2011.03.02.
Dr. Szabó Anita Egyetemi adjunktus BME Építőmérnöki Kar Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
Dr. Szabó Anita Ka27 463-2666
[email protected] Letölthető anyagok: Tanszéki honlap: www.vkkt.bme.hu Oktatás menüpont Tantárgyak BSc képzések Környezettechnika
Főbb vízminőségi problémák és a megoldást segítő eszközök fejlődése 1850
1900
ANGOL WC → NÖVEKVŐ VÍZFOGYASZTÁS → TÚLTERHELT EMÉSZTŐK → KOLERA, TÍFUSZ: VÍZZEL TERJEDŐ JÁRVÁNYOK CSATORNÁZÁS → SZENNYVIZEKET TISZTÍTÁS NÉLKÜL A FOLYÓKBA VEZETIK (SOK SZERVESANYAG) → OXIGÉN HÁZTARTÁSI PROBLÉMÁK (HALPUSZTULÁS)
1960
FRISSSVÍZHŰTÉSŰ ERŐMŰVEK: HŐSZENNYEZÉS → KISEBB HŐLÉPCSŐ, ELKEVEREDÉS BIZTOSÍTÁSA
1970
TOXIKUS SZENNYEZÉSEK, HAVÁRIÁK: OLAJ MIKROSZENNYEZŐK (KÖRNYEZETI KOCKÁZAT FELISMERÉSE)
1970
USA: CLEAN WATER ACT („TISZTA VÍZ TÖRVÉNY”) ELSŐ JOGI SZABÁLYOZÁS
1980
SAVASODÁS, NITRÁTOSODÁS (NITRÁT – MÉRGEZŐ!) HATÁSOK TÖBB KÖZEGBEN → HATÁSVIZSGÁLAT (KHT) NEMZETKÖZI EGYEZMÉNYEK AZ EMISSZIÓ CSÖKKENTÉS ÉRDEKÉBEN
1924
STREETER – PHELPS: ELSŐ VÍZMINŐSÉGI MODELL, KÖLTSÉG HASZON ELEMZÉSEN ALAPULÓ TERVEZÉS
1945
SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI ISKOLÁK (BIOLÓGIAI, KÉMIAI) SZENNYVÍZTISZTÍTÁS (szervesa. eltáv.) ELTERJEDÉSE A GYAKORLATBAN, “Sanitary Engineer”: vízellátás-csatornázás-közegészségügy
1990
ÉGHAJLATVÁLTOZÁS → INFORMATIKA, MÉRÉSTECHNIKA: GLOBÁLIS KLÍMAMODELLEK, BIZONYTALANSÁGOK
1960
MEZŐGAZDASÁG (MŰTRÁGYÁK), TELEPÜLÉSI SZENNYVÍZ → NÖVEKVŐ TÁPANYAGTERHELÉS (N, P) → EUTROFIZÁCIÓ
2000
1970
SZENNYVÍZTISZTÍTÁS: TÁPANYAGOK ELTÁVOLÍTÁSA IS! TERÜLETHASZNÁLAT SZABÁLYOZÁSA, TÁPANYAG GAZDÁLKODÁS (NEM PONTSZERŰ SZENNYEZÉS)
VÍZ KERETIRÁNYELV: AZ EURÓPAI UNIÓ EGYSÉGES VÍZ POLITIKÁJA, ÁTFOGÓ VÍMINŐSÉGSZABÁLYOZÁSI CSELEKVÉSI PROGRAM
2010
EDS ANYAGOK – ELTÁVOLÍTÁSUK A SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPEN???
Mi a szennyvíz? Mi a vízszennyezés? A szennyvíz (wastewater, sewage) olyan emberi használatból
származó hulladékvíz, amely szennyezőanyagokat tartalmaz. Szennyezőanyagok (pollutants, contaminants) azok az
anyagok, melyek a befogadóba jutva az ott lejátszódó biológiai folyamatokat jelentős mértékben megváltoztatják, illetve a befogadó további emberi célú felhasználhatóságát csökkentik, vagy lehetetlenné teszik. Vízszennyezés (water pollution) minden olyan hatás, amely
felszíni és felszínalatti vizeink minőségét úgy változtatja meg, hogy a víz alkalmassága emberi használatra és benne végbemenő természetes életfolyamatok fenntartására csökken, vagy megszűnik.
Miért kell a szennyvizeket tisztítani? Befogadó védelme Élővilág (toxikus anyagok – szabad ammónia) Oxigénháztartás (szervesanyagok) Eutrofizáció (növényi tápanyagok – P (és N)) Esztétika, bűz A víz használhatósága (rekreáció, ipari, ivóvíz célú)
Szennyezőanyag mennyiség és minőség? g, mg, µg, ng, vagy még kisebb ???
