Műszerezés és szabályozás az eleveniszapos szennyvíztisztításban Pulai Judit Pannon Egyetem
Az eleveniszapos rendszerek főbb típusai Folyamatos betáplálású térben ciklizált (anaerob, anoxikus, aerob) rendszerek Folyamatos betáplálású időben ciklizált rendszerek • 1 medencés • 2 medencés Szakaszos betáplálású időben ciklizált rendszerek • tisztítótérfogat ti títóté f t csakk reaktorként kt ké t funkcionál f k i ál • tisztítótérfogat ülepítőként is funkcionál
A tápanyagok eltávolítását befolyásoló legfontosabb tényezők, technológiai jellemzők • KOI/BOI5 eltávolítás: ηKOI= f(S0BOI5,Sinert,DO, iszapkor, tartózkodási idő) • nitrifikáció: ηnitrif= f(S0NH4, toxicitás, S0BOI5,DOox, T, iszapkor, tartózkodási időoxikus) • denitrifikáció: ηdenitr=f(S0NH4,toxicitás, S0BOI,DO0x, SNO3, T, HRTanox, Rb, S0BOIst) • foszforeltávolítás: ηP=f(Po, S0BOI5, DOox, tartózkodási idő, DORi, NO3Ri, iszapkor, BOI t) S0BOIst
Eleveniszapos szennyvíztisztítás üzemviteli ellenőrzésének célszerű kialakítása. SZABÁLYOZÁS
Nyersvíz
Folyamat
Tisztított víz
ellenõrzés
ellenõrzés
ellenõrzés
1-toxicitás, Q 2-BOI / RBOI 3 TKN összes 3-TKN, összes-P P
1- X (MLSS) 2- DO, ORP 3 NH4+,NO 3NO3-
1-KOI, NH4+ 2-NO3-,összes-P
Befolyó szennyvíz í
Iszapminõség ellenõrzés 1-X (MLSS) 2- XA, XPAH
SZENNYVÍZTISZTÍTÓ
Tisztított víz í
On-line szabályozáshoz felhasználható paraméterek mérése
BOI (előülepítő) ORP, pH ORP, pH DO NH4+ NH4+ és NO3ortofoszfát X iszapkonc. X iszapkonc. H (iszapszint) X iszapvíz szabályozása X elfolyó víz Üzemleállás
közcsatorna /befolyó víz/ Előülepített szennyvíz ana/anoxmedencék oxikus medencék oxikus medencék oxikus medencék oxikus medencék
Szabályozás / folyamat
toxikus víz elkülönítése
Szabályozás
Toxicitás
Számítógép
Jelfeldolgo ozás
Mért jellemző Hol
segédtápanyag adagolása, S (acetát), O2
Oxikus medencék Oxikus medencék recirk. iszap utóülepítő iszapvíztelenítő
segédtápanyag, semlegesítés levegőztetés ciklizálása levegőztetés intenzitása levegőztetés intenzitása levegőztetés intenzitása / ciklizálása, ciklizálása recirkuláció mértéke acetát / segédtáp. / vegyszer iszapelvétel szabályozása iszap recirk. iszapelvétel dekanter üzemeltetése segédvegyszer adagolása, flokkuláló idő
utóülepítő műveleti egység/berendezés
iszapelúszás megszüntetése, üzemavar elhárítás meghibásodás jelzése, riasztás üzemzavar elhárítás
belső
A szennyvíztelepen alkalmazható on-line műszerek
A
Válaszadás Ideje (perc) 1
Mérés Ideje (perc) 0
B0
10
0
B1
10
5
C0
20
0
C1
20
5
D
30
30
Mérés elve
csoportosítása Példa
Ion-szenzitív, iszapkoncentráció (g/l), zavarosság (FNU), SNH4 (ionoptikai elv, elv szűrés szenzitív), szenzitív) SNOx (ion-szenzitív), (ion szenzitív) SNox (UV), (UV) CKOI , SKOI (UV/Vis), áramlási sebesség (m3/d), vízszint (m), nélkül hőmérséklet (oC), pH, oldott oxigén (mg/l), iszapszint (m) Gáz-szenzitív SNH4, SNox (UV+gyors szűrés) +gyorsszűrés Fotometria+ gyors SNH4 ,SNO3 ,SNO2 , SPO4 szűrés Gá Gáz-szenzitív+ ií SNH4 (gáz-szenzitív+ ( á ií lassú l ú szűrés), ű é ) SNOx (UV+ (UV llassú ú lassú szűrés szűrés) Potenciomnetria+l SNH4, SNO3, SNO2, SPO4 assú szűrés, ülepítés Potenciometria, CKOI (termikus kémiai oxidáció+ potenciometria) titrimetria összes TOC (termikus oxidáció+IR detektor) komponensre CN (termikus oxidáció+ IR detektor vagy kemilumineszcensz detektor CP (termikus kémiai oxidáció + potenciometria) Respirométer, Titrimetria, bioszenzorok
