VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK
3.5
Membrántechnika alkalmazási lehetőségei ipari szennyvíztisztításban Tárgyszavak: szennyvízkezelés; ipari szennyvíz; membrántechnika; víztakarékosság
A szerves anyagokkal szennyezett ipari és háztartási szennyvizeket az előírásoknak megfelelően biológiai úton tisztítják. Az eljárások célja a szennyvíztisztításra vonatkozó törvényes követelmények teljesítése és a káros környezeti hatások megakadályozása. A szennyvíz kibocsátására vonatkozó követelmények szigorodása miatt a szennyvíztisztítási költségek növekednek, és ez különösen jelentős az ipari szennyvizeknél. Ugyancsak emelkedik az ivóvíz ára és ezért fontos a „víztakarékosság” és a „vízvisszanyerés”, amelyek céljai: a környezetvédelem, a vízkészletek védelme, a termelés gazdaságossága. Az ismertetésre kerülő membrántechnika nagyüzemi alkalmazásával a jövőben a keletkező évi 600 000 m3 szennyvíz 90%-a recirkulálható és a termeléshez felhasználható. A megtakarítás az ivóvíznél és a szennyvíznél kb. évi 1,5 M DEM. A berendezés elve, az eljárás leírása Az 1. ábra ismerteti az üzemi szennyvíz tisztítására biológia derítőberendezést üzemeltető vegyi üzem szennyvíz-visszanyerésére és újrafelhasználására szolgáló kombinált koncepciót, amelyet a különböző műszaki területekre fejlesztettek ki. Az utóderítő medencéből távozó vízből első lépésként ultraszűréssel (UF) a kb. 0,01 µm pórusméretű UF-szűrő eltávolítja a szilárd anyagokat, baktériumokat és egyéb részecskéket. A szűrhetőség javítására flokkulálószert adagolnak a szűrendő vízhez, ennek mellékhatásaként foszfát válik ki. Az átbocsátóképesség fenntartására a membránokat meghatározott időközökben öblítik, illetve vegyi úton tisztítják. Az ultraszűrés után aktív szenes szűrővel eltávolítják az oldott szerves vegyületeket. Ezzel a művelettel csökkenteni kell a KOI-értéket, hogy a következő,
fordított ozmózis művelet maradékában minimális legyen a KOI-terhelés. Az aktív szenes szűrő mint biológiailag aktív szűrő működik, ezáltal az elvezetett vízben nagy lehet a csiraszám. Ezt követően a baktériumok eltávolítására UI-csírátlanítást (ultraibolya) végeznek, amire azért van szükség, hogy baktériumtelepek kialakulása ne akadályozza biológiai bomlás miatt a fordított ozmózist. tisztítóberendezés
kémiai tisztítás
ultraszűrés öblítővíz ultraszűrés-szürletének befogadója
visszaöblítő víz
aktív szén
UI-csírátlanítás lerakódásgátlás kémiai tisztítás
fordított ozmózis
vízelvezető
fordított ozmózis szűrletének befogadója üzemvíztartály levegőztető
regeneráló vegyszerek
vízlágyítás
kazántápvíz
termék
1. ábra Általános folyamatábra A szennyvíz sótartalmának csökkentésére kétfokozatú fordított ozmózis berendezés alkalmazását irányozzák elő, amely max. 16 bar üzemi nyomással
és kb. 85%-os kitermelési hatásfokkal működik. A membránokat időszakonként tisztítják. Az átbocsátott víznek egy részáramát a termelés célját szolgáló 3 gőzkazán tápvizeként hasznosítják. Az üzembiztonság javítására levegőztető és a maradék keménység eltávolítására ioncserélő berendezés használatát irányozzák elő. A tisztított szennyvíznek a gyártási folyamatban történő újrahasznosítása céljából az ultraszűrésből és a fordított ozmózisból távozó vizet meghatározott keverési arányban adagolják a gyártási folyamathoz használt vízhez. Az egyes műveletekben olyan kémiai–fizikai folyamatok mennek végbe, amelyek a semleges sók koncentrációjának növekedését okozzák, és ezért nem lehetséges