TTK Links: Home Page | TTK Moodle | ÕIS
TTK/UAS Repository For Digital Teaching and Learning Resources

Aktiivsöe kasutamine raskemetallide ning kogu orgaanilise süsiniku eemaldamiseks reoveepuhastis

Müür, Mattias (2018) Aktiivsöe kasutamine raskemetallide ning kogu orgaanilise süsiniku eemaldamiseks reoveepuhastis. [thesis] [en] Usage of Activated Carbon for the Removal of Heavy Metals and Total Organic Carbon in Wastewater Treatment Plant.

[img] PDF - Published Version
Restricted to Registered users only

Download (1MB)
[img] Other (lihtlitsents - bdoc) - Other
Restricted to Registered users only

Download (518kB)

Abstract

Käesolev lõputöö käsitles kolme alternatiivset aktiivsöe kasutamisvõimalust reoveepuhastusprotsessis raskmetallide ning TOC eemaldamiseks. Uuriti tsingi, vase, nikli ja arseeni katioonseid ühendeid ning TOC eemaldamise efektiivsust Tallinna linna RPJ reo- ning heitveest, nende seost vee pH ja elektrijuhtivusega ning PACT võimalikku mõju bioloogilise puhastuse protsessile. Töö käigus andis autor ülevaate raskmetallide saastumise põhjustest ning levikust keskkonnas ja nende kahjulikust mõjust elusorganismidele. Autor uuris raskmetalle käsitlevaid õigusakte ning reoveepuhastuse olukorda Eestis. Töös kirjeldatakse reoveepuhastusprotsessi tehnoloogiat, aktiivsöe parameetreid ning nendest tulenevaid erinevusi tootmisel, opereerimisel ja raskmetallide ning TOC adsorptsiooniefektiivsusel. Veel kirjeldab autor summaparameetrit TOC ning adsorptsiooniprotsessi olemust ja adsorptsiooniks vajalikke keskkonnatingimusi (pH ja elektrijuhtivus). Töö eesmärgiks oli praktiliste katsete analüüsil leida parima efektiivsusega doosid ja vajalikud viibeajad PAC-i, GAC-i ning PACT-i kasutamise jaoks, arvestades Tallinna linna RPJ reo- ning heitvee keskkonnatingimuste ja sihtühendite mitmekesisusega ning kasutatud aktiivsöe spetsiifikaga. Uurimustulemuste analüüsi tulemusena valis töö autor parima võimaliku tehnoloogilise alternatiivi, mis rakendati teoreetiliselt Tallinna linna RPJ-le, arvestades jaama reaalse hüdraulilise koormuse ning võimaliku maksumusega. Autori hinnangul sai töö eesmärk täidetud, autor leidis kõige efektiivsema meetodi ning optimaalse doosi ja viibeaja RPJ heitveest raskmetallide ning TOC-i eemaldamiseks. Katsete analüüsil selgus, et vee pH muutus jäi kõikide läbi viidud katsete lõppedes raskmetallide eemaldamiseks vajalikule tasemele ning adsorptsioon vee pH-d märkimisväärselt ei mõjuta. Veel näitasid dooside ning viibeaja adsorptsioonikatsed, et aktiivsöe kasutusega kaasnev ioonvahetus ning TOC-i eemaldamine kuni 90% ulatuses protsessi elektrijuhtivust märkimisväärselt ei mõjuta ning, et elektrijuhtivust mõjutab rohkem reoveepuhastuse bioloogiline protsess. Lisaks selgus, et RPJ TOC-st ligikaudu 10-20% ei ole molekulaarsete omaduste tõttu aktiivsöe adsorptsiooni abil eemaldatavad ning nende eemaldus saavutati ainult aktiivsöe adsoprtsiooni ja bioloogilise puhastuse sünergilises koostöös (PACT). Veel leidis autor katsete analüüsile tuginedes PACT kasutamisega kaasneva võimaliku inhibeeriva mõju bioloogilise puhastuse nitrifikatsioonile PAC dooside suurenedes üle 50 mg/l. Raskmetallide Zn, Cu, Ni ning As katioonisete ühendite adsoprtsioonikatsed näitasid PAC paremat stabiilsust ning suuremat efektiivsust reo- ning heitvee puhastamisel. Töö käigus leidis autor ka võimaliku põhjuse katsetuste käigus toimunud raskmetallide adsorptsiooni kõikuvusele. Põhjustajaks võib olla raskmetallide ja orgaaniliste ühendite omavaheline konkurents vees, raskmetallide reaktiivsus ja kasutatud aktiivsöe omadus siduda endaga väiksema molaarmassiga ühendeid. Lõputöös saadud tulemusi ja järeldusi on võimalik rakendada edasistes reoveepuhastuse teadustöödes ja uuringutes, mis käsitlevad raskmetallide ning TOC-i eemaldamise adsorptsiooniefektiivsust, sihtühendite konkurentsi, keskkonnatingimuste mõju adsorptsiooniprotsessile ning PACT mõju bioloogilisele puhastusele. Töö käigus selgus ka edasiste uuringute ja kordusproovide vajadus aktiivsöe adsorptsiooniprotsessi efektiivsust mõjutavate keskkonna tingimuste täpsemaks analüüsiks ja konkureerivate ühendite ja komplekside kaardistamiseks. Töö kirjutamisel kasutati erialakirjandust, samuti teadusartikleid, asjakohaseid õigusakte ning AS Tallinna Vesi seireandmeid ja hetkeproove.