A fejlődés iránya: egyre kisebb mennyiségek eltávolítása,
egyre bonyolultabb folyamatokkal és reaktor elrendezéssel –
Irányítástechnika, szimuláció!
1
2011.03.02.
Szennyvizek típusai
Házi és intézményi szennyvíz mennyisége A felhasznált ivóvíz 80-95 százalékából szennyvíz
Ipari szennyvizek
keletkezik
Összetétel változatos (az ipari tevékenység függvénye)
A mennyiség a műszaki és kultúráltsági szint függvénye
Házi/háztartási szennyvizek
Az emberi metabolizmus termékei Vizelet, fekália, használati vizek stb. Szennyvíz összetétele az étkezési, kulturális szokásoktól függ Mennyiség: vízhasználati szokások, berendezések vízfogyasztása Fekete és szürke szennyvizek: szétvál. Mo.-n még nem elterjedt
Intézményi szennyvíz Mezőgazdasági szennyvíz (Csapadékvíz) Kommunális (kevert városi - házi jellegű) szennyvíz
(ivóvízellátás és fogyasztás)
Fejlett országok: 100-160 l/fő/d Magyarország: 60-140 l/fő/d (országos átlag: 100 l/fő/d) Budapest: 150 l/fő/d Kistelepülések: 50-80 l/fő/d Vízdíjak emelkedése, víztakarékos berendezések
terjedése, fúrt kutak
Háztartási, intézményi, ipari, csapadék, infiltráció (5-40%), exfiltráció (5-15%)
Háztartási ivóvízfogyasztás MÚLT
JELEN
Háztartási vízhasználatok és szennyvizek JÖVŐ 7-12%
240 l/fő/nap
Élelmiszer
(0)-40%
WC-öblítés Ivóvízellátó hálózat
VESZTESÉG
35-50%
Fürdés, mosás 4-10%
100 l/fő/nap
KONYHA +FÜRDŐ
Fúrt kút
10-15%
50 l/fő/nap 1-10%
WC
Lecsökkent hazai vízfogyasztás
200
Vízdíj [Ft/m3]
100
100
Vízfogyasztás - Budapest
Vízfogyasztás - országos átlag
2010
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
0
1992
50
1990
Ivóvízfogyasztás [l/d]
300
Infiltráció
Kocsimosás, öntözés
Hosszú tartózkodási idő
500 400
Takarítás
Szürke szennyvíz
Alulterhelt ivóvízelosztó rendszerek Alulterhelt szennyvízelvezető rendszerek
600
150
Mosogatás, ételelőkészítés
Lecsökkent vízfogyasztás következményei
Átlagos napi fajlagos ivóvízfogyasztás 200
Fekete szennyvíz
Vízdíj - Budapest
Oldott oxigén, nitrát elfogy, könnyen bontható szervesanyag mennyisége
csökken – szennyvíz berothad Bűz (H2S, merkaptánok) Korrózió (H2S) Kedvezőtlen szennyvízösszetétel (tömény szennyvíz, kevés könnyen
bontható szervesanyag)
Hidraulikailag alulterhelt szennyvíztisztító telepek Hosszú tartózkodási idő (pl. előülepítő, utóülepítő) – berothadás,
denitrifikációs problémák, bűz, korrózió
Hálózatok és tisztítótelepek tervezése, üzemeltetése! Rugalmasság, modularitás, rekonstrukció, intenzifikálás
2
2011.03.02.
Háztartási hulladékok
N
P
„Keverd össze, majd válaszd szét”
csapadék
vízforgalom
C
Hagyományos egyesített rendszer sémája
WC vezetékes víz
konyha
Nagy mennyiségű ivóvizet
kevert szennyvíz
használunk fel szennyvizeink szállítóközegeként Ezután tisztítótelepeken próbáljuk meg kivonni a tápanyagokat
M-F-T öntözés
WC
KONYHAI BIO HULADÉK
ÖSSZEKEVERÉS, SZÉTVÁLASZTÁS SZÁLLÍTÁS HASZNOSÍTÁS TISZTÍTÁS
hagyományos vízöblítéses toalett
VC
vákuum-toalett
SC
szeparáló toalett
M-F-T
FMT + ??
a víztisztítás során keletkező fertőtlenítési melléktermékek + egyéb, a tisztított vízben maradó nemkívánatos anyagok
nem-ivóvíz anyagáram
ZK
záporkiömlők
lehetséges nem-ivóvíz anyagáram
H-CNP
humán metabolizmus szervesés tápanyagtartalma
ivóvíz anyagáram
szürke szennyvíz anyagáram
mosás, fürdés, takarítás szennyvizei
K-CNP
konyhai szennyvíz szerves- és tápanyagtartalma
szennyezőanyagok, szennyeződés
T-T-V
tisztító-és tisztálkodószerek, valamint egyéb vegyszerek
sárga szennyvíz anyagáram
tisztítási folyamatok
K-SZVT
kommunális szennyvíztisztító
barna szennyvíz anyagáram
háztartási szinten megvalósuló folyamatok és anyagáramok
H-SZVT
háztartási (egyedi) szennyvíztisztító
fekete szennyvíz anyagáram
előkészítés a recirkulációra (komposztálás, fertőtlenítés)
mezőgazdaságban hasznosítható anyagáram
lehetőség a háztartási szinten történő megvalósításra
lemosódás ZK H-CNP FMT + ??
