83, Udfordring: Bakterierne mangler mad og biofilmen er ikke holdbar nok Slide lånt af Lea Ellegaaard Jensen, AU 10

11 MEM2BIO - Innovative combination of MEMbrane technology and BIOlogical filtration for water purification K o n c e p t Removal of Iron Manganese Ammonia Carbon Organic pollutants(?) Slide lånt af Lea Ellegaaard Jensen, AU 11

12 MEM2BIO L ø b e t i d : t i l B u d g e t : c a. 14MDKK ( S t ø t t e t a f I n n o v a t i o nsfonden) P a r t n e r e : Jens Aamand Christian Albers Lars Hestbjerg Hansen Lea Ellegaard-Jensen Jens Muff Henrik Tækker Madsen 12

13 Indledende erfaringer - Avancerede Oxidationsprocesser (AOP er) 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 13

14 Polluted water Indledende erfaringer - 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 14

15 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 15

16 Indledende erfaringer - 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 ø venlig 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 U l e m p e r K r æ v e r a t d e r er s t yr på n e d b r ydningsprodukter H ø j t energiforbrug (18 kwh/m 3 grundvand) 16

17 Indledende erfaringer - Kombination af membran separation og EAOP ( MEMEO ) Konceptet Lavtryks omvendt osmose Koncentrat ( 10%) Elektrokemisk oxidation (Pesticidfjernelse) Drikkevand ( 3-5 bar) Permeat ( 90%) 0.2 kwh/m 3 Membrane energy consumption 17

18 Indledende erfaringer - 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

19 Indledende erfaringer EAOP: forsøg med andre DK forureninger Høfde 42 Kærgaard plantage Parent pesticides J. Muff et al. (2009), Electrochim. Acta, 54, J. Muff et al. (2012) Journal of Environmental Engineering, 138:

20 Proof-of-Concept projekt med Region H. og Sj. Ti t e l : Va ndrensning ve d m e m b r a n f i l t r e r i n g o g a va n c e r e d e o x i d a t i o n s p r o c e s s e r L ø b e t i d : t i l B u d g e t : c a. 400 t D K K Formål: o o L a n g s i gtet: a t f i n d e a l t e r n a t i ver t i l GAC ( p h e n o xys yrer, k l o r e r e d e, P FA S ) K o r t s i g t e t : D e l 1 l i t t e r a t u r s t u d ie og t e s t af o p k o n c e n t r e r ing m e d m e m b r a n e r og foreslå A OP er, D e l 2 Te s t a f A OP er 20

21 Proof-of-Concept projekt med Region H. og Sj. 21

22 Afrunding Membranseparation, biologisk nedbrydning og udvalgte AOP er (elektrokemisk oxidation, Ozon etc.) er potentielt effektive teknologier i en dansk kontekst til at fjerne pesticider fra grundvand Kombination af teknologier kan skabe synergi og gøre anvendelse mulig/rentabel Spændende projekter er i støbeskeen 22

23 Lidt reklame First edition 2014 Copyright 2014 Elsevier B.V. All rights reserved. ISBN:

24 Tak for opmærksomheden 24

25 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 25