KÖRNYEZETTECHNIKA II. Víz- és szennyvíztisztítás Előadásanyag Létesítménymérnök MSc szakos hallgatóknak Készítette: Dr. Bodnár Ildikó, főiskolai tanár
2012. 11. 08.
1. rész Ivóvízkezelés, -tisztítás
2
A VÍZ EREDETE ÉS MINŐSÉGE
Földünk gömbhéjas szerkezetű. A külső gömbhéjakat összefoglaló néven földrajzi burkolatnak nevezzük.
Ennek elemei: Atmoszféra Hidroszféra Litoszféra Bioszféra
A bioszféra, vagyis a Földnek az élővilág által meghódított része részben az atmoszférában, részben a hidroszférában és a litoszférában helyezkedik el.
Tehát a víz - a levegővel és a talajjal együtt – ÉLETKÖZEG. 3
A VÍZ EREDETE ÉS MINŐSÉGE
Ez a közeg viszonylag bőségesen áll rendelkezésünkre, hiszen Földünk több mint kétharmadát víz borítja, de kevés a használható víz, mivel Földünk vízkészletének csupán 2 %-a édesvíz.
A megfelelő minőségű víz korunk egyik legfontosabb nyersanyaga lett. Bár vízkészletünk mennyiségileg elegendő, minőségileg egyre kevesebb használható fel gazdaságosan a lakosság, az ipar és a mezőgazdaság ellátására. 4
A VÍZ EREDETE ÉS MINŐSÉGE
A vízminőség a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságainak összessége.
Vízszennyeződésnek nevezünk minden olyan külső hatást, mely a vízterek minőségét úgy változtatja meg, hogy a víz alkalmassága a benne zajló természetes folyamatok biztosítására és az emberi fogyasztásra csökken vagy megszűnik.
A vízszennyezés túlnyomórészt nem természeti, hanem emberi hatás, így a szennyezés megelőzése, illetve mértékének szabályozása is az emberek kezében van. 5
A VÍZ EREDETE ÉS MINŐSÉGE
Az ipari tevékenység - a nyersvíz kivételével és a szennyezett víz visszavezetéssel - a levegőbe és a talajra kibocsátott emisszió révén közvetlenül hat a vizekre.
A levegőből kiülepedő szennyező anyagok helyileg és nagyobb térségben is növelhetik a talajok és a vizek savasságát.
A vízterek több vonatkozásban teljesen eltérnek a szárazföldi rendszerektől. A víz fizikai, kémiai tulajdonságai, valamint a vízáramlás eróziós hatása miatt a különböző anyagok cirkulációja és energiák áramlása a vízi rendszerben relatíve gyorsabb. 6
A VÍZ EREDETE
A különféle vizek mind csapadékból származnak. Amint a víz eső, hó stb. alakjában hull a légkörben, a vákuumhatás folytán a levegő szennyezőanyagait (pl. port, szén-dioxidot, mikroorganizmusokat) felszedi, tehát már a levegőben szennyeződik.
A föld felszínére lejutott csapadék egyik része a föld felszínén mozog, másik része a talajba szivárog:
Felszíni vizek Felszín alatti vizek 7
Felszíni víz
A föld felszínén mozgó, előbb-utóbb a felszíni vízfolyásokba, természetes és mesterséges tározóterekbe, tavakba jutott víz a felszíni víz. Miközben a hidrológiai körfolyamatnak megfelelően a tengerbe folyik vissza, rendszerint további szennyezőanyagokat - szerves és szervetlen anyagokat, mikroorganizmusokat stb. - vesz fel.
A belekerült tápanyagok folytán biotoppá (élőhellyé) válik, vagyis benne a mikroorganizmusok életközössége jön létre.
A szervetlen anyagokat (pl. NO2-, NO3-, PO43-) tartalmazó vizekben a planktonok, a jobbára szervesanyag-tartalmú vizekben a baktériumok az uralkodók.
Az olyan felszíni vizek, melyekben a különböző szennyezőanyagok, a tápanyagok és a mikroorganizmusok fordulnak elő, vízellátás céljából való felhasználás előtt tisztításra szorulnak. 8
Felszín alatti víz
A talajba szivárgó felszíni víz a talajvíz. A beszivárgás során a felső talajrétegekből szervetlen (pl. NaCl) és szerves anyagokat old fel. A kolloidális méretű szennyezőanyagok és a mikroorganizmusok rendszerint a talaj felső rétegeiben kiszűrődnek, vagyis a talaj a vizet tisztítja.
A nagyobb mélységben található felszín alatti vizek (rétegvíz, artézivíz) a tápanyaghiány következtében rendszerint nem tartalmaznak mikroorganizmusokat. Érthető tehát, hogy a felszín alatti vizeket általában szívesebben használják fel vízellátási célokra, mint a felszíni vizeket, annak ellenére, hogy ezeket is sokszor az oldott anyagoktól stb. meg kell előzőleg tisztítani.
A felszínalatti vizek további fontos csoportját a karsztvizek képviselik. Ezek a karsztosodott mészkő- és dolomit-kőzetek repedés- és járat-rendszereiben találhatók. Az ilyen vizek laza szemcsés kőzetben levő vizeknél könnyebben szennyeződhetnek (pl. zivatarok, hóolvadás időszakában).
Az említett felszínalatti vizek a hazai vízellátásban egyaránt nagyon fontos szerepet játszanak. 9
Vizek minősítése
A minősítés módjait az alábbiak szerint csoportosíthatjuk: Fizikai Kémiai Bakterológiai minősítés.
Magyarországon érvényes vízminőségi előírások: MSZ 450/1-1989: Ivóvíz minősítés fizikai és kémiai vizsgálat alapján MSZ 450/2-1991: Ivóvíz minősítés mikroszkópikus biológiai vizsgálat alapján MSZ 450/3-1991: Ivóvíz minősítés mikrobiológiai vizsgálat alapján
10
1. A víz fizikai sajátosságai
A víz fizikai sajátosságai közül a lényegesebbek a következők: hőmérséklet, szag, íz, szín, zavarosság,
lebegőanyag-tartalom.