K-CNP T-T-V
K SZVT
Fenntarthatóság? Más típusú infrastruktúra? Szétválasztás?
öntözés
Városi vízgazdálkodás - múlt
Jelmagyarázat WC
anyagforgalom
KONYHA+FÜRDŐ
Városi vízgazdálkodás - jelen
VT
VÁROS
Városi vízgazdálkodás - jövő MEZŐGAZDASÁG
VT
VÁROS
SZVT
VT
VÁROS
SZVT
3
2011.03.02.
Települési vízgazdálkodás
A jövő fenntartható vízgazdálkodása
Csapadék
Gazdálkodás a háztartások szintjén:
Tározó
Forrás
• • •
Ipar
Gazdálkodás a települések szintjén:
Település
• •
Záporkiömlő
Beszivárgás
Kisebb vízkivétel Újrafelhasználás és a hasznosítás (mezőgazdaság, ipar) Tisztítás a befogadó igényei szerint
Szennyvíztisztító
Felszíni lefolyás
Az EU vízpolitikájának alapelvei: Ökológiai szemlélet, a fenntarthatóság, a megelőzés, az elővigyázatosság, a „szennyező fizet” elv, a költségek teljes megtérítése és a hatékonyság. A jelen megoldásaival szemben a vízminőségi és - mennyiségi problémák sem időben, sem térben nem helyezhetők át.
Befogadó Mélységi víz
Csapadékvíz gazdálkodás (lefolyás szabályozás) Kis települések – decentralizált megoldások
Integrált vízgyűjtő gazdálkodás: • • •
Víztisztítás
Felszíni víz
Csökkenő vízfogyasztás Szürke-fekete szennyvíz szétválasztása + biohulladék Öntözés, komposztálás, tápanyagok újrahasznosítása („zárt ciklus”)
Talajvíz, parti szűrésű víz
Ipari szennyvizek
Az ipari szennyvizek fajtái Hűtővíz
A szennyvíz mennyisége és minősége függ: az adott ipar jellege (alkalmazott technológia)
Vegyipari szennyvíz
Papír- és cellulózipar szennyvizei
a működő üzemek, gyáregységek száma
Fémkohászati szennyvíz
Élelmiszeripari szennyvizek
Gépipari szennyvizek
Húsipari szennyvizek (vágóhidak)
a vezetés és a dolgozók érdekeltsége
Elektronikai ipar szennyvizei
Cukorgyártás szennyvizei
technológiai fegyelem betartása
Bőripari szennyvizek
az alkalmazott technológia típusa és színvonala a vezetés és dolgozók környezettudatossága
Textilipari szennyvizek
Tejipari szennyvizek Konzervgyári szennyvizek
Az ipari üzemek közvetlenül felszíni befogadóba (határérték), vagy közcsatornába bocsáthatják szennyvizeiket. A közcsatornába bocsátás előtt előtisztítást a hatóság előírhat, ilyenkor a vállalkozás területén tisztítási technológiát kell megvalósítani. Közcsatornába bocsáthatóság feltételei – 28/2004 KVVM rendelet
28/2004 KVVM rendelet
Mezőgazdasági szennyvizek Nagyüzemi állattartásból származó hígtrágya, melynek
mennyisége függ: az állattartó telep jellege az állatok száma az alkalmazott technológia színvonala az alkalmazottak kulturális szintje
S
4
2011.03.02.
Mi van a szennyvízben?