Abstract [en]

An advanced society causes increased pollution, which in the event of human inactivity or false countermeasures could lead to an ecological catastrophe. One of the major challenges that needs to be addressed is the accumulation of heavy metals in the environment. Accumulating heavy metals form very long-lasting and toxic compounds, they spread in the environment very quickly and can transfer from one organism to another. The removal of heavy metals from wastewater is currently ineffective. Wastewater operators concentrate on the removal of large solids, finely dispersed particles, phosphorus- and nitrogen pollutants. Sewage treatment plants do not have the necessary technology to remove sufficient amounts of heavy metal compounds from the wastewater. The use of activated carbon is a realistic way to reach environmentally manageable effluents. The aim of this thesis is to study the purification efficiency of activated carbon for heavy metal compounds and total organic carbon (TOC) in three different technological alternatives. Using the target test results, the author found the best alternative considering the pollution and the hydraulic load of the Tallinn City WWTP. The potential cost was taken into account as well. In order to achieve this goal, laboratory tests were carried out. Heavy metal compounds of Zn, Cu, Ni, As and TOC concentrations were measured while water pH and electrical conductivity were fixed before and after testing in order to fix the changes associated with the usage of activated carbon and to identify adsorption efficiencies. During the practical experiments, the adsorption capacity of heavy metals compounds and TOC removal with granular activated carbon (GAC) and powdered activated carbon (PAC) was compared. In addition, adsorption efficiency of PAC in the bioreactor was studied (PACT). As a result, the best adsorption efficiency was found and theoretically applied to the Tallinn city WWTP, taking into account the actual hydraulic load of the station. The analysis of the tests revealed that by the end of all the experiments the pH level remained at the optimal level for the removal of heavy metals, and that the pH did not significantly change with adsorption. Furthermore, dosage- and residence time adsorption experiments showed that the ion exchange associated with the usage of activated carbon and the removal of TOC up to 90% did not significantly affect the electrical conductivity of the water and that the electrical conductivity was more affected by the biological purification process of wastewater treatment. Adsorption experiments with PAC showed better stability and increased efficiency over GAC. The necessary dose for essential removal efficiency was found to be 10 mg/l with the sufficient retention time being 10-20 minutes. In addition, it was found that about 20-10% of TOC is not removable by adsorption due to its molecular properties and was not removed by activated carbon alone. Up to 96% of the removal of TOC was achieved through synergistic co-activity of activated carbon adsorption and biological purification (PACT). The tests also showed that the potential inhibitory effect on biological nitrification increased with PAC doses beginning from 50 mg/l. The fluctuation and variability of adsorption efficiency noted during the experiments can be caused by the competition for adsorption ground between heavy metals and organic compounds in the water, the reactivity of heavy metals and the selective ability of activated carbon to bind lower molecular weight compounds. The findings and conclusions of this thesis can be applied to future research on wastewater treatment and studies on the adsorption efficiency of heavy metals and TOC, the effects of competition and environmental conditions on the adsorption process and its impact on biological purification. The experiments also revealed the need for further research for a more accurate analysis of the effects of the active carbon adsorption process and the mapping of possible competing compounds and complexes in the wastewater.

Item Type: thesis
Advisor: Erki Lember
Subjects: Technoecology > Technology and Waste Management > Drinking and Waste Water Processing and Networks
Divisions: Institute of Circular Economy and Technology > Environmental Technology and Management
Depositing User: Mattias Müür
Date Deposited: 05 Jun 2018 13:07
Last Modified: 27 Aug 2019 13:18
URI: http://eprints.tktk.ee/id/eprint/3665

Actions (login required)

View Item View Item