Szennyvíztisztítási technológiák - a fejlődés tendenciái napjainkbanDr. Kárpáti Árpád, Pannon Egyetem, Környezetmérnöki Intézet, Veszprém Bevezetés A szennyvíztisztítás kulcsfeladata a szennyvíz szerves anyag (karbon), nitrogén- és foszforterhelésének olyan mértékűre történő csökkentése, ahonnan az öntisztítást már élővizeink is fenntartható módon biztosíthatják. Ez mesterséges környezetben eleveniszapos, biofilmes, granulált iszapos mikroorganizmus tömeggel is biztosítható. A ma működő tisztítók 95 %-a az első típusba tartozik. Ennél a változatnál a szükséges „reaktor”-terek méretét a nitrogénterhelés, illetve az előírt nitrogén eltávolítási igény befolyásolja. A tisztítás beruházási költsége a medencetérfogatokkal arányos, bár ezt napjainkban az iszapfeldolgozás járulékos költsége akár meg is duplázhatja. Az üzemeltetési költségnél az összes energiaigény mintegy harmadát kitevő levegőztetési energiaigénynek a jelentős részét is a redukált nitrogénformák oxidálása, nitrogénné alakítása képezi. Ennek megfelelően a nitrogéneltávolításnál elérhető megtakarítások a tisztítók beruházási és üzemeltetési költségeit egyaránt csökkentik. A nitrifikáció és denitrifikáció a biofilmben annak a korlátozott oxigénellátása miatt eltérően történik, mint az iszappehelyben. A biofilmes, vagy biofilmeshibrid megoldások az eleveniszaposakénál nagyobb fajlagos nitrogéneltávolítási sebességet, költséghatékonyabb üzemeltetést biztosíthatnak, ezért fejlesztésük elsődleges fontosságú a technológiák kialakításában. Ez az előadás elsődlegesen a fejlesztés egyik irányáról kíván áttekintő képet adni, beleillesztve azt az eleveniszapos rendszerek jelenlegi optimalizálási vonalába. A klasszikus eleveniszapos szennyvíztisztítási technológia alapismereteit, műveletigényét egyébként az alábbi vázlat tekinti át: Tisztítás – Aerob és/vagy anaerob folyamatok kritikus szennyezők eltávolítására Aerob mikroorganizmus (MO) tevékenység – szerves C oxidáció CO2-vé NH4+ oxidáció NO2--vé NO2- oxidáció NO3—á NOx- redukciója N2-vé Közben MO szaporulat – fölösiszap termelés Anaerob mikroorganizmus tevékenység – iszap egy részéből CO2 és CH4 Iszapvíz szeparált kezelés (NH4+ + NO2- = N2) Környezetigény: (tisztítás)
Oxigénbevitel (levegőztetés) Oxigénkizárás – denitrifikáció szerves C-vel (keverés) MO sokszori újrahasznosítás (megújuló biomassza) Speciális biomassza kitermelése (biológiai többletfoszfor eltávolítás) -,,- (biológiailag nehezen bontható szerves C bonthatóvá tétele) Adaptáció /rekalcitrant anyagok anaerob hidrolízise Aerob folyamatok iszaphozam minimalizálása Anaerob iszapfeldolgozás biogázzá Új nitrogén-átalakítási utak (NH4+ + NO2- = N2) Víztelenített maradék iszap aerob komposztálása
Műveletigény (tisztítás és iszaphasznosítás)
Levegőbevitel (durva / finom buborék) Tiszta oxigén bevitel Keverés oxikus / anoxikus /anaerob iszapos terekben (reaktor) Vegyszeradagolás többletfoszfor kicsapatására Iszap szeparációja a vizes fázistól (gravitációs / ultraszűrés) Vegyszeradagolás iszapsűrítéshez, víztelenítéshez Híg iszapok (< 5-6 % sza.) vegyszerezése ( Cl2, H2O2, O3, UH, UV) Biogáz szeparációja, tisztítása, hasznosítása (megújuló energia) Gázmotor/generátor hő és elektromos energia újrahasznosítás 25-28 % sza. tart víztelenített iszap komposztálása (levegőztetése stb.) Iszapszárítás, iszapégetés