Mit kell eltávolítanunk? Szilárd állapotú anyagokat (lebegőanyag) - X Oldott anyagokat - S Szervetlen anyagokat (viszonylag kevés) Szerves anyagokat (sok) Biológiailag jól bontható Biológiailag közepesen bontható Biológiailag nehezen (vagy nem) bontható
Válasz: minden
Hogyan tudjuk eltávolítani? Fázisszétválasztás Gáz-folyadék
Mérési lehetőségek – Biológiai jellemzők Mikroorganizmusok mikroszkópos vizsgálata Fajlista
Stripping
Toxicitás vizsgálatok
Szilárd-folyadék
Hígításos vizsgálatok
Ülepítés
Daphnia teszt
Flotálás
LD50 érték
Szűrés
Adszorpció
Mérési lehetőségek - Kémiai jellemzők 1. Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom 2. Nitrogén háztartás 3. Foszfor forgalom 4. Szerves oldószer extrakt (SZOE) – olaj és zsírtartalom 5. Lebegőanyag tartalom (öLA v. TSS) 6. pH érték
Egyéb tesztek
Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom Oldott oxigén
(dissolved oxygen: DO)
A víz poláros, míg az oxigén apoláros molekula Vízben rosszul oldódik Oxigén a vízbe juthat
A levegőből (természetes diffúzió) – viszonylag kis mértékű
Növényi termelésből (fotoszintézis) – természetes vizek (tisztítatlan szennyvízben nem!)
Mesterséges levegőztetéssel
7. Lúgosság
A szervesanyag bontó (heterotróf) baktériumok az oxigént
8. Elektromos vezetőképesség (sótartalom)
Anaerob körülmények – bűz, korrózió stb.
9. Szárazanyag tartalom
Nyers szennyvízben: ≈ 0 mg/l
10. Izzítási veszteség
felhasználják
Levegőztető medencében: 0,5-3 mg/l Természetes vizekben: 5-15 mg/l
5
2011.03.02.
Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom Kémiai oxigénigény (KOI) (chemical oxygen demand: COD) A szervesanyagok kémiai oxidációjához szükséges oxigén
mennyisége Minden kémiailag oxidálható szervesanyag, még a biológiailag nem
lebonthatók is
Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom Szerves szén tartalom = szerves vegyületekben megkötött szén mennyisége Összes szerves szén (Total Organic Carbon: TOC) Oldott szerves szén (Dissolved Organic Carbon: DOC) – 0,45 µm
Kálium-permanganátos (KOIps v. KOIMn) - KMnO4
elsősorban ivóvíz, felszíni és felszínalatti, és csak másodsorban szennyvizek jellemzése
Bikromátos (KOIk v. KOICr) - K2Cr2O7
elsősorban szennyvizek, és csak másodsorban felszíni vizek jellemzése
KOIk
Kommunális nyers szennyvízben: 500 – 1000 mg/l Tisztított szennyvízben: 70 – 150 mg/l
Biológiai bonthatóság Vegyületek biológiai folyamatok révén (egyszerűbb vegyületekké) történő átalakítása Szervesanyagok:
Csak egy részük biológiailag bontható
A bontás sebessége nagymértékben változhat
Oldott és szilárd formában vannak jelen
Meghatározás: égetéssel, UV oxidáció, kémiai oxidáció BOI5 és TOC között nincs pontos összefüggés KOIk>KOIps oKOIk>oKOIps
Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom Biokémiai oxigénigény
(biochemical oxygen demand: BOD)
BOI5 - biológiailag bontható szervesanyag BOI7 - biológiailag bontható szerve anyag BOI20 - a biológiailag bontható szervesanyag mellett tartalmazza
a nitrifikációhoz szükséges oxigén mennyiségét is A mikroorganizmusok részéről fellépő oxigénigény mérése Standard mérési körülmények: 20 °C-on 5, 7, 20 napig Nirifikáció inhibíció: N-Allylthiourea (C4H8N2S) BOI5/BOI∞=0,6-0,7 BOI7/BOI5=1,15
Oxigénháztartás és szervesanyag tartalom Biokémiai oxigénigény
Szervesanyagok a szennyvízben KOI frakciók CKOI=SS+SI+XS+XI
SS
könnyen bontható (oldott) szervesanyag
SI
oldott, biológiailag inert szervesanyag
XS
lassan bontható (szuszpendált) szervesanyag
XI
biológiailag inert (szuszpendált) szervesanyag
KOI>BOI∞>BOI7>BOI5 KOI / BOI5 : Nyers (kommunális) szennyvízben kb. 1,5 – 3,0 Tisztított szennyvízben kb. 5
6
2011.03.02.
Foszfor háztartás
Foszfor háztartás A szennyvízben emberi eredetű (anyagcsere végtermék, mosószerek,
CTP = SPO4+Sp-P+Sorg.P+Xorg.P
detergensek, tartósítószerek)
CTP
összes foszfor (TP, ÖP)
SPO4
oldott szervetlen orto-foszfát (PO43- v. PO4-P) – 40-70%
Sp-P
oldott szervetlen poli-foszfát
Sorg.P
oldott szerves foszfor
Xorg.P
szuszpendált szerves foszfor
Felszíni vizekben természetes és antropogén források (elpusztult
növényi, állati szervezetek, műtrágya) Nyers szennyvízben szerves vegyületek formájában Alganövekedés (limitáló tényező) - eutrofizáció DNS felépítéséhez szükséges (DNS szintézis energia forrása: ATP –
ADP átalakulás) Nincs foszfor-mentes mosószer!
