Чистота питьевой воды - трудная задача

Летального действия мышьяка были известны на протяжении столетий. Сегодня эта безвкусная токсин медленно отравления людей в различных регионах мира с помощью, казалось бы, безобидные источника - их питьевой воды. Национальная академия наук "(Вашингтон, округ Колумбия; www4.nationalacademies.org) доклад о потенциальных негативных последствий для здоровья от мышьяка в питьевой воде в существующих 0,05 мг / л максимальный уровень загрязнения (ПДК) побудило охране окружающей среды США (EPA , Вашингтон, округ Колумбия, WWW. epa.gov), чтобы изменить 50-летняя MCL по 0,010 мг / л - 80% скидка. Этот новый закон вступает в силу в январе 2006 года.

"Усилия, направленные на пересмотр этого стандарта было спорным в разы, но государств и общественных систем водоснабжения в настоящее время работают над соблюдения сроков Пересмотренный стандарт", говорит Вероника Blette от должности ЕРА подземных вод и питьевой воды. "Для некоторых очень маленьких систем (

По оценкам Агентства, 5,5% от 54000 страны сообщества систем водоснабжения и 5,5% от 20000 nontransient, не сообщество водных систем (около 4100 человек) необходимо будет принимать меры для обеспечения соблюдения. Кроме того, дополнительные 40 миллионов американцев, которые получают воду из частных колодцев, которые не защищены новый стандарт, возможно, захотят вкладывать средства в новые технологии, которые обеспечивают их водопроводная вода стала безопасной.

Определение эффективных технологий

Мышьяк концентрируется в минералах, как и арсенидов меди, свинца, серебра, ни золота, ни в виде сульфидов и сульфатов, и обычно встречается в окисленных форм в донных отложениях. В водной среде неорганического мышьяка происходит оксианионов, а именно в пятивалентной арсенат As (V) и трехвалентных арсенита As (III) формы. Арсенат легко адсорбируются на поверхности железа, алюминиевого. Minum и оксиды марганца в среде окисления и, таким образом, менее растворимые. В восстановительных условиях, особенно в сульфидных и methanic воды, арсенат переходит в более растворимы, мобильной и токсичных видов, арсенита.

"Стоимость и сложность сокращения мышьяка в питьевой воде зависит от концентрации токсинов и видообразования, химической матрице из воды, в том числе рН и вмешательства растворенных веществ, количество воды, на лечение и смягчение последствий технологий", говорит Дженнифер Моллер, экологических ученый EPA. Например, адсорбции и ионного обмена (IX) менее эффективен для удаления мышьяка против осадков / соосаждения (PICP), когда определенные ионы присутствуют. И, хотя большинство методик пользу удаления As (V) для As (III), степени меняется.

Чтобы помочь утилиты всех размеров удовлетворения нового стандарта ЕРА Управления R

* Адсорбции-IX (рис. 1); активированного глинозема (AA) и гранулированных железа (III) гидроксид (GFH)

* Окисления и фильтрации (O / F) - с использованием гидроокислы железа и марганца поглощать мышьяк

* Мембранной фильтрации - обратный осмос (RO) и нанофильтрации (NF)

* Химическое осаждение - P / CP; коагуляции с помощью микрофильтрации (CAMF); расширение коагуляции / мембранной фильтрации (ECMF), а также более извести размягчения (ELS, т.е. добавление извести в осадок гидроксида магния, который адсорбирует и общего органического углерода и мышьяк) .

Из них EPA перечислил А.А., RO, Л. С. CAMF, O / F, IX и электродиализа в качестве наилучших имеющихся технологий (НИТ). CAMF систем производства и Kinetico Watermark технологий и RO мембраны разработаны Кох и Hydranautics сделали НИМ список ЕРА. Вдобавок, биологической очистки для мышьяка может быть использована для обработки воды в процессах, которые используют микроорганизмы для повышения P / CP.