A nitrogéneltávolítás hagyományos, nitráton keresztül vezethető reakcióútja mellett az utóbbi évtizedben terjedőben a nitriten keresztül, autotrof úton történő N-eltávolítás. Ebben is a biofilmnek van meghatározó szerepe. A speciális összetételű, nagy nitrogéntartalmú (>500 mg/l NH4-N), meleg (>25°C), szűk KOI/TN arányú (<2) iszapvízből (anaerob rothasztás maradékvize) a nitrogéneltávolítás akár 60%-kal kevesebb oxigénigénnyel és minimális iszaphozammal is megvalósítható. A lakossági szennyvizek rothasztói iszapvízének a szeparált nitrogénmentesítésével az eddigi tapasztalatok szerint a tisztító teljes nitrogénterhelésének mintegy 20-30 %-át lehet így eltávolítani. Az eleveniszapos rendszerek hagyományos ammónium oxidálása és nitrát redukálása Az eleveniszapos szennyvíztisztítás alapvető problémái: az ammónium oxidáló autotrof mikroorganizmusok lassú szaporodása, a heterotrof nitrát redukció a szerves tápanyag hiánya miatt korlátos. A lakossági szennyvíztisztításnál a legfőbb gond az elfolyó vizeik összes nitrogén tartalomára előírt szigorú határérték. A kisméretű tisztítóknál télen a nitrifikáció lelassul, nyáron a nitrát redukciójához szükséges szerves tápanyag hiányozhat. Komoly gond a nitrifikáció télen a nagyobb regionális, esetenként városi tisztítóinknál is, melyek szennyvizének hőmérséklete az egyesített vízgyűjtő rendszer miatt esetenként jelentősen lehűl. A ma már klasszikusnak tekinthető anaerob, anoxikus, oxikus iszapterekkel üzemelő folyamatos betáplálású eleveniszapos tisztítók denitrifikációs hatásfoka döntően a nitrátos iszapos víz recirkulációjának (denitrifikációjának) mértékétől függ (1. ábra). Az iszap recirkulációjának és a belső recirkulációnak a korlátossága (túlzott oxigénvisszavitel az anoxikus térrészbe) miatt az elérhető nitrát eltávolítási hatásfok is korlátos. A nagyon jó hatásfokú tisztítók 80 %-ban tudják a nitrogént eltávolítani a szennyvízéből. Ez nálunk a szennyvizeink nagyobb befolyó TKN koncentrációja (100-130 mg/l), s a telepek kevésbé igényes kiépítettsége és üzemeltetése (szabályozása) miatt a 10-15 mg/l határérték elérését nem teszi lehetővé. Elvileg ugyan az ennél is hatásosabb denitrifikáció sem lehetetlen az eleveniszapos szennyvíztisztításban, de csak jelentős költségnövekedés árán (szimultán denitrifikáció külső tápanyag adagolásával) két további medencetér (utódenitrifikáló és utólevegőztető) beiktatásával. Az utódenitrifikáló térben (4. medencetér) csakis külső tápanyag adagolásával jöhet létre számottevő denitrifikáció. Az ilyen elő és utódenitrifikáció egyébként akár nitrátmentes elfolyó vizet is biztosíthat.
1. ábra: Az eleveniszapos aerob szennyvíztisztítás beilleszkedése a teljes tisztítórendszerbe. Az utódenitrifikáció részben a metanol-felhasználása miatt drága (és veszélyes is), de emellett költségeit a két további medencetér és azok keverésének, levegőztetésének a kiépítési költsége is növeli. Egyszerűbb lehetne ezért egy szimultán heterotrof biofilmes denitrifikáció megvalósítása, melyet a klasszikus csepegtetőtestes szennyvíztisztítás gyakorlatából ismert. Ez a kiépítés azonban a nitrifikáció tekintetében nem biztosít kellő térfogati teljesítményt az egységnyi térfogatban levő kis biomassza tömege miatt. A fejlesztés feladata tehát a térfogategységben levő biofilm tömeg megnövelése és oxigénellátás gondos szabályozása. A fejlesztés egyik fő iránya - biofilm korábbi tapasztalatai Ennél a szennyvíztisztításnál a szerves anyag széndioxiddá és biomasszává átalakítása, valamint az ammónium oxidációja, a biofilm hordozón kialakuló 0,5-2 mm vastagságú biofilm külső, oxigénnel jól ellátott rétegében, míg a denitrifikáció a film mélyebb, oxigénhiányos rétegeiben realizálódott. A biofilm egyes folyamatait a megfelelő folyadékáramlás (nedvesítés és oxigén és tápanyag szállítás) és a biofilmben a biológiai folyamatok által generált tápanyag-diffúzió biztosítja. Az oxigén csak a biofilm legkülső rétegében mozgó folyadékárammal