11
Hőmérséklet
A természetes vízkészletek hőmérsékleti viszonyai eredetük szerint eltérőek. A felszíni vizek hőmérséklete a hidrológiai viszonyoktól függően erősen ingadozó. A talajfelszín alatti víz hőmérséklete, a mélyebb szintek felé haladva egyre állandóbb.
A hőmérséklettől függően a víz viszkozitásának a hatása jelentős lehet: pl. a partiszűrésű víztermelő művek - csőkutak, csáposkút stb. - vízhozama téli időszakban a viszkozitás növekedésével csökken.
A hőmérséklet emelkedésével a mikroorganizmusok lebontó tevékenysége intenzívebbé válik.
optimális: 10-12 °C, 7 °C alatt az emberi szervezetre ártalmas, 14 °C felett az élvezhetőség csökken. 12
Szag és íz
A víz szaga és íze a benne oldott gázoktól, az oldott sóktól valamint az ott található életközösségtől függ. A víz szagát és ízét a tömegesen elpusztult mikroorganizmusok valamint a szerves anyagok is befolyásolhatják.
A gázok közül pl. az anaerob lebontási folyamatok során keletkező kénhidrogén (H2S) kellemetlen szagot kölcsönöz. Az oldott sók közül pl. a kalcium-szulfát (CaSO4) fanyar, a magnézium-szulfát (MgSO4) kesernyés, a konyhasó (NaCl) sós, a vas és mangán kellemetlen ízt ad a víznek.
Különösen nehéz gondot jelentenek egyes - a szennyvizekkel együtt a vízbe jutó - szerves anyagok (pl. fenolok, klórozott szénhidrogének, aromás nitrogén-vegyületek) hatásának kiküszöbölése.
A biológiai eredetű íz és szaganyagok a felszíni és talajvizek fokozott elszennyeződésével egyidejűleg egyre nagyobb gondot okoznak a víztisztítási technológiákban. Előfordul, hogy az íz és szag a vízelosztó csőhálózatbeli biológiai folyamatok miatt jelentkezik (elsősorban az ipari vízelosztó hálózatban). 13
Szín
A víz színe a visszavert fényből ítélhető meg. A tiszta víz, ha a rétegvastagsága kicsiny, színtelen, ha a vastagsága nagy, halványkékes színű. A felszíni vizek nagyon színesnek tűnnek néha a bennük levő színes szuszpendált anyagok miatt, ez azonban csak látszólagos szín. A tényleges színt: a kolloidális vasvegyületek, huminanyagok, házi- és ipari szennyvizek (pl. textilipari festékanyagokat tartalmazók) idéznek elő, és a növényi szervezetek (pl. algák) túlszaporodása okozza.
A színes víz ivásától a fogyasztók már eleve idegenkednek. Szín, szag: átlátszó, szagtalan és friss ízű legyen!
14
Lebegőanyag tartalom, zavarosság
A víz zavarosságát a benne levő szuszpendált, nem oldott anyagok idézik elő. Ezek sokfélék lehetnek, anyaguk, méretük széles tartományban változhat.
A felszíni vizekbe a szerves és szervetlen lebegőanyagok elsősorban a felszíni erózió és a szennyvízbevezetés révén kerülhetnek. A felszíni vizekbe jutó egyes szerves anyagok a mikroorganizmusok elszaporodásához vezetnek, s így a zavarosság foka nő.
A lebegőanyagok szemcsés pehelyszerűek lehetnek.
vagy 15
2. A víz kémiai jellemzői A vízminőséget jelentő fontosabb kémiai komponensek, a következők:
Oxigénháztartás mutatói: oldott oxigén, oxigéntelítettség, oxigénfogyasztás (kémiai oxigénigény= KOI), biokémiai oxigénigény (BOI) Összes oldott só Klorid-, szulfid-, szulfát-, nitrit-, nitrát-, foszfát-, karbonát- ion Kálcium-, magnézium-ion, keménység Ammónia-, Vas-, és mangán-ion Szénsav pH Mérgező anyagok, stb. 16
3. A víz biológiai tulajdonságai
A bakterológiai minősítés célja kettős: Minőségi vizsgálat: Célja a vízben található baktériumok korokozó vagy ártalmatlan voltának megállapítása. Mennyiségi vizsgálat: Célja a vízben élő baktériumok mennyiségének meghatározása.
A vizet ált. ún. Coli-szám alapján minősítik . Ez az a legkisebb vízmennyiség ml-ben, amelyből a Coli-baktérium kitenyészthető. (Minél nagyobb ez a mennyiség, annál tisztább a víz.) 17
Az ivóvízellátásra és ipari célra való nyersvíz
Az ivóvíz minőségi kritériumai:
Különbséget kell tennünk a vízben található: egészségre ártalmas, mérgező és kellemetlen ízt és szagot okozó anyagok, valamint olyanok között, amelyek a víztisztítás során, illetve a csőhálózatban okoznak kellemetlenséget, de az egészségre ártalmatlanok.
Az ipari víz ne tartalmazzon: biológiai eredetű, illetve biológiai folyamatokat elősegítő anyagokat ( mikroorganizmus, tápanyag) színeződést okozó anyagokat (vas, mangán) lerakódást okozó anyagokat (karbonát-keménység) korroziót okozó anyagokat (mész-szénsav egyensúly, egyes anionok)
18
VÍZSZERZÉS
19
Vízszerzési lehetőségek:
A vízigények kielégítésére a víz előfordulása szerint a következők a szerzési lehetőségek:
1. Felszíni víz: vízfolyás tó természetes tározó (tenger) mesterséges tározó
20
Vízszerzési lehetőségek:
2. Felszín alatti víz: partiszűrésű víz talajvíz mélységi víz forrás karsztvíz
21
Vízszerzési lehetőségek:
A települési vízbeszerzésnél általában az a törekvés, hogy először a rendelkezésre álló felszín alatti vizeket használják fel. Ez érthető, hiszen ezek általában kevésbé szennyeződnek, s ily módon tisztításuk vagy felesleges, vagy viszonylag egyszerűbb, tehát gazdaságosabb.
A felhasználható mennyiség tekintetében a helyzet a felszíni vizek esetében a kedvezőbb. A mennyiségi igények rohamos növekedésével egyre inkább a felszíni vizek felhasználására kerül sor, de szennyezettebb voltuk miatt a tisztításuk bonyolultabb, tehát költségesebb.