37
Nitrogén háztartás
38
Nitrogén háztartás
Szerves nitrogén (oldott, szilárd) Ammónium ion, vagy NH4-N (szervetlen) – nyers szv: 65-80% Kjeldahl-nitrogén (a szerves nitrogén és az ammónium-nitrogén
összege) – nyers szv-ben ≈ TN Nitrit-ion, vagy NO2-N (szervetlen) – nyers szv-ben minimális Nitrát-ion, vagy NO3-N (szervetlen) – nyers szv-ben minimális Összes nitrogén (a szerves nitrogén, az NH4-N, a NO2-N és a NO3-N összege) Fehérjékben található sok N
CTN = SNOX+SNH4+SI,N+XS,N+XI,N CTN
összes nitrogén
SNOX SNH4 SI,N XS,N
nitrit és nitrát nitrogén ammónium és ammónia nitrogén oldott inert szerves nitrogén szuszpendált, könnyen bontható nitrogént tartalmazó szerves vegyületek
XI,N
szuszpendált inert szerves nitrogén
Fő forrás a vizelet Nitrogén mindig kerülhet a vízbe (N-fixálók) – nem limitál, de a
tengerek eutrofizációjánál fontos szerepet játszik
Nitrogén háztartás
Ammónium--ion Ammónium Emberi eredet (fehérje, vizelet)
Feltételezve, hogy a nitrogén tartalom a különböző szerves frakciókban állandó: SI,N = fSI,NSI,KOI XI,N = fXI,NXI,KOI XS,N = fXB,NXS,KOI fSI,N, fXI,N, fXB,N, tipikus értéke: 0,04-0,08 közötti SI,N, nagymértékben változhat (1-4 g N/m3)
A szerves vegyületekben kötött nitrogén részben már a
csatornahálózatban ammónium-ionná alakul Az ammóniagáz molekulája vízben hidrolizál:
NH3+H2O ↔ OH- + NH4+ NH4++H2O = H3O++ NH3 Az oldat pH-jától függő arányban két forma: Ammónium-ion Disszociálatlan, ún. szabad ammónia (NH3)
– sejtmembránon áthatol (sejtméreg)
Semleges pH értéken döntő hányadban (99,5-99,88%) NH4+ Nyers szennyvíz: 50 – 100 mg/l Tisztított szennyvíz: 5 – 10 mg/l
7
2011.03.02.
NO3-N Ammónium Ammónia
Ammónium nitrifikácójából keletkezik NH4+ → NO3 Alganövekedés Ezért követelmény a teljes N - eltávolítás
Szárazanyag tartalom (mg/l)
Szárazanyag tartalom (mg/l)
Papír- v. membránfilter (lebegőanyag) Közeg
Szárítás (szárítószekrény) 105°C Összetétel:
TS
Nyers szennyvíz
Szerves hányad (izzítás (505°C) → izzítási veszteség) Szervetlen hányad
Elfolyó szv. Eleveniszapos med.
Iszap
Szárazanyag tartalom (mg/l) 1 mg/l TS = 1 mg/l TS – ben van
Paraméter
pHpH-érték A biológiai tisztítás zavarása, ha semlegestől
(pH = 7 - 8) jelentősen eltér Betonkorrózió
BOI5 KOI öN
öP
8
2011.03.02.
Fizikai jellemzők, technológiai paraméterek
Szennyvíz hőmérséklet (°C)
Vízhozam (hidraulikai terhelés, tartózkodási idő (HRT: hydraulic
retention time) – ülepítési hatásfok) Vízhőmérséklet (6-24 °C - folyamatok sebessége)
6-24 °C 8 – 10 °C alatt nem játszódnak le a tisztítási folyamatok (nitrogén eltávolítás) Szennyvíz berothadása Üzemzavarok szennyvíztisztítókon (pl. hőmérsékletkülönbség által előidézett sűrűségáramok ülepítőkben)
Technológiai paraméterek
Mohlman--index (iszap Mohlman (iszap--ülepedési index)
Iszapkoncentráció (kg/m3) (levegőztetés, ülepedés, szennyezőanyag
eltávolítás hatékonysága) Xm=3-6 g/L Iszapkor (d) = az az idő, amennyit az iszap átlagosan a rendszerben
tartózkodik = a levegőztető medencében levő iszap tömege (kg) / a rendszert elhagyó iszap mennyisége (kg/d) (SRT: sludge retention time) Iszapterhelés (kg BOI5/d/kg iszap) = iszap szervesanyag terhelése Recirkulációs arány (%) – Recirkuláltatott térfogatáram és befolyó
szennyvízhozam hányadosa 30 perces iszaptérfogat/ülepedés (ml/L) – ülepedést, az ülepedő
anyagok mennyiségét jellemzi Mohlmann-index (iszap-térfogati index, ml/g) – ülepedést jellemzi
Mohlman index (sludge (sludge volume index) index)
Mohlman--index számítási példa Mohlman 5000 mg/l lebegőanyag tartalmú eleveniszap 30 perc után az iszaptérfogat az 1 l-es mérőhengerben 400 ml SVI = ? = SV30/X = 400 [ml/l] / 5 [g/l] = 80 [ml/g] – jól ülepedő iszap
SVI = SV30/X [ml/g] SVI: iszap-ülepedési index SV30: az iszap térfogata 30 perc ülepítést követően (ml/l) = 30 perces ülepedés X: az iszap koncentrációja (g/l) SVI: 50-150 ml/g
9
2011.03.02.