jut konvekció útján az ott élő mikroorganizmusokhoz. A biofilm mélyebb rétegeibe az a többi oldott tápanyagokkal együtt csakis diffúzióval juthat be. Ennek az eredménye a biofilm mélysége szerinti tápanyag koncentráció-gradiens, illetőleg biomassza rétegeződés (szelekció) kialakulása. A film felületi rétegében a legnagyobb szaporodási sebességgel és fajlagos iszaphozammal dolgozó heterotrof mikroorganizmusok szaporodnak, majd szakadnak is le a filmről. Az alattuk levő, oxigénnel még jól ellátott, stabilabban tapadó rétegben szaporodnak el az
autotrof nitrifikálók. A még mélyebben levő biofilm rétegekbe kevés oxigén tud csak eljutni. Mivel a nitrát koncentrációja a vízben általában jóval nagyobb az oxigénénél különösen elárasztott biofilmek esetén, a közbülső biofilm rétegben a nitrifikációra, alatta a denitrifikáció végbemenetére van lehetőség. A nitrát és szulfátmentes, legmélyebb rétegekben az anaerob iszaplízis és hidrolízis felgyorsulására van lehetőség. A csepegtetőtesteknek ezért a fajlagosan eleveniszapos rendszerekénél lényegesen kisebb iszaphozama erősen eloxidált, döntően sejtfalanyag. Az oxigén a biofilm rétegbe csak mintegy 0,1 mm mélységbe jut be, mert közben a film mikroorganizmusai elfogyasztják azt a biológiai oxidációhoz. A film mélyebb rétegében a nitrát lesz a következő oxigénforrás. Azt eleve csak oxigén hiányában hasznosítják a heterotrof mikroorganizmusok. Az oxigén oldhatósága a vízben igen korlátozott, sokkal nagyobb ugyanakkor a vízben a nitrát oxigéntartalmából adódó oxigénkoncentráció. Az oxigén így csak 1-2 tizedmilliméter mélységbe jut be a biofilmbe, a nitrát ezzel szemben bőven át tudja járni szinte a teljes biofilmet. Az utóbbi így a mélyebb rétegekben a nitrát redukcióját biztosítja. Még egy nagy felismerés fűződik a biofilmes rendszerekhez, de már talán nem is a csepegtetőtestekéhez. Az, hogy a nitrifikáló teljesítményük megfelelő feltételek között arányos az adott térfogatban működő biofilm felületével. Ez pedig a hordozóanyag megfelelő strukturálásával akár ezer m2/m3 értékig is növelhető. A felület növelésével persze a bifilmtömeg is nő az ilyen kialakításban. Fontos azonban hogy a nagy fajlagos felületű hordozó kis térfogatot töltsön ki, hogy a szabad térfogatban a folyadék-konvekció (tápanyagellátás az eleveniszapos és a biofilm tekintetében egyaránt) biztosítva legyen. Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése mozgó biofilmmel A nitrifikáló teljesítmény növelésére a kisebb méretű, nagy fajlagos felületű, mozgó részecskéken kialakított biofilmes rendszert (fluid ágy) először a nyolcvanas évek közepén Hollandiában üzemesítették. Ugyanebben az időben igen sok kisebb biofilmes szennyvíztisztítót építettek ki Svájcban forgótárcsás megoldásban (RBC). Ezek is mozgó biofilmes rendszerek voltak, mégpedig részlegesen elárasztott változatként. Az utóbbiaknál azonban a fajlagos felület még a 100-250 m2/m3-es tartományban maradt, mint ahogyan az a műanyaglemez betétes csepegtetőtesteknél is volt. Kedvező tapasztalat volt az RBC-k esetén azok jó téli nitrifikációja, amelyet azonban sokáig kizárólagosan a zárt kiépítésnek, s az így megnövelt vízhőmérsékletnek tulajdonítottak. A hollandiai három fázisú reaktor azonban azért volt különleges volt, mert a biofilmes tisztítást egy különleges kialakítású, szintén hibridnek tekinthető reaktorban valósította meg. Ez volt az első mozgó szuszpenziós biofilmes ipari szennyvíztisztító (Muldr et al., 1995). A biofilmhordozó néhány ezer m2/m3 fajlagos felülete révén a reaktorban kialakuló biofilm felület is elérte a néhány száz m2/m3 értéket. A biofilm mozgatását a hordozó anyag