hír
C S ATORN A 2006
A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség Lapja
július–augusztus
TARTALOM MASZESZ – Hírhozó ....................................................................................... 2 Kárpáti Árpád, Hajós Gábor: A szennyvíztisztítás biokinetikai problémái a gyakorlatban ............................................................................... 3 Hódi János, Boda János: És akkor mit csináljunk az élelmiszerhulladékokkal 2. rész .................................................................. 9 KA – Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall tartalomjegyzék magyar nyelvû fordítása 2006/06 ............................................................................................................... 14 2006/07 ............................................................................................................... 16 A Magyar Hidrológiai Társaság XXIV. Országos Vándorgyûlésének ajánlásai ............................................................................................................. 18
2
HÍRCSATORNA
HÍRHOZÓ évf. 2. sz. 5 A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség 5 1998. szeptember KEDVESI. KOLLÉGA!
A hosszú – hideg betétekkel tarkított – forró nyár elmúlt. Túl vagyunk a szabadságolások fõ idényén is. Jönnek a munkás hétköznapok, melyekre legjellemzõbb a „nadrágszíj meghúzása” a takarékoskodás, a hatékonyabb gazdálkodás. Szervezetünk ilyen vonatkozásban tette és teszi kötelezettségét. Emlékezz/emlékezzenek csak a „Zsebünkre megy..” és a „60 évvel ezelõtt is gondok nyomasztották a szakmát…” címû cikksorozatainkra. Elnökségünk ülését szeptember 14-én tartjuk. Programunk fõ pontját a MaSzeSz megalapítás tízéves évfordulójának elõkészítése képezi. Változatlanul kérjük tisztelt tagjainkat, hogy javaslataikat/javaslataidat juttassák/juttasd el hozzánk e kerek jubileum méltó megünneplésére.. Jelen számunkból a következõ cikkeket ajánlom szíves figyelmükbe/figyelmetekbe: • Kárpáti Árpád, Hajós Gábor: A szennyvíztisztítás biokinetikai problémái a gyakorlatban • Hódi János, Boda János: És akkor mit csináljunk az élelmiszerhulladékokkal 2. rész Közremûködésüket/közremûködésedet megköszönve, jó munkát kíván: Budapest, 2006. augusztus 31.
Dr. Dulovics Dezsõ, PhD. ügyvezetõ igazgató, elnökségi tag
A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség kiadványa. (BME – Vízi-Közmû és Környezetmérnöki Tanszék) 1111 BUDAPEST, Mûegyetem rkp. 3. Megjelenik minden páros hónap utolsó hetében. A fordításokat Simonkay Piroska okl. mérnök készítette Kiadó és terjesztõ: MaSzeSz Szerkesztõ: Dr. Dulovics Dezsõ Tördelés: Aranykezek Bt.
3
HÍRCSATORNA
A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS BIOKINETIKAI PROBLÉMÁI A GYAKORLATBAN. Kárpáti Árpád1 – Hajós Gábor2
Bevezetés A szennyvíz keletkezése mindennapi életünk része. Igaz ez a lakossági mindennapi létfenntartására, életére, de igaz az ehhez szükséges legkülönbözõbb anyagok napjainkra iparosodott elõállítására, s így az ipari szennyvizekre is. A velük valamilyen mértékben elszennyezett vizet a természeti körforgásába önmagunknak, s a környezõ természetnek egyaránt problémamentesen kell visszajuttatnunk. Ezt végzi a különbözõ szennyvizek gyûjtése, és a befogadókba történõ kijuttatás elõtti tisztítása. A szennyezõanyagok vízbõl történõ eltávolítása ma még döntõen aerob folyamat, amely oxigént fogyaszt a biológiai átalakítási folyamataihoz. Az anaerob folyamatoknak ugyanakkor komoly szerep jut a jól bontható szerves anyagokat nagy koncentrációban tartalmazó ipari szennyvizek metanizációjában, valamint az aerob úton közvetlenül nem bontható komponensek bonthatóvá tételében. A két átalakítási út eltérõ körülményeket, s ahhoz szükséges segédanyag ellátást igényel. Az aerob oldalon törvényszerûen a mindenkori oxigénkoncentráció a meghatározó. Rajta kívül azonban maga a tápanyag (esetlegesen rosszul bomló, toxikus anyagok) is meghatározó az átalakítási folyamatok sebességére. Ez a gyakorlatban a tápanyag átalakítását végzõ mikroorganizmusok szaporodási sebességével jellemezhetõ. Jelen tanulmány az aerob biológiai szennyvíztisztítás környezeti körülményeinek, s kiemelten az oxigénellátottságnak és a toxikus anyagoknak a zavaró hatását elemzi.
A lakossági szennyvíz fajlagos mennyisége és szennyezettsége Településeink szennyvizei – mint már a bevezetõ is említette – részben a lakossági, részben az ipari jellegû vízfelhasználásból keletkeznek. Az ipari szennyvizeknél, mérgezõ anyag tartalmuk esetén, az elõtisztítást vagy a teljesen szeparált tisztítást preferálják. Ez a lakossági szennyvíztisztítókat hivatott megvédeni az ipari szenynyezések káros hatásától. Részben a biológiai folyamatok védelmét, részben a keletkezõ iszap elszennyezõdé-
1
Pannon Egyetem, Veszprém, Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék 2 Dunaújvárosi Fõiskola, Természettudományi és Környezetvédelmi Tanszék
sének az elkerülését is szolgálja. A lakosság élelmiszer elõállítása kapcsán is keletkeznek iparinak minõsülõ szennyvizek, melyek azonban sokkal kisebb veszélyt jelentenek a lakossági szennyvíztisztítóra. A közcsatorna határértékek elõírásai esetükben inkább a biológiai túlterhelés minimalizálására szolgálnak. Napjainkban ezért a szabályozás az üzem költségkompenzációja (megegyezés) esetén a határértékek túllépését is lehetõvé teszi. Igen egyszerû az átlagos vízfelhasználásból és a közcsatornába juttatott kiválasztási maradékokból a lakossági szennyvíz összetételének a behatárolása. Az elsõ nálunk mintegy 60-250 l/fõ.d tartománnyal és 120 l/fõ.d átlagos értékkel jellemezhetõ (Krempels, 2006). A szennyezõ anyagokat KOI, BOI5, lebegõ anyag-, összes-nitrogén-, foszfor-, és kéntartalom jellemzõkkel adhatjuk meg. Csaknem valamennyi a szennyvízbe juttatott szerves anyag (élelmezésre felhasznált alapanyagok, ételek, illetõleg azok emberi kiválasztási maradékai) következménye. Egyedül a foszfor esetében jelentõsebb a mosószerekbõl származó terhelés. A szennyezõk döntõen természetes, illetõleg természetes úton átalakított, döntõen szervesanyagok (cukrok, fehérjék és zsírok). Közülük a fehérjék a nitrogén és kén kizárólagos forrásai. A foszfor a foszfolipidekkel (zsírok)és az energiahordozó ADP-ATPvel kerül a szervezetbe. A mosószerek foszfortartalma a kiválasztási foszforterhelést meg is duplázhatja. A nitrogénrõl a fajlagos lakos-egyenértéknél pontosítják, hogy az 12-14 g/fõ.d menynyiségben kerülhet a lakossági szennyvízbe. Ugyanilyen adat a kénrõl már alig ismert, pedig annak fajlagos mennyisége átlagosan csaknem eléri a 1-1,5 g/fõ.d személyi foszforterhelést (Koppe, et al., 1999). Az ipari szennyvizek esetében a kérdés a mindenkori gyártási szerkezet, amely behatárolja, milyen szennyezõanyagok kerülhetnek az elfolyó vízbe. Élelmiszeripari üzemek esetében ezek közel hasonlóak mint a lakossági szennyvízé, de még kevésbé feldolgozott, átalakított formában, hiszen a személyi fogyasztás (átalakítás) során a szervesanyag mintegy három-negyede oxidálódik, alakul át széndioxiddá, vízzé és energiává. Ugyanezt az átalakítást végzik nagyjából a mikroorganizmusok is. Számukra a nyers tápanyag ezért még jobb energiaforrás, mint az emberek által már döntõen hasznosított anyag maradéka. A szerves anyagokból az emberek a nitrogént és foszfort csak idõlegesen használják, döntõ részét a kiválasztással a szennyvízbe juttatják. Hasonlóan vannak ezzel a mikroorganizmusok is, azonban