Изменение существующих подходов

поставщикам коммунального водоснабжения могут уменьшить концентрации мышьяка, за счет оптимизации процессов обработки уже на месте, такие, как ECfMF, ELS и O / F системы. Однако, "большое количество систем обращаясь к лечению в первый раз рассматривают СМИ адсорбционных процессов, связанных с их экономическая эффективность и удобство в эксплуатации", отмечает Моллер. "Другие государства, особенно на Среднем Западе, где естественные уровни железа являются высокими, проводят железа удаления решений, которые позволят как уменьшить мышьяка концентрации и улучшения способности воды для удовлетворения пересмотренных стандартных мышьяка через не-процессов обработки, таких как слияние, бурение новых ну, или при подключении большего полезность ", продолжает она.

Например, в обычных O / F технологии, арсенат адсорбирует на хлопьевидный частиц ("льдины") гидроокиси железа и / или двуокись марганца. Среднего GFH сохраняет осаждают Fe, Mn, и так как до среды взрыхленный из фильтра.

В рамках нового процесса называли MetClean, разработанный Крюгер AJS (Копенгаген, Дания; <a target="_blank" href="http://www.kruger.dk" rel="nofollow"> www.kruger.dk </ >), мышьяка адсорбции / соосаждения происходит на поверхности активированных зерен песка (0,15-0,30 мм диаметр), которые в кипящем колонке вверху текущей загрязненной воды. Условия реакции создается путем добавления отдельных решений Fe (II) TMN (II) и окислителей (например, FeSO 4 ^ ^ к югу, к югу MnSO ^ 4 ^ ^ KMnSO подпункта 4 ^ H ^ или к югу 2 ^ O ^ к югу 2 ^) на колонку одновременно.

'Весь MetClean подход занимает около 15 минут ", говорит менеджер по продукции Крюгера Теркель Кристенсен. Во-первых, Fe (II) и / или Mn (II) адсорбируются на инертных гранул. Тогда, металлы окисляются, создавая тем самым множество сайтов адсорбции для мышьяка. "С Fe, Mn и как борются за места на зерно, окисления и адсорбции происходят в то же время, непрерывно захвата мышьяк ловушке внутри слоев, которые осаждаются на поверхности гранул. В результате, частица увеличивается в размерах, пока его вес имеет два или три раза (1-3% от веса связано с мышьяком). Когда достигается критическая масса, частица отделена от кровати.

"В нормальных условиях MetClean приносит воду в соответствие за $ 0,025 / м ^ 3 ^ SUP против $ 0,10 ^ SUP 3 ^ / м ^ 3 ^ SUP для процесса адсорбции GFH", говорит Кристенсен. Он объясняет разницу материалов и обращения с отходами расходы, связанные с традиционными процессами. "GFH адсорбции может быть дешевле, чем MetClean только тогда, когда меньше чем 15 м ^ ^ SUP 3 / ч воды должны быть обработаны и менее 10-15 мкг / л мышьяка, должны быть устранены", добавляет он.

Другой метод лечения, коагуляция с помощью фильтрации (CAF), использует коагулянта (обычно хлорид железа), образуя льдины, что поглощает мышьяка. Результирующая потоков включить фильтр обратной промывки содержащие разбавленных Fe (OH) 3 ^ ^ к югу осадка и очищенной воды менее 0,02 мг / л мышьяка. Этот процесс может быть модифицирован, чтобы соответствовать более жестким стандартам-мышьяка путем оптимизации рН и коагулянта дозировки. В качестве альтернативы, флокуляции / осаждения и фильтрации единиц могут быть заменены микрофильтрации модуль, который способен удалить меньшего размера льдины вниз примерно до 0,1 мкм, увеличивая тем самым эффективность процесса.

Эта технология CAMF в настоящее время применяется в Альбукерке, где водоснабжения города объединилась с МЧР, Inc (Альбукерке, штат Нью; <A HREF = "http://www.cdm.com" целевых = "_blank" относительной = " NOFOLLOW "> <www.cdm.com />), чтобы построить 4,3 млн. галлонов / сут CAMF система - одна из крупнейших в США" Это будет выборочно удалять мышьяк ниже уровня обнаружения без изменения других параметров качества воды, и более устойчивыми к присутствии конкурирующих ионов, чем адсорбции или ионообменных процессов ", говорит инженер МЧР Керри Пратт, который работает с Джоном Stomp в Альбукерке Bemalillo Каунти Водоканал администрации и мэра Мартин Чавес принести растение onstream к весне 2006 года.

