V podzemních i povrchových vodách se občas vyskytnou látky, které nejsou v těchto vodách časté. Mezi takové látky patří například některé kovy. Zvýšený obsah železa a manganu je v podzemních vodách očekáván, avšak kovy jako arsen či nikl nejsou ve větším množství pro tyto vody typické. Přesto se objevují zdroje, kde výskyt arsenu, niklu i jiných kovů je v koncentracích překračujících normové hodnoty pro pitnou vodu. Jelikož tyto kovy patří k toxickým, začali jsme se v rámci vysokoškolského výzkumu zabývat možnostmi odstranění těchto specifických látek z vody.

Renata Biela, Tomáš Kučera

Abstract

The paper describes the adsorbents used for the removal of arsenic from water. In this context the experimental removal of arsenic at two selected filtration materials is described also.

Odstraňování arsenu z vody

K odstranění těžkých kovů z vody existuje mnoho způsobů. V současnosti se nejvíce využívá sorpce na granulované médium na bázi oxidů a hydroxidů železa. Jedná se o selektivní, nenáročnou, ekonomicky přijatelnou a velmi účinnou metodu, která je schopna snížit koncentraci arsenu ve vodě pod limit 10 μg.l^-1. Principem funkce je nevratná chemisorpce odstraňovaného arsenu.

Mezi nejrozšířenější adsorbenty patří:

• GEH
• Kemira CFH
• Bayoxide E33

GEH (Granulated Eisen Hydroxide) byl vyvinut na Berlínské univerzitě na katedře Kontroly kvality vody za účelem odstraňování arsenu a antimonu z vody. Vyrábí ho německá firma GEH-Wasserchemie GmbH. Technologie úpravy je tvořena z adsorpce kontaminantu na granulovaný hydroxid železitý (GEH sorbent) uložený v reaktoru, kterým protéká upravovaná voda. Do České republiky je dovážen společností Inform-Consult Aqua s.r.o, Příbram.

CFH adsorbent byl vyvinut společností Kemira ve Finsku. Jedná se o granulované médium na bázi oxidu hydroxidu železa. Výhodou tohoto materiálu je snadná manipulace a téměř žádné požadavky na skladování materiálu. Praní tohoto materiálu je možné vodou i vzduchem. Do ČR je dovážen společností Kemwater ProChemie s.r.o., Bakov nad Jizerou. Na trhu se objevují 2 typy tohoto materiálu s označením CFH 12 a CFH 0818.

Bayoxide je granulované médium na bázi oxidu železa. Byl vyvinut společností Severn Trent ve spolupráci se společností Bayer AG. Systém pro odstranění arsenu byl nazván SORB 33. Výhodou tohoto systému je odstraňování AsIII a AsV spolu s odstraněním železa a manganu. Udávaná schopnost úpravy vody je při obsahu arsenu 11 až 5000 μg.l-1 a obsahu železa 50 až 10 000 μg.l-1.

Experimentální odstranění arsenu

Cílem experimentu bylo porovnat účinnost odstraňování arsenu na dvou adsorpčních materiálech, kterými byly zvoleny GEH a Kemira CFH 0818.

Pro účel experimentu byly sestaveny dvě kolony o vnitřním průměru 4,4 cm. Adsorpční náplň byla vsypána na drenážní vrstvu ze skleněných kuliček, aby nedošlo k ucpání regulačních ventilů vlivem sypkého filtračního materiálu. Výška filtrační náplně u materiálu GEH byla 0,55 m, u materiálu CFH 0818 pak 0,58 m. Pro filtraci byly zohledněny podmínky výrobců adsorpčních materiálů. Jelikož se jednalo o nové filtrační materiály, bylo třeba je podle požadavků výrobců nejprve nechat smáčet minimálně 45 hodin před použitím ve vodě, aby došlo k uvolnění zbytků z výroby.

Dále byly filtry vyprány pitnou vodou z městského vodovodu Brno, a to směrem zdola nahoru. Pro správné nastavení praní i vlastní filtrace byl použit průtokoměr se škrtící tryskou pro jemnou regulaci průtoku.

Voda se zvýšenou koncentrací arsenu byla odebrána z podzemního zdroje, vrtu v Jankovicích, v blízkosti města Přelouč v Pardubickém kraji. Rozbor surové vody je uveden v tabulce 1.

Při filtraci se měnily průtoky podle požadované doby zdržení, která byla 2,5 min, 7 min a 15 min a byla sledována nejen účinnost odstranění arsenu z vody, ale také účinnost adsorpčních materiálů na odstranění prvků, které jsou nedílnou součástí podzemních zdrojů, a to železa a manganu.

Výsledky rozboru po filtraci přes adsorbenty GEH a CFH 0818 jsou patrné z tabulek 2 a 3. Pro měření pH byl použit digitální pH metr, který dokáže měřit také teplotu kapaliny. Zákal byl měřen na přenosném turbidimetru. Ke zjištění koncentrací železa, manganu a arsenu byl použit spektrofotometr.

Z tabulek je patrné, že oba materiály jsou vynikající na odstranění arsenu a dosahují stejných sorpčních výkonů. Už při nejmenší době zdržení (2,5 min) byla koncentrace arsenu v upravené vodě hluboko pod limitem nejvyšší možné hodnoty dle Vyhlášky 252/2004 Sb. Delší doby zdržení už neměly výraznější vliv na odstranění arsenu. Při době zdržení 15 minut byla naměřena koncentrace menší jedna, přesnou hodnotu však nelze na přístroji změřit. Vzhledem k rychlosti odstranění arsenu se jedná o kontaktní filtraci.

Experimentem se rovněž zjistilo, že použité materiály odstraňují z podzemní vody železo i mangan. Materiál GEH odstraňuje železo hned při kontaktu na hodnotu 0,16 mg.l^-1 a po delší kontaktní době zdržení se koncentrace odstraněného železa nemění. Pro odstranění manganu pod limitní hodnotu pitné vody je třeba filtrace s kontaktní dobou delší než sedm minut.

Materiál CFH 0818 odstraňuje železo v závislosti na čase. Hodnoty koncentrace železa klesají se zvyšující se dobou filtrace. K odstranění manganu dochází kontaktně bez závislosti na době zdržení na hodnotu koncentrace cca 0,02 mg.l^-1.

Závěr

Laboratorní zkoušky odstranění arsenu z vody byly provedeny na Ústavu vodního hospodářství obcí Fakulty stavební VUT v Brně. Výsledky ukázaly, že pomocí nových sorpčních materiálů GEH a CFH 0818 je možné snížit obsah arsenu z nadlimitní hodnoty již po pouhých 2,5 minutách na desetinu limitní hodnoty, kterou udává Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 252/2004 Sb. Dále bylo prokázáno, že sorpční materiály mají vliv i na odstraňování železa a manganu z vody. Materiál GEH odstraňuje železo hned při kontaktu na hodnotu 0,16 mg.l^-1 a po delší kontaktní době zdržení se koncentrace odstraněného železa nemění, naopak adsorbent CFH 0818 odstraňuje železo v závislosti na čase. Obrácený účinek mají zkoumané materiály při odstraňování manganu. Zatímco GEH odstraňuje mangan v závislosti na době zdržení, u adsorbentu CFH 0818 dochází k odstranění manganu kontaktně.

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně s názvem „Odstraňování specifických látek ze zdrojů pitné vody" (FAST-S-12-36/1713).