fluid rendszerként történő működtetésével biztosították. A hordozó igen szűk, 0,6 mm átlagos szemcseméretű bazaltzúzalék volt, amire mintegy 0,3 mm vastagságú biofilm épült csak ki a folyamatos környezeti nyíróhatás eredményeként. Ez a biofilm viszont rendkívül aktív volt, mind a szerves anyag, mind az ammónium oxidációja tekintetében, holott viszonylagos oxigén limitációval működött a rendszer az oxigén mezofil hőmérsékleten történő gyengébb beoldódása következtében. A hőmérséklet ugyanakkor nagyban segítette, hogy az ammóniumban a viszonylag koncentrált (300 mg/l) gyógyszergyári szennyvízben az ammónium eltávolítása részben nitriten keresztül történhessen. Üzemi körülmények között
ennél a tisztítónál mérték ki először az ammónium és nitrit biológiai összekapcsolását, illetőleg az erre képes mikroorganizmusok létezését. A fluid ágyas, mozgó biofilmes rendszer azonban nagyon bonyolult kialakítású és nehezen is üzemeltethető. A reaktor tetején megfelelő ülepítő teret igényel, ahonnan a biofilmes szuszpenzió visszajut a gyűrűszerű kialakítású külső anoxikus térrészbe, majd onnan a mamutszivattyú elven működtetett belső levegőztető térbe, és vissza a legfelül elhelyezkedő ülepítőbe. A szuszpenziót a folyadékáramnak állandóan mozgásban kell tartani. A reaktorfenéken az iszap kiülepedésének megakadályozására mechanikai keverés is célszerű. A kisebb ammónium koncentrációjú lakossági szennyvizek tisztítására az ilyen fluid ágyas megoldás azóta sem bizonyult sikeresnek. Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése nitrifikáló szűrőkkel A nitrifikáció biofilmmel elérhető térfogati teljesítmény növelése már az Egyesült Államokban megépített utónitrifikáló csepegtetőtestek tapasztalatai alapján nyilvánvaló volt, amit a svájci RBC telepek sorba kapcsolt kaszkádos kiépítése is megerősítettek. Ennek alapján az utónitrifikációt egy előzetesen szerves anyagtól (oldott és lebegő) megtisztított szennyvízből igen célszerűnek látszott alulról levegőztetett, minél nagyobb biofilm felületet biztosító töltetes szűrővel biztosítani. A néhány milliméteres átmérőjű nagy sűrűségű töltet erre alkalmasnak tűnt, hiszen nagy biofilm felületet, jó folyadék átjárást (kis nyomásveszteség) és jó levegőztetést (perforált fólián keresztül alulról történő levegőbevitel, vagy átbuborékoltatás) biztosított. Gondot csupán az jelent a megoldásnál, hogy a biofilm szaporulatát a hordozóról időnként le kell mosni az eldugulás megakadályozására. Ez a szűrő ciklikus visszamosásával lehetséges, ami viszont elbonyolítja az üzemeltetést. Éppen az eldugulás veszélye miatt szóba sem jöhet, hogy az ilyen nitrifikáló szűrőkre iszapos vizet, pontosabban eleveniszapot visszavezessenek. Ez tehát kizárja, hogy az ilyen szűrőket hibrid rendszerként a szerves anyag eltávolítására is használják, hiszen az igen gyakori visszamosást, jelentős üzemeltetési költségnövekedést eredményezne. Alkalmazási lehetőségük tehát erősen korlátozódik az első iszapkörös szerves anyag eltávolítást követő utónitrifikációra, hiszen annak viszonylag kicsi a fajlagos iszaphozama, tehát a bioszűrő ritkábban igényel visszamosást. Ez a megoldás három okból is meglehetősen költséges. Első maga a rendszer kiépítése, amely viszont így megtakarít egy utóülepítést, ami eleveniszap alkalmazásakor elkerülhetetlen. Második a szerves tápanyagként felhasználandó metanol ára, ami talán a legfőbb ok, harmadik pedig a gyakori szűrő visszamosási igény, ami ugyancsak jelentősen növeli az üzemeltetési költséget növeli. Ezért is gyakorlat a nitrifikált víz egy részének a visszavezetése az ilyen technológiáknál az első, eleveniszapos iszapkörre denitrifikáció