4
HÍRCSATORNA
azok a nagyobb fajlagos szaporodásuk révén viszonylag sokkal többet építenek be sejtanyagként a szilárd végtermékükbe – nem oldható forma – fölösiszap hozamukba. Ezzel együtt a lakossági szennyvizek ehhez az elsõdleges produkcióhoz mindig túlzott mennyiségben tartalmaznak nitrogént és foszfort, amit azután különleges nitrogén és foszfor eltávolító biológiai folyamatokkal kell kivonni a szennyvízbõl. A többletfoszfor biológiai eltávolítása mellett a vegyszeres kicsapásának is komoly szerep jut napjaink szennyvíztisztításában. Az arra alkalmas vegyszer nem túlzottan drága, s kis üzemméretben mindenképpen versenyképes lehet a biológiai többletfoszfor eltávolítással. Az ammónium esetén is elvileg fennáll az esetleges ioncsere, vagy kicsapatás lehetõsége (MAP), azonban ezek a megoldások túlzottan költségesek, s a gyakorlatban nem realizálhatók. A lakossági és élelmiszeripari eredetû kén – illetõleg annak a szulfid formája – a biológiai szennyvíztisztítóban ugyan komoly kárt okozhat, de mivel rendszerint megfelelõ elõlevegõztetés után kerül csak be oda a szennyvíz, melynek során a közcsatornából érkezõ szennyvíz mikroorganizmusai annak a szulfid tartalmát igen gyorsan szulfáttá oxidálják, ott már nem zavarja, gátolja (mérgezi) az aerob átalakítási folyamatokat. A szulfát limitációjának a tisztított szennyvízben nincs is különösebb értelme. Mégis van ilyen limitáció (szulfát határérték) a közcsatornába bocsátott szennyvizekre, mert a túlzott szulfát-tartalom közismerten – még a szennyvíztisztítást megelõzõen – egyes csövek károsodását eredményezheti. A veszélyesebb ipari üzemekbõl a lakossági szennyvíztisztítókba kerülõ szennyvizekbõl rendszerint az üzemek megfelelõ elõtisztítói távolítják el a biológiára káros komponenseket. Ilyenek a határérték feletti olaj és nehézfém tartalom, de elvileg igaz ez igen sok egyedi szerves anyagra is, melyet a határérték rendelet részletesen kilistáz. Ezeket a komponenseket rendszerint fizikai-kémiai módszerekkel (kicsapatás, desztilláció, adszorpció, oxidáció, redukció, stb) távolítják el a vízbõl, vagy alakítják abban nem veszélyes formájúvá. Az ilyen szeny-
nyezõanyagok mennyisége és eltávolíthatósága határozza meg, milyen megoldást választ az adott szennyezõ üzem az elõtisztításra. A limitáló listán szereplõ szervesanyagok közül számos persze megfelelõ körülmények között biológiailag bontható, eltávolítható a szennyvízbõl, ami rendszerint olcsóbb, mint a fizikai-kémiai elválasztás, módosítás. Ilyenkor az üzem biológiai, vagy kombinált fizikai-kémiai, s azt követõ biológiai szennyvíz elõtisztítást, vagy akár élõvíz befogadóra történõ tisztítást is végezhet. Az ilyen biológiai tisztításnál azonban a környezet (üzemi paraméterek) fokozott hatására minden esetben számítania kell az üzemeltetõnek. A szennyvíz biológiai tisztítási folyamatai A lakossági, vagy a vegyesen érkezõ lakossági és ipari szennyvizek aerob tisztítása esetén a biológiai átalakítás fõ folyamatai megegyezõek. A szerves anyag oxidációja és hasznosítása a leggyorsabb folyamat, melyet az ilyen tápanyagra specializálódott heterotrof mikro-organizmusok végeznek. Ezzel egyidejûleg, a megfelelõ oxigén ellátottságú levegõztetõ medencében kerülhet sor a keletkezõ fölösiszapba felvételre nem kerülõ nitrogén (többlet – a szervesanyag eredetû gyakorlatilag mindig redukált-N) oxidációjára az autotrof mikroorganizmusok révén. Az eleveniszapos rendszerekben mellettük ugyancsak szimultán nitrát redukció is bekövetkezhet a heterotrof szervezetek nagyobb hányada által, de csakis az iszappelyhek belsejében, hiszen annak elõfeltétele a minimális (< 0,5 mg/l) oxigén-koncentráció. A heterotrofok ugyanis az oxigént hasznosítják elektron-akceptorként mindaddig, amíg annak hiánya, vagy szûkössége nem készteti õket a nitrát, mint oxigénforrás felhasználására. A szennyvíz biológiai tápanyag-eltávolításában a többletfoszfor immobilizálását, sejtbe történõ akkumulálását ugyancsak a heterotrofok különleges fajtái végzik, melyet ehelyütt ugyan megemlítünk, s a hozzá szükséges rendszerkialakítást is bemutatjuk, de mûködésük további részletezésétõl eltekintünk. A fentieknek megfelelõen mutatja be az 1. ábra a korszerû, szerves
Biológiai átalakítás
Mikroorganizmus fajok
Szervesanyag beépítés és oxidáció BOI5 + O2
I
→ (MOH )
→ MOH + CO2 + H2O
az átalakításokat végzõ MO-k (heterotrofok-H-)
Többletnitrogén eltávolítás II/a
NH4++O2 +CO2 → (MOA ) → MOA + NOx + 2 H+
az átalakításokat végzõ MO-k (autotrofok-A-)
II/b
NOx + BOI5 + H+ → (MOH ) → MOH + N2 + CO2
az átalakításokat végzõ MO-k (heterotrofok-H-)
Többletfoszfor eltávolítás III/a
PO43- + O2
→ (MOPAH ) → (MOPAH∆P ) + CO2
III/b
acetát
→ (MOPAH∆P ) → (MOPAH ) + PO43-
többletfoszfor akkumuláló heterotrof (-PAH-)
1. ábra. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás szervesanyag és növényi tápanyag (többlet nitrogén és foszfor) eltávolítási folyamatai és az átalakításokért felelõs mikroorganizmusok csoportjai.
5
HÍRCSATORNA
anyag és növényi tápanyag eltávolítására is alkalmas szennyvíztisztítás alapvetõ átalakítási folyamatait, majd a 2. ábra ezeknek a leggyakrabban alkalmazott technológiai folyamatábráját. Biológiai átalakítás
Fázis szeparáció MO-k elválasztása a vizes fázisból, recirkuláltatása
µ = µ max ⋅ III/b Foszfor leadás acetát felvétel (PHB)
II/b denitrif., NOx red./ BOI5 beépítés
S KS + S
(1)
I + II/a + III/a BOI5 beépítés / sejtekbe oxigénnel
nitrifikáció NH4+ oxidáció +CO2 beépítés
összes foszfát felvétele polifoszfát energiával
MO szeparáció a vizes fázisból
2. ábra. Az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás napjainkban legelterjedtebben alkalmazott folyamatkialakítása
Az átalakítási folyamatok kinetikája Az 1. ábrán bemutatott valamennyi mikroorganizmuscsoport szaporodásának leírására ma még általánosan a Michaelis-Menten féle kinetikát alkalmazzák. Ez, a más néven Monod-kinetikaként is ismert összefüggés a kis tápanyag-koncentráció tartományban elsõrendû, a nagyobban tápanyag-koncentrációtól független szaporodási sebességgel (telítési érték, vagy maximális szaporodási sebesség) jellemzi valamennyi felsorolt faj szaporodását. Ezt az (1) egyenlet írja le, grafikus formája a 3. ábrán látható. Az (1) egyenletben szereplõ KS értéket (fél-telítési állandó) a 3. ábra magyarázza. Az tekinhetõ a tápanyag koncentrációjának, amelynél a fajlagos szaporodási sebesség a maximálisnak a felére csökken. A felsorolt folyamatoknál a maximális szaporodási sebességek természetesen jelentõsen eltérnek. A heterotrofok maximális fajlagos szaporodási sebessége csaknem egy nagyságrenddel nagyobb, mint az autotrofoké, illetõleg szaporodásukkor a heterotrofoknál keletkezõ mikroorganizmus tömeg is többszörös. Ezek tehát az eleveniszapos rendszerek domináns fajai, mindaddig, amíg tápanyag limitációjuk eredményeként az autotrófok is versenyképessé nem válhatnak az adott rendszerekben.