Мышьяк концентрации в очищенной воды должна быть не менее 0,01 мг / л независимо от колебаний концентрации и относительное распределение арсениты и аpcенатами в грунтовые воды. "Fixedbed процесс адсорбции может быть очень эффективным в удовлетворении этих целей", согласно Моллер. С этой целью ряд новых, Fe-покрытий, теперь доступны для оптимизации емкости поглощения. К ним относятся GFH, магнитные ионообменные (MIX) смол, водный оксида железа (мазута) частиц, серы изменение железа и ironoxide покрытием microsands (МНК). В последнее время сыпучей среды известно, как железо пропитанные песок продемонстрировали поглощение потенциалом, который "гораздо больше, чем средства массовой информации МНК", в соответствии с его соавтора Sudhir Kumar Gupta, профессор экологической инженерии в Индийском технологическом институте (Бомбей; < HREF = "http://www.cc.iitb.ac.in" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.cc.iitb.ac.in </ A>).

Активированный уголь (AC), пропитанная таких металлов, как Си и черных Fe, имеет высокий потенциал об адсорбции для мышьяка, чем AC одиночку. Потенциала для As (III), как сообщается 0,048 г / г Cuimpregnated AC, а для As (V), емкость 0,2 г / г Fe-пропитанной переменного тока.

AdEdge технологий Инк (Атланта, штат Джорджия; <a target="_blank" href="http://www.adedgetechnologies.com" rel="nofollow"> www.adedgetechnologies.com </ A>) освоен на салазках установлены системы fixedbed адсорбции называется AD26, что пары диоксида твердой фазы марганца среды для удаления тяжелых металлов, с зернистой оксида железа среднего ай B оксида E/AD33 (производство химических Bayer) на срок до 99% от общего мышьяка (III, V ) удаление. Тяжелые металлы, такие как Pb, Cd и Mo, если таковые имеются, принимаем участие в осаждаются и фильтруются в средних постели ", говорит Рич Cavagnaro, президент AdEdge технологии. Одна система, установленная в июне прошлого года, производит 40 л / мин воды, содержащей меньше, чем 2 частей на миллиард, мышьяка, против входа уровни 50-55 частей на миллиард. адсорбции пакет компании подразделение только что был выбран для второго раунда тестирования EPA, и сказал, чтобы предложить вариант низкая стоимость лечения для малых систем водоснабжения (~ 100 л / мин).

Нанотехнология играет ключевую роль

Достижения в области адсорбции и катализа подпитывается за счет использования наноструктурных поддерживает и наноструктур на самой среды. Isolux технологий (Флемингтон, NJ; <a target="_blank" href="http://www.zrpure.com" rel="nofollow"> www.zrpure.com </ A>), разделение магния Electron, Инк (МЭИ; <a target="_blank" href="http://www.meichem.com" rel="nofollow"> www.meichem.com </ A>), был награжден полномасштабных демонстрационных сайт в Техачапи, CA, по охране окружающей среды для своих нанопористых среднего цирконий-гидроксид и запатентованную патрон-доставки. Взаимодействия циркония мышьяка поверхности и миграции мышьяка в пористой структуры способствует образованию арсенат цирконий или циркониевые арсенита, которые "гораздо менее растворим, чем в других металлов, используемых в арсенаты вод", говорит Джеймс Нолл, бизнес-менеджер по Isolux. 'Радиальные картридж позволяет использовать среды в порошок против виде гранул, так что нет никакого риска потерять деятельности грануляции ", продолжает он." Мы достигли высокого кинетики с пустой кроватью время контакта (EBCT) 30 с или менее.

Isolux в жилых состоять из двух картриджей (5,5 дюйма диаметр Модули специально для сообщества водных систем (75 л / мин на каждый модуль) составляет около $ 27000. Фирма также производит катионных среднего, которые могут быть физически смешанные для достижения нескольких загрязнителей лечения в одном картридже.