céljából, ameddig azt az adott lépcső ülepítőinek a terhelhetősége azt megengedi (dél-pesti szennyvíztelep). Eleven iszapos rendszerbe merülő rögzített biofilm hordozók (elárasztott biofilmek) Az eleven iszapos rendszerbe merülő, rögzítetnek tekinthető biofilm hordozók használata is több évtizedes gyakorlat. Első változatuk az elárasztott lemezes műanyag betétes rendszerek voltak, amelyek már maguk is hibrid rendszert jelentettek. Mivel a levegőztetésük alulról történt, a biofilmet a gázbuborékok koptatták „karbantartották”, míg a leszaggatott biofilm részek lebegő eleveniszapként működtek tovább a vizes fázisban az iszaprecirkuláció révén. A biofilm hordozó a medencéknek rendszerint csak egy részét töltötte ki, s a medencefenék
fölött úgy rögzítették, hogy a levegőztető elemek alattuk elférjenek. A folyadék áramoltatásról, mozgatásról, az eleveniszap lebegésben tartásáról ezen túl rendszerint megfelelő keverőrendszernek is gondoskodni kellett. Az ilyen töltetes rendszerek legnagyobb problémája a hosszú csatornákban kialakuló biofilmnek a hiányos tápanyag és levegőellátása volt. A lemezes biofilm hordozót ezért hamarosan megpróbálták olyan, még nagyobb felületű rögzített fonalakkal, fonalszövetekkel helyettesíteni, melyek a folyadék és levegőátjárhatóságot jobban biztosítják. Az ilyen mai biofilmhordozók függönyszerű függesztett blokkokként, megfelelő kiemelhető kerettel kerülnek az eleveniszapos medencébe. Ezekkel a medencékben kialakítható biomassza-, biofilm tömeg másfél, kétszeresére növelhető. A tisztító nitrifikációs teljesítménye ezzel rendszerint legalább ilyen mértékben nő. A medencékben a szimultán denitrifikáció is javul. Mozgó ágyas hibrid rendszerek főági nitrogéneltávolítás intenzifikálására A biofilm hordozó új típusát alakították ki a múlt század kilencvenes éveinek elején norvég szakemberek. Nem lemezes, hanem 1-2 centiméteres, ugyanakkor belül strukturált, tehát nagy fajlagos felülettel rendelkező, vízhez igen közeli fajsúlyú henger alakú biofilm hordozót készítettek. Ma már ilyen hordozót igen sok gyártó készít, hiszen előállítása nem jelent különösebb műszaki feladatot. Az anyaga is elég változatos, akár műanyaghulladék is lehet. Meghatározó, hogy a felületére a biofilm jól tapadjon, s fajsúlya a vízéhez közeli legyen. Lebegjen a vízben, vagy a rá, vagy a biofilmjéhez tapadó gázbuborékok -levegőztetéslebegésben tartsák ott (2. ábra).
2. ábra: Korszerű biofilm-hordozó kialakítás mozgóágyas hibrid rendszer kialakítására. A nagyobb darabos biofilm hordozók megfelelő szűrőfallal az iszapos víztől egyszerűen visszatarthatók. A hibrid rendszer általában csak a levegőztető -oxikus- medencében működik. Az anaerob, vagy anoxikus zónákban nincs biofilm hordozó, s az ülepítőbe sem kerülnek töltetrészek. A biofilm hordozó belső felületein vastagabb, a külsőn a fokozott nyíróhatás következtében vékonyabb biofilm alakul ki. A folyadékkal a hordozó részecskék (10-20 mm átmérőjű és 10 mm hosszúságú) együtt mozognak, miközben a levegőbuborékok függőleges irányban áramlanak közöttük felfele, mozgatva a részecskéket is. Törvényszerű, hogy a hordozórészek mozgatása miatt ilyenkor nagyobb a fajlagos levegőigény. A hordozók belső felületeiken kialakuló vastagabb, 1-2 mm-es biofilm réteg jelentős iszaptömeget (iszapkoncentrációt) képvisel, hiszen a fajlagos felülete ezeknek a tölteteknek 800-1000 m2/m3 között van, a