3. ábra. A fajlagos szaporodási sebesség [µ] és a rendelkezésre álló tápanyag koncentrációja közötti összefüggés
Az (1) egyenlet azonban csak az adott faj meghatározó tápanyagát szemlélteti, mint limitáló tényezõt, pedig az aerob rendszerben az oxigén is ilyen. Mellettük nem hanyagolható el a mikroorganizmusok sejtanyaga kiépítésében meghatározó nitrogén és foszfor sem, melyek szárazanyagra vonatkozó hányada a sejtekben másodiknak 4-9 %, illetõleg harmadiknak 1,5-6 % közötti is lehet. Hiányuk esetén a sejtek megfelelõ kiépítése (aszszimiláció), szaporodása szükségszerûen korlátozott. Szaporodásuk fajlagos sebességét ilyenkor az utóbbiak is a fõ tápanyagokéval azonos kinetikai összefüggés szerint lassítják. Az alapegyenlet tehát minden esetben a másik három tápanyag hatását is érvényesítõ három további tényezõvel bõvül. A meghatározó tápanyagokon túl a szaporodás sebességére minden esetben a környezet is hatással van. Ez a hõmérséklet, a kémhatás, valamint az adott folyamatokra káros, mérgezõ anyagok hatásában, az úgynevezett toxicitásban (f) jelentkezik. A teljes szaporodási sebességet leíró (1) egyenlet tehát a következõ formára bõvül: Si µ = µ max ⋅ ⋅ f (T ) ⋅ f ( pH ) ⋅ f (2) K si + Si A fenti összefüggésben a három utolsó tényezõ hatását is igyekeztek a kutatók a korábbi idõszakban kellõ formulával számszerûsíteni. A hõmérséklet csökkenésével a szaporodás sebessége is exponenciálisan csökken. A pH esetében ez már nem ilyen egyértelmû. Ekkor ugyanis többféle hatás is érvényesül. A rendszer kémhatásának a rendszer szinte valamennyi komponensének az állapotára – oldódására, disszociációjára, s ez által esetleges toxicitására – is hatása van. Köztudottan az
6
HÍRCSATORNA
ammónium lúgosabb pH-n kevésbé disszociál, s a szabad ammónia ilyenkor a toxicitást okozó hatóanyag. A savas pH-nál ugyanakkor a nitritbõl kialakuló salétromos-sav fejt ki hasonló hatást. A toxicitást ugyanakkor az eredeti szennyezõ anyagok, illetõleg azok átmeneti termékei is okozhatják. Bonyolultabb ennek a pontosítása az összetettebb szerves molekulák esetében. Ezeknél a lebonthatóság a szén-szén kötések jellegétõl, a toxicitás pedig a heteroatomok jelenlététõl, kötéstípusától is függ. A toxicitást ezért esetükre olyan kinetikával próbálták leírni, amely az átalakulásaiktól függetlenül is jellemzõ lehet. Ilyen a Haldene-kinetika. Formuláját tekintve a Monodféle képlet telítési jellegét nagyobb toxikus anyag koncentrációknál a nullához tartó módosítással realizálták (3) egyenletben. Ezt a toxicitást mutatja be szemléletesen a 4. ábra. S µ = µ max ⋅ (3) K s + S ( S 2/ K i ) Az egyenletben KS az egyes tápanyagok féltelítési állandója, Ki az inhibiciós konstans. Ennek értékétõl függ, hogy a mérgezõ anyag koncentrációjának növekedésével milyen ütemben mérgezõdik le a rendszer.
µ
4. ábra. A toxikus anyagok koncentrációjának hatása a fajlagos szaporodási sebességre
A különbözõ fajok szaporodását a környezeti hatások eltérõ mértékben befolyásolják. A heterotrófok a legellenállóbbak a környezet hatására, az autotrofok a legérzékenyebbek. Ennek az az oka, hogy az utóbbiaknak az oxidációból sokkal kisebb az energianyeresége (Hanaki et al. 1980). Ez azt jelenti, hogy a nitrifikáció az a folyamat, amely leginkább ki van téve a fékezés veszélyének. A heterotrofok esetén ugyanakkor az oxigén
az, ami zavarja a denitrifikációt. Ezért korlátozott az egyetlen medencés, vagy anoxikus tér nélküli eleveniszapos rendszereknél a denitrifikáció. A múlt század hatvanas éveinek elején azonban az elõ-, vagy utódenitrifikáció bevezetésével, majd az SBR rendszerek ismételt terjedésével, a ciklikus levegõztetéssel, anoxikus szakaszok idõszakos beiktatásával ezt a problémát megoldották. Nagyobb gond ugyanakkor a kellõ mértékû denitrifikáció biztosításánál a szerves tápanyag hiánya, melyet az elõülepítés még tovább súlyosbít. A primer iszap rothasztása ugyanakkor a nagyobb szennyvíztisztítóknál energia újrahasznosítását jelentheti, ezért alkalmazzák. A denitrifikációt azután végül külsõ tápanyag adagolásával, vagy bonyolult technológiai kombinációkkal kell a megfelelõ mértékre beállítani.
A nitrifikáció különleges környezet-érzékenysége A nitrifikálók szaporodására vonatkozóan az ammónium féltelítési állandója (KNH) értékére 1-6 mg/l NH4-N közötti értékeket adtak meg a különbözõ szerzõk, de a gyakorlatban az 1 mg/l elfolyó víz koncentráció is könynyen tartható, így ez az érték a valószínûbb. Ilyen értéket használ az ASM 1 modell is a dinamikus szimuláció céljára (Henze et al., 1987). A nitrifikáció ennek megfelelõen – az ammónium tartalmat illetõen – gyakorlatilag nullad-rendû kinetikával rendelkezik. Az eleveniszapos rendszerekben elvileg ilyenkor, ha a többi tényezõ is kedvezõ, maximális szaporodási sebességgel mehetne a nitrifikáció. Az egyenletben szereplõ többi tényezõ (oldott oxigén koncentráció, pH és a toxicitás) azonban azt erõsen zavarhatja. A foszfor általában a féltelítési állandóját – 0,15-0,2 mg P/l-t (Kárpáti et al. 2001) jóval meghaladó koncentrációban marad a tisztított vízben, ezért nem okoz limitációt. Az oldott oxigénre vonatkozóan a féltelítési állandót 1 mg/l körüli értéknek vehetjük. Ez azt jelenti, hogy 2 mg/l DO koncentráció körül a nitrifikációnak már kellõ sebességgel kell mennie. Ilyenkor inkább az iszap-pelyhekben történõ anyagtranszport, az oxigén diffúziója, illetõleg az iszap autotróf mikroorganizmus hányada (iszapkor) határozza meg a nitrifikáció mértékét. Kisebb iszapkornál nagyobb oxigénkoncentráció tartandó (nagyobb relatív iszapterhelés), hogy az iszappelyhek belsõ terei is megfelelõ mennyiségû oxigénhez jussanak. Ugyanez igaz a lökésszerû terhelésnövekedések esetére is. Az EPA (1993) 2 mg/l feletti DO koncentrációt javasol, de nagyobb iszapterheléseknél ennek a kétszeresére is szükség lehet. A hazai gyakorlatban az MI 10 (1984) is az utóbbihoz közeli oxigén koncentráció tartását javasolta. Az oxigén koncentrációjának kellõ biztosítása a teljes levegõztetett térfogatra nézve igény. Esetenként a levegõztetés helytelen kialakítása is eredményezheti,
HÍRCSATORNA
hogy még az elvileg levegõztetett térben is kialakulhatnak olyan térrészek, ahol a megkívánt koncentráció alá csökken az oxigénellátottság. Itt elõbb szimultán denitrifikáció alakul ki, ha arra van lehetõség, majd a berothadás révén szulfid képzõdhet. Már az oxigén hiánya is a nitrifikálók lassúbb szaporodását eredményezi, melyet tovább fokozhat a keletkezõ szulfid toxikus hatása. Ilyen levegõhiányos zónájú eleveniszapos rendszerekben ezért szükségszerû a nitrifikálók folyamatos csökkenése, kimosódása, illetõleg súlyosabb oxigénhiánynál azok kialakulása is kérdéses lehet. Tökéletesen kevert, levegõztetett medencék esetén, mindenhol a kis tápanyag koncentráció (NH4-N) kedvezõtlenebb, mint a kaszkádszerû, vagy árkos rendszerû kialakításnál. Persze az utóbbiaknál is feltétel a kaszkád megfelelõ elemeiben, vagy a csatornahossz mentén szükséges egyenletes oxigénkoncentráció biztosítása. A korszerû, többlet-tápanyag eltávolítást is biztosító rendszerekben ugyanakkor az utóülepítõ iszapzónáján túl, az anaerob és anoxikus terekben is oxigénhiányos környezet alakul ki. Általános vélemény szerint az utóbbiakban 1,5, illetõleg néhány órás tartózkodási idõ sem bizonyul károsnak a nitrifikálók számára. Az EPA (1993) ajánlása szerint az anaerob tartózkodási idõt azonban mindenképpen célszerû 3-4 óra alatt tartani, az anoxikusat pedig mintegy 5 óra alatt. Ha azt is figyelembe vesszük, hogy az utóülepítõ iszapzónájában is kialakul 2-3 órás tartózkodási idõ, a nitrifikálók túlélését meglehetõsen stabilnak tekinthetjük. Saját tapasztalataink szerint azonban 19 órás 0,3 mg/l alatti oxigén koncentráció a levegõztetõ medencékben már a nitrifikáló biomassza teljes mérgezését eredményezheti (Kárpáti (2004). Minden mól ammónium oxidációjakor a nitrifikációnál 2 mól sav keletkezik. Ebbõl ugyan a denitrifikációnál egy mól újra felhasználásra kerül. A nitrogén eltávolítás mégis összességében savtermelést jelent. A savtermelés, illetõleg a szennyvíz puffer-kapacitásának hiánya következtében a nagyobb ammónium tartalmú szennyvizek nitrifikációjánál jelentõs elsavanyodás is bekövetkezhet. Ez mészhidrát adagolással ellensúlyozható. A kétféle nitrifikáló mikroorganizmus-csoport közül a Nitrobakter fajok érzékenyebbek a lúgos pH-ra, a disszociálatlan ammónium mérgezõ hatása következtében. Ennek eredménye a nitrit-felhalmozódás > 8,2 pH tartományban. A kisebb pH-nál a disszociálatlan salétromossav jelent toxicitást Nitrosomonas és Nitrobakter fajokra egyaránt. Az 5. ábra a pH hatását mutatja a nitrifikációra Anthonisen et al. (1876) alapján. A hazai gyakorlatban a szennyvíznek a csatornahálózatban történõ hosszabb tartózkodási ideje eredményeként is jelentõs savanyodás következik be (pH 6,5-7,1), ami önmagában is kedvezõtlen hatást gyakorol a nitrifikációra. Korábbi méréseink során az ATEV üzemek szennyvizeinél a 6,8-as pH-t találtuk kritikusnak (Kár-
7
páti et al. 2000). A kommunális szennyvíztisztítás gyakorlatában ugyanakkor az ilyen szennyvizeknél nagy mennyiségû szulfid is érkezik a szennyvízzel, amely hasonló toxicitást jelent a nitrifikációra. Láthatóan a két egyenlet ezt e két tényezõt külön hatásként értékeli, pedig végeredményben a pH hatása is a nitrifikációnál a toxikus ammónia, vagy salétromos-sav hatásán keresztül érvényesül.