Nyers szennyvíz minősége
Hidraulikai terhelés szezonális változása
Tág határok között változhat
70 000
étkezési szokások 60 000
HIdraulikai terhelés [m3/d]
detergensek mennyisége, minősége beépítettség csatornarendszer kialakítása, hossza ipari vállalatok (előtisztítás) infiltrációs víz települési folyékony hulladék (TFH)
50 000 40 000 30 000 20 000 10 000
2010.01.16
2009.12.27
2009.12.07
2009.11.17
2009.10.28
2009.10.08
2009.09.18
2009.08.29
2009.08.09
2009.07.20
2009.06.30
2009.06.10
2009.05.21
2009.05.01
2009.04.11
2009.03.22
2009.03.02
2009.02.10
2009.01.21
2009.01.01
0
56
Hidraulikai terhelés napszakos változása
Szennyezőanyag koncentráció változása
2500
2500
24 órás átlagminták 2000
KOI koncentráció [mg/L]
HIdraulikai terhelés [m3/h]
2000
1500
1000
500
1500 1000
500
2010. 4. 2. 13:00
2009.08.05
2009.06.06
2009.04.07
2009.02.06
2008.12.08
2008.10.09
2008.08.10
2008.06.11
2008.04.12
2008.02.12
0 2007.12.14
2010. 4. 2. 9:00
2010. 4. 2. 7:00
2010. 4. 2. 11:00
2010. 4. 2. 5:00
2010. 4. 2. 3:00
2010. 4. 2. 1:00
2010. 4. 1. 23:00
2010. 4. 1. 21:00
2010. 4. 1. 19:00
2010. 4. 1. 17:00
2010. 4. 1. 15:00
2010. 4. 1. 9:00
2010. 4. 1. 13:00
2010. 4. 1. 11:00
2010. 4. 1. 7:00
2010. 4. 1. 5:00
2010. 4. 1. 3:00
2010. 4. 1. 1:00
2010. 3. 31. 23:00
2010. 3. 31. 21:00
2010. 3. 31. 19:00
2010. 3. 31. 17:00
2010. 3. 31. 15:00
2010. 3. 31. 9:00
2010. 3. 31. 13:00
2010. 3. 31. 11:00
2010. 3. 31. 7:00
0
57
58
Nyers szennyvíz minősége
Szennyezőanyag koncentráció napszakos változása KOI koncentráció a nyers és tisztított szennyvízben
1600 1400
60
1200
50
1000 40 800 30 600 20
Nyers szv
400
pontminták
Tisztított szv - 11h
10
Tisztított szv - 9h
200
KOItiszt [mg/L]
KOInyers [mg/L]
Hidraulikai terhelés
TSS
KOI
BOI5
m3/d
mg/L
mg/L
mg/L
30 város, jellemző tartomány
6000-20000
170780
5001300
200900
8 nagyváros
10000-20000
7,9
360
700
330
1,8
200
37%
Város1
20000
7,7
480
1080
583
2,0
300
30%
Város2
13000
7,8
330
630
340
2,3
Város3
14000
8,1
300
990
330
2,9
Falu
40
7,9
590
500
330
2,7
70
0
pH
KOI/BOI5
oKOI oKOI /KOI mg/L
0 18
19
20
21
22
23
24
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Nyers szv mintavétel időpontja
59
10
2011.03.02.