Az „A” osztályba sorolt műszerek szabályozási célból szinte ideálisnak tekinthetők. Az 1 perces válaszadási idő lehetővé teszi a műszer azonnali jeladását. A „B” osztályba tartozó műszerek a klasszikus berendezéseket jelentik, gyors szűréssel és rövid mérési idővel. A ”C C” osztály berendezési lassú szűrést vagy ülepítő berendezés használatát igénylik. igénylik A „D” osztály az összes szakaszosan működő berendezést tartalmazza pl: respirométer. A mérési intervallum 5 perc, ami a fotometriás mérésekre jellemző. Hosszabb mérési idő nem alkalmas szabályozási célokra. Az osztályozás alapján az A,Bo,C0 osztályokba tartozó mérőműszerek folyamatosan, míg a B1,C1,D szakaszosan, diszkrét időpontokban szolgáltatnak jelet
Szabályozáshoz felhasználható komponensek on-line mérése Szerves k S komponensek k on-line li mérése éé KOI, BOI TOC és a lebegő anyag időigényes meghatározása helyett szükségessé vált a szabályozás szempontjából a gyors jelet szolgáltató módszerek kidolgozására. kidolgozására Tapasztalatok szerint meghatározott hullámhosszon (254 nm és 280 nm) történő fényelnyelés jól korrelál a KOI, BOI és TOC értékekkel Szervetlen komponensek on-line mérése Foszfát
•Vanado-molibdén-foszforsavas Vanado molibdén foszforsavas eljárás: A reagens elkészítéséhez vanádiumot ammónium molibdáttal keverik össze, ami foszfor hatására sárga színt ad. A mérési tartomány 0,1-20 mg/l, válaszadás ideje 12 p perc. •Molibdén kék eljárás aszkorbinsavas redukcióval: Aszkorbinsav hatására molibdénkék képződik ami fotometriásan mérhető. A mérési tartomány 0,01 0,01-5 5 mg/l, válaszadás ideje 12 perc
Szabályozáshoz felhasználható komponensek on-line mérése Ammónium Az ammónium ion-szelektív elektróddal (gáz elektróddal) történő mérésekor a minta pH-ját először 11-re állítják, hogy az összes ammónium iont ammóniává alakítsák A kolorimetriás mérésnél a szín intenzitásából következtetnek a koncentrációra. Az ammónium ammóniává történő átalakulása eredményeként az oldat színe sárga lesz (Nessler-módszer), amit kolorimetriásan lehet mérni. Nitrát/nitrit •A nitrát ion szelektív elektróddal történő mérését illetően előny a kis vegyszerigény és az, hogy nincs szükség különösebb minta előkészítésre. Bár a műszer ű é ék érzékeny az elektróda l kt ód elszennyeződésére, l ődé é a jel j l kúszására kú á á és é HCO3HCO3 ion zavarására. Az elektróda jelének kúszását meg lehet akadályozni automata in situ kalibrációval. •A A nitrát elektróddal történő méréséhez közvetlenül rendelkezésre állnak nitrát elektródok, de használható arra ammónia szelektív elektród is. Az utóbbi esetben a nitrátot először ammóniává kell redukálni. •Közvetlen fotometria: ez reagens hozzáadása nélkül UV fény elnyelésen alapul. A nitrát abszorbanciáját 220 nm-en mérik, ha a szerves anyag tartalom kicsi. A mérés alapja az UV spektrofotometria. A mérési tartomány 0,1-100 mg/l, válaszadás ideje kisebb mint 5 perc
Biológiai folyamatok sebességének mérése 1. Titrimetria A mérés é é elve, l h hogy az oxidált idált ammónium ó i és é a keletkező k l tk ő proton t közötti összefüggést a pH ellenőrzésével lehet mérni a mintához adagolt vegyszer (bázis) mennyisége alapján, ami a keletkezett protonok semlegesítésére fordítódik. A vegyszer fogyásának sebessége a nitrifikáció sebességével arányos, az elfogyasztott vegyszer gy mennyisége y g p pedig g a rendszerben levő ammóniuméval. Denitrifikációnál a keletkező OH- semlegesítésére adagolt vegyszer (sav) ( ) mennyisége i é arányos á ad denitrifikáció it ifiká ió sebességével, b é é l a felhasznált sav mennyisége a nitrát mennyiségével. Meghatározása egyensúlyi titrálással lehetséges, ami rögzített pH tartását, s az ahhoz szükséges sav/lúg mennyiségének a mérését jelenti. jelenti