5. ábra. A nitrifikációra kedvezõ pH tartomány (Anthoisen, 1976)
A nitrifikálók szaporodásának hõmérséklet-függésével nagyon sok közlemény foglalkozott. Közöttük részletes hazai elemzés, értékelés is található Oláh és Mucsy (2003) publikációjában. A sebességfüggés leírására többféle egyenletet is választottak, melyek egyaránt nagy szaporodás-növekedést jósolnak a 10-15 °C közötti hõmérséklet-tartományban. Bizonyosnak látszik, hogy 10 °C-ról 20 °C-ra történõ hõmérséklet-növekedés 2-4-szeres sebességnövekedést eredményez (Oláh és Mucsy 2003). Általánosan érvényesnek tekinthetõ talán az is, hogy minden 7 °C hõmérséklet növekedés a nitrifikációs sebesség megduplázódását eredményezi. A nitrifikáció ugyanakkor a mezofil tartomány felsõ határánál (40-41 °C) a tapasztalatok szerint az eleveniszapos rendszerekben leáll. Egy adott eleveniszapos rendszerben tehát meghatározó, hogy az adott idõpontban és hõmérsékleten a szennyvíziszapban mekkora az autotróf nitrifikálók részaránya a teljes iszaptömeghez képest. Ez azt is jelenti, hogy a hõmérséklet csökkenésével és növekedésével azonos hõmérsékleteknél (az átmeneti tartományban) nem várhatunk a szennyvíziszaptól azonos nitrifikációs teljesítményt. Ettõl függetlenül a szennyvíz hõmérséklete és a teljes nitrifikáció közötti kapcsolatra Rich (1980) a szükséges iszapkort 3,5 x-e1, 127(20-T) összefüggéssel adta meg. Ebbõl következik, hogy a nagyobb szerves anyag terheléseknél az eleveniszapos rendszerek a hõmérséklet hatására jóval érzékenyebbek.
8
Mint már korábban is említettük, a nitrifikálók kis enerigianyereségük kapcsán különösen érzékenyek a toxikus anyagokra is (Henze et al. 1995 a). A gátlás mértéke egyrészt a mérgezõ anyag koncentrációjától, másrészt a behatási idejétõl függ. Számos szennyezõ anyag ugyanakkor toxicitása ellenére biológiailag bontható is éppen a mérgezésre kevésbé érzékeny heterotróf mikroorganizmusok révén. A nitrifikációra mérgezõ vegyszerekrõl részletes információt tett közzé az EPA (1993). A városi szennyvizek mérgezõ anyagaival Oláh és Mucsy (2003) foglalkozott részletesebben. Az ipari szennyvizek esetében a nitrifikáció mérgezésének még nagyobb a veszélye. Részben a már említett pH hatás (NH3 és HNO2), részben egyéb toxikus szennyezõk pH függõ hatása következtében. Mérgezõ hatása van a nitrifikációra a cianátoknak, fenoloknak, policiklikus aromás vegyületeknek, és hasonló nitrogéntartalmú vegyületeknek is. Ezzel szemben az ammónium koncentrációnak (megfelelõ pH tartományban) 2000 mg ammónium-N/l koncentrációnál sem tapasztalták gátló hatását (van Dongen et al. 2001). A hatékony nitrifikáció biztosítása ezért mindig komoly feladata a kommunális és ipari tisztítóknak egyaránt. A környezeti paraméterek megfelelõ szabályozásán túl, a kellõ iszapkor beállítása is elengedhetetlen feladat.
Összefoglalás Az eleveniszapos szennyvíztisztítás biológiai folyamatai közül a nitrifikáció az, amely különlegesen érzékeny a környezeti hatásokra. Közülük a hõmérséklet rendszerint adott, hatását megfelelõ tervezéssel, méretezéssel kell ellensúlyozni. Az ammónium oxidációjakor keletkezõ sav hatását lúg, mészhidrát adagolással kompenzálhatjuk. A megfelelõ oxidációs sebességhez mindenkor biztosítani kell a kellõ oxigénellátottságot (oxigénkoncentráció) és a biomassza autotróf egyedeinek a kellõ arányát (iszapkor). A tisztításnál a toxikus hatásokat sokkal nehezebb kivédeni. A hosszú szennyvízcsatorna hálózatban keletkezõ szulfid még csak-csak ellensúlyozható elõlevegõztetéssel (szulfid elõzetes oxidációja), vagy vas-sókkal történõ kicsapatással, az egyéb
HÍRCSATORNA
mérgezõ anyagok esetében azonban csak azok elõzetes eltávolítása lehet a megoldás. Hiányában a biológiai tisztítás több lépcsõben történõ kialakításában érdemes gondolkodni, hiszen a második iszapkörben már kisebb a lökésszerû mérgezések, nagyobb a kellõ környezet biztosításának, a kialakuló nitrifikáló biomassza adaptációjának lehetõsége.
Hivatkozások Antonisen, A. C., Loerhr, R. C., Prakasam, T. B. S., Srinath, E. G. (1976): Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid. Journal of Water Poll. Control Fed. 48 (5) 835. EPA (1993): MANUAL NITROGEN CONTROL United States Environmental Protection Agency, Epa/625/R-93/010. Hanaki, K., Wantawin, C. and Ohgaki, S, (1980): Effects of the activity of heterotrophs on nitrification in a suspended growth reactor. Wat. Res. 24 (3) 289-296. Henze M., Grady C. P. L., Gujer W., Marais G. v R. and Matsuo T. (1987): Activated sludge model No. 1, IAWQ Scientific and Technical Report No. 1, IAWQ, London Henze, M., Harremoes,P., Jansen, J. and Arvin, E. (1995): Wastewater Treatment – Biological and Chemical Processes, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York. Kárpáti Á.–Kiss J.–Balaskó L. (2000): Nitrogéneltávolítás növelése kis KOI/TKN arányú szennyvíz tisztításánál. MHT XVIII. Vándorgyülése, 2000. július 5-6, Veszprém, 204-216. Kárpáti, Á. (2004): A debreceni szennyvíztisztító ellenõrzõ vizsgálata. Nem publikált jelentés. Koppe, P.–Stozek, A.–Neitzel, V. (1999) „Lakossági szennyvíz és szennyvíziszap” (Wastewater Treatment” (Rehm, H. J. and Reed G.: Biotechnology, V. 11a. p. 337-) Krempels G (2006): Merre tart a hazai csatornázás és szennyvíztisztítás. „Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai mûszaki-gazdasági kérdései” VII. elõadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május 9-11. Mûszaki Irányelvek (1984): MI-10-127/5-84. Településekrõl származó szennyvizek tisztító telepei: Biológiai tisztítás. Oláh, J.–Mucsy, Gy. (2003): A tápanyag-eltávolítási és az utóülepítési folyamatok hatásfoka a téli üzemi viszonyok között XXI. MHT Vándorgyülés elõadása (CD publikáció) Rich, L.G.(1980): Low-maintenance, mechanically simple wastewater treatment systems. Mc. Graw-Hill series in Water Resources and Environmental Engineering. USA pp. 212. van Dongen, L. G. J. M., Jetten, M. S. M. van Loosdrecht, M. C. M. (2001): The combined Sharon/Anammox process. IWA Publishing. 2001. pp. 61.
9
HÍRCSATORNA
ÉS AKKOR MIT CSINÁLJUNK AZ ÉLELMISZERHULLADÉKOKKAL? (Hulladékfogadó és –feldolgozó állomás a Dél-pesti szennyvíztisztító telepen) 2. rész Hódi János, Boda János Mélyépterv Komplex Mérnöki Rt.
A Fõvárosi Csatornázási Mûvek (FCSM) Rt. a Dél-Pesti szennyvíztisztító telepén élelmiszerhulladék fogadó és feldolgozó állomás létesítését határozta el. Az FCSM Rt. felkérésére a MÉLYÉPTERV KOMPLEX MÉRNÖKI Rt. megvalósíthatósági tanulmányban felmérte, hogy a rendeletekkel összhangban, milyen hulladékok fogadására lehet számítani, és vizsgálta, hogy hogyan történjen a hulladékkezelés, és ez hogyan integrálódjon a meglévõ anaerob iszapkezelésbe úgy, hogy a biogáz és ezzel együtt a villamosenergia termelés növekedjen. Az elõzõ lapszámban ismertettük, hogy melyek a hulladékok fogadásának általános kérdései, és milyen hulladékok kezelhetõk a létesítendõ komplexumban. Jelen írásunk a kezelendõ hulladékokkal, azok mennyiségi és minõségi jellemzõivel foglalkozik, végül a javasolt fogadási, kezelési és hasznosítási technológiát ismerteti.