Ha az ellátandó terület körül többféle víz fordul elő, akkor a mennyiségi, minőségi, illetve a gazdaságossági szempontok együttes mérlegelése alapján választjuk meg az optimális vízszerzési módot. 22
Víztermelő módok és berendezések: 1. Felszíni vízkivételi művek: Többféle módszer ismert ebben a tekintetben, amelyek közül két jellemző típus a következő:
Szívófejes vízkivétel: Aknás vízkivétel:
23
Víztermelő módok és berendezések: 2. Felszínalatti vizek beszerzése:
A porózus vízadó közegből való víztermelés tulajdonképpen mindig a szűrés kedvező tisztító hatásának a kihasználásán alapul. Minden esetben, amikor a víz a porózus közegben szivárog, tulajdonképpen a szűrés útján való víztisztításról beszélhetünk. A durvább szemcséjű közeg kevésbé, a finomabb szemcséjű közeg jobban tisztít!
A felszínalatti vizek kinyerésének módszerei: Talajvízdúsítással Partiszűrésű víztermelő berendezésekkel
24
Partiszűrésű víztermelő berendezések
Víztermelés galériával Víztermelés kutakkal Forrásfoglalás Karsztvíztermelés
25
VÍZTISZTÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK
26
Ivóvíztisztítás Célja: A felhasználni kívánt vízből a szennyeződések eltávolítása, a víz felhasználásra alkalmassá tétele. A víztisztítás különfélefizikai, kémiai illetve biológiai jellegű – eljárások és azokon belül is sok-sok művelet sorozata.
Amikor több eljárást alkalmazunk valamilyen termék előállítására, eljárások kombinációjáról, röviden technológiáról beszélünk.
A víztisztítás technológiájában a termék a megtisztított víz. Az eljárások kémiai (biokémiai) változásokat idéznek elő, a műveletek maguk mindig fizikai jellegű beavatkozást valósítanak meg.
A víztisztítási eljárásokat tehát 3 nagy csoportba sorolhatjuk:
Mechanikai Kémiai Biológiai 27
I. Mechanikai víztisztítási eljárások
1. Gerebek 2. Szitaszűrők 2.1. Dobszűrők 2.2. A szalagszűrő
28
3. Ülepítés és derítés:
Az ülepítő- és derítőberendezések célja egyaránt a vízben lévő nem oldott anyagok eltávolítása. Az ülepítőkkel a durvább-, a derítőkkel a finomszemcséjű lebegőanyagok választhatók ki a vízből. Ily módon a berendezések az eltávolítandó szemcse mérete szerint is osztályozhatók: a 0,1 mm-nél nagyobb átmérőjű szemcséket ülepíti: a homokfogó a 0,1 és 0,02 mm szemcsetartományt az ülepítő választja ki. A 0,02 mm-nél kisebb átmérőjű kolloidszemcsehalmaz eltávolítása derítővel lehetséges.
29
4. Szűrés:
A szűrés célja: a vízben lévő kolloidális méretű lebegőanyagok, pelyhek, mikroorganizmusok, kémiai szennyezőanyagok eltávolítása.
A szűrés a víztisztítás egyik legfontosabbnak tekinthető művelete.
Beszélhetünk: természetes és mesterséges szűrési folyamatról.
30
II. Kémiai víztisztítási eljárások
A kémiai tisztítás vegyszerek alkalmazását jelenti, amellyel a vízben lévő, nem ülepíthető lebegő anyagok és oldott anyagok kiválását segítjük elő.
Típusai: Derítés Kicsapatás ( lágyítás és szénsav-eltávolítás, vas- és mangántalanítás) Ioncsere Folyadék-folyadék extrakció pH-szabályozás Oxidáció és fertőtlenítés 31
III. Biológiai víztisztítási eljárások
A biológiai eljárásoknak a szennyvíztisztításban van nagy jelentőségük, a víztisztításban kevésbé.
32
Egy víztisztítási technológia
33
A VÍZMŰVEK ÜZEME 1. Termelés: Vízszerzés, a felhasználandó vízmennyiség kitermelése és mérése. A szerzett víznek a kezelőtelepre való juttatása. A víznek a szolgáltatásra való előkészítése (tisztítás, fertőtlenítés) és szállítás a nagynyomású szivattyútelep szívómedencéjébe. 2. Szolgáltatás: A víz szállítása a tározómedencékhez, víztornyokhoz, ill. a fogyasztási területek súlypontjaihoz. Tározás Szétosztás az elosztóhálózaton át. 3. Fogyasztókkal kapcsolatos tevékenység: A szállított víz szolgáltatása a hálózati közkifolyókhoz, utcai csatlakozásokhoz. A víz mérése, leolvasása, vízbecslés. Számlázás és díjbeszedés. A mérőn túli szerelvények, vízvételi berendezések, házi vezetékek felügyelete, engedélyezése, a mérőn túli vízpazarlás ellenőrzése.
34
2. rész Szennyvízkezelés, -tisztítás
35
Bevezetés, vízszennyezés
Az utóbbi időszak jelentős világméretű problémája a környezetszennyezés növekvő mértéke.
Ezen a téren jelentős a kibocsátott használt vizek szerepe, melyek szennyezettsége különböző mértékű.
Ezért fontos:
a vízhasználat mennyiségének csökkentése, az újrahasznosítás, azaz a környezetterhelést csökkentő szennyvízkezelés.
hatékony
36
Szennyvizek csoportosítása
Csapadékvíz
Kommunális szennyvizek
A környezetből bemosott szennyezők miatt kell szennyvízként kezelni.
Lakossági használatból, szerves anyaggal kevésbé terhelt rendszer, mely komponensek bonthatóak.
Ipari szennyvizek
A különféle ipari technológiák során keletkező szennyvizek mennyisége és minősége valamint időbeni lefolyása meglehetősen nagy változatosságot mutat. Gyakran magas szerves anyag tartalom, ami még nehezen is bontható, fontos az előtisztítás! Az élelmiszeriparból származó vizek általában hasonló összetételűek, mint a kommunális vizek. 37
SZENNYVIZEK
A szennyvízcsatornában szállított vizek általában a háztartásokból és az ipartelepekről származnak.