térfogat hányaduk pedig az iszapos vízben 50-60 %. Ez tehát mintegy 400 m2/m3 biofilm felületet jelent, ami 1-1,5 mm biofilm vastagság esetén, viszont csak a belső felületet véve figyelembe, maga is 0,2-0,3 m3. Ennyivel ugyan csökken az iszapos fázis térfogata és iszaptömege, de ennél nagyobb mértékben nő azzal a biofilmben működő biomassza mennyisége, mert annak szárazanyagban nagyobb a biomassza tömege, mint az azonos térfogatú eleveniszapé. A kialakuló biofilmmel megnövekszik a tisztítóban levő biomassza koncentráció, s azzal a szerves anyag lebontó teljesítmény, sőt a biofilm révén a nitrifikáló teljesítmény is. Ez azért alakul így, mert a lebegő iszaprészek végzik ilyenkor döntő hányadában a szerves anyag lebontását, míg a biofilm a nitrifikáció meghatározó részét, a lassabban szaporodó nitrifikálók a kialakuló nagyobb koncentrációjuk, iszapkoruk révén. A nitrifikáció limitáló paramétere ilyenkor nyilvánvalóan a biofilmben kialakuló diffúzió, illetőleg ezen keresztül a biofilm hordozón kialakuló biofilm felülete. A nitrifikációt ugyanis a hordozón kialakuló biofilm felületi, 0,1 mm vastagságú rétege végzi. A film mélyebb rétegeiben ugyanakkor a denitrifikáció szimultán is jó hatásfokkal lejátszódhat, ha a film kellő vastagságú. A film nitrát fogyasztásának sebessége egyébként elég lassú a rendelkezésre álló szerves tápanyag típusa miatt (endogén szubsztrát). Emellett a denitrifikáció az eleveniszapos rész iszappelyheiben is lejátszódik (szimultán) azok jobb tápanyag ellátottság miatt. Mindezek eredményeként az ilyen töltetes szennyvíztisztítóknál mintegy 4,5 kg KOI/m3d szerves anyag terhelés mellett, stabil 0,4 kg NH4-N oxidációt is el lehet érni. Ez a hagyományos nitrifikáló lakossági eleveniszapos rendszerekének a 2-3 szorosa mindkét fajlagos teljesítményt illetően. Emellett a nitrifikáló biofilmes hibrid rendszer sokkal kevésbé érzékeny a téli vízhőmérséklet csökkenésre, mint a tisztán eleveniszapos. Talán ezzel a hordozótípussal egyidejűleg kezdték Németországban alkalmazni poliuretán habszivacsot 1-2 centiméteres szivacskockák formájában. A megfelelő porozitású poliuretán habszivacs igen alkalmas arra, hogy a mikroorganizmusok benőjék. Ennek a hordozótípusnak egy elvében is korszerűsített változatánál a durvább szövésű poliuretán habszivacs polimer szálaira aktívszenet, vagy ahhoz hasonló, szerves anyag megkötésére alkalmas adszorbenst ragasztanak fel, növelve azzal a fajlagos felületét, appoláros szerves anyag megkötő kapacitását. A szennyvíz kevésbé oldódó szerves anyagainak az ilyen koncentrálása, tartózkodási idejének megnövelése, s a hordozón kifejlődő, az eleveniszapénál szintén messze nagyobb átlagos tartózkodási idejű biomassza lényegesen jobb adaptációja teszi lehetővé a nehezen bontható, netán nitrifikációra toxikus anyagoknak a lebontását is. A szivacspamacsok belső, anaerob tereiben a mikroorganizmusoknak ez a képessége a biológiailag nehezen bontható anyagok hidrolízise eredményeként ráadásul fokozottan érvényesülhet. A töltőanyag részecskék külső terei nitrifikálnak, a közbülső denitrifikál és hidrolizálja a benne kifejlődött biomasszát, míg a belső a nehezen bontható vegyületek elbontását segítheti elő. A töltet nitrifikáló biofilmje még így is elég nagy felületet képvisel. A biofilm hordozók legújabb változata a polivinil-alkohol, és egyéb összetételű hidrofil gélek. A polivinil-alkoholt Japánban fejlesztették ki, és hasonló térfogati szerves anyag eltávolító és nitrifikáló teljesítményt sikerült elérniük vele, mint a strukturált polietilén töltettel. A gél azonban a víznél valamivel nagyobb sűrűségű, ezért mozgásban tartásához megfelelő mechanikus keverés is szükséges. Az ilyen keverés azonban ma már nem jelenthet problémát, mert a hyperboloid keverők bármelyik töltettípus igen kíméletes igénybevétele mellett képesek a folyadékfázis megfelelő átmozgatására, áramlásban tartására.
