Technológiai rendszerek. Egyéb veszélyek. 11. hét: A szennyvíztisztítás technológiái és a gumihulladékok újrahasznosítása

Széchenyi Környezetvédelem István Egyetem

Széchenyi István Egyetem

Technológiai rendszerek 11. hét: A szennyvíztisztítás technológiái és a gumihulladékok újrahasznosítása

A szennyvíztisztítás célja

• Az állattartó telepek szennyvizeinek elöntözése elterjedt gyakorlat, az emberi eredetű szennyvizeket ugyanakkor – jó esetben tisztítást követően – patakba, folyóba, tóba vagy az óceánba bocsátják

2008/2009-as tanév, I. félév Horváth Balázs

• A cél ezen befogadók védelme a szennyeződéstől

SZE MTK BGÉKI Környezetmérnöki Tanszék


¾ Miért pont a tisztított szennyvíz szervesanyagtartalmát tekintjük a legfontosabb jellemzőnek? • Mert a befogadó öntisztuló képességének megőrzése szempontjából elsődleges fontosságú (↔ oxigénhiány, eutrofizáció stb., még az óceánoknál is!) ¾ Mi lesz az oldott sókkal, nehézfémekkel és toxikus vegyületekkel? • A lakossági szennyvízben csak kis konc-ban vannak • Elsősorban a szv.iszapban dúsulnak fel


Egyéb veszélyek • Veszélyes komponensek a nehezen bontható anyagokból, sőt, az alapjában véve ártalmatlan anyagokból is keletkezhetnek a szennyvíztisztítás folyamatában, azok biológiai átalakításának eredményeként (Dulovics, 2007)

1


Elvárások a tisztítási technológiával szemben (komm. szv.)

• flexibilisek legyenek a gyakran változó vízmennyiség és vízminőség tekintetében • tolerálják az üzemzavarok vagy a hőmérséklet változásának, zavaró vegyületek jelentkezésének vagy ezek kombinációinak hatását • alacsony fajlagos tisztítási költséggel rendelkezzenek


A szennyvizek fajtái, keletkezésük

• Szociális (lakossági) szennyvíz (lakások, intézmények, szolgáltatások): mikroorganizmusok + a növekedésükhöz szükséges valamennyi tápanyag, pH, hőm. • Ipari szennyvíz (ipari tevékenység, mezőgazdasági termékfeldolgozás) • (az állati híg vagy szalmás trágyák nem szv-ek)


Biológiai tisztítási módszerek

• Természetes megoldások: nagy felületeket és hosszú tisztítási vagy kezelési időket (hetektől évekig) igényelnek: szv.tavak, elöntözés, gyökérmezős módszer stb. (utóbbinál mikroorg., növ. és állatok is részt vesznek a tisztításban) • Mesterséges tisztítási módszerek: a klasszikus iparosított megoldások - kevesebb hely- és időigény a mikroorganizmusok nagymértékű koncentrálásának köszönhetően; ez az elterjedtebb (90-95%)


A lakossági szennyvizek tartalma

• Tápanyagok (az elfogyasztott tápanyag eredeti szervesanyag-tartalmának 1/4-e többé-kevésbé átalakított formában: szénhidrát, feh., zsír (fontos a sütőolajgyűjtés) • A tápanyagok előkészítésének anyagai • Mosószerek, tisztítószerek • Éttermi maradékok

2


A szennyvízben nemkívánatos anyagok

• Elhasznált sütőolaj (gyűjtése fontos) • Éttermi, kifőzdei maradékok (régebben állatok etetésére, ma szv.tisztítók iszaprothasztójában kezelik, vagy komposztálják) • A szv.tisztító flórájára veszélyes anyagok: CN-, klórozott, nitrált, szulfonált szerves vegy., fenolok és származékaik, többgyűrűs aromás szénhidrogének, gyógyszerek, növényvédő szerek, Pb, Cd, Hg vegyületei stb.


• Az emberi tevékenység körében kevés olyan termék van, melynek a mennyisége megközelíti a szennyvíz mennyiségét és egyidejűleg, folyamatosan keletkezik és feldolgozandó (Koppe és társai, 1999; Kárpáti, 2001) • Először fizikai-kémiai próbálkozások a tisztításra, biológiai módszer csak a XX. sz. elejétől


A szennyvíztisztítókba kerül:

• Lakossági szv. a közcsatornán keresztül (toalettek öblítése, fürdés, zuhanyozás, kézmosás, tisztálkodás, főzés, edények mosogatása ) • Közintézmények szv-e a közcsatornán keresztül (szállodák, bárok, kórházak; az éttermek, kifőzdék szv-e zsírfogón keresztül) • Egyes ipari szv-ek a közcsatornán keresztül (élelmiszer-, tej-, hús-, gyümölcs- és konzervipar ) • Szippantott szv. (derítők, időszakosan használt vegyszeres toalettek /kempingek, lakókocsik stb./ )


Ipari szennyvizek

• A tisztított víz fertőtlenítésére használt klór veszélyes a tisztítással el nem távolított szerves anyagok még veszélyesebbé történő alakítása miatt • Az ilyeneket kibocsátó üzemeknek előtisztítókat kell alkalmazniuk • Szintén előtisztítást igényelnek a fogorvosi öblítövizek • Nem kerülhetnek a közcsatornába a fotólaborok hívó- és rögzítőoldatai, a kenőolajok, a fagyálló foly. (etilén, propilénglikol; higítva igen), az autók ablakmosó folyadékai (egyébként mikrobiális tápanyag), utakról összegyűlő olaj, korom, gumidarabkák (olajfogó műtárgy!), hulladéktárolók csurgalékvize

