Bestämning av avskiljningen av organiska mikroföroreningar vid adsorption med aktivt kol är kostsam och andra sätt att uppskatta avskiljningen utvärderades. En jämförelse gjordes med produktdata för det aktiva kolet och med bestämning av UV-absorptionen vid en våglängd av 254 nm.
Av: Bengt Andersson
Organiska mikroföroreningar (OMP) i avloppsvatten kan passera avloppsreningsverken och nå recipienten och för en säkrare avskiljning erfordras ytterligare reningssteg med oxidationsteknik eller adsorptionsteknik med aktivt kol. Aktivt kol kan ha vissa fördelar jämfört med oxidation med starka oxidationsmedel och adsorption med aktivt kol fungerar oftast utmärkt för mikroföroreningar uppbyggda av aromatiska grupper och som är medel- eller ickepolära. Adsorptionskarakteristika för aktivt kol i pulverform (PAC) kan vara olika för olika kol beroende på utgångsmaterial och hur kolet processats vid aktiveringen. Parametrar som påverkar avskiljningen är bland annat ytkemi, porstorleksfördelning och intern yta. Det kan vara kostsamt att bestämma dessa parametrar och det är dessutom inte säkert att parametrarna är tillräckliga för att uppskatta avskiljningen av OMP från avloppsvattnet.
I refererad studie undersöktes 8 olika kommersiellt tillgängliga PAC med avseende på deras förmåga att avskilja 7 vanligt förekommande OMP – bensotriazol, karbamazepin, diclofenac, iomeprol, iopamidol, iopromid och sulfametoxazol från ett utgående avloppsvatten från ett reningsverk i Brandenburg i Tyskland. En jämförelse gjordes mellan avskiljning av utvalda OMP och tillgängliga produktdata för olika PAC. Dessutom gjordes en jämförelse med minskningen av UV-absorptionen vid 254 nm (UVA254). Studier med ozonering har visat en god korrelation mellan avskiljning av OMP och av UVA254 medan studier för aktivtkol saknas. En fördel med UVA254 är att det är en enkel och snabb testmetod som kan användas både vid val av PAC och för optimering av erforderlig PAC-dos.
Genomförande av undersökningen
Valet av olika PAC och ursprungsmaterial för de olika produkterna gjordes efter förslag från respektive leverantör. Produktdata gavs av leverantörerna (fukthalt, asktal, intern yta och jodtal). Dessutom bestämdes nitrobensentalet i studien. Den interna ytan varierade mellan 900 och 1150 m2/g för de olika produkterna. Jodtalet, som är en indikator på den interna ytan och anger hur mycket jod som adsorberas på 1 g aktivt kol, varierade mellan 900 och 1250 mg/g. Nitrobensentalet, som anger den teoretiska koldosen för att avskilja 90 % av nitrobensen i en lösning med en koncentration av 2 mg/l, varierade mellan 14 och 200 mg/l med ett genomsnittsvärde av omkring 20 mg/l för 6 av 8 valda PAC.
OMP bestämdes med vätskekromatografi/masspektrometri (HPLC-MS/MS) och UV-adsorptionen uppmättes i en UV-detektor vid en våglängd av 254 nm.
Utgående avloppsvatten från ett avloppsreningsverk i Brandenburg, Tyskland, användes i undersökningen. Avloppsvattnet innehöll 12 mg DOC/l och UVA254 uppgick till 28 1/m. Utvalda OMP fanns i koncentrationer mellan 0,4 mg/l (sulfametoxazol) och 34 mg/l (bensotriazol) och med ett genomsnittsvärde av cirka 3 mg/l för övriga OMP.
Vid försöken gjordes stocklösningar av olika PAC med en koncentration av 2 g/l i ultrarent vatten som fick stå över natten för tillräcklig vätning av kolet. För att uppnå önskad PAC-dosering mellan 5 och 100 mg/l tillfördes en varierande volym av stocklösningen till flaskor innehållande 100 ml utgående avloppsvatten. Flaskorna skakades under 48 timmar varefter innehållet filtrerades genom 0,45 mm membranfilter för avskiljning av PAC innan analys.
För att kunna jämföra data bestämdes den teoretiska PAC-dosen för 80 % avskiljning av OMP genom linjär interpolation av mätdata. Motsvarande dos för 50 % avskiljning av UVA254 bestämdes på samma sätt. Doserna för 80 % avskiljning av OMP korrelerades med produktdata för respektive PAC samt med doser för 50 % avskiljning av UVA254.
