Gondolatok Tolnai Béla „A szennyvíztisztításról másképp” cím cikkével kapcsolatban Dr. Szilágyi Ferenc egyetemi docens BME Vízi Közm és Környezetmérnöki Tanszék Bevezetés Tolnai Béla cikkének Georg Chistoph Lichtenbergt l származó mottója nagyon is igaz „Nem biztos, hogy jobb lesz, ha másképp lesz, de ahhoz, hogy jobb legyen, másképp kell lennie.” Talán az is benne van ebben a mottóban, hogy igyekezzünk valamit másképp csinálni, hogy jobb legyen, de ne úgy, hogy figyelmen kívül hagyjuk, amit már ma is tudunk. Egyet lehet érteni a Szerz megállapításával, hogy a szennyvíztisztítás m ködési költségeinek zömét az oxigénbevitel teszi ki. Az oxigénre a szervesanyag aerob lebontásához van szükség. Az oxigén ugyanis apoláros molekula, így poláros oldószerben nem szívesen oldódik. Jó lenne spórolni ezen az energiaköltségen, miközben megtartani a kedvez eltávolítási hatásfokokat a különböz szennyez anyagokra, és egyúttal javítani is bizonyos nehezen lebomló vegyületek eltávolítását. Ez a technológusok minden vágya. A cikkben a szerz a szennyvíztisztítás más, hagyományostól eltér , irányait feszegeti, párhuzamot vonva a parti sz rés és a szennyvíztisztítás folyamatai között. Elég bizarr dolog ez a párhuzam, de ökológiai szempontból nem lehetetlen. Különös ez a párhuzam azért is, mert a szennyvíztisztításban és a parti sz résben ugyan vannak hasonló tisztulási folyamatok, de technológiai szempontból alapvet különbség az, hogy a koncentráció viszonyok a tisztítandó vizek között számos komponensre több nagyságrenddel eltérnek, következésképpen a folyamatok intenzitása és ezért fontossága is er sen különbözhet. Félrevezet lehet a Szerz állítása, miszerint a Csepel-szigeti kutak a f város tisztítatlan szennyvizét tisztítják ivóvíz min ség vé. Budapestr l a Dunába kerül tisztított és tisztítatlan szennyvizek ugyanis a folyóban er sen felhígulnak. A kutak sz r rétegében tehát a szennyvízzel terhelt Duna vizének tisztítása folyik nagyságrendekkel kisebb bementi koncentrációk mellett, mint ami a szennyvízre jellemz . A párhuzam tehát furcsa, de nem nélkülöz minden ökológiai hátteret. Nézzük meg ezt a kérdést kissé alaposabban! A parti sz rés és a szennyvíztisztítás ökológiai hasonlóságáról Magyarországon jelent s területen alluviális k zetek találhatók az ország medence jellegéb l adódóan. Néhány folyónk – különösen a Duna – hidrogeológiai szempontból alkalmas jelent s mennyiség parti sz rt víz biztosítására ivóvíz-ellátási célra. Ebb l származik a hazai ivóvíz-igény 45 %-a, és ebb l a vízbeszerzési forrásból látják el a f város közel 2 milliós lakosságát is megfelel mennyiség és jó min ség ivóvízzel. Szerencsére a Duna vízmin sége szemmel is láthatóan javult néhány nagy szennyvíztisztító telep (pl. a bécsi, vagy a budapesti telepek) üzembe lépésével, illetve intenzifikálásával. A folyó vize nagyon vékony (0,5-1,5 m-es) aktív rétegben alakul át parti sz rt vízzé, jóllehet maga a sz r réteg vastagsága ennél nagyságrenddel nagyobb is lehet. Az aktív rétegben intenzív kémiai és biológiai folyamatok zajlanak le, melyekr l még ma is kevesebbet tudunk, mint kellene, mivel ezt a vékony réteget nehéz vizsgálni és modellezni. Az azonban biztos, hogy a folyamatok közül a sz rés nagyon fontos, mert eltávolítja a szilárd szerves és szervetlen anyagokat a vízb l. A parti sz rt víz ezért kristálytiszta és átlátszó. A folyó szervesanyag tartalmának egy részét az aktív rétegben megtelepedett mikroorganizmusok
1