a teljes vízmennyiség újrahasznosítása. A rendszer károsanyag-tartalmának csökkentésére a fordított ozmózis maradékot a vízelvezetőbe bocsátják. Az újrahasznosító berendezésben keletkező egyéb szennyvizeket az üzemi tisztítóberendezésbe vezetik vissza. Az újrahasznosító berendezés alkalmazásával jelenleg a szennyvíznek kb.10%-a kerül kibocsátásra. Lényegesen csökken a KOI-, a nitrogén- és foszfortartalom és a maradék szilárd anyagot nem tartalmaz. Üzemi kísérletek Tisztítási célok Az elérendő tisztítási értéket mint célértékeket, az üzem vízrendszerének a jellemző adatai alapján állapítják meg, kiegészítve a sószegény kazántápvíz követelményeivel. A kísérleti berendezés 5 hónapi működése alatt elért tisztítási teljesítményt az 1. táblázat ismerteti. Minden paraméterben az előirányzottnál lényegesen kedvezőbb tisztító hatást értek el. 1. táblázat A tisztítás célja és hatásfoka Paraméter KOI TOC Foszfor Nitrogén Vas Összes keménység (német) Vezetőképesség SAK 254 Zavarosság
Egység mg/l mg/ll mg/l mg/l mg/l k° µS/cm m-1 FNU
Bevezetés 47 22 1,55 38 0,14 11 1116 15 12
Elvezetés 2 2 0,01 4 0,01 0,02 54 2 nem mérhető
Célérték – 7 0,1 <10 0,5–0,1 0,03 200–300 – –
Hatásfok 95% 90% 99% 89% 93% 99% 95% 86% –
Eredmények Az üzemi kísérlet folyamán vizsgálták az eljárás összesített eredményét és rendszer egyes részfolyamatainak tisztítási teljesítményét a következő célok figyelembevételével: − a folyamat szükségessége a cél teljesítéséhez, − a berendezés bemérésének optimalizálása, − az üzemanyag-fogyasztás minimalizálása. A 2–4. ábrák szemléltetik az eljárási folyamatok tisztítási teljesítményét az előirányzott minőségi paraméterekre vonatkoztatva. A tisztítási hatásfok adatok az eljárási művelethez bevezetett koncentrációkra vonatkoznak. Az ultraszűrés (2. ábra) teljesen eltávolítja az oldhatatlan anyagokat, ezek a csirák és paraziták, a zavarosság paraméter teljesen megszűnik. A szilárd anyagokhoz kötött oldhatatlan szerves anyagoknak, amelyek mennyiségét a KOI, TOC és SAK paraméterek jellemzik, kb. 50%-a kerül eltávolításra. Az előzetes flokkulálószer-adagolás a foszfáttartalmat kb. 70%-kal csökkenti. Az ultraszűrés nem változtatja meg a víz keménységét és vezetőképességét. Az ultraszűrés átbocsátási sebessége 60 l/(m2×h), a nyomásveszteség 0,3–0,5 bar. Az aktív szenes szűrő (3. ábra) feladata az oldott szerves vegyületek redukálása az ultraszűrés és a fordított ozmózis között. Az aktív szenes szűrő a TOC 15%-át, a KOI kb. 22%-át és a SAK kb. 37%-át adszorptív, illetve biológiai lebontással eltávolítja. Az 1,2 m töltetmagasságú aktív szenes szűrő tisztítási teljesítménye 6 m/h átbocsátási sebességnél a kísérlet időtartama alatt állandó volt.
100
tisztítási hatásfok, %
80
60
40
20
0 KOI
TOC
P
N
összes keménység
paraméter
2. ábra Ultraszűrés
vezetőképesség
SAK
zavarosság
100
tisztítási hatásfok, %
80
60
40
20
0 KOI
TOC
P
N
összes keménység
vezetőképesség
SAK
zavarosság
SAK
zavarosság
paraméter
3. ábra Aktív szenes szűrő 100
tisztítási hatásfok, %
80
60
40
20
0 KOI
TOC
P
N
összes keménység
vezetőképesség
paraméter
4. ábra Fordított ozmózis A vezetőképesség a fordított ozmózisnál 96%-kal csökken (4. ábra) és a víz összes keménysége közel teljes mértékben eltávolításra kerül. A nitrogéntartalom az első két műveletnél 14%-kal a fordított ozmózisnál további 76%-kal csökken. A kis nyomású membránokkal működő kétfokozatú fordított ozmózis átbocsátási sebessége 30 l/(m2×h), a nyomásveszteség 8–11 bar.