Biofilmes rendszerek a nitriten keresztül történő nitrogéneltávolításra Az utolsó évtized felismerése, hogy a teljes szennyvíztisztító rendszer denitrifikációs hatásfokát a már bemutatott utódenitrifikáció nélkül is számottevően lehet növelni az anaerob rothasztó ammóniumban gazdag iszapvízének a szeparált, újszerű, költségtakarékos nitrogéneltávolításával. Ez a nitrigéneltávolítás anaerob ammónium oxidáció néven ismert (ANAMMOX) (Mashego et al., 2007). A felhasznált oxigén, s vele levegő mennyiségének a csökkentésével, valamint a hagyományos denitrifikációhoz szükséges szerves tápanyagnak a kikapcsolásával jelent számottevő költségmegtakarítást. Ez a tápanyag a biogáztermelésen keresztül újrahasznosuló energiaforrás (Wett, 2007). Az ilyen ammónium eltávolítás két lépésből álló folyamat. Első lépése az ammónium mintegy felének a nitritté oxidálása (nitritálás a Nitrosomonas csoportba tartozó mikroorganizmusok révén) anélkül, hogy a másik fél rész oxidálódna, illetőleg a keletkező nitrit tovább oxidálódna nitráttá (nitratálás a Nitrobakter fajok révén). Ezt követi az ammónium és nitrit összekapcsolása egy másik mikroorganizmus csoport munkájával. A technológia kialakítható egy iszappal, de elkülönített lépésekkel, iszapokkal is. Az anaerob ammónium-oxidálók a nitritálóknál is egy nagyságrenddel lassabban szaporodnak, így a két faj kevert iszapban történő együttélése igen nehezen biztosítható. A szeparált nitrit és ammónium összekapcsolás ugyanakkor csakis biofilmben, vagy pontosan granulált iszapban lehet stabilis. Az utóbbi biomassza kialakításához (mikroorganizmus tenyészet elszaporításához) az üzemi berendezések indításához először 2-3 évre volt szükség (Abma et al., 2007). A legrégebben indított ipari egységek már 4-6 éve üzemelnek. Azok iszapjának az átoltásával ma már néhány hónap alatt felfuttathatók teljes kapacitásukra az ilyen üzemek. Az utóbbi technológiákról a biofilmes-hibrid kialakítás kapcsán inkább csak a korszerűségük miatt volt érdemes említést tenni. A biofilmes rendszerek azonban a szennyvíztisztítás főágán is igen gyorsan fejlődnek. Összefoglalás A szennyvíztisztításnál a teljesen autotrof nitrogéneltávolítás mértékének növelése csökkenti a szerves-karbon, valamint oxigénigényt. Ma ezt még csak az iszaprothasztás iszapvízénél lehet megfelelően kihasználni a biofilmmel történő anaerob ammónium oxidációnál. A biofilm a főágban a hidegebb és kisebb ammónium koncentráció miatt ma még az anaerob ammónium oxidációra alkalmatlannak tűnik, a heterotrof denitrifikációhoz szükséges szerves anyag igényt azonban az eleveniszapnál jobban biztosíthatja, egyidejű iszaphozam csökkentés mellett. A biofilm sajátos szelekciójával tehát jobb térfogat-fajlagos nitrifikációs, denitrifikációs kapacitás érhető el a biofilmes-hibrid rendszereknél továbbá a nitrifikáló biofilm kisebb hőmérséklet érzékenységével a fenti fajlagos téli csökkenését is kis mértékben kompenzálja. Hivatkozások Abma W. R. - Schultz C. E. - Mulder J. W. - van der Star W. R. - Strous M. - Tokutomi, T. - van Loosdrecht M. C. (2007) Full-scale granular sludge Anammox process. Wat Sci Tech., 55 (8-9) 27-33. Mashego M.R. - Rumbold K. - De Mey M. - Vandamme E. - Soetaert W. - Heijnen J. J. (2007). Microbial metabolomics: past, present and future methodologies. Biotechnology letters, 29 (1) 1-16. Mulder A. - van der Graaf A. A. - Robertson L. A. - Kuenen, J. G.(1995) Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiol. Ecol., 16 (3) 177–184. Wett B. (2007) Development and implementation of a robust deammonification process. Wat Sci Tech., 56 (7) 81-88.
