, shi wei2 elza , pregun csaba filehajdu istván1, shi wei2, bodnár magdolna 1, csikós zsuzsa,...
TRANSCRIPT
Hajdu István1, Shi Wei2, Bodnár Magdolna1, Csikós Zsuzsa1, Kovács Elza3, Pregun Csaba3, Kovács Béla4, Győri Zoltán4,
Tamás János3, Borbély János1,3
Debreceni Egyetem, Agrár- és Műszaki Tudományok Centruma,3Víz- és Környezetgazdálkodási Tanszék
4Élelmiszertudományi, Minőségbiztosítási és Mikrobiológiai Tanszék
4032 Debrecen, Böszörményi út 138. 1BBS Nanotechnológia, 4023 Debrecen, Böszörményi út 212.
on leave: 2The South China University of Technology,Guangzhau, China
Felszín alatti vizek szennyezői
Természetes forrásból származó szennyezők
Kémiai és fizikai folyamatok eredményeként az atmoszférából, bioszférából és litoszférából kerülnek a felszín alatti vizekbe
Mesterséges (antropogén) forrásból származó szennyezők
Mezőgazdaság
Hulladék lerakók
Szennyvíz tározók
Csővezetékek szivárgása (olaj, benzin)
Source: J.O.Nriagu, "History of Global Metal Pollution "
Science, Vol. 272 (April 12, 1996), pp. 223-224.
Toxikus nehézfémek eltávolítása
Nagy koncentrációban: csapadékképzés
(a legelterjedtebben alkalmazott módszer)
Kis koncentrációban: membrántechnológia
Mikroszűrés0,1-1,0 µm
Nanoszűrés0,001-0,01 µm
Ultraszűrés0,01-0,1 µm
Reverz Ozmózis< 0,001 µm
Nyomás Bar
30 -60
20 - 40
1 - 10
< 1
Célkitűzés
Nehézfémek eltávolítása kis energiaigényű membrántechnológiával (MF, UF)
A környezetet nem terhelő komplexképző alkalmazása
Költséghatékony technológia kidolgozása
Poli-γ-glutaminsav (PGA)
Reaktív karboxilcsoportokkal Biodegradábilis Lineáris polipeptid Baktériumok által termelt Bacillus Licheniformic / szójabab
NH
CH
CH2
CH2
C
O
COOH n
C
O O
COO
Pb 2+
C
OO
COO
COO
COO
C
O OPbb 2+
COO
COO
OOC
200 nm
Membrántechnológiák (UF)
beáramlás
beáramlás
nyomás
Permeátum Permeátum
Membrán Membrán
Dead-end szűrés Cross-flow szűrés
PGA+ólom nanorészecskék előállítása
PGA
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml < KH 31,6 100,00%
10 ml 2 ml < KH 57,5 100,00%
10 ml 4 ml < KH 130 100,00%
10 ml 8 ml 0,0133 245 99,99%
10 ml 12 ml 42 48,4 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 118 137 Csapadékképződés
PGA
(pH=6)
Pb
(pH=3)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml < KH 30,6 100,00%
10 ml 2 ml < KH 58,6 100,00%
10 ml 4 ml < KH 111 100,00%
10 ml 8 ml 0,0006 203 100,00%
10 ml 12 ml 56,3 63 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 130 148 Csapadékképződés
PGA
(pH=3)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml 1,89 27,2 90,76%
10 ml 2 ml 4,85 50,4 87,32%
10 ml 4 ml 12,2 99,6 84,07%
10 ml 8 ml 47,5 188 68,49%
10 ml 12 ml 99,7 118 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 165 187 Csapadékképződés
PGA
(pH=3)
Pb
(pH=3)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml 4,66 27,8 78,46%
10 ml 2 ml 9,06 51 77,24%
10 ml 4 ml 19,7 101 75,16%
10 ml 8 ml 60 158 Csapadékképződés
10 ml 12 ml 121 155 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 186 218 Csapadékképződés
Hatékonyság: Ret-Perm(mg)/Perm+Ret(mg)
Minél alacsonyabb pH-n történik az ólom megkötés annál kisebb a hatékonyság
Adott térfogatú PGA oldathoz különböző térfogatú ólom oldatokat adtunk, majd az oldatokat leszűrtük, és vizsgáltuk a PERM és RET ólomtartalmát
Térhálósított PGA alkalmazása
PGA térhálósítása
Nanorészecskék
Kisebb viszkozitás
Hatékonyság?