4. A kezelendõ hulladék jellemzése 4.1. Szárazanyag-tartalom A tervezést meghatározza, hogy milyen szárazanyag tartalmú anyagok beszállítása várható az elõzetes felmérések alapján. Úgy terveztük, hogy a 8-10% szárazanyag tartalmú folyékony jellegû anyagokat szippantó autókkal fogják beszállítani, míg a 15-28% szárazanyag tartalmú (szilárd-lapátolható konzisztenciájú) hulladékok beszállítása zárható tartályban – konténerben kerül feldolgozásra. Fentiek alapján a hulladékfogadó állomást úgy alakítottuk ki, hogy ezeket a jármûveket fogadni lehessen.
4.2. Mennyiség, tárolási térfogat A Dél-Pesti anaerob iszapkezelõ rendszer megengedhetõ napi szervesanyag terhelése: 12.000 kg/d. Ezért az volt a méretezés alapja, hogy naponta max. 200 m3/d 812% (átlagban 10%) szárazanyag tartalmú (TS) hulladékot fognak ott feldolgozni, melynek becsült átlagos szervesanyag tartalma: 60% . Szárazanyag mennyiség kiszámítása: 200 m3/d × 100 kg/m3 (10%) = 20 000 kg/d. Szervesanyag mennyiség számítása: 20 000 kg/d × 0,6 = 12 000 kg/d. Évente feldolgozható maximális mennyiség: 200 m3/d × 365 d = 73 000 m3/a.
A hulladék elõkezelõ komplexumba elõzetes becslés szerint átlagosan 50 m3/d folyékony hulladék, és 50 m3/d szilárd hulladék beszállítása várható. Mivel ezen anyagok beszállítása kétoldalú megállapodás alapján történik, ezért nem zárható ki annak a lehetõsége sem, hogy egyfajta anyagból naponta 100 m3/d mennyiség érkezzen. Ugyanilyen bizonytalanság van a beszállított anyagok minõsége (szárazanyag koncentrációja és szervesanyag tartalma) tekintetében. Ezért a fogadó tartályokból három 100 m3-es térfogatú tároló medence kialakítását javasoltuk. Kettõ, egyenként 100-100 m3-es medence fogadó garattal lesz ellátva, tehát ezekben a szilárd jellegû hulladékok fogadhatók, de a medencék alkalmasak a folyékony jellegû hulladékok fogadására is. Egy 100 m3-es medence csak a folyékony jellegû hulladékokat tudja fogadni, mert nem készül leöntõ garat. Szippantó autóval beszállításra kerülõ egy adag mennyisége 4-12 m3 között várható a szállító jármû típusától függõen. A beszállító konténerek térfogata 4,09,0 m3 között változhat.
5. A beszállított hulladék fogadás és elõkezelés technológiájának ismertetése A tengelyen beszállított hulladékok kezelési technológiai folyamata, címszavasan a következõ: – gépjármûvel történõ beszállítás, – fogadás, mintavétel – elemzés, – mérés, – fûthetõ rácson szûrés, – áttöltés a fogadó medencébe, – keverés – homogenizálás és fûtés + 35 °C –ra, – medencetér megszívás, biofilteres légtisztítás, – õrlés – aprítás, – szivattyúzás – áttáplálás, – mennyiségmérés, – homogenizálás – pasztörizálás + 75 °C hõfokon, – szivattyús továbbítás anaerob kezelésre. Fenti mûveleteket a következõkben részletesen ismertetjük. A fogadásnál számítógépes nyilvántartásban kell rögzíteni a hulladék típusát, EWC kódszámát és mennyiségét.
10
A folyékony jellegû anyagok mennyiségét indukciós átfolyásmérõvel mérik, a konténerben érkezõ anyagokat hídmérlegen mérlegelik. A szállított folyékony hulladékokat a szippantó kocsiból flexibilis nyomótömlõvel kell átfejteni a 100 m3es tárolótartályba. A konténerszállító jármû a konténer tartalmát a fogadógaratba üríti. A durva darabos szenynyezõdéseket (D>50 mm felett) a garatba telepített fûtött rácson lehet visszatartani. A 100 m3-es tároló medencében lévõ anyagot + 35°C-ra terveztük felfûteni azért, hogy a zsírjellegû anyagok könnyebben legyenek szivattyúzhatók. A hõmérséklet hatására és az anyagok jellegére való tekintettel a medencékben a bûzképzõdés várható volt (fehérje bomlás), ezért a medencék zártak és légterük ventilátorral megszívott. Az elszívott levegõ légszívás után biofilterben kerül megtisztításra. Minden fogadó tartály mechanikus keveréssel van ellátva. Az elõmelegített anyagot továbbító szivattyú (Q = 510 m3 /h) elé õrlõ – daráló berendezés (muncher) van beépítve. Ennek az õrlõ berendezésnek az a feladata, hogy a darabos hulladékot 6÷8 mm-es részekre aprítsa. Itt említjük meg, hogy a kezelõ komplexum pinceterében egy V = 20 m3 térfogatú mechanikus keverõvel ellátott tartály is található. Ebben a tartályban tároljuk a szennyvíztisztító telepen keletkezõ nyers – keverék iszapot. Az itt tárolt iszapnak az a szerepe, hogy ha a szilárd hulladék tárolóban a keverék anyag konzisztenciája 20% fölötti, akkor ebbõl a 20 m3-es tartályból lehet „hígító” iszapot a medencében lévõ anyaghoz hozzákeverni és a szárazanyag arányát csökkenteni. Ugyancsak ebbõl a 20 m3-es tartályból lehet a homogenizáló – pasztörizáló medencébe a „hígító” iszapot szivattyúval beadagolni. A receptúra alapján összeállított mennyiségû és minõségû hulladék – iszap keverék egy fûtött hõcserélõn keresztül kerül a V = 50 m3 térfogatú homogenizáló – pasztörizáló medencébe átvezetésre. A homogenizáló – pasztörizáló medence mechanikai keverõvel és fûtéssel (+70-75 °C) van ellátva. Minimális tartózkodási idõ: 30-60 min. A pasztörizálás folyamán a hulladék keverékben lévõ patogén szervezetek a hõ hatására elpusztulnak. Az így elõkezelt iszap és zsíros hulladék szivattyúval kerül további kezelésre az anaerob rendszerbe.
HÍRCSATORNA
– az iszapmennyiség, illetve –térfogat csökkentése, – az iszap vízleadó képességének javítása, – a szagterhelés csökkentése, – hasznosítható melléktermékek (biogáz, talajjavító, humuszképzõ anyag) elõállítása, – patogén szervezetek elpusztítása, illetve életképességük csökkentése. Az anaerob iszapstabilizálás során a nyers és a fölösiszap keveréket elõsûrítés és felmelegítés után zárt tartályba (fermentorba) vezetik, amiben levegõtõl és fénytõl elzárva keverés – homogenizálás mellett megindul a metános erjedéssel a szervesanyag anaerob lebontása. Ez egy bonyolult folyamat, melynek alapanyagai az iszapban lévõ fehérjék, szénhidrátok és zsírok. Az anaerob iszapstabilizálás, rothasztás kétlépcsõs folyamatát az 1. ábra szemlélteti. A rothasztás elsõ lépcsõje a savképzõdés, mellyel együtt játszódik le a hidrolízis. Ebben a lépcsõben a mikroorganizmusoknak egy heterogén csoportja a fehérjéket, szénhidrátokat és zsírokat zsírsavakká alakítják át a hidrolízis és az ezt követõ fermentációs folyamatok útján. A második lépcsõben az elsõ lépcsõ végtermékeit a metán baktériumok metánná és szén-dioxiddá alakítják. 6.1. Termofil iszapstabilizálás A pasztörizált iszap-hulladék keverék nagy része az új 2.000 m3-es térfogatú, +55 °C hõmérsékleten üzemelõ termofil anaerob rothasztóba kerül betáplálásra. Átlagos tartózkodási idõ: 8-12 nap. Mivel a pasztörizált iszap 70-75 °C hõmérsékletû, ezért ezt az iszapot vissza kell hûteni legalább a termofil hõmérsékletre (+55 °C), vagy ez alá. Kézenfekvõ, hogy a visszahûtés a szennyvíztisztítóból származó hideg iszappal történjen. Az innen betáplált iszapnak nem csak ez a szerepe, hanem az is, hogy a pasztörizálóból érkezõ várhatóan nagy szárazanyag-tartalmát (10-13%) csökkentse és 8% körüli értékre állítsa be.