Наноматериалов, Inc 'S (Манхэттен, KS; <a target="_blank" href="http://www.nanoactive.com" rel="nofollow"> www.nanoactive.com </ A>) высокого поверхности (275-700 м ^ 2 ^ SUP / г), титана, циркония и нанопорошков оксида алюминия имеют однозначно реактивной морфологии и производится с помощью "тщательно контролируемый процесс, который сохраняет более 80% активности материалов по грануляции", согласно Дэвид Джонс, директор производства. Компания находится в ранней стадии разработки сухих и гранулированных продуктов адсорбции удаления мышьяка из воды.

В дополнение к разработке средств массовой информации, что удалить нескольких загрязняющих веществ одновременно, Catalyx, Inc (Бреа, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.catalyxinc.com" rel="nofollow"> www.catalyxinc. ком </ A>) предлагает конкретные мышьяка, наноструктурные TiO 2 ^ ^ к югу сыпучей среды в обоих одноразовые картриджи с низким уровнем потока условий и регенерационных систем высокого условиях обтекания. Это продукт поступает в продажу под торговой HEM.

Кроме того, было продемонстрировано на одном американском университете, что наночастицы железа может быть введен в виде жидкого раствора в скважину для удаления разнообразных загрязнений. Магнитные наночастицы также ведется расследование. В последнее время способ удаления мышьяка из грунтовых вод использованием наночастиц железа polymersupported гидроксида фильтрации агент был разработан.

В то же время Тайвань ПАВ корпорации (Тайбэй; <a target="_blank" href="http://www.taiwansurfactant" rel="nofollow"> www.taiwansurfactant </ A>. Com.tw) является создание поверхности модифицированного геля, избирательно поглощает тяжелых ионов металлов из сточных вод использованием функционализированных нанопористой структуры.

Инженерные селективных сорбентов

Способность адаптировать ионообменные сорбенты для удаления из двух или более загрязняющих веществ находится в 1 знание динамики процесса обмена для каждого загрязнителя и столь же твердой undersanding смол, которые будут по плечу. Эта задача осложняется наличием конкурирующих ионов в следовых количествах. Теперь, Sandia National Laboratories (SNL; Альбукерке, штат Нью; <a target="_blank" href="http://www.sandia.com" rel="nofollow"> www.sandia.com </ A>) ученые во главе с Дэвидом Тетер есть компьютер-инженерных, что они называют конкретных анионов Nanoengineered Сорбенты (SANS) - смешанные оксиды металлов с высокой молекулярной поверхностей - привлечь многочисленных анионов (например, арсенат и арсенита), растворенного в воде, чтобы их положительно заряженные участки, а затем похитит их из раствора. После насыщения, SANS можно свалки. Сандиа проводит пилотную многочисленные адсорбентов мышьяка в попытке охарактеризовать долгосрочной эффективности этой технологии. Альбукерке основе очистки воды демонстрации объекта резервирует пространство для работы SNL в ..

Arup Сенгупта, профессор гражданского строительства в Лихай Univ. (Вифлеем, Пенсильвания; <a target="_blank" href="http://www.lehigh.edu" rel="nofollow"> www.lehigh.edu </ A>) признает необходимость избирательной адсорбции следовых концентраций двух или более химических веществ, таких, как селенит и арсенат, особенно в присутствии сульфат-ионов. С этой целью, с неподвижным слоем сорбционных процессов с использованием АА или сильной базы полимерных аниониты или активированного глинозема в качестве адсорбентов ограничены. Сенгупта определил новый сорбент специальности хелатных полимеров с Cu (II) ионы иммобилизованных на сорбции, что экспонаты выше селенит и арсенат селективность более конкурирующих ионов сульфата. Сенгупта атрибуты расширения сродство сорбента к арсенаты и селенитов к анионообменной и Льюиса кислотно-основного взаимодействия.