Ha ún. úsztatórendszerű (egyesített rendszerű) a csatornahálózat, az előzőkhöz még a csapadékvizek is járulnak.
A legtöbb hazai településen elválasztórendszerű csatornahálózatot találunk, amelyekbe csapadékvíz általában nem kerül, de tekintettel a csatornák mély fekvésére, a talajvíz – ún. infiltráció formájában – bejuthat. 38
Városi szennyvizek minőségi jellemzése
A házi szennyvíz a következő alkotókból tevődik össze:
konyhák elfolyó vizeiből, vízöblítéses WC-k lefolyó vizeiből, mosó - és fürdővizekből.
A városi szennyvíz koncentrációja függ:
szennyezettsége
vagy
az ipari vízhasználattól is, továbbá a csatornahálózat általános jellemzőitől (pl. vízzáróságtól), valamint a háztetőkről és egyéb helyekről belejutó csapadékvíz mennyiségétől. 39
Városi szennyvizek minőségi jellemzése
A szennyvíz állapota a tisztítótelepre érkezéskor vagy a befogadóba torkolláskor függ: a szennyvíz odajutási idejétől és a vízhőmérséklettől.
Az odajutási idő viszont a hálózat hosszától és esésétől függ. Hosszú csatornák, kis esések és magas hőmérséklet esetén a szennyvíz berothadhat.
A friss házi szennyvíz semleges kémhatású, pH-ja 7,0…7,5 között ingadozik. Ez a pH-tartomány optimálisnak tekinthető a biológiai folyamatokhoz. 40
A szennyvíz szennyezőanyagai
41
A szennyvíz szennyezőanyagai
Megkülönböztetünk:
A nem oldott, osztályozhatjuk:
oldott és nem oldott alkotórészeket.
ún.
lebegő
anyagokat
tovább
ülepedő és nem ülepedő anyagokra (sűrűségük a vízéhez közeli) = uszadék.
A városi szennyvizekben az oldott anyag tartalom valamivel nagyobb, mint a nem oldott. Ennek oka, hogy az oldott anyagok az ivóvíz főként ásványi eredetű oldott anyagait is tartalmazzák. 42
a. A nem oldódó (lebegő anyagok):
Károsak a felúszó olajos, zsíros anyagok, melyek nehezen távolíthatók el, rontják a tisztítási hatásfokot és ha gyúlékony szénhidrogének kerülnek beléjük, mint pl. a benzin, még veszélyesebbek is lehetnek.
A kiülepíthető anyagok közül az ásványi anyagok, mint a homok, egészségügyi szempontból közömbösek.
Ezzel szemben az ürülékből kiülepedő iszap egészségügyi szempontból igen fontos, mert ez tartalmazza a szennyvízbe került bélféreg-petéket. A bélféreg petéket védőburok veszi körül, ez rendkívül ellenállóvá teszi őket. Nagy töménységű savak, lúgok, klór nem képesek elölni a petéket. 43
b. Oldott állapotban lévő anyagok:
Az iparból származó oldódó szennyeződések, valamint a háztartásokból kikerülő szennyezések, ezek lehetnek: vegyületek Szervetlen vegyületek Szerves
A vizelet, a növényi, állati hulladékok kioldódott részei.
Különféle mikroszervezetek. 44
SZENNYVIZEK SZÁLLÍTÁSA, CSATORNÁZÁS
45
Csatornázás
A csatornázás feladata: a települések házi szennyvizeinek, az ipartelepek és üzemek ipari szennyvizeinek, valamint a csatornázott területre jutó csapadékvizek közegészségügyi követelményeknek megfelelő összegyűjtése, szállítása, tisztítása és a tisztított szennyvíz elhelyezése.
A csatornázás létesítményeinek összességét csatornázási műnek nevezzük. Ez a csatornahálózatot, a szivattyútelepet és a szennyvíztisztító telepet foglalja magába. 46
Csatornázás A csatornázási művek osztályozása
A működtetést befolyásoló műszaki-gazdasági szempontok és a szennyvíz elhelyezésének viszonyai alapján alapvetően két típust különböztethetünk meg: Egyesített
rendszerű csatornázási mű Elválasztott rendszerű csatornázási mű 47
Csatornázás
Egyesített rendszerű csatornázási mű 48
Csatornázás
Elválasztott rendszerű csatornázási mű 49
A csatornahálózat méretezése
A csatornahálózat méretezésénél figyelembe kell venni az adott területről lefolyó szennyvíz mennyiségét.
A csatornahálózaton egy nap alatt lefolyásra kerülő házi szennyvíz mennyisége kevesebb, mint a területen, ugyanazon a napon elfogyasztott vízmennyiség. Az elfogyasztott vízmennyiség egy része ugyanis öntözővízként, locsolóvízként stb. kerül felhasználásra.
A felhasznált víz mennyisége függ a terület beépítési szerkezetétől attól, hogy kertes beépítésről, vagy blokkos lakóépületekről van-e szó. 50
A csatornahálózat méretezése
A lefolyásra kerülő szennyvíz mennyisége a nap különböző óráiban ciklusosan változik. Ez függ a lakosság szokásaitól, illetve az ingázók számától az adott településen.
Általában 150 l/lakos/nap szennyvízmennyiséggel kell számolni, ahol a számításba veendő lefolyási idő 14 óra.
A vidéki városokban, illetve azokon a területeken, ahol a fürdőszoba ellátottság esetleg kisebb, a szennyvíz mennyisége, 100 l/lakos/nap és a lefolyási idő 12 óra. 51
Csatornázás
A csatornahálózat kialakításának fő célja, hogy a szennyvizet és a csapadékvizet minél rövidebb idő alatt vezesse el a területről, mert különben a szennyezőanyagok már a csatornahálózatban elkezdenek lebomlani.
1.
A csatornahálózat az épületek belsejéből, üzemek, ipartelepek területéről indul ki és ezt belső hálózatnak nevezzük.