6. Az anaerob kezelés technológiája Az anaerob rothasztásnál kezelt iszap szárazanyag tartalmának 65-70%-a a szerves hányad. Az anaerob kezelés során a szerves rész 40-50%-ra lebomlik és biogázzá alakul. A lezajló folyamat az anaerob iszapstabilizálás, rothasztás. Az anaerob iszapstabilizálás célja: – az iszap szerves vegyületeinek stabilizált anyagokká alakítása,
1. ábra. Az anaerob iszapstabilizálás, rothasztás folyamata
11
HÍRCSATORNA
A termofil rothasztóban a könnyen és gyorsan bomló szervesanyagok lebomlanak és biogázzá alakulnak. A termofil rothasztó kvázi folyamatos betáplálású és az állandó szint tartása miatt túlfolyásos rendszerû. A rothasztó állandó keverését mechanikai propellerkeverõ biztosítja. A termofil rothasztó folyamatos betáplálására azért van szükség, mert a termofil hõmérsékleten élõ baktérium kultúra rendkívül érzékeny mind a hõmérséklet okozta gyors változásokra (lehûlés), mind pedig az egyszerre érkezõ nagy tömegû szervesanyagra (táplálék). A termofil rothasztóból a túlfolyt iszapot szivattyúval lehet az anaerob kezelés második lépcsõjébe, a mezofil (+35oC) rendszerû meglévõ rothasztókba átemelni. Az elkészült termofil rothasztót az 1. kép szemlélteti.
jelenlegi utórothasztót át kell alakítani folyamatos átfolyásúvá és keverõvel kell ellátni. A mezofil rothasztókban várhatóan 600 m3/d iszap kerül kezelésre. Összes rothasztási térfogat: V = 10 400 m3 Tartózkodási idõ: 17-18 d. A mezofil rothasztókból gravitációsan, folyamatosan távozó iszap egy V = 700 m3 térfogatú (elõzõleg iszapsûrítõként mûködõ, de jelenleg nem használt) kevert, lefedett és megszívott kigázosító-homogenizáló mûtárgyba folyik. A meglévõ centrifugás iszapvíztelenítés feladószivattyúi ebbõl a tartályból szívják a víztelenítendõ iszapot. Az iszapvíztelenítést a jelenlegi módon, centrifugákkal végzik folyamatos üzemrendben. A termofil-mezofil rothasztás technológiai vázlatát a 2. ábra mutatja.
2. ábra. A termofil-mezofil rothasztás technológiai vázlata
A javasolt iszapkezelés anyagmérlegét az 2. táblázat ismerteti. A kidolgozott anyagmérleg természetesen csak egy lehetõség, számtalan más variáció is elképzelhetõ. Jelen esetben 5% szárazanyagtartalmú „folyékony zsír”-ból 50 m3/d mennyiséget használunk fel és a szárazanyag mennyiség (TS) 2500 kg/d, míg a szervesanyag mennyiség (OTS) 2.000 kg/d. Anyagféleség
Folyékony zsír Szilárd zsír 1. kép. A megépült termofil rothasztó
6.2. Mezofil iszapstabilizálás A mezofil rothasztóban a hosszabb tartózkodási idõ alatt a nehezebben bontható szerves részek tovább bomlanak az egyidejûleg betáplált, hõkezelt iszapok maradék hányadának, és a szennyvíztisztító teleprõl származó iszapoknak a szerves anyagaival együtt. Az új technológia szerint a meglévõ négy 2.600 m3-es rothasztó folyamatos átfolyású, fûtött és intenzíven kevert tartály. Ezért a
Keverék összesen Szennyvíztelepi iszap Keverék összesen:
Terhelés m3/d
Szárazanyag Szervesanyag Szárazanyag kg/d kg/d koncentráció %
50
2500
2000
5
50
12 500
10 000
25
100
15 000
12 000
15
50
2400
1620
4,8
150
17 400
13 620
11,6
2. táblázat. A javasolt iszapkezelés anyagmérlege
A 25% szárazanyag tartalmú „szilárd zsír”-ból 50 m3/d mennyiséget veszünk figyelembe. Itt a szárazanyag mennyiség (TS) 12.500 kg/d, míg a szervesanyag mennyiség (OTS) 10.000 kg/d. Tehát összesen
12
HÍRCSATORNA
12 000 kg/d szervesanyag került beadagolásra a homogenizálóba. Mivel a kétfajta anyag keveréke kb. 15%os, ezért a kezelhetõség érdekében a szennyvíztisztító telepen rendelkezésre álló (jelenleg kb. 500 m3/d iszapmennyiségbõl) 50 m3-t ugyancsak betáplálunk a homogenizálóba, ezzel a szárazanyag koncentráció lecsökken (11,6%-ra), és így már könnyebben keverhetõ – homogenizálható koncentrációjú lesz az iszap. De egyúttal az 50 m3/d telepi iszap 1620 kg/d szervesanyag mennyiséget (OTS) képviselõ része miatt a homogenizálóban már 12.000 + 1.620 = 13.620 kg/d szervesanyagot jelent a 150 m3/d mennyiségû iszapkeverék. Ezt a 150 m3/d iszapkeveréket +75 °C-ra felfûtve, a homogenizálóban 30 min feletti idõtartamú tartózkodása alatt a 75 °C hõmérsékleten az iszap pasztörizálódik, elpusztulnak az iszapban lévõ patogének, és megindul a hidrolizáció. Tehát ez a hulladék-iszapkeverék pasztörizálása valósul meg +70-75 °C hõmérsékleten. A homogenizálóból 100 m3/d mennyiség, melynek hõmérséklete 75 °C, a termofil rothasztóba kerül, de esetünkben ehhez az iszaphoz hozzákeverünk még 120 m3/d mennyiségû szennyvíztelepi hideg iszapot. A 220 m3/d mennyiségû keverékiszap hõmérséklete 45 °C lesz, a szervesanyag mennyisége pedig OTS = 12 968 kg/d-re növekszik. Ez a keverék jut be a V = 2 000 m3-es termofil rothasztóba. Jelen példában a tartózkodási idõ 9 nap lesz a termofil rothasztóban. A homogenizálóból 50 m3/d 75 °C hõmérsékletû iszap (OTS = 4.540 kg/d), a szennyvíztisztító teleprõl Q = 330 m3/d 15 °C hõmérsékletû iszap (OTS = 10.692 kg/d), és a termofil rothasztóból Q = 220 m3/d 55 °C hõmérsékletû iszap (OTS = 6.873 kg/d) keveréke a mezofil rothasztóba táplálandó. Ennek az iszapkeveréknek a mennyisége Q = 600 m3/d , a hõmérsékletete T = 34 °C, szervesanyag tartalma pedig OTS = 22.105 kg/d. A V = 10.400 m3 térfogatú mezofil rothasztóban a tartózkodási idõ 17,5 nap lesz. A termofil rothasztóba betáplált iszapok jellemzõit a 3. táblázat sorolja fel. Anyagféleség
Terhelés m3/d
Szárazanyagk Szervesanyag Szárazanyag g/d kg/d koncentráció %
Pasztörizált iszap
100
11 600
9080
11,6
Szennyvíztelepi iszap
120
5760
3388
4,8
Betáplált keverékiszap
220
17 360
12 968
7,9
3. táblázat. A termofil rothasztás anyagmérlege
A mezofil rothasztókba betáplált anyagok jellemzõit a 4. táblázat ismerteti.
