Ozon w uzdatnianiu wody UTLENIANIE MIKROZANIECZYSZCZEŃ W OBIEGU WODY

Transkrypt

1 Ozon w uzdatnianiu wody UTLENIANIE MIKROZANIECZYSZCZEŃ W OBIEGU WODY

2 Substancje farmaceutyczne w obiegu wody Eliminacja mikrozanieczyszczeń z wykorzystywanej przez nas wody jest wyzwaniem, z którym musi się zmierzyć coraz więcej zakładów i fabryk. Podczas gdy konwencjonalne procesy uzdatniania wody nie są w stanie całkowicie usunąć mikrozanieczyszczeń, ozon okazuje się być jedną z najskuteczniejszych alternatyw. Farmaceutyki pomagają wielu ludziom i zwierzętom walczyć z chorobą, pozostawać w zdrowiu i poprawić jakość życia. Jednak znaczna część środków farmaceutycznych, po wydaleniu z organizmu, przedostaje się do środowiska. Nie stanowią one, co prawda, bezpośredniego zagrożenia, jednak zagrożenia długoterminowe stają się coraz poważniejsze. Negatywne działanie mikrozanieczyszczeń i środków farmaceutycznych w wodach powierzchniowych zostało już udowodnione na podstawie wielu prowadzonych na szeroką skalę badań. Prowadzi ono do negatywnych zmian w ekosystemie. Mikrozanieczyszczenia w obiegu wody Problem I: Trwałość Nie wszystkie dopuszczone do użytku substancje w farmacji, rolnictwie i przemyśle oraz w codziennej konsumpcji są całkowicie biodegradowalne. Oznacza to brak możliwości ich całkowitego usunięcia za pomocą konwencjonalnych technologii. Powoduje to wzrost poziomu (bioakumulację) sporej liczby substancji zanieczyszczających. Oznacza to stały wzrost poziomu zanieczyszczeń wody i dalsze negatywne skutki dla środowiska wodnego w przyszłości, w razie braku podjęcia stosownych kroków. Problem II: Wpływ na gospodarkę hormonalną Niektóre mikrozanieczyszczenia (np. etynyloestradiol) wpływają na ludzki i zwierzęcy układ hormonalny. Tak zwane substancje zaburzające gospodarkę hormonalną (ang. endocrine disrupting compounds - EDC) wykazują szkodliwe działanie nawet w niskim stężeniu. Są one klasyfikowane jako wymagające szczególnej uwagi. W związku z negatywnym wpływem na środowisko istot żywych, substancje te obecnie wiąże się z: gatunków ryb (w tym feminizacją samców), pogorszenia jakości nasienia, nowotworów, prawdopodobnie powiązanych z zaburzeniami hormonalnymi. 02

3 Źródła zanieczyszczeń Ścieki przemysłowe Ścieki komunalne Ścieki szpitalne Źródła wody pitnej, takie jak wody gruntowe i powierzchniowe cechują się różnym stężeniem mikrozanieczyszczeń w zależności od stopnia ich wymieszania ze źródłami zanieczyszczeń. System utylizacji Oczyszczalnia ścieków System utylizacji Jako główne źródła trwałych mikrozanieczyszczeń w wodach powierzchniowych wymienić należy komunalne oczyszczalnie ścieków, ścieki odprowadzane z zakładów farmaceutycznych i ośrodków zdrowia, oraz terenów hodowli zwierząt. Wody powierzchniowe, wody gruntowe Kolejne pośrednie źródła zanieczyszczeń wynikają z niewłaściwej utylizacji niezużytych środków farmaceutycznych, niewłaściwego zagospodarowania odchodów zwierzęcych oraz szlamu. Uzdatnianie wody pitnej Główne źródła substancji zaburzających gospodarkę hormonalną. = możliwość utylizacji ozonem. Substancje zaburzające gospodarkę hormonalną w wysokich stężeniach przedostają się do wód gruntowych i powierzchniowych mimo przejścia przez procesy oczyszczania ścieków. 03