Nyers szennyvíz minősége TP mg/L
PO4-P PO -P TN NH4-N 4 /TP mg/L mg/L mg/L
NH4-N/ TN
Hibalehetőség KOI/ TN
8-27
8 nagyváros
9
4
48%
70
Város1
15
11
75%
95
65
69%
Város2
9
95
50
67%
Város3
16
80
60
73%
Falu
7
171
130
78%
35-120
31%
lúg
analitika mmol/L
30 város, jellemző tartomány
16
BOI5/ NH4-N
2,5-15
minta kezelése
9 12 9 12 5
9
12
8
mintavétel
6 2,8
Lakosegyenérték (population equivalent) equivalent)
Átlagos szennyezőanyag kibocsátás
60 g/fő/d BOI5-nek megfelelő szervesanyag Mérések és számítások alapján egy felnőtt egy nap alatt
60 g/fő/d BOI5 120 g/fő/d KOI
60 g BOI5-ben kifejezhető szervesanyagot juttat a szennyvízbe A lakosegyenérték fogalmának bevezetését az tette szükségessé, hogy az ipari szennyvizek szennyezőanyag tartalma összehasonlítható legyen a házi szennyvizekével (g/fő/d BOI5-nek megfelelő szervesanyag)
70 g/fő/d TSS 11 g/fő/d TN 2,5 g/fő/d TP Alkalmazása: ha nincs más információ! A különböző szennyvíztisztító telepekre érkező
kommunális szennyvízben nagy különbségek! (lásd később)
Szennyvíztisztítási technológiák Cél: szennyezőanyagok mennyiségének csökkentése
Mit tudunk eltávolítani? Amit ma el tudunk távolítani (nem a teljes mennyiséget)
Fizikai/kémiai/biológiai módszerekkel
Szervesanyagok (C)
Változatos technológiai alternatívák
Nitrogénformák (N)
Jellemzők:
Foszforformák (P)
Gazdaságos legyen (építés és üzemelés)
Egyéb „beépülő” anyagok
Átalakítás (bővítés) lehetősége Rugalmas üzemelés (a folyamatos változásoknak való
megfelelés lehetősége) Üzemirányítás, szimuláció!
11
2011.03.02.
A szennyvíztisztítás célja: Első szennyvíztisztítók:
A mechanikai szennyvíztisztítás
Lebegőanyagok, szervesanyagok eltávolítása
Ülepíthető/felúsztatható szilárd szennyezők eltávolítása (sűrűség-különbség)
A biológia művi (irányított) környezetben történő működtetése
Gépek, berendezések védelme
Kis térfogatban sok mikroorganizmus
Biológiai egységek tehermentesítése
Eljárások: Mechanikai Kémiai Biológiai
Csepegtetőtestek, 1800-as évek végétől
Eleveniszapos rendszerek, 1900-as évektől
A kémiai szennyvíztisztítás Lebegőanyag, szervesanyag eltávolítás (koaguláció, flokkuláció, fázis-szétválasztás) Foszfor eltávolítás (kicsapás, koaguláció, flokkuláció, fázis-szétválasztás) Fémsók Mechanikai vagy mechanikai és biológiai eljárásokkal kombinálva
Rács, kőfogó, homokfogó, előülepítő Eltávolított anyagok kezelése (rácsszemét – hulladéklerakó, homok – tisztítás után felhasználható, nyersiszap – stabilizáció)
A biológiai szennyvíztisztítás A mechanikailag eltávolítható szennyezés után a még magas
szerves- és lebegőanyag tartalmú szennyvizet mesterséges vagy természetes biológiai folyamatok révén tisztítják tovább. A biológiai szennyvíztisztítás a mikroorganizmusokban lejátszódó biokémiai reakciókon alapul. A biológiai tisztítás lényegében az élővizekben, illetve a talajban lejátszódó tisztításhoz hasonlít. Elsődleges cél a szervesanyag eltávolítás Technológiailag elfogadható időn belül nem ülepíthető (szilárd, kolloid és oldott)
szervesanyagok eltávolítása
Mikroorganizmusok (baktériumok) segítségével a szervesanyag ülepíthető
formába hozása, majd fázis-szétválasztás
Általában aerob lebontás, melynek során a fő végtermék biomassza és CO2
További cél a növényi tápanyagok (N, P) eltávolítása Nitrifikáció, denitrifikáció, foszfor akkumuláció
A biológiai szennyvíztisztítás céljai Oldott és nem ülepíthető kolloid szervesanyagok eltávolítása
(második fokozatú szennyvíztisztítás) TSS, KOI, BOI5, TOC Ammónium-eltávolítás NH4+ A növényi tápanyagok (N, P) eltávolítása (harmadik fokozatú
szennyvíztisztítás) TN, TP, NO3 Természetes és mesterséges körülmények között Élő szervezetek működésén alapul A természetben is megtalálható mikroorganizmusok mesterséges elszaporítása Kedvező életfeltételek biztosítása
A biológiai szennyvíztisztítás Eleveniszapos reaktor (Activated Sludge) Mobilizált (szuszpendált) mikroorganizmusok Pehely (néhány 100 mikron átmérőjű) - belsejében eltérő körülmények
Fix filmes reaktor (biofilm) Felülethez kötött mikroorganizmusok Gradiensek a biofilmen belül Csepegtetőtestek, biofilterek (bioszűrők)
Természetes szennyvíztisztítás Alacsony költségű (BK, ÜK), nagy területigényű, a levegőztetést
természeti folyamatok révén biztosító rendszerek Kistelepüléseken vagy utótisztításként
12
2011.03.02.