használják fel tápanyagként és energiaforrásként egyaránt. Az aktív rétegben egyéb jelent s változások is bekövetkeznek: redox viszonyok változása, pH változás, nitrogénformák átalakulása és egyesek koncentrációjának csökkenése, a foszforformák átalakulása, a mikroorganizmusok koncentrációjának csökkenése, stb. Ez utóbbit nevezi a Szerz „elsivatagosodásnak”. Ami nagyon fontos: Nem ismerjük eléggé a sz r rétegben lezajló folyamatokat, elkerülhetetlen kutatási feladatok vannak e téren. Ezért el vigyázatosságból nem szabad a folyókat olyan mértékben terhelni szennyez anyagokkal, hogy az biztonsági kockázatot okozzon a parti sz rés vízellátásban. A megel zés tehát a kulcsfeladat, és nem szabad a parti sz résre hagyni a szennyezett folyóvíz tisztítását. Ennek a megel zésnek fontos eszköze a szennyvíztisztítás, egyebek mellett a Budapesthez hasonló nagyvárosokban is. A szennyvíz ökoszisztémája nagyon kiegyensúlyozatlan. Hiányoznak bel le az els dleges termel szervezetek, valamint ezek fogyasztói. A szennyvízben és a szennyvíztisztításban is a lebontó szervezetek dominálnak. Kialakul egy nagyon érdekes táplálékhálózat (az úgynevezett szaprofita táplálékhálózat), amelynek alapja a szennyvíz szervesanyag tartalma. Ebben a táplálékhálózatban nemcsak lebontó, de fogyasztó szervezetek is vannak. A szennyvízben olyan szervesanyagok vannak, amelyek nem ott termel dtek meg, hanem a bioszféra (agroszféra?) más területein (szántóföldön, vízben, stb.). Amikor ezek a szervesanyagok keletkeztek, oxigén szabadult fel a fotoszintézis során. Ez az oxigén hiányzik a szennyvízb l a szervesanyagok lebontásához. A szennyvíztisztítás során a szervesanyagokon mikroorganizmusok szaporodnak el, és lebontják a szervesanyag tartalmának nagy részét. Ha a lebontó szervezetek aerobok, a szükséges oxigén mennyiséget mesterségesen pótolni kell az intenzív szennyvíztisztító telepeken. Azt az oxigén mennyiséget pótoljuk így, ami annak idején máshol keletkezett, a szervesanyag termelés során. A szennyvíztisztítás els dleges feladata tehát nem a „tápanyaglebontás”, hanem a szervesanyagok oxidálása (tápanyagokon els sorban növényi tápanyagokat értünk általában, nitrogén- és foszforformákat) a befogadó oxigénháztartásának védelme érdekében. A másodlagos feladat az érzékeny és sérülékeny területeken a növényi tápanyagok (P és N) eltávolítása. Mi a közös tehát a parti sz rés folyamatai és a szennyvíztisztítás között? Els sorban az, hogy mindkett esetén az ökoszisztéma természetes tisztulási folyamatait használjuk fel céljaink elérésére. Van különbség is: a parti sz rés esetében ezek a folyamatok nehezen ellen rizhet rendszerben mennek végbe, míg az intenzív szennyvíztisztításban jól szabályozott körülmények között játszódnak le a tisztulási folyamatok. További eltérés a már korábban említett jelent s koncentrációbeli különbség számos állapotjellemz re nézve. Az eltérések miatt azonban nem szabad a kétféle ökoszisztémát „összemosni”. Valóban van némi összefüggés a szennyvíztelepeken, illetve a parti sz rés rendszerekben mérhet tartózkodási id és a nehezen lebontható szervesanyagok tisztítási hatásfoka között. A hosszabb tartózkodási id el nyösnek látszik ilyen szempontból, ez azonban er sen megnövelné a beruházás költségeit. A parti sz rés rendszereket pedig védeni kell ezekt l a nehezen lebontható anyagoktól, nem szabad a parti sz résre bízni az eltávolításukat. Megint csak a folyóba jutás megakadályozása a cél az el vigyázatosság elvének szem el tt tartásával, ennek számos eszköze van, ezeket kellene alkalmazni a vízgy jt n. A Szerz nek az intenzív szennyvíztisztítási technológiákkal kapcsolatos kritikai véleményére és útkeresésére nem szeretnék érdemben reflektálni, mert ez a terület nem tartozik az általam
2