2. A közterületre eső része az ún. közterületi hálózat. Ez utóbbi a szennyvíztisztító telepen, illetőleg a befogadó helyén ér véget. 52
A csatornahálózat építése
A csatornahálózat tervezésekor ugyanúgy, mint a vízvezetéki csőhálózatnál a hidraulikai és szilárdsági méretezés mellett figyelembe kell venni: vízszintes és magassági vonalvezetést, más műszaki szempontokat, végül a gazdaságossági követelményeket. a
53
A hálózat anyaga és megválasztásának szabályai: A csatornahálózatot háromféle módszerrel építik: Előregyártott Teljes
csőelemekből.
szelvényében a helyszínen.
Részben
a beépítésével.
helyszínen,
előregyártott
elemek
54
A felsorolt építési módoknál alkalmazott anyagfajták a következők:
Előregyártott csőelemekből:
Kőanyag Beton Vasbeton Azbesztcement Acél Műanyag
Teljes szelvényében a helyszínen, részben a helyszínen, előregyártott elemek beépítésével:
Beton Vasbeton Klinkertégla 55
A csatornahálózat építése:
A csatornák építését ún. szalagszerű, folyamatos építési módszerrel végzik.
A csatorna hosszában az egyes munkafázisok elvégzésére időbeli eltolással kerül sor, így a csatorna mentén minden munkafázis egyszerre látható.
A munkát a csatornaszakasz legmélyebb pontjánál kezdik el és innen haladnak felfelé.
56
Csatornaépítés munkálatai
57
A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ELJÁRÁSAI
58
A szennyvíztisztítás feladata, hogy fizikai, biológiai vagy kémiai módon eltávolítson minden káros és hátrányos anyagot a kezelésre kerülő szennyvízből.
Ha ez a tevékenység eredményes, akkor nemcsak a szennyezésből eredő károk maradnak el, hanem a víz visszanyeri eredeti értékét és újra hasznosíthatóvá válik. 59
A szennyvíztisztító berendezések működése szerint megkülönböztetünk: Mechanikai
Biológiai Kémiai
60
Csoportosítás másként:
Az elsődleges tisztítás célja a durva szennyeződések eltávolítása, illetve a lebegőanyagok kivonása.
Ezt a tisztítási eljárást mechanikai tisztításnak is nevezik, célja a szennyvíz biológiai tisztításra történő előkészítése.
Önállóan csak ritkán felel meg az innen kikerülő tisztított szennyvíz a befogadó által támasztott minőségnek.
61
Csoportosítás másként:
Másodlagos tisztítási fokozatra is szükség van, melynek célja a nem ülepíthető kolloidok és oldott szerves anyagok eltávolítása.
Ezt a tisztítást biológiai tisztításnak is szokták nevezni, mivel a tisztítás biológiai folyamatok révén következik be.
62
Csoportosítás másként:
A harmadlagos tisztítási fokozat a másodlagos tisztítás eredményeként létrejött sók, illetve a szennyvízben még megtalálható tápelemek (nitrogén, foszfor tartalmú vegyületek) eltávolítása.
Ezek a befogadóba bejutva alga túlburjánzást okoznak, amelynek eredményeképpen fellépő eutrofizáció következtében jelentős vízszennyezéssel lehet számolni.
A tápanyagok eltávolítása módszerekkel történhet.
kémiai
és
biológiai
63
A. Mechanikai szennyvíztisztítási eljárások
64
A mechanikai eljárások csoportosítása: szűrés (rácson, szitán, homokszűrők, kőfogók), ülepítés, sűrítés centrifugálás flotálás, adszorpció speciális módszerek
65
I. Szűrés 1. Szűrés rácson:
A szennyvízben úszó 10 mm vagy annál nagyobb terjedelmű lebegőanyagok visszatartását biztosítják, aszerint, hogy a rácspálcák távolsága milyen értékű, illetve milyen előtisztítást kívánunk megvalósítani.
A rácsok feladata:
A rács mögötti technológiai berendezések megvédése nagy méretű vagy tömeges uszadék által okozott mechanikai rongálódástól (eldugulás, eltömődés, stb.).
A további mechanikai, biológiai, kémiai vízkezelési műveletek tehermentesítése.
A rácsszemét külön kezelési útra terelése.
66
A rácspálcák távolsága alapján ismert: Finomrács
(50 mm alatt) Durvarács (50 mm felett) Az elhelyezés szerint ismert: Függőleges Ferde
rács
rács
A durvarácsokat általában a finomrácsok védelmére alkalmazzuk, nagyobb városi vagy egyesített rendszerű csatornázású településeknél. 67
Gépi íves rács
68
Rácsszemét kezelés:
A szennyvízrács által visszatartott anyag (rácsszemét) gyorsan bomló szerves anyag, önmagában is undort keltő, éppen ezért gépesített megoldású eltávolítása kívánatos.
Külön kell foglalkozni a szennyvízrácson visszamaradt rácsszemét kezelésével, amely önmagában nem ásványosítható el eredeti formájában, hanem csak aprítás után. Ilyen berendezés van pl. a budapesti Központ telepen, ahol aprítás után a rácsszemét fűtött rothasztókba kerül.
69
3. Homokszűrők:
A szennyvíztisztításban a szennyvíz és a benne levő lebegő anyag szétválasztására a gravitációs ülepítés után a homokszűrés a leggyakrabban alkalmazott eljárás.
A homokszűrés jellemző felhasználási módjai:
Csepegtetőtestes vagy eleveniszapos biológiai tisztítás után az ülepítőből elfolyó tisztított szennyvízben visszamaradó biológiai pelyhek eltávolítására,
A foszfát alumíniummal, vassal vagy mésszel való kicsapása után az elfolyó vízben maradó kémiai-biológiai pelyhek eltávolítására,
Önállóan fizikai-kémiai kezelésből vagy harmadlagos tisztítás után visszamaradó lebegő anyag eltávolítása. 70
II. Ülepítés, sűrítés
Az ülepítés feladata a lebegő-anyagmentes elfolyóvíz nyerése, a sűrítéssel pedig minél töményebb iszap elérésére törekszünk.
Adott ülepítő medencében az ülepítés és a sűrítés térben és időben egymás mellett végbemenő folyamatok, közöttük határozott válaszvonal nem húzható.