pH 9 OUR=k1*(dMlúg/dt)
8 Idő (perc)
Adagolt ssav menn nyisége
Adagolt lúg mennyisége
Sav termelése és fogyasztása a nitrifikáció és denitrifikáció titriméteres ellenőrzésénél
pH 9 NUR=k 2*(dMsav/dt)
8 Idő (perc)
Biológiai folyamatok sebességének mérése 2. Respirometria
On-line kiépítéssel, nagy érzékenységgel és rövid válaszidővel jelzi a toxicitást toxicitást. A mérés alapelve a nitifikálók oxigénfelvételének mérése (OURAut ). Ez nem más, mint a heterotrófokból és nitrifikálókból álló kultúra teljes oxigénfelvételének (OURtot.) és a g ((OURH.)) a különbsége. g A szelekció heterotrófok oxigénfelvételének érdekében a vizsgálat során a nitrifikálók oxigénfogyasztását lemérgezéssel, allil-tiourea hozzáadásával blokkolni kell. A toxikus anyagok jelenlétére a OURAut = OURtot.- OURH. érzékeny változásából lehet következtetni. következtetni A mérés egyszerű edényben kialakítható, amiben a lemérgezést vagy a mérés előrehaladtával, vagy párhuzamos mintával kell végezni. Mindkét változatnál a y oxigénkoncentrációjának g j csökkenését kell mérni az folyadékfázis eltelt idő függvényében. Mérése közvetlenül ((oldott oxigén g koncentrációjának j változása)) vagy gy közvetetten (ammónium és nitrát koncentráció változásával) lehetséges.
Jellegzetes respirometria görbe (közvetlen mérés) két szelektív inhibítor hozzáadása esetén
Respiráció közvetett mérése
Toxicitás vizsgálata respiráció mérésével
Oxigén felvételi sebesség mérésével történő toxicitás vizsgálat acetát – ammónium tápanyag (20 és 2 mg/dm3 adagolása minden egyes injektálásnál) fogyasztásának mérésekor különböző cianid dózisnál
Egyszerűbb és olcsóbb szabályozás lehetőségei DO, ORP és pH mérésével Mivell Mi DO alapján-kívánt DO szintre
Hogyan H két DO koncentráció között működtetve a levegőztetés g ki/be kapcsolással, szükség szerint a DO elfogyása után megfelelő levegőztetés késleltetés anoxikus szakaszt is biztosít ORP alapján nitrát elfogyásra nitrát elfogyásakor (sarokponton) i dít a llevegőztetést indítva ő t té t d ORP/dt vagy d ORP/d DO jelre a szabályozás érzékenyebb DO/ORP/pH alapján a d pH/dt jellel mind a nitrát mind az ammónium elfogyása érzékelhető Hiányosság: ORP és pH csak a végpontról ad információt
A levegőztetés hosszának szabályozása DO/ ORP/ pH mérés alapján
A tisztítás szabályozása részletes on-line monitoring segítségével ít é é l Milyen jellemzővel DO alapján-kívánt oxigénszintre
NH4-N alapján
NH4-N és NO3-N alapján
PO4 alapján
Hogyan két DO koncentráció között működtetve a levegőztetést, vagy gy NH4 alapján pj változtatva a beállított értéket az oxigénszint igény szerinti állításával szükség szerint állításával, levegőztetés nélküli időszakok beiktatásával mind az oxigénszint állításával mind a levegőztetés kikapcsolásával, p , mind a recirkuláció mértékével szabályozva a folyamatot kicsapó vegyszer dózisát szabályozza
DO és ammónium mérésen alapuló szabályozás
D it ifiká ió szabályozása Denitrifikáció bál á /külső szénforrás adagolás szabályozásának módja/
Köszönöm a figyelmüket