legjobban ismertek közé. Van ennek a gondolatmenetnek azonban egy olyan vonulata, amellyel meglehet sen sokat foglalkoztam nemcsak elméletben, de a gyakorlatban is. Ezek az úgynevezett „low cost”, vagyis alacsony költség , természet-közeli szennyvíztisztítási módszerek, ezen belül is a sz résen alapuló technológiák. A természet-közeli módszerekre definíciószer en jellemz , hogy a leveg ztetés hiányzik a technológiából, az oxigén diffúzióval jut a rendszerbe, ezért nagyobb területre, és hosszabb tartózkodási id re van szükség a természetes tisztulási folyamatok végbemeneteléhez. Nézzük meg, hogy mit várhatunk el ezekt l a rendszerekt l! Az elemzéshez m köd telepek publikált eredményeit használjuk fel. A sz résen alapuló természet-közeli szennyvíztisztítási eljárásokról A sz résen alapuló természet-közeli szennyvíztisztítási eljárások sokfélék (pl. szikkasztás, szennyvízöntözés, talaj-és homoksz rés, gyors beszivárogtatás, gyökérmez s tisztítás) (Szilágyi 2007). A cikk tartalmához a szennyvíz tisztítását tekintve talán legközelebb a gyors beszivárogtatás (a gyakorlatban: gyors homoksz rés) áll, mely a lassú homoksz rést l els sorban a hidraulikus terhelésében, ezért a tartózkodási id ben és a szükséges területben tér el (a tisztítási mechanizmus lényegében hasonló mindkét rendszerben). A vegetáció jelenléte nem szükségszer a gyors beszivárogtatás esetében sem, de ha jelen van, jelent sége a tápanyag eltávolításban sokkal kisebb, mint a lassú sz rés rendszerekben (Zirschky et al. 1990). A gyors beszivárogtatást általában biológiailag tisztított szennyvíz (lagúna, vagy hagyományos biológiai oxidáció) utótisztítására használják, de ülepített szennyvíz tisztítására is van példa. A meglév üzemek kapacitása 303 m3/nap és 48.000 m3/nap tartományban változik. Az átlagos hidraulikai terhelés 23 cm/d és 56 cm/d közötti. A telepek üzemeltetése többnyire szakaszos, terheléses és száraz periódusok váltják egymást. Ezzel az üzemeltetéssel a sz r ágy eltöm désének veszélye csökkenthet . Ez okozza egyébként a legtöbb és legkomolyabb üzemeltetési gondot a sz résen alapuló rendszerek esetében. A gyors beszivárogtatásos rendszerek hatékonyságára vonatkozó adatok meglehet sen szórványosak. A legnagyobb üzem (Phoenix, Ariz. USA) esetében az összes szerves szén (TOC) eltávolítási hatásfoka 80 %-os volt (10 mg/l-r l 2 mg/l-re). Ugyanezek az adatok nitrogénre 69 %-nak (18 mg/l-r l 5,6 mg/l-re), foszfátra 93 %-nak (5,5 mg/l-r l 0,4 mg/l-re) adódtak (Bouwer és Rice 1984). Az adatok a tisztítás jó hatásfokára utalnak. Hasonlóan jó hatékonyságról számol be Idelovitch és Michail (1984) egy tel-avivi telep esetében, melynek hidraulikus terhelése 27,4-41,1 cm/d, a szennyvíz tartózkodási ideje 10-20 nap volt. A befolyó vízre jellemz koncentrációk az alábbiak voltak: lebeg anyag: 34 mg/l, partikulált BOI5: 14 mg/l, partikulált KOIk 38 mg/l, szerves N: 3 mg/l, összes foszfor: 2,1 mg/l. Az eltávolítási hatásfok lebeg anyagra 99,5 %, partikulált BOI5-ra, KOIk-ra és szerves N-re 100 %, foszforra 98,5 % volt (Szilágyi 2007). Harris et al. (1977) szerint a gyors beszivárogtatás nagy alga- és baktériumtartalmú tisztított szennyvíz utókezelésére 37-56 cm/napos hidraulikus terheléssel optimális. Ilyen terhelési viszonyok mellett a BOI5 10 mg/l, lebeg anyag 10 mg/l elfolyó víz min sége biztosítható. Téli üzemelés esetén az elfolyó víz min sége lényegesen nem romlott. A gyors beszivárogtatásos rendszerek a talajvíz felé általában nyitottak, ezért ezeknél is fennállhat a talajvíz szennyez dés veszélyes (kivéve, ha szigetelt m tárgyban alkalmazzák a módszert). Ezt úgy próbálják megakadályozni, hogy a sz r alatti talajvíztükröt szivattyúzással megsüllyesztik, vagy drénezik, így elérhet a tisztított víz nagy részének visszanyerése (Idelovitch és Michail 1984). A gyors beszivárogtatású tisztítók hidraulikus terhelhet sége nagy,