Az üzemi kísérletek alapján megállapítható, hogy az eljárással műszakilag megvalósítható a szennyvíz újrahasznosítása, és ehhez a tisztított víz minőségi követelményei miatt valamennyi tisztítási eljárási műveletre szükség van. A tisztítási hatásfok minden paraméternél több, mint 80% volt. A berendezés összes műveletének tisztítási hatásfoka az 1. táblázat látható. Az eljárás gazdaságossága Az üzemi kísérletek alapján megállapították, hogy az eljárással elérhető az előirt vízminőség és egy 70 m3/h teljesítményű nagyüzemi berendezés üzemköltségei kedvezőek lesznek. A kísérlet folyamán kü2. táblázat lönös jelentősége volt a Üzemköltségek membránok tisztítási intervalluma és a nyomásveszte- Üzemeltetési eszközök DEM/év DEM/m3 ség kedvező kialakításának. Energia 30 000 0,05 A membránok tisztítási inter40 000 0,07 valluma a vegyszerköltséget, Vegyszerek a nyomásvesztesége az Anyagok (aktív szén, 160 000 0,26 energiaigényt jelentősen be- membrán folyásolja. A költségszámítás tartalék alkatrész) nem tartalmazza a munkadí- Üzemeltetési költségek 230 000 0,38 jat és a beruházási költséget (2. táblázat). Az előirányzott alkalmazás esetén az ivóvíz-felhasználás és a szennyvíz mennyisége évi 530 000 m3-rel csökken, és ennek megfelelően csökken a vizdíj és a szennyvízdíj. Ez az újrahasznosító berendezés üzemköltségének a figyelembevételével évi 1,5 M DEM megtakarítás eredményez. Az ismertetett szennyvíz-recirkulációs koncepcióval, amelynek a megvalósítását támogatja az EU-LIFE program Európai Bizottsága, a szennyvíz 90%-át termelési célra vissza lehet nyerni. Ez elősegíti a környezet és az ivóvízkészletek védelmét és csökkennek az üzemköltségek. (Dr. Balázs Ádám) Lenski, H.; Sauer, U.; Staud, E.: Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten der Membrantechnik in der weitergehenden Reinigung eines Industrieabwassers. = Das Gasund Wasserfach – Wasser-Abwasser, 142. k. 7. sz. 2001. p. 493–496. Zoh, K. D.; Stenstrom, M. K.: Application of a membrane bioreactor for treating explosives process wastewater. = Water Research, 36. k. 4. sz. 2002. febr. p. 1018–1024. Moulin, P.; Allouane, T. stb.: Treatment and valorisation of an industrial effluent by pervaporation. = Journal of Membrane Science, 197. k. 1–2. sz. 2002. márc. 15. p. 103–115.
EGYÉB IRODALOM Béres Gy.: A legújabb fejlesztésű Uponor termékrendszerek és technológiák alkalmazása a szennyvízcsatorna építés és rekonstrukció területén. = Magyar Építőipar, 2001. 5–6. sz. p. 161–165. Molnár F.: Magyarország vízellátásának helyzete, figyelemmel az EU csatlakozásra. = Magyar Építőipar, 2001. 5–6. sz. p. 128–133. Vágás I.: Az ezredforduló árhullámai a Tiszán. = Magyar Tudomány, 46. k. 8. sz. 2001. p. 958–966. Hamar D.; Nemere P.: Korszerű szennyvíztelepi megoldás. = Műszaki Magazin, 11. k. 10. sz. 2001. p. 52–53. Székely T.; Boholt O.: Az Aranyos folyó szennyeződési problémái. = Természet Világa, 132. k. 10. sz. 2001. p. 154–156. Hajtó Ö.: Települési csapadékvíz elvezetés. = Magyar Építőipar, 2001. 5–6. sz. p. 133–137. Kiss I.; Bihari Z. stb.: Különösen veszélyes ipari szennyvizek hasznosítása értékes biomaszsza termelésére. = Technika, 44. k. 9. sz. 2001. p. 35–37. Tervezet a vízszennyező források kibocsátási határértékeiről. = Bőr- és Cipőtechnika, 51. k. 10–11. sz. 2001. p. 471–474. Hajós B.: A vízgazdálkodás országos koncepciója 2000–2015. = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k. 1–2. sz. 2001. p. 1–45. Váradi I.: A vízkárelhárítás stratégiája a XXI. század kezdetén. = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k. 1–2. sz. 2000. p. 84–120. Horváth Lné.: A vízközmű-szolgáltatás jelene és jövője Magyarországon. = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k. 1–2. sz. 2000. p. 46–83. Bíróné, Szilágyi E.; Turnerné, Tomena O.: Ipari szennyvízkezelők korrózióvédelme. = Korróziós Figyelő, 41. k. 5. sz. 2001. p. 153–158. Somlyódy L.: A hazai vízgazdálkodás stratégiai kérdéseinek összefoglalása. = Vízügyi Közlemények, 82. k. 3–4. sz. 2000. p. 691–724. Simonffy Z.: A hazai vízigények és vízkészletek áttekintése stratégiai szempontból. = Vízügyi Közlemények, 82. k. 3–4. sz. 2000. p. 449–485. Somlyódy L.: A jelenlegi vízgazdálkodásról. = Vízügyi Közlemények, 82. k. 3–4. sz. 2000. p. 377–417. Somlyódy L.: A víz és a vízgazdálkodás. = Vízügyi Közlemények, 82. k. 3–4. sz. 2000. p. 356–376.