Az ülepítő berendezések: olyan műtárgyak, amelyekben a víz sebessége lényegesen lecsökken (max. 20 cm/s értékre) és ezáltal az adott szemcseátmérőjűnél nagyobb szennyeződések a medence fenekére ülepednek, ahonnan kotró- vagy elszívó berendezéssel eltávolíthatók.
0,1-0,2 mm-nél nagyobb szemcsék eltávolítására homokfogókat, a kisebbek eltávolítására pedig ülepítőket használunk. 71
1. Homokfogók: A homokfogók a szennyvíztisztításban a tisztítótelep rács mögött következő műtárgya.
A szennyvízben lévő ún. ballaszt anyagok (homok, kavics és más ásványi anyagszemcse) visszatartására szolgálnak, mert a homok nem rothadóképes ásványi anyag, tehát a szennyvíztisztító berendezésben való további kezelése terhes és felesleges.
A homok az iszapnál lényegesen nehezebb térfogatsúlyú, ezért a medencék fenekén gyűlik össze és azt feleslegesen elfoglalja.
Ezen kívül a gépészeti berendezéseket károsan koptatja, ülepítőés rothasztómedencéknél a fenéken való összetömörödés miatt a szennyvíziszap kieresztését megnehezíti, az iszapcső végét eltömi. 72
Vízszintes átfolyású homokfogó lengőrostás homokkihordóval (Dorr típusú)
73
A leülepedett homok eltávolítását a homoktér feltöltődésétől függően kell végrehajtani, kézi vagy gépi kiemeléssel. Kézi kiemelésnél megkerülő vezetékről vagy párhuzamosan működő két egységről kell gondoskodni, míg a gépi tisztításánál csak megkerülő vezetékről, az esetleges meghibásodás kijavításának biztosítására.
Gépi berendezéssel a homokeltávolítást üzem alatt végezzük, amely egyben a homokkal együtt leülepedett iszap bizonyos mérvű csökkenését, vagyis az iszap kimosását is biztosítja.
A gépi eltávolítás történhet végtelen láncra erősített kotró segítségével vagy a medence hosszirányában mozgó zagyszivattyú segítségével. A zagyszivattyú szívócsöve a homokfogó fenekéről szív. 74
2. Ülepítő medencék:
A szennyvíztisztító berendezések műtárgyai közé tartoznak.
Technológiai szempontból a biológiai tisztítás előtt és után alkalmazzuk őket, eszerint elő- és utóülepítőket különböztetünk meg. A két helyen alkalmazható berendezések megoldásában nincs különbség, csupán a tartózkodási idő, vagyis a hasznos térfogat eltérő.
Nemzetközi szinten igen sokféle ülepítő berendezés készül, ezek közül csak a hazánkban honos, illetve alkalmazni célszerű berendezésekkel foglalkozunk.
legfontosabb
75
A sok osztályozási lehetőség közül: megoldásuk, feladatuk, átfolyási irányuk és alakjuk szerinti osztályozást tárgyaljuk és csakis frissvizű ülepítőkre térünk ki.
76
a., Megoldásuk szerint: egyszintes kétszintes
ülepítőket különböztetünk meg.
Az egyszintes ülepítők csak a leülepedő anyagok felfogására valók, ahonnan az iszapot még rothadás előtt el kell távolítani.
A kétszintes ülepítők az ülepítésen kívül a leülepedett iszap rothasztását is biztosítják, de a rothasztásnál keletkező gáz elvezetéséről gondoskodni kell.
77
b., Feladatuk szerint:
előülepítőket utóülepítőket különböztetünk meg.
Az egyszintesek mindkét helyen alkalmazhatók, a kétszintesek csak előülepítőnek.
c., Átfolyási irányuk szerint:
vízszintes átfolyású (hosszanti vagy sugárirányú) függőleges irányú ülepítőket különböztetünk meg.
d., Alakjuk szerint:
téglalap vagy kör alakú medencék lehetnek. 78
Dorr-típus (sugárirányú átfolyás):
A sugárirányú átfolyású medencék jellegzetes képviselője a Dorr-típusú medence.
A Dorr-típusú medencéknél a szennyvizet a medence tengelyében elhelyezett elosztóaknán át vezetjük be, ahonnan a szennyvíz sugárirányban folyik a medence kerületén elhelyezett vízelvételi vályúhoz.
E medencetípus elő- és utóülepítőként egyformán használható, de csak nagyobb berendezéseknél, ahol egyegy egység legalább 12 m átmérőjű medence beépítését teszi szükségessé.
Hazánkban a fenti medencék a gépészeti résszel együtt tipizálva vannak és 50 m átmérőig készülnek. 79
Dorr-rendszerű ülepítő forgókotróval
80
Dorr-medencék
81
III. Centrifugálás
Ha az ülepítés nem gravitációs, hanem centrifugális erőtérben megy végbe, akkor azt centrifugálásnak nevezzük.
A centrifugálásra alkalmas berendezések: 1. Hidrociklonok: Sűrűségkülönbség alapján választják el a folyadékot a szilárd anyagtól.
Működésük lényege, hogy az álló dobba nagy sebességgel beszivattyúzzuk a szilárd-folyadék szuszpenziót, ahol az körpályára kényszerül és viszkozitásával arányosan fékeződik.
Elválasztási élességük kisebb, mint a centrifugáké, ezért csak nagy sűrűségkülönbség esetén használhatók eredményesen. Anyaguk lehet alumínium, acél, porcelán, műanyag.
Nagy mennyiségű szennyeződést tartalmazó vizek tisztítása esetén a hidrociklonok belsejét gumival vonják be a koptató hatás ellensúlyozására. 82
2. Centrifugák: Az iszapkezelésben való térhódítását követően az utóbbi időben egyre jelentősebb részhez jut a szennyvíztisztításban.
Az ülepítők helyettesítésére is használják, az iszapkezelésben pedig a szennyvíziszap víztelenítésében van jelentős szerepe.