Anyagféleség
Terhelés m3/d
Termofilból érkezõ iszap
220
11 265
6873
5,1
50
5800
4540
11,6
Szennyvíztelepi iszap
330
15 840
10 692
4,8
Betáplált keverékiszap
600
32 905
22 105
5,5
Pasztörizált iszap
Szárazanyag Szervesanyag Szárazanyag kg/d kg/d koncentráció %
4. táblázat. A mezofil rothasztás anyagmérlege
A mezofil rothasztóból a kigázosítóba, majd innen gépi iszapvíztelenítésre kerülõ iszapok anyagmérlegét az 5. táblázat rögzíti. Anyagféleség
Terhelés m3/d
Víztelenítésre betáplált
600
22 958
12 158
3,82
Csurgalékvíz
519
675
358
0,13
81
22 258
11 800
27,5
Víztelenített iszap
Szárazanyag Szervesanyag Szárazanyag kg/d kg/d koncentráció %
5. táblázat. Az iszapvíztelenítés anyagmérlege
7. Biogáz termelési adatok A feltételezett anyagáramok esetén a biogáz termelés éves szinten, átlagosan, naponta a következõk szerint alakul: termofil rothasztóban: mezofil rothasztóban: Összesen:
5 200 Nm3/d 8 500 Nm3/d 13 700 Nm3/d
Szezonálisan ez az érték változhat és a várható szélsõ érték 10-20.000 Nm3/d lehet. A termofil rothasztóban termelõdött biogáz – mely sok fehérjét tartalmazó iszapból képzõdött ezért valószínûsíthetõen nagy kénhidrogén tartalmú lesz – új kéntelenítõ berendezésbe jut, ahol a káros kénhidrogén tartalom leválasztásra kerül. A mezofil rothasztókból származó biogázt a jelenlegi kéntelenítõ rendszeren kell átvezetni. Az eddigi tapasztalatok szerint a szennyvíztisztításnál használt vasszulfát adagolás kedvezõ hatást gyakorolt az iszapból képzõdött biogáz kénhidrogén tartalmára, mert az elég kis értékû: 40-60 ppm. A V = 2000 m3-es gáztartály puffer szerepére a késõbbiekben is szükség lesz, de az 1100 Nm3/h elégetési kapacitású fáklyának is üzemben kell maradnia, annak azonban csak havaria esetben lesz szerepe, mert a termelt biogázt gázmotorokban égetik el. A termelt, kéntelenített biogáz elsõdleges felhasználására a meglévõ gázmotor gépház szolgál, ahová a jelenlegi kb. 500 kW villamos energiát termelõ gázmotor mellé egy újabb 800 kW-os villamos és 1000 kW hõtel-
13
HÍRCSATORNA
jesítményû gázmotort építettek be. Ezzel az órai termelt villamos energia 1300 kW, illetve a naponta megtermelhetõ villamos energia kb. 31.000 kWh/d lesz. A gázmotorok hulladékhõjével és egy kazán üzemével a zsírfogadó állomás, a rothasztók és az egyéb telepi fogyasztók 2.665 kW maximális hõigénye biztonsággal fedezhetõ. Az 500 kW elektromos teljesítményû régi-, és az új gázmotorral termelt 800 kW villamos energiával pedig a szennyvíztisztító telep önellátóvá tehetõ. Az iszapok és hulladékok együttes kezelése után az elszállításra kerülõ víztelenített iszap mennyisége: átlagosan naponta: szárazanyag tartalom: koncentráció:
81 m3/d 22,8 t/d 27,5%
8. Szippantott szennyvizek módosított kezelése A telepre érkezõ szippantott szennyvizekbõl az elõkezelõ gépi berendezések csak a mechanikai szennyezéseket távolítják el, majd az így elõkezelt szennyvíz az egyéb telepi csurgalékvizekkel együtt átemelésre kerül a rács és homokfogó elé, és az érkezõ szennyvízzel együtt kerül mechanikai, majd biológiai tisztításra. 2002-ben 80.200 m3/a szippantott szennyvíz érkezett a tisztító telepre, melynek átlagos napi mennyisége 320 m3/d volt szezontól függõen. Az FCSM Rt. 1.000 m3/d mennyiségû szippantott-szennyvíz fogadását tervezi, mert úgy becsülték, hogy kb. ez az a mennyiség, amit naponta a szippantó autósok a telepre szállítanak, illetve a közcsatornába a csatorna fedlapokon keresztül ürítenek. Az új hulladékkezelõ komplexumot ezért alkalmassá kell tenni 1.000 m3/d szippantottszennyvíz fogadására. A szippantott szennyvizek tervezett elõkezelési technológiája a következõ: – szippantó autós beszállítás, – mágneskártyás-sorompós behajtás, – mágneskártyás lefejtés, ezen belül – minõségi ellenõrzés (pH és vezetõképesség), – mennyiségmérés, – lefejtés letiltás motoros szerelvénnyel, – szûrés 7 mm-es résméreten, rácsszemét kifogás és gyûjtés, – homokfogás és homokgyûjtés, – vegyszeradagolás, – ülepítés, – vízfázis elvezetés és továbbkezelés, – iszapelvétel és továbbkezelés.
Terveink szerint az új hulladék fogadó-kezelõ komplexum része lesz a napi 1000 m3 szippantott szennyvíz kezelõ rendszer, ahol 2db 500m3/d teljesítményû egység kerül beépítésre. Az új fogadó állomás képes lesz a napi 250 db szippantó autó fogadását úgy biztosítani, hogy a jármûveket nem kell a tisztító telepre beengedni, mert a fogadási pontot külsõ útról tudják megközelíteni. Az új szippantott-szennyvíz kezelõ berendezéssel nemcsak a darabos szennyezõdéseket távolítják el, hanem a homokot is. Mindkét egységbõl 1-1 db 125 m3 térfogatú Dortmundi típusú ülepítõbe jut az elõkezelt szippantottszennyvíz .A vegyszeresen ülepített szippantott szennyvíz vízfázisa a csurgalékvíz hálózaton keresztül a rács és homokfogó elé, vagy a meglévõ kiépített csatornahálózaton keresztül a levegõztetõ mûtárgyba legyenek vezethetõk . Az ülepítõ zsompjából az iszapot szivattyúval kell eltávolítani. Az iszapot vagy a meglévõ gépi elõsûrítõbe lehet átemelni, vagy a folyékony zsírszerû anyagokat tároló V = 100 m3-es medencébe. A várható napi iszapmennyiség: 30-40 m3/d (2,0–3,0%)
9. Befejezés A megvalósíthatósági tanulmány elfogadását követõen a Mélyépterv Komplex Mérnöki Rt. elkészítette a vízjogi létesítési engedélyezési tervet, majd a tendertervet. A nyertes vállalkozók a termofil rothasztót és a biogáz hasznosítás létesítményeit a Mélyépterv Komplex Mérnöki Rt. tervei alapján kivitelezték. A hulladékfogadó állomást a tenderterv egyes részeinek módosításával építették meg. A zsírszerû és egyéb hulladék anyagoknak a fogadása, feldolgozása megkezdõdött, azokat jelenleg az egyik mezofil rothasztóba táplálják. A mintegy 100 m3/d mennyiségû és 7,8 t/d szervesanyag tartalmú hulladéknak és a telepi iszapoknak az együttes rothasztásával a keletkezõ biogáz mennyisége egyes idõszakokban a vártnál nagyobb mértékben, 15.000 – 20.000 m3/d-re nõtt. A termofil rothasztót és a gázhasznosító berendezéseket üzembe helyezték, a hulladékfogadó állomás próbaüzeme még nem zárult le. Ennek befejezését követõen mód lesz a ténylegesen megvalósult létesítmény üzemeltetési és mûködési tapasztalatainak ismertetésére is.
14
HÍRCSATORNA
KA Abwasser-Abfall 06/2006 Tartalomjegyzék A KIADÓ ELÕSZAVA Szennyvíztisztító telepek üzemének optimalizálása ............................................................................................. 557
BESZÁMOLÓK Tápanyagok visszanyerése szennyvízbõl és szennyvíziszapból, valamint a visszaterhelés mértékének csökkentése A Stuttgarti Egyetem 80. Települési Vízgazdálkodási Konferenciája .................................................................. 564 Jörg Krampe (Stuttgart) A csatornarendszer, a szennyvíztisztító telep és az élõvizek egységes vizsgálata A Kaiserslauterni Mûszaki Egyetem szakmai ülése ............................................................................................. 566 Theo G. Schmitt és Joachim Hansen (Kaiserslautern) Hogyan lehet bejutni a spanyolországi vízpiacra? A SMAGUA nemzetközi vízügyi szakvásár Zaragozában ................................................................................... 568 Idegen víz – honnan származik és hova kerül? A Bielefeldi Fõiskola szimpóziuma ...................................................................................................................... 570 Johannes Weinig és Rainer Joswig (Minden)
SZENNYVÍZTISZTÍTÓ BERENDEZÉSEK ÜZEMÉNEK OPTIMALIZÁLÁSA Vízhozam-szabályozás a csatornahálózatokban Csatornahálózat-szabályozás az Eifel-Rur Vízügyi Szövetségnél ........................................................................ 576 Maja Lange (Aachen), Thomas Einfalt (Lübeck) és Gerhard Tirok (Düren) Optimalizált csatornaüzem üzemvezetési rendszer alkalmazásával ..................................................................... 582 Otto Schaaf és Peter Weidelich (Köln) Automatizált ellenõrzési és tisztítási rendszerek a részben telt szelvényû szennyvízcsatornákban (DN 1400 – DN 2800) Jochen Stemplewski, Heiko Althoff, Burkhard Teichgraber (Essen) és Norbert Elkmann (Magdeburg) Szennyvíztisztító telepek optimalizálása folyamat-méréstechnika és folyamatvezérlés segítségével ................. 593
15
HÍRCSATORNA
Peter Baumann (Pforzheim) Minõségbiztosítás a szennyvíztisztításban, az új törvényi követelmények tükrében ........................................... 601 Joachim Reichert (Viersen) A benchmarking elmélete és gyakorlata ............................................................................................................... 608 Andreas Schulz és Christof Nigen-Geldmacher (Essen) Mutatószámok, mint a szennyvíz-gazdálkodási menedzsment-rendszerek alapjai .............................................. 615 Stephanie Rapp-Fiegle (Neubiberg)