4 Agent specjalny: ozon Działanie substancji hormonalnych i trwałych mikrozanieczyszczeń na nasz ekosystem wymusza konieczność utylizacji na szerszą skalę. Wiele oczyszczalni ścieków nie jest w stanie eliminować tych zanieczyszczeń przy użyciu obecnie posiadanych technologii. Liczne testy pilotażowe zastosowania ozonu jako dodatkowego etapu oczyszczania wskazują, że jest on skutecznym rozwiązaniem eliminacji trwałych zanieczyszczeń. Oznacza to możliwość wystarczającego usunięcia z wody mikrozanieczyszczeń za pomocą przyjaznych środowisku i opłacalnych dawek ozonu. Jak działa ozon? Ozon szybko reaguje z mikrozanieczyszczeniami zawierającymi dostępne grupy aminowe, wiązania podwójne lub układy aromatyczne. Poza powyższymi właściwościami typowymi dla polutantów, skuteczność reakcji zależy również od wartości ph oraz od rozpuszczonej materii organicznej (ang. dissolved organic carbon - DOC). Stopień eliminacji polutantu można oszacować obserwując jego stałą szybkości reakcji z ozonem. Można przyjąć, że stała szybkości reakcji zanieczyszczeń o wartości > 105 M-1 s-1 oznacza szybką reakcję z ozonem. Dla porównania: barwnik indygo (wykorzystywany m.in. do ilościowego wykrywania ozonu) wykazuje stałą o wartości ~107 M-1 s-1, a siarkowodór ~3x104 M-1 s-1 dla reakcji z ozonem. Różnica w stałej reakcji wynika głównie z różnych punktów oddziaływania ozonu na cząsteczki. α etynyloestradiol ulega oddziaływaniu na grupę fenolową. z podwójnym wiązaniem. grupy aminowe podlegające utlenianiu przez ozon. Bezafibrat oraz ibuprofen nie posiadają w/w grup funkcyjnych, zatem znacznie wolniej reagują z ozonem [Schuhmacher]. Poniższa tabelka przedstawia stałą szybkości reakcji różnych środków farmaceutycznych z ozonem. Środek farmaceutyczny k = [M-1 s-1] Etynyloestradiol Bezafibrat Karbamazepina Diklofenak Ibuprofen Sulfametoksazol ~3,0 x 106 ~0,6 x 103 ~0,3 x 106 ~1,0 x 106 ~9,6 x 103 ~2,5 x 106 Źródło: Project Poseidon, EAWAG, Huber et al. Rozpuszczanie ozonu: Chwilę po wprowadzeniu ozonu do wody, wszelkie niebezpieczne zanieczyszczenia ulegają skutecznej degradacji poprzez utlenianie. 04

5 Środki farmaceutyczne i ich oddziaływanie Ogólnie w medycynie stosowanych jest ponad 2700 środków oraz ponad 600 w weterynarii. Tabelka przedstawia polutanty o najwyższym stężeniu w wodach powierzchniowych oraz skutki ich działania. Substancje czynne Środek farmaceutyczny Zutylizowane [kg/rok] Stężenie [μg/l] Oddziaływanie Reakcja Ogólna ilość zutylizowanych w roku 2001 Najwyższe odnotowane stężenie w wodach powierzchniowych Oddziaływanie Reakcja w środowisku na różne (trudno degradowalne) organizmy wodne Antybiotyki sulfametoksazol erytromycyna trimetoprym klarytromycyna ,7 0,2 0,003 Leki przeciwbólowe diklofenak ibuprofen fenazon propyfenazon ,5 0,95 0,31 Leki przeciwpadaczkowe karbamazepina ,1 Leki przeciwcholesterolowe bezafibrat kwas kolfibrowy ,1 1,1 Leki beta adrenolityczne atenolol ,22 Leki przeciwreumatyczne indometacyna ,7 Hormony estradiol etynyloestradiol ,0006 0,002 Środki kontrastowe iomeprol iopamidol iopromid diatryzoat ,89 2,8 8,5 15,8 Leki cytostatyczne cyklofosfamid ifosfamid ,1 0,18 Źródło: MUNLV 2008 Terminy i ich definicje Mikrozanieczyszczenie: zanieczyszczenie substancjami o względnie niskim stężeniu, opornymi na konwencjonalne metody oczyszczania. Substancje zaburzające gospodarkę hormonalną (EDC): zanieczyszczenia wywierające niekorzystny wpływ na ludzki i zwierzęcy układ hormonalny. Działanie to mogą wywoływać środki farmaceutyczne lub inne substancje. 05

6 10,00 ścieki z oczyszczalni ścieków 5 mg/l ozon 10 mg/l ozon 15 mg/l ozon 1,00 Stężenie w μg/l 0,10 0,01 trimetoprym sulfametoksazol erytromycyna erytromycyna - H2O Antybiotyki karytromycyna roksytromycyna atenolol sotalol metoprolol Leki beta adrenolityczne propranolol karbamazepina kwas kolfibrowy Leki przeciwpadaczkowe ibuprofen naproksen ketoprofen diklofenak Leki przeciwcholesterolowe tonalid Piżma galaxolid iopamidol iopromid diatryzoat Środki kontrastowe Wykres przedstawia wyniki uzyskane w oczyszczalni ścieków w Brunswick przy zastosowaniu dawki ozonu o wartościach od 5 do 15 mg/l. Podkreślają one wysoki stopień degradacji (nie pokazany = poniżej granicy wykrywalności), możliwy do uzyskania przy użyciu ozonu. Ozon - udane testy pilotażowe Systemy WEDECO zostały już użyte w kilu krajowych i międzynarodowych projektach ograniczenia mikrozanieczyszczeń: Oczyszczalnia ścieków w Braunschweig styczeń 2001 czerwiec 2004 (Nr ref. projektu EVK1-CT ) Oczyszczalnia ścieków Wueri w Regensdorf lipiec 2007 październik 2008 Oczyszczalnia ścieków Berlin-Ruhleben grudzień 2004 lipiec 2005 EAWAG w Zurychu/oczyszczalnia ścieków Opfikon Oczyszczalnia ścieków Busnau grudzień 2003 maj 2005 System WEDECO w oczyszczalni ścieków Wueri w Regensdorf w Szwajcarii. Oczyszczalnia ścieków w Wiedniu