Resultat
Vad gäller utvärderingen om produktdata för PAC kunde användas för att uppskatta avskiljningen av OMP beaktades uppgifter avseende intern yta, jodtal och nitrobensental. Det fanns ett klart och positivt proportionellt samband mellan den interna ytan för olika PAC och jodtalen, där en yta av 1000 m2/g motsvarade ett jodtal av 1000 mg/g. Båda talen visade egentligen samma sak, vilket innebar att jodtalen kan representera den interna ytan. Motsvarande samband erhölls inte mellan intern yta och nitrobensentalet.
Den interna ytan för de olika PAC-produkterna korrelerade inte med erforderlig PAC-dosering för avskiljning av 80 % för någon av de utvalda OMP. Sambandet mellan nitrobensentalet och dosen för 80 % avskiljning av OMP var även svagt för alla OMP utom för bensotriazol, som har ungefär samma molekylvikt som nitrobensen. Det innebar att nitrobensentalet endast kan användas för att uppskatta dosen för avskiljning av OMP som är strukturellt lika nitrobensen.
Ett samband i form av S-formade kurvor erhölls för avskiljningen av utvalda OMP och avskiljningen av UVA254. För utvalda OMP utom sulfametoxazol och bensotriazol var kurvorna oberoende av PAC-produkt och ursprungsmaterial medan kurvorna var olika för varje OMP. Sambanden innebar att avskiljningen av vart och ett av de 5 OMP kunde uppskattas med hjälp av mätning av UVA254 vid användning av en okänd PAC-produkt.
För sulfametoxazol och bensotriazol fanns inget samband mellan avskiljningen av OMP och UVA254 om alla PAC-produkterna togs med. Däremot erhölls bra samband för respektive PAC-produkt, vilket innebar att avskiljningen av dessa ämnen kunde uppskattas med hjälp av mätning av UVA254 då kurvorna väl bestämts. Resultatet kunde även användas för att identifiera tröskelvärden för avskiljning av UVA, över vilka en specifik avskiljning av OMP kan förväntas. Samtliga korrelationer visade dessutom att vid en hög avskiljningsnivå var avskiljningen av OMP alltid högre än avskiljningen av UVA medan avskiljningen av OMP ofta var lägre än UVA vid en låg avskiljningsnivå.
PAC-dosen för 80 % avskiljning av OMP beräknades för varje OMP och den genomsnittliga dosen beräknades som ett medelvärde där alla OMP vägde lika. Det erhölls ett linjärt samband mellan genomsnittlig dos för 80 % avskiljning av OMP och dosen för 50 % avskiljning av UVA254 (R2 omkring 0,8).
Mätning av UVA har stora fördelar eftersom det är en enkel analysmetod och mätningen kan dessutom appliceras i form av online-mätningar för kontroll och styrning av processen. Avloppsvattnets karaktär kan emellertid påverka resultatet av UVA-mätningen och tester bör därför utföras även med andra avloppsvatten för att belysa funna samband.
Slutsatser
Studien visade att
- Normala produktdata för aktivt kolprodukter som yta och jodtal uppvisade ingen korrelation med erforderlig dosering för en 80 % -ig avskiljning av de valda organiska mikroföroreningarna (OMP). Nitrobensentalet visade en god korrelation endast för bensotriazol.
- För de flesta OMP fanns en god överensstämmelse mellan avskiljningen av OMP och av UVA254 oberoende av använd PAC produkt medan för två OMP förelåg bra samband för respektive PAC.
- Den genomsnittliga koldoseringen för att uppnå 80 % avskiljning av samtliga undersökta OMP korrelerade med dosen för att uppnå 50 % avskiljning av UVA254, där hög avskiljning av UVA254 motsvarade en hög avskiljning av OMP. Mätning av UVA254 utgjorde således en enkel metod för att uppskatta avskiljningen av OMP.
- Metoden kan användas för att identifiera PAC som fungerar dåligt vid avskiljning av OMP i avloppsvatten och för stora avloppsreningsverk kan metoden användas online för att optimera doseringen av PAC.
- Sambanden måste verifieras för andra OMP än de som använts i studien liksom för andra avloppsvatten och reningsprocesser.
Källa: F. Zietzschmann, J. Altmann, A. S. Ruhl, U. Dünnbier, I. Dommisch, A. Sperlich, F. Meinel, M. Jekel. Estimating organic micro-pollutant removal potential of activated carbons using UV absorption and carbon characteristics. Water Research 56 (2014) pp 48 – 55.
Hela artikeln från Water Research finns att köpa här.