Аналогичные усилия идут на Оберн Univ. (Lee, Л.; <a target="_blank" href="http://www.auburn.edu" rel="nofollow"> www.auburn.edu </ A>), где Тонъе Чжао и Марк Барнет развиваются новый класс материалов, ионного обмена, называется полимерных лигандов теплообменники (образцов), для снятия арсенат. Они также инженерных способ повторного использования регенерированной и свести к минимуму выщелачиванию процесса отходов остатков. Для подготовки образцов, Чжао и Барнетта использовали два хелатных смол, содержащих азот пиридинового доноров атомов, Cu (II), а ион металла.

Между тем, VEETech, почтовая открытка (Айкен, SC; <a target="_blank" href="http://www.veetechpc.com" rel="nofollow"> www.veetechpc.com </ A>) с Лихай университет, будут обобщены и испытания новых гибридных ионного обмена (Хиш) сорбентов, в которых бисер катионита необратимо и равномерно покрыты гидратированных Fe (III) оксид (мазута) материалов. , Размещенных в обменник с неподвижным слоем, они обладают высокой селективностью для обоих видов мышьяка, но не для конкурирующих ионов. "Так как основными компонентами системы являются один или два столбца и несколько емкостей и насосов, технология также имеет хороший экспортный потенциал", говорит разработчик технологии Сага Anuj.

Мышьяк удаления стратегий для развивающихся стран

В Бангладеш, Индии, Непала и других стран третьего мира, слаборазвитая инфраструктура требует недорогих устойчивого удаления мышьяка техники (боковой панели). Сенгупта и его коллегами в Бенгальский инженерный колледж в Индии (<a target="_blank" href="http://www.becs.ac.in" rel="nofollow"> www.becs.ac.in </ >) разработали подходящее решение в виде простой блок, который удаляет из воды мышьяка скважин. Он имеет на полимерной основе Хиш адсорбента с высоким сродством к обоим As (III) и As (V). Каждая частица сорбента существенно катионита в рамках которой агломераты наночастиц мазута были равномерно и бесповоротно разгоняются с использованием простых химико-термической техники.

Среды, называется ArsenX, в настоящее время коммерчески доступных через лицензионное соглашение между Лихай Univ. SolmeteX и Ко (Нортборо, MA; <a target="_blank" href="http://www.solmetex.com" <rel="nofollow"> www.solmetex.com />) (рис. 2). В настоящее время производятся на Purolite, Inc (Байа Синвуд, штат Пенсильвания; <a target="_blank" href="http://www.purolite.com" rel="nofollow"> www.purolite.com </>) , ArsenX используется сельскими жителями в Ashoknagar, Западная Бенгалия, в хорошо руководитель системы, которая обеспечивает подачу воды с менее чем 10 частей на миллиард мышьяка на 300 семей. "Адсорбирующих материалов необходимо регенерировать один или два раза в год, а сама по себе требует мышьяка безопасное удаление", говорит Сенгупта. Он добавляет, что система оперативной проста и не требует каких-либо электричество или добавления химических веществ. Каждый стоит $ 1200 - $ 1500 и длится около 15 лет.

В целях дальнейшего сокращения расходов на борт катионообменной, в настоящее время $ 2.00/lb, и устраняет необходимость для регенерации, Сенгупта предлагает использовать естественные цеолит, клиноптилолит, в качестве базового компонента. Это алюмосиликатных обладает высокой емкости катионного обмена, который может быть использован для необратимо дисперсных частиц мазута в пределах своей пористой структуры. Кроме того, он стоит всего $ 0.10-$ 0.15/lb и обильные в западных регионах США

В настоящее время жители Западной Бенгалии применяют MAGC Technologies, Inc 'S (Бангладеш; <a target="_blank" href="http://www.magtech" rel="nofollow"> www.magtech </ A> . сот) водоочистных систем, которые отличаются высоким поверхности зоны форме А. А. разработанные Алкан Chemical. Материал, названный А. FS-50, способствует воды пропускной до 3000 л / ч. "Одна зарядка может принести 80000 л arseniccontaminated трубки и воды в соответствии с предельными Бангладеш 0.05mg / мышьяка L", говорит Фарид Азизян, директор по технологиям в MAGC продукта и изобретатель.

Основной блок включает в себя два трапециевидных танки из стекловолокна, и особенности перепускного клапана для откачки воды необработанных изо дня в день мероприятия.