A centrifugák legelterjedtebb két típusa: Tárcsás szeparátor (tányéros centrifuga) Csigás ürítésű ülepítőcentrifuga (népszerűbb készülék):
83
Folyamatos üzemű, csigás ürítésű ülepítőcentrifuga (1: betáplálás, 2: dobhajtás, 3: csigahajtás, 4: centrifugálás, 5: centrifugátum, 6: iszapvíz) Tárcsás szeparátor (tányéros centrifuga) (1: betáplálás, 2: tányérok, 3: bordák, 4: sűrítmény kiömlőnyílás, 5: iszapvíz elvezetés)
84
IV. Flotálás
A flotálás célja a szennyvízben lévő, víznél kisebb sűrűségű olaj, zsír és benzincseppek, valamint kolloid jellegű, illetve a kolloid tartományhoz közelálló részecskék felúsztatása a víz felszínére.
A flotálásra alkalmas berendezéseket zsír- és olajfogóknak is nevezzük.
Zsír- és olajfogók:
A tisztítás a szennyvíz áramlási sebességének csökkentésén alapszik. Jó hatásfokkal működő zsírvagy olajfogóknál legfeljebb 10 mm/s átfolyó sebességet engedhetünk meg.
A zsír-, illetve az olaj kiválását a medence fenekén alkalmazott befúvással lehet segíteni. A felúszást elősegítő légbuborékok létrehozására négy eljárás terjedt el: Levegőbefúvás, túlnyomásos kezelés, vákuumos kezelés, elektroflotálás
85
V. adszorpció
A szennyvíztisztításban a leggyakrabban alkalmazott adszorbens az aktív szén, amelyet különféle szerves anyagokból állítanak elő. 1000 °C körüli hőmérsékleten levegő kizárásával, izzítással vagy kémiai kezeléssel aktiválják. Jellemzője a nagy repedezettség és porozitás, amely miatt fajlagos felülete 600-1500 m2-t is elérheti grammonként.
Alkalmazzák mind por, mind szemcsés formában.
A port vagy a szemcsét először megnedvesítik, majd azután a kezelendő vízhez adják, majd a kezelt vizet szűréssel (aktív szén szűrők) tisztítják.
Az aktív szenet a víztisztításban a szerves mikroszennyezők (a kloroform, a mosószerek, a növényvédőszerek), az olajszármazékok és egyéb szerves vegyületek kivonására alkalmazzák, de egyes esetekben a szabadklór-tartalom megkötésére is. 86
VI. Speciális módszerek 1.
Stripping-gázeltávolítás: Célja a szennyvízben oldott állapotban lévő káros gázok (szén-dioxid, hidrogén-szulfid, metán, ammónia) eltávolítása mechanikai eljárással (gázkiűzés, gázkihajtás). A vizet különféle módszerekkel finom cseppekre bontva gondoskodnak a megújuló nagy vízfelület és a levegő közötti állandó érintkezésről. Így a víz és levegő közötti gázátadás állandóvá válik.
2. Besugárzás és rövidhullámú kezelés: Pl. Ibolyán túli sugarakkal: A napfény természetes csíraölő hatása közismert. A higanygőzlámpákkal előállított ibolyántúli sugarak közül a 220-300 nm közöttiek tudják teljesíteni a feladatot. A vizet olyan csöveken nyomják keresztül, amelyeknek közepén, a cső hosszában helyezkedik el a higanygőzlámpa. Az átsugárzott vízréteg vastagsága nem lehet több 15-20 cm-nél.
87
B. BIOLÓGIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI ELJÁRÁSOK
88
Biológiai szennyvíztisztítás
Másodlagos illetve fő- szennyvíztisztítási eljárás. Használatának célja a nem ülepíthető kolloidok és oldott szerves anyagok eltávolítása.
A biológiai tisztítás nevéből is következtethetően, élő szervezetek működésén alapszik, vagyis a természetből ismert és a folyók természetes tisztuló képességénél szerepet játszó mikroszervezetek mesterséges úton való elszaporításából áll.
1. Aerob: Az aerob biológiai tisztításnál alkalmazott berendezéseket az oxigén, illetve a levegő biztosításának módjától függően osztályozzuk. A tisztítás során tehát állandóan oxigéndús szennyvizet kell biztosítanunk a folyamat kedvező végrehajtásához. 2. Anaerob: Levegőtől elzártan végzik tevékenységüket a mikroorganizmusok, de ekkor sem oxigén nélkül. Az életfunkciójukhoz szükséges oxigént nem a vízben oldott formában, hanem a tevékenységükkel (szerves anyagok lebontásával) felszabadított oxigénből nyerik.
89
Anaerob eljárások:
Aszerint, hogy az anaerob folyamat savas (pH=7 alatt), vagy lúgos (pH=7 felett) közegben zajlik le, megkülönböztetünk:
kénhidrogénes (savas) és metános eljárást (lúgos).
Az elnevezés egyben jelzi, hogy a lebontás során szén-dioxid mellett kénhidrogén vagy metán fejlődik.
A metános eljárás a kívánatos, mert az gyakorlatilag bűzmentes, a keletkezett gáz értékes tüzelőanyag (kb. 5000 kalóriás).
Ezzel szemben a kénhidrogénes nemcsak hasznosíthatatlan, hanem erősen korrózív és kibírhatatlanul bűzös.
90
I. Fixfilmes aerob rendszerek:
Ezek közül hazánkban az ún. csepegtetőtestes rendszerek a legismertebbek.
A biológiai csepegtetőtesteknél a lebontást a biológiai hártya (film, zselészerű, nyálkás) végzi, mely a test töltőanyagára telepszik.
Lebontás során anyagtranszport folyamatok juttatják el a tápanyagot és az oxigént a helyhez kötött mikroorganizmusokhoz, valamint eltávolítják a biofilmből a lebontás termékeit.
Szennyvíz bevezetés
Tisztított víz
91
Csepegtetőtestes töltetek: hagyományos
töltőanyagú (bazaltufa, habsalak, érdes felületű szilárd kőzet, stb.)
műanyagbetétes tárcsás
(forgótestes) csepegtető testek ismertek.
92
II. Az eleveniszapos tisztító berendezések:
A lebontást végző szervezetek pehely formájában a szennyvízben alakulnak ki, vagyis egy-egy iszappehely több százezer élő szervezetet foglal magába. Innen ered az eleveniszapos elnevezés.