7 ozonoliza, powlekanie) obróbka powierzchni (laminowanie, okresu przydatności do spożycia, chemiczna modyfikacja skrobi, wydłużenie UDOSKONALANIE PRODUKTU Ozon w użyciu PROCES BIELENIA bielenie masy celulozowej (przemysł papierniczy); glinka biała (kaolin) WODA PITNA poprawa okulacji; odbarwianie; kontrola smaku/woni; eliminacja Fe/Mn; dezynfekcja; usuwanie glonów; eliminacja substancji trwałych woda chłodnicza (fabryki), baseny; woda do mycia w produkcji napojów; WODA PROCESOWA odbarwianie; eliminacja tensydów, fenoli, ChZT, cyjanków, przeciwutleniaczy, substancji hormonalnych; ograniczenie szlamu ŚCIEKI Ozon jest jednym z najsilniejszych utleniaczy dostępnych komercyjnie. Jest on powszechnie stosowany w uzdatnianiu wód komunalnych i ścieków. Oprócz dużego potencjału utleniania jest on również przyjazny dla środowiska. Polutanty, substancje barwiące, zapachy i mikroorganizmy ulegają bezpośredniemu zniszczeniu przez utlenianie, bez niebezpieczeństwa powstania szkodliwych chlorowanych produktów ubocznych ani znacznych pozostałości. W czasie reakcji ozon rozkłada się do tlenu, co czyni go ekonomiczną i przyjazną dla środowiska alternatywą dla procesów utleniania chlorem, absorpcji (węgiel aktywowany) lub separacji (odwróconej osmozy). Zalety stosowania ozonu: innych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. środków chemicznych, takich jak chlor. ułatwiając usuwanie minerałów takich jak żelazo czy mangan. ubocznych ani nieprzyjemnych smaków i zapachów. potrzeb, z powietrza lub tlenu i energii elektrycznej. się ze środkami chemicznymi. Utleniające działanie ozonu Ozon szybko reaguje z wieloma związkami. Tym samym, związki te są atakowane bezpośrednio przez cząsteczki ozonu lub pośrednio poprzez rodniki hydroksylowe. Najlepiej gdy ozon ulega całkowitej konsumpcji w procesie reakcji, uwalniając tylko tlen. Pozostałości ozonu w gazie wylotowym przekształcane są w tlen przez destruktor ozonu. Połączenie ozonu ze światłem UV lub nadtlenkiem skutkuje powstaniem zaawansowanych procesów dziej opornych substancji. Te zaawansowane procesy dotychczas niedegradowalne polutanty wody. 07

8 1) Roślinne tkanki przewodzące, transportującewgórę rośliny wodęzsubstancjami odżywczymi pobranymi zgleby przez korzenie 2) Wiodąca na świecie zajmująca się technologiami wody Zatrudniamy 12 tysięcy pracowników połączonych wspólnym celem: tworzenie innowacyjnych rozwiązań pozwalających na zapewnianie światowych potrzeb związanych ztechnologiami wody. Opracowywanie nowych technologii, które usprawnią sposób wykorzystania wody, jej oszczędzanie oraz ponowne wykorzystanie wprzyszłości ma kluczowe znaczenie dla naszej pracy. Transportujemy, uzdatniamy, analizujemy izwracamy wodę do środowiska, pomagamy również ludziom wskutecznym wykorzystywaniu wody wich domach, zakładach igospodarstwach. Nawiązaliśmy silne, długotrwałe relacje zklientami w ponad 150 krajach, dzięki skutecznemu połączeniu produktów wiodących marek oraz ekspertyz zastosowań wspieranych dziedzictwem innowacji. Dodatkowe informacje na temat usług oferowanych przez ylem można znaleźć na stronie xylem.pl lub xyleminc.com Pytania można również kierować na ogólny adres info.poland@xyleminc.com Biura Regionalne w Polsce: BRWz - Warszawa zachodnia brwz.polska@xyleminc.com BRWw - Warszawa wschodnia brww.polska@xyleminc.com BRG - Gdańsk brg.polska@xyleminc.com BRP - Poznań brp.polska@xyleminc.com BRD - śląskie, opolskie, dolnośląskie brd.polska@xyleminc.com BRR - Rzeszów brr.polska@xyleminc.com ylem Water Solutions Polska Sp. z o.o. Dawidy, ul. Warszawska Raszyn tel fax zapytania.polska@xyleminc.com