3
ezáltal helyigényük kicsi a többi rendszerhez képest. Hatékonyságuk megfelel , így bizonyos altalaj viszonyok (pl. vízzáró réteg jelenléte) vagy alkalmas szigetelés esetén úgy tisztított, mint ülepített szennyvíz tisztítására alkalmasak lehetnek átmeneti technológiaként. Magyarországon nem tudok ilyen technológia alkalmazásáról. A talajsz résen és a lassú homoksz résen alapuló eljárások, a kis hidraulikus terhelés természet-közeli szennyvíztisztítási módszerek közé tartoznak. Kicsit hasonlóak m ködésükben a parti sz réshez. A különbség abban nyilvánul meg, hogy a talajsz rés legfontosabb célja a szennyvíztisztítás, de arid vidékeken a talajvízhiány pótlása is kiegészít cél lehet (Bouwer 1991). A parti sz rés pedig számos fontos komponensre nézve sokkal kisebb koncentrációjú folyóvizet tisztít ivóvíz ellátási célra. Az eljárás során alkalmazható legnagyobb hidraulikus terhelést els sorban a talaj vízvezet képessége határozza meg (Tare és Bokil 1982). Ezeket az eljárásokat általában szennyvizek utótisztítására használják. A hidraulikus terhelésük hasonló az öntözéses eljáráséhoz (0,6-3,0 cm/d), a m köd telepek kapacitástartománya széles (303-18.925 m3/d). Nagyobb hidraulikus terhelés általában nem engedhet meg, mert a sz r rétegben fenn kell tartani a háromfázisú rendszert (szilárd hordozó, folyadék, és légnem ), akkor tud megfelel mennyiség oxigén pótlódni a szervesanyag lebontásához. Gyakori probléma ezeknél a rendszereknél az eltöm dés, amelyet a nagy lebeg anyag vagy szervesanyag terhelés okozhat (pl. a sz r rétegben elszaporodó mikroorganizmus tömeg). A természet-közeli eljárások esetében sem ismert, hogy a nehezen lebontható szervesanyagok milyen hatékonysággal távolítható el a szennyvízb l. Erre vonatkozóan további kutatásokra van szükség. Valószín , hogy a lényegesen hosszabb tartózkodási id miatt ezeknek az anyagoknak a lebontási hatásfoka nagyobb a természet-közeli rendszerekben az intenzív technológiákéhoz képest. Végül a mottóhoz visszatérve: Az útkeresés és a jobbítás szándéka, az innovatív gondolkodás, nagyon fontos a mi szakmánkban is. Van mit javítanunk a technológia fejlesztés és a telep üzemeltetés területén. Akkor lesz eredményes ez a munkánk, ha a meglév közös tudásunkat használva haladunk el re. Irodalomjegyzék Bouwer, H., Rice, R.C. (1984): Renovation of wastewater at the 23rd Avenue rapid infiltration project. - JWPCF 52: 2457-2470. Bouwer, H. (1991): Ground water recharge with sewage effluent. - Water Sci. Tech. 23: 20992108. Idelovitch, E., Michail, M. (1984): Soil-aquifer treatment - a new approach to an old method of wastewater reuse. - JWPCF 1984: 936-943. Harris, S.E., Reynolds, J.H., Hill, D.W. (1977): Intermittent sand filtration for upgrading waste stabilization pond effluents. - JWPCF 49: 83-102. Szilágyi F. (2007): Természet-közeli szennyvíztisztítás. - In: Szilágyi F., Orbán V. (szerk.): Alkalmazott hidrobiológia. MAVÍZ Kiadványa, Budapest, p. 327-361. Tare, V., Bokil, S.D. (1982): Wastewater treatment by soils: Role of particle-size distribution. J.Environ. Qual. 11: 596-602.
4
Zirshky, J., Reed, S.C., Crites, R.; Middlebrooks, J., Smith, R.G., Otis, R.; Knight, K., Kreissl, J., Tchobanoglus, G., Bastian, R., Poloncsik, S. (1990): Langoons, leach fields and other assistants of nature. Water Environment and Technology, pp. 37-41.
5