E rendszernél a levegőt vagy szerkezetekkel bekeverjük a vízbe.
befújjuk,
vagy
mechanikus
93
Eleveniszapos medencét alkalmazó rendszer vázlata
levegõ (O2) Elõülepített szennyvíz
tisztított szennyvíz Eleveniszapos medence
Utóülepítõ
recirkuláltatott iszap fölösiszap
94
Nagyterhelésű árkos eleveniszapos rendszer működési elve rotor
Ahol: 1: rács, 2: tisztított szennyvíz, 3: utóülepítő, 4: a tisztított víz fertőtlenítése, 5: mérőakna, 6:szivattyú, 7:iszapszikkasztó ágy, 8: recirkuláltatott iszap, 9:szikkasztóágyak drénezett iszapvize. 95
Tavas szennyvíztisztítás
A tavas szennyvíztisztítás egyszerű és rugalmas eljárás mely, az oldott, az ülepíthető szennyező anyagok és a patogén szervezetek eltávolítására alkalmas. A mechanikai tisztítás után önállóan is használható, illetve utótisztítási folyamatok elvégzésére is alkalmas megoldás.
Főbb típusai: Aerob tó: az aerob tó olyan kis mélységű tó, melynek teljes mélységében az aerob lebontáshoz gyakorlatilag mindenkor elegendő oxigén áll rendelkezésre. Bennük a biológiai oxidáció és egyidejűleg az alga fotoszintézis az uralkodó. Anaerob tó: az anaerob tó szerves anyag terhelése olyan mértékű, hogy a tó mélységében oldott oxigén nincs. Az ilyen tó csak részleges szennyvíztisztítást biztosít, a szerves anyag lebontása azonban így is kedvező. Fakultatív tó: a fakultatív tó a leginkább alkalmazott tófajta, ennek oka, hogy nehéz a tó teljes mélységében és minden időben aerob vagy anaerob miliőt fenntartani. A tó felső része aerob, míg a fenék részen keletkezett iszapréteg anaerob tisztítást biztosít. Levegőztetett tó, Utótisztító tó 96
Fakultatív tóban lejátszódó folyamatok
Kombinálás 97
C. KÉMIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI ELJÁRÁSOK
98
A kémiai tisztítás vegyszerek alkalmazását jelenti, amellyel a szennyvízben lévő, nem ülepíthető lebegő anyagok és oldott anyagok kiválását segítjük elő.
A házi-, illetve városi szennyvizek tisztításánál a kémiai tisztítást hazánkban még nem alkalmazzuk, de az ipari szennyvizek tisztításánál már általánosan bevezetett módszer (pl. savtalanítás, ciántalanítás, stb.)
Élővizeink védelme érdekében hazánkban is szükséges, hogy általánossá váljon a kémiai tisztítás, a jobb tisztítási hatásfok biztosítása érdekében.
99
A kémiai szennyvíztisztítás alkalmazási területei
100
A kémiai tisztítás berendezésigénye
Vegyszer adagoló és előkészítő Bekeverő Ülepítő
101
Típusai:
Derítés: lebegőanyagok eltávolítása, derítőszerekkel (fémsók) Kicsapatás: oldott anyagok eltávolítása (foszfor), kicsapószerekkel (fémsók) Ioncsere (ritka, drága) Folyadék-folyadék, extrakció (fenoltalanítás) pH-szabályozás (gyakori, kénsav, mészkő) Oxidáció és fertőtlenítés (hypo)
102
40. b. ábra A teljes szennyvíztisztító rendszer értelmezése
103
A debreceni szennyvíztisztító mű látképe
104
AZ ISZAPKEZELÉS ISMÉRVEI, ALAPELEMEI, ISZAPKEZELÉSI ELJÁRÁSOK
105
Az iszapkezelésről általában
106
I. ISZAPSTABILIZÁLÁS
AEROB ANAEROB
II. ISZAPKEZELÉS
SÛRÍTÉS
GRAVITÁCIÓS FLOTÁCIÓS CENTRIFUGÁLIS
ISZAPKONDÍCIONÁLÁS
KÉMIAI TERMIKUS ISZAPMOSÁSOS KONDÍCIONÁLÁS
ISZAPVÍZTELENÍTÉS
VÍZTELENÍTÕ ÁGY ISZAPLAGÚNA SZÛRÕK CENTRIFUGÁK
ISZAPTÉRFOGATCSÖKKENTÕ ELJÁRÁSOK KOMPOSZTKÉSZÍTÉS ÉGETÉS/SZÁRÍTÁS
III. ISZAPELHELYEZÉS ÉS ISZAPHASZNOSÍTÁS
Az iszapkezelés módszerei
107
Anaerob iszaprothasztó és gázmotorok
108
A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS SORÁN KELETKEZŐ ANYAGOK ELHELYEZÉSE
109
A szennyvíztisztítás után az alábbi anyagok elhelyezéséről kell gondoskodni: Tisztított
szennyvíz Szilárd anyagok: szennyvíziszap, rácsszemét, homok
110
I. A tisztított szennyvíz kezelése és elhelyezése
A tisztított szennyvíz elhelyezése történhet: Vízfolyásban. Talajban (pl. szikkasztás, szennyvízöntözés).
111
II. A szennyvíziszap és a rácsszemét elhelyezése:
112
Felhasznált irodalom
Dr. Benedek Pál- Valló Sándor: Víztisztítás-szennyvíztisztítás zsebkönyv, Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1990.
Dr. Öllös Géza- Dr. Borsos József: Vízellátás és csatornázás I., Műegyetemi kiadó, Budapest, 1994.
Dr. Öllös Géza: Szennyvíztisztító telepek üzemeltetése I. II., Akadémiai kiadó, Budapest, 1994.
Dr. Tamás János: Szennyvíztisztítás és szennyvíziszap elhelyezés, egyetemi jegyzet, Debreceni Agrártudományi Egyetem, 1998.
Dr. Borda Jenő - Dr. Lakatos Gyula - Dr. Szász Tibor: Környezeti Kémia II. egyetemi jegyzet, KLTE, 1994.
Dr. Benedek Pál: A szennyvíziszap elhelyezése és mezőgazdasági hasznosítása. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1977.
Dr. Barótfi István: Környezettechnika, Mezőgazda kiadó, Bp. 2000.
Dr. Tömösy László: Víztisztaságvédelem, szennyvíztisztítás, oktatási segédlet, 2004.
http://www.debreceni-vizmu.hu
113