DWA Meghívó a taggyûlésre ................................................................................................................................ 552 Irányelv ....................................................................................................................................................... 623 Munkabeszámolók ...................................................................................................................................... 626 Szakmai grémiumok ................................................................................................................................... 627 Tartományi szövetségek .............................................................................................................................. 628
„PANNON-VÍZ” Víz- Csatornamû és Fürdõ Rt. 9025 Gyõr, Bercsényi liget 1. Tel./fax : 96/329-047, 96/326-566
SZOLGÁLTATÁSAINK: VÍZTERMELÕ KUTAK KAMERÁS VIZSGÁLATA 150 mm átmérõ felett, 200 m mélységig, videófelvétel és szakvélemény készítése,
CSATORNAHÁLÓZATOK KAMERÁS VIZSGÁLATA 180 mm átmérõ felett, videófelvétel, lejtésdiagram, mérési jegyzõkönyv és szakvélemény készítése
16
HÍRCSATORNA
KA Abwasser-Abfall 07/2006 Tartalomjegyzék A KIADÓ ELÕSZAVA Intenzív napsütés és szárazság .............................................................................................................................. 661
BESZÁMOLÓK Árvízzel kapcsolatos óvintézkedések a településeken Gyakorlati szeminárium Bochumban .................................................................................................................... 668 Stefan Koenen (Bochum) Wasser Berlin – Kongresszus és vásár Indulás hangulata a kiállítók között ...................................................................................................................... 672 DWA-csatornaellenõrzési napok Ötödik kasseli csatornaellenõrzési tapasztalatcsere .............................................................................................. 674 Florian Kretschmer (Bécs/Ausztria) A csatornahálózat és a szennyvíztisztító telep optimalizálása szûkös anyagi helyzet esetén 23. Települési Vízgazdálkodás Bochumi Workshop ............................................................................................. 676 Stefan Grube és Thomas Schneider (Bochum)
EURÓPAI VÍZ KERETIRÁNYELV Az elágazó ligettõl a Rajna egyéb részeihez, és vissza ........................................................................................ 680 Nikolaus Geiler és Jörg Lange (Freiburg)
VÍZELVEZETÕ RENDSZEREK A méretezési árvíz megválasztása az erfurt-kühnhauseni szennyvíztisztító telep árvízvédelme érdekében ....... 683 Ralph Witter (Erfurt) Megjegyzések a csatornák nyitásakor/zárásakor keletkezõ lökéshullámok öblítéséhez ...................................... 686 Franz Valentin (Germaring) Vízhozam-mérés kereszt-korreláció segítségével ................................................................................................. 690 Michael Teufel (Eppingen)
HÍRCSATORNA
17
KOMMUNÁLIS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS A szennyvíztechnikában nitrogén-elemzéshez használt online mérõeszközök összehasonlítása ......................... 697 Thomas Schneider, Hermann Orth (Bochum) és Marc Althoff (Recklinghausen) A szennyvízelhelyezés helyzete Magyarországon, az EU-csatlakozás idején ...................................................... 702 Juhász Endre (Budapest/Magyarország)
HULLADÉK/SZENNYVÍZISZAP Szennyvíziszapok pelletizálhatósága .................................................................................................................... 708 Johannes Kraus (Karlsruhe)
JOG A csatornahálózatok átvétele a vízügyi szövetségek által Északrajna-Wesztfália tartományban „Tisztázázás” törvény segítségével ....................................................................................................................... 712 Jürgen Salzwedel (Köln)
DWA Irányelv ....................................................................................................................................................... 719 Információs hely ......................................................................................................................................... 720
18
HÍRCSATORNA
A MAGYAR HIDROLÓGIAI TÁRSASÁG XXIV. ORSZÁGOS VÁNDORGYÛLÉS AJÁNLÁSAI (Megjelent a Magyar Hidrológiai Társaság Hírei 2006. szeptemberi számában)
Testvérszervezetünk a Magyar Hidrológiai Társaság XXIV. Országos Vándorgyûlését ez évben július 5. és 7. között rendezte meg Pécsett. A Vándorgyûlés központi témája az „Integrált vízgazdálkodás” volt. A beküldött 72 dolgozatot hat szekcióban vitatta meg a közel kettõszázötven résztvevõ. A záró plenáris ülés szakterületünkkel foglalkozó szekciói a víziközmûvek helyzetével kapcsolatosan az alábbiakat ajánlották.
Ivóvízellátás 5. Foglalkozni kell a 201/2001.sz. Kormányrendelet (ívóvízminõség javítás) teljesíthetetlenségével. Egyértelmû, hogy 2006. december végéig az ivóvizek arzéntartalmával foglalkozó EU belépési feltétel-ígéretünk nem teljesül. Ezt valahol jelezni kell, bár tudomásunk szerint módosításra nincs lehetõség. 6. Tovább kell lépni az arzéneltávolítás gazdaságos és könnyen megvalósítható technológiáinak keresésében. A hazai kutatási eredmények gyakorlati hasznosítását kell szorgalmazni. 7. A vízmûvek irányítástechnikája és információs rendszere sokat fejlõdött az elmúlt 15 évben, de a fejlettebb országok már tovább lépnek ezen a területen. Figyeljük ezeket, ne maradjunk le.
Csatornázás és szennyvíztisztítás 8. A központi költségvetés fordítson nagyobb figyelmet az egyedi szennyvízprogram támogatására, és tegye lehetõvé, hogy az alkalmazott megoldások a közmûves ellátáshoz minél inkább közelítõ finanszírozási, támogatási feltételek mellett legyenek megvalósíthatók. 9. A kis önkormányzatok természetközeli szennyvízkezelési megoldásainak segítése szükséges mintapéldákkal, finanszírozással és szabályozással. 10. Az ágazat vállaljon az eddigieknél is nagyobb szerepet a kísérleti kutatások összehangolására a felsõoktatási intézményeknél.
Mikrobiológiai jelenségek a víziközmûvekben 11. Intézményes kapcsolat szükséges az MHT és a MaVíz között, annak érdekében, hogy kiküszöböljük a párhuzamosságokat (rendeletek, metodikák, rendezvények).
12. Az MHT szakosztályai kapjanak meg minden õket érintõ rendelettervezetet, illetve szabályozást, abból a célból, hogy véleményezhessék azokat. 13. Intézményes kapcsolatot kell létrehozni az MHT, a NAT és a Magyar Szabványügyi Testület között az egységes akkreditációs gyakorlat kialakítására (területbõvítés, fogalmak egyértelmû tisztázása), az angol nyelvû uniós szabványok magyarra fordítása az elsõdleges és másodlagos validálás praktikumának elkészítése céljából. 14. Kerüljön be az EU Víz Keretirányelvbe a mikrobiológiai kockázat vizsgálata. A mikrobiológiai kérdésekkel foglalkozó szekció résztvevõinak további ajánlásai: A klórozás kiváltására vezessenek be alternatív fertõtlenítési eljárásokat. Vegyék be a fürdõüzemet a víziközmûvek sorába. Az MHT Vízmikrobiológiai Szakosztálya az egységes hazai módszerek alkalmazása érdekében fontosnak tartja az alábbi kérdések tisztázását: A fürdõvizek és ivóvizek mikrobiológiai vizsgálatával kapcsolatos fogalmak meghatározásának és határértékeinek harmonizálása. Az ENDO- szám helyett vezessék be a telepszám vizsgálatát. Az E.coli és a coliformok jelenlegi megerõsítõ reakcióinak kibõvítése és errõl egy országos minimum rendszer kidolgozása. A Clostridium perfringens-en túl valamennyi szulfitredukáló Clostridium (spóra- és/vagy csíraszám) alkalmazása az ivóvíz bakterológiai vizsgálata körében. A kor igényeinek megfelelõ állásfoglalás, ezt követõen módszertani szabvány kidolgozása a felszíni vizek, szennyvizek, szennyvíziszapok és a vizes technológiák mikrobiológiai vizsgálatára és minõsítésére. A mikroszkópos biológiai vizsgálatok határértékeinek racionalizálása az egészségügy és az üzemeltetõk közös javaslatai alapján (pl. féreg-határérték). Víz-virológiai vizsgálatok, valamint molekuláris biológiai vizsgálatok mielõbbi bevezetése. Visszavont szabványok alkalmazásának jogi feltételei (validálási praktikum készítése). Az ivóvízvizsgálatok kiegészítése penész- és élesztõgombák kimutatásával, minõsítés, határértékek kidolgozása (módszertani leírás: mintavétel, vizsgálat tenyésztéssel, megerõsítés, értékelés és minõsítés rendje).
HÍRCSATORNA
MaSzeSZ az Interneten A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség weblapja (www.maszesz.hu) változatlanul információkat nyújt kedves tagjainknak. A bekövetkezett változás a weblap kezelõjében történt. A weblapot mostantól az ACE Telecom (1031 Budapest, Dósa u.1/a, telefon: 06 1 437 0590, fax: 06 1 437 0599, www.acetelecom.hu) változatlan feltételekkel kezeli, tehát a MaSzeSz tagoknak – szolgáltatási listás áraiból – kedvezményt nyújt.
19
20
HÍRCSATORNA
Harmóniában a természettel: mázas kõanyag csövek a csatornaépítésben! Termékprogram: • Keramo csövek és idomok DN 250–DN 1400 • CreaDig sajtolható csövek DN 250–DN 1000 • CreaCop aknaprogram • KreaLine kerámiaburkolatok • FlexoSet kötõelemek
Elõnyök: • Környezetbarát alapanyag • Kopásállóság • Vegyszerállóság • Nagy statikus és dinamikus terhelhetõség • Vízzáróság • Egyszerû és gyors beépítés
Tel.: (36-1) 4647-200 • Fax: (36-1) 4647-201 • E-mail:
[email protected] • www.purator.hu H–1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 7–17.
