Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Hazánkban az ivóvíz előállításának jelentős része (kb. 40 %-a) mélységi vízbázisokból történik. Ezekben a vízbázisokban főként természetes eredetű szennyezések találhatóak, ezek koncentrációja viszont gyakran olyan magas, hogy a víz nem felel meg az ivóvízre vonatkozó előírásoknak. A természetes vízszennyezők közül az egyik kiemelt komponens az ammónium ion. Eltávolítását célzó, a gyakorlatban alkalmazott technológiai megoldások (elsősorban a törésponti klórozás és a biológiai ammónium ion mentesítés), működésének részletei azonban nem teljes mértékben feltártak.

 

Az ammónium ion mellett a nyersvízben található egyéb szennyezőanyagok (pl. oldott vas és mangán, szervesanyagok) jellege és mennyisége jelentősen befolyásolják az ammónium mentesítési folyamatok hatékonyságát. Vegyszeres eljárásoknál a párhuzamosan lejátszódó oxidációs folyamatok, a biológiai módszernél pedig elsősorban az ammónium eltávolításához szükséges nitrifikáló mikroorganizmusok mellett megjelenő egyéb baktériumok, a rendelkezésre álló oldott oxigénért és tápanyagokért folyó verseny befolyásolja az eltávolítási hatékonyságot. 

 

Számos kérdésben nincs egységes álláspont az ammónium mentesítő technológiák tervezése során (pl. technológiai lépések optimális sorrendje, az egyes folyamatok lejátszódásához szükséges kontakt idő, a káros melléktermékek mennyiségének minimalizálási lehetőségei). A doktori kutatás célja az ammónium eltávolítás folyamatának optimalizálása különböző nyersvíz minőségek esetén. A kutatás során elért eredmények a tervezői, üzemeltetői gyakorlatban közvetlenül hasznosíthatóak lesznek.   

 

A törésponti klórozás vizsgálata a következőkre tér ki:

    • A képződő melléktermékek kérdésköre. Annak vizsgálata, hogy a trihalogén-metánok mellett milyen melléktermékek képződnek, azok egészségügyi hatásaival kapcsolatos ismeretek szintetizálása, ezen vízminőségi paraméterek között esetlegesen fennálló kapcsolat feltárása. 

    • A nyersvíz paraméterek (pl. szervesanyag tartalom, hőmérséklet, vas és mangán koncentráció) és a hatékony ammónium ion eltávolításhoz szükséges klór dózis kapcsolata. 

    • A nyersvíz minősége, a klór mennyisége és a képződő melléktermékek mennyisége közötti kapcsolat feltárása. 

    • A klórozást megelőző (pl. oxidáció kálium-permanganáttal, koaguláció) és követő (pl. aktív szén adszorpció) technológiai egységek szerepe a melléktermékek mennyiségének minimalizálásában. 

 

A biológiai ammónium ion eltávolítási eljárás vizsgálata a következőkre tér ki:

    • Nyersvíz paraméterek (pl. szervesanyag tartalom, hőmérséklet, metán, vas és mangán koncentráció) és az ammónium ion mentesítés hatásfokának kapcsolata. A nitrifikációs folyamatot gátló, illetve az azt elősegítő paraméterek vizsgálata. Az ammónium ion mentesítéssel párhuzamosan lejátszódó vas és mangán eltávolítás vizsgálata. Szervesanyag tartalom és hőmérséklet hatása a nitrifikációra. 

    • A technológiai paraméterek (pl. alkalmazott levegős oxidáció, szűrő kialakítás, szűrők öblítési gyakorisága és az öblítés intenzitása, tartózkodási idő) hatása a nitrifikáció folyamatára. 

 

Az alkalmazandó módszertan laboratóriumi és üzemi szintű léptéket, továbbá a folyamatok matematikai leírását egyaránt magában foglalja. A laboratóriumi kísérletek során a tanszéki laboratóriumban a kémiai analízis feltételei adottak, így a biológiai módszer vizsgálata is a kémiai komponenseken keresztül (ammónium ion, nitrit ion és nitrát ion koncentráció) történik. Az ivóvízkezelő művekben üzemi léptékben alkalmazott technológiák vizsgálata víziközmű vállalatokkal történő együttműködés keretén belül valósul meg. 

 

A jelentkezővel szemben támasztott elvárások:

    • laboratóriumi tapasztalat

    • jó gyakorlati készség terepi munkához, mintavételezéshez, analitikai vizsgálatokhoz

    • jártasság ivóvíztisztító technológiák tervezésében

 

***

In Hungary significant part of drinking water (about 40%) is originated from deep confined aquifers. These water bodies contain mainly natural pollutants, however their concentration values are often high, and therefore the water does not meet the requirements for drinking water.  One of the major water pollutant is ammonium ion. Mostly breakpoint chlorination or biological technology is applied for its removal, however not all the details of their operation are fully investigated.

 

The efficiency of ammonium ion removal technologies is highly influenced by the other compounds found in the raw water (e.g. dissolved iron and manganese, natural organic matter). In chemical ammonium ion removal method the parallel oxidation processes influence the efficiency of the technology. In biological method the microorganisms, which appear on the filters beside the nitrifiers, the competition for dissolved oxygen and nutrients effect the removal efficiency.  

 

There is no agreement on many points of the design of ammonium removal technologies (e.g. optimal sequence of technological steps, contact time required for each process, possibilities to minimize the amount of harmful by-products). The aim of the doctoral research is to optimize the ammonium removal process for different raw water qualities. Therefore the results of the proposed research can be directly used in drinking water treatment technology design and operation practice. 

 

The research will focus on the following points of the breakpoint chlorination technology:

    • By-product formation. Review of by-products, which are formed in addition to trihalomethanes, synthetization of knowledge about their health effects, possible relationship between these water quality parameters.

    • Relationship between raw water quality parameters (e.g., organic matter content, temperature, iron and manganese concentration) and the chlorine dose required for effective ammonium ion removal.

    • Exploring the relationship between the raw water quality, the amount of chlorine and the amount of by-products formed.

    • The role of the treatment steps before the chlorination (e.g., oxidation with potassium permanganate, coagulation) and after the chlorination (e.g., activated carbon adsorption) in minimizing the amount of by-products.

 

The research will focus on the following points of the biological ammonium ion removal technology:

    • Relationship between raw water quality parameters (e.g., organic matter content, temperature, methane, iron and manganese concentrations) and ammonium ion removal efficiency. Investigation of the parameters inhibiting or facilitating the nitrification process. Investigation of iron and manganese removal occurring in parallel with ammonium ion removal. Effect of organic matter content and temperature on nitrification.

    • The effect of technological parameters (e.g., applied aeration, filter design, backwash frequency and backwash intensity of filters, contact time) on the nitrification process.

 

The methodology to be applied includes both laboratory and full scale, as well as a mathematical description of the processes. The conditions of the chemical analysis are given in the laboratory of the department, therefore the biological ammonia removal method is also examined through the chemical components (ammonium ion, nitrite ion and nitrate ion concentration) during the laboratory experiments. The examination of technologies used in full scale drinking water treatment plants is carried out within the framework of cooperation with water utility companies.

 

Expectations for the applicant:

    • laboratory experience

    • good practical skills for field work, sampling, analytical tests

    • experience in design of drinking water treatment technologies