Szennyvizek tisztítása Nincs 100%-os szennyvíztisztítás! A tisztítás mértéke akkora, hogy az adott befogadó öntisztító
képessége segítségével saját állapotát ne károsítsa Jogszabályi követelmények: EU szabályozás: 91/271EEC Direktíva (1991. május 21.) Minden 2000 lakosegyenértéknél nagyobb szennyvízkibocsátással
rendelkező településen meg kell oldani a szennyvizek tisztítását (2015-ig)
Hazai szabályozás Korábban: 3/1984 OVH rendelet Hat területi kategória a vízhasználatok alapján, nagyszámú
komponensre kibocsátási határértékek, évi két alkalommal történő hatósági ellenőrzés, túllépés esetén bírság fizetése, szigorító és könnyítő feltételek, a kibocsátott szennyezőanyag mennyiségét nem vette figyelembe. Csak részlegesen érte el az eredeti célt, nem ösztönzött megfelelő módon a szennyezőanyag kibocsátás csökkentésére.
Változások a korábbi gyakorlathoz képest Méretezés hidraulikai kapacitás helyett a szennyezőanyag terhelés
függvényében Alapvetően csak öt komponens kibocsátási határértéke szerepel Választási lehetőség a megadott kibocsátási koncentráció betartása, vagy a megadott, nyers szennyvízre vonatkoztatott %-os eltávolítás között A területileg illetékes környezetvédelmi hatóság a befogadó jellegének függvényében egyedi határértéket állapíthat meg Nagyon fontos új eleme a jelenlegi szabályozásnak, hogy a hőmérsékletet figyelembe veszi a nitrogén határérték megállapításánál. Több évtizedes probléma volt, hogy a téli időszakban az ammónium ionra ugyanaz a határérték szerepelt, mint nyáron. A nitrifikáló mikroorganizmusok működése alapvetően hőmérsékletfüggő.
91/271/EEC Direktíva Kibocsátási koncentráció
Eltávolítási hatásfok [%]
BOI5
25 mg/L
70-90
KOI
125 mg/L
70-90
öLA
35-60 mg/L
70-90
Komponens
TP
10e-100e Leé: 2 mg/L >100e Leé: 1 mg/L
80
TN
10e-100e Leé: 15 mg/L >100e Leé: 10 mg/L
70-80
28/2004 KvVM rendelet Ez a jelenleg érvényes szabályozás, öt határérték kategória a nyers
szennyvíz lakosegyenértékben (Leé) kifejezett szennyezőanyag tartalma függvényében Leé<600 601
100.000 Technológiai, területi határértékek, egyedi határértékek megengedhető tartománya, közcsatornába bocsáthatóság kritériumai
28/2004 KvVM rendelet Terhelés [Leé] <600
KOI kibocsátási koncentráció 300 mg/L
Eltávolítási hatásfok [%] 70
600-2000
200 mg/L
75
2000-10000
125 mg/L
75
10e -100e
125 mg/L
75
>100e
125 mg/L
75
13
2011.03.02.
28/2004 KvVM rendelet Terhelés [Leé]
28/2004 KvVM rendelet Eltávolítási hatásfok [%] 75
Terhelés [Leé]
<600
BOI5 kibocsátási koncentráció 80 mg/L
<600
öLA kibocsátási koncentráció 100 mg/L
Eltávolítási hatásfok [%] -
600-2000
50 mg/L
80
600-2000
75 mg/L
-
2000-10000
25 mg/L
70 – 90
2000-10000
35 mg/L
90
10e -100e
25 mg/L
70 – 90
10e -100e
35 mg/L
90
>100e
25 mg/L
70 - 90
>100e
35 mg/L
90
28/2004 KvVM rendelet Terhelés [Leé]
28/2004 KvVM rendelet Eltávolítási hatásfok [%] -
Terhelés [Leé]
<600
öP kibocsátási koncentráció -
600-2000
-
-
600-2000
-
-
2000-10000
-
-
2000-10000
-
-
10e -100e
2,0 mg/L
80
10e -100e
15
25
>100e
1,0 mg/L
80
>100e
10
20
Technológiai határérték
<600
öN kibocsátási koncentráció máj. 15–nov 15. nov. 16-ápr. 30. -
Területi határérték
S
14
2011.03.02.
Egyedi határérték
S
15