NH
CH
CH2
CH2
C
O
COOHn n
NH
O
NHO
m
R
NH
O
NHO
R = CH2 CH2 O CH2 CH2 O CH2 CH2
+ R
NH2
NH2
CDI
Térhálósított PGA+ólom nanorészecskék előállítása
PGA 10% (pH=6) Pb (pH=4,5) Permeat (ppb) Retentat (ppm) Hatékonyság
10 ml 1 ml 28,68 33,9 99,88%
10 ml 2 ml 49,4 71,1 99,90%
10 ml 4 ml 179,3 139 99,82%
10 ml 8 ml 13310 22,3 Csapadékképződés
10 ml 12 ml 79940 117 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 121000 214 Csapadékképződés
PGA 25% (pH=6) Pb (pH=4,5) Permeat (ppb) Retentat (ppm) Hatékonyság
10 ml 1 ml 76,74 35,2 99,70%
10 ml 2 ml 173 68 99,65%
10 ml 4 ml 460,9 127 99,50%
10 ml 8 ml 4448 7,52 Csapadékképződés
10 ml 12 ml 68760 102 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 116400 196 Csapadékképződés
PGA 50% (pH=6) Pb (pH=4,5) Permeat (ppb) Retentat (ppm) Hatékonyság
10 ml 1 ml 134,7 38,3 99,52%
10 ml 2 ml 174,1 71,7 99,67%
10 ml 4 ml 462,1 141 99,56%
10 ml 8 ml 24360 33,3 Csapadékképződés
10 ml 12 ml 88980 135 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 122100 236 Csapadékképződés
10%
25%
50%
PGA+Pb szűrési sebessége lapmembránon (Cross-flow) (1 mg/ml)
PGA
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml < KH 31,6 100,00%
10 ml 2 ml < KH 57,5 100,00%
10 ml 4 ml < KH 130 100,00%
10 ml 8 ml 0,0133 245 99,99%
10 ml 12 ml 42 48,4 Csapadékképződés
10 ml 16 ml 118 137 Csapadékképződés
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA+Pb 0
PGA+Pb 1
PGA+Pb 4
PGA+Pb 8
Minél gyorsabb a szűrés technológiailag annál jobb, annál költséghatékonyabb.
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA+Pb 0
PGA10%+Pb 0
PGA 25%+Pb 0
PGA 50%+Pb 0
PGA+Pb szűrési sebessége keverőcellás membránon (Dead-end) (1 mg/ml)
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA+Pb 0
PGA+Pb 1
PGA+Pb 4
PGA+Pb 8
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA 1mg/ml
PGA10% 1mg/ml
PGA25% 1mg/ml
PGA50% 1mg/ml
A Pb mennyisége nem befolyásolja nagy mértékben a szűrés sebességét.
A térhálósítás mértékének növelése csökkenti a szűrés sebességét.
PGA+Pb szűrési sebessége keverőcellás membránon (5 mg/ml)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5 10 15 20 25
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA 5mg/ml+0Pb
PGA 5mg/ml+1Pb
PGA 5mg/ml+4Pb
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA 5mg/ml
PGA10% 5mg/ml
PGA25% 5mg/ml
PGA50% 5mg/ml
A Pb mennyisége növeli a szűrés sebességét
A térhálósítás mértékének növelése csökkenti a szűrés sebességét.
Térhálósított PGA+Pb szűrési sebessége keverőcellás membránon (5 mg/ml)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5 10 15 20 25
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA 5mg/ml+1Pb
PGA10% 5mg/ml+1Pb
PGA25% 5mg/ml+1Pb
PGA50% 5mg/ml+1Pb
PGA
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml 0,07 82,12 99,82%
PGA10%
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)
10 ml 1 ml 0,09 85,5 99,78%
Összefoglalás
Sikerült ultraszűréssel az ólomionok több mint 99,8 %-át eltávolítani
Olyan anyag segítségével, mely regenerálható, illetve biodegradábilis, tehát nem jelent terhelést a környezet számára
Sikerült olyan technológiát kifejleszteni, mellyel a szűrés sebessége közel felére csökkenthető anélkül, hogy ez a hatékonyság rovására menne.
A munka a GOP-1.1.1-07/1-2008-0082
támogatásával készült
Térhálósított PGA+Pb szűrési sebessége lapmembránon
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA+Pb 1
PGA 10%+Pb 1
PGA 25%+Pb 1
PGA 50%+Pb 1
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA10% + Pb 0
PGA10% + Pb 1
PGA10% + Pb 4
Térhálósított PGA+Pb szűrési sebessége keverőcellás membránon (1 mg/ml)
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15
Té
rfo
ga
t (m
l)
Idő (perc)
PGA 1mg/ml+1Pb
PGA10% 1mg/ml+1Pb
PGA25% 1mg/ml+1Pb
PGA50% 1mg/ml+1Pb
PGA
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)Hatékonyság
10 ml 1 ml < KH 31,6 100,00%
PGA10%
(pH=6)
Pb
(pH=4,5)
Permeat
(ppm)
Retentat
(ppm)
10 ml 1 ml 0,028 33,9 99,88%