3


• • • • • • • • •

Klórozás szempontjából veszélyes ipari szennyvizek

1. erőművek, energiatermelés, bányászat 2. építőipari anyagok, üveg, kerámia 3. fémek előállítása vagy megmunkálása 4. szervetlen vegyipar 5. szerves vegyipar 6. ásványi és szintetikus olajok gyártása 7. nyomdák, reprodukciós vállalkozások 8. fa-, cellulóz-feldolgozás, bőr-, és papíripar 9. más iparágak


A lakossági szennyvíz eredete (Koppe és társai, 1999)

Hozzávetőleges értékek (liter / fő / nap) --------------------------------------------------------------------• Személyes fogyasztás, főzés és edénymosás: 3 - 10 • Vizelet és széklet: 1 - 3 • Toalett-öblítővíz, WC: 10 - 30 • Tisztálkodás és mosdás vizei: 5 - 50 • Mosás, fürdés és zuhanyzás szennyvizei: 5 – 500


A szennyvizekbe kerülő hígító vizek

• Esővíz, hólé – egyesített csat.rendszernél hidraulikus terhelésnövekedés

(+ az első ¼ órában szennyezésnövekedés)

a szennyvíziszap komosódása üzemzavar

a befogadó szennyezése

• Infiltrációs víz (talajvíz a közcsatornába → hűtés → kedvező vagy káros)


A szennyvízhozam napi és heti alakulása

• Délelőtt és kora délután csúcsfogyasztás (akár az átl. érték 3x-a) • Éjszaka minimális fogyasztás (akár az átl. érték 1/3-a) • Hétvégén fokozott lakossági fogyasztás • Hétvégén kisebb ipari fogyasztás

Európai átlag: 150 l/fő/nap

4


A közcsatorna hatása a lakossági szennyvíz összetételére

• A közcsatorna lejtése min. 2 ezrelék • A folyadékáramlás sebessége 0,5-1 m/s (kis kiülepedés, gyors célba érés) • 10 km-es csat.szakasz megtétele 3-6 óra, ami alatt: • a szennyvíz darabos részei (élelm.-maradványok, papír, olajcseppek, széklet) a detergensek hatására aprózódnak → ez jó • az illékonyabb szerves vegyületek gázfázisba kerülhetnek és kijuthatnak a csatornaszemeken át a külvilágba → ez nem jó • savak, lúgok semlegesíthetik egymást


A közcsatorna mint biológiai reaktor



• fémek a semleges környezetben kicsapódhatnak (vas-hidroxid) • szabad enzimek és lebegő mikroorg. → biokémiai átalakulások • A vizelet N-tartalma NH3-vá alakul • A szerves vegyületek egy részének hidrolízise • Az anaerob mikroorg. Elszaporodnak • A NO3- denitrifikációja • A SO4 2- redukciója → hidrogén-szulfid • aminosavak anaerob lebomlása → hidrogén-szulfid • H2S vassal fekete vas-szulfidot képezhet



A szennyvíztisztítóba érkező szennyvíz minősége már jelentősen eltér a szennyvíztisztítóba kerülő szennyvíz minőségétől!

5



Aerob körülmények esetén: • a keletkező szag jelentéktelen • a közegészségügyi és korróziós veszély minimális • a biológiailag könnyen bontható komponensek még a szennyvíztelepre érkezés előtt átalakításra, immobilizálásra kerülnek (iszappá alakulnak)



Anaerob körülmények esetén sokféle probléma jelentkezik: • szag • egészségügyi kockázat • korrózió



Aerob körülmények: • respiráció: víz, CO2, szervetlen anyagok, NH3, • Az O-felvétel sebessége a csatornában 2-20 mg O2/l/h • O-hiány esetén a mikroorg-ok NO3-ot használnak fel légzésükhöz



Anaerob körülmények: • respiráció és a fermentáció egyszerre folyik • szerves anyag fermentációja során kis molekulatömegű illó savak és CO2 kel. • metanogén baktériumok metánt szag termelhetnek • a szulfátredukció (-respiráció) eredményeként kénhidrogén-termelődhet

6

A közcsatorna hatása a lakossági szennyvíz összetételére Szagcsökkentő inézkedések: • A fermentáció háttérbe szorítása (oxigénellátás biztosításával vagy nitrát adagolásával) • A szulfidok vegyszeres kicsapása Fe(II) vagy Fe(III) ionok adagolásával • Klór, hidrogén-peroxid vagy ózon adagolása • Nagy sebességű átöblítés • Biofilm mechanikus eltávolítása Széchenyi István Egyetem



A 4/1984. (II. 7.) OVH rendelet határértékei a hazai befogadókra (2005. január 1-ig érvényes) Jellemzők

Kategória Jellemzők (mg/l) BOI5 KOI Összes lebegő anyag - TSS Összes nitrogén - TN* Összes foszfor TP

Térségi kategóriák – kijelölt osztályok

KOI Lebegőanyag

NH4-N NO3- a) Összes P – TP a)

Az EU javaslat a kommunális szennyvíztisztítók kibocsátási határértékeire

EU 271/1991

Jogi háttér


I

II

III

IV

V

VI

50 100 2 40 1,8

75 100 5 50 2

100 200 30 80 2

100 200 10 80 2

150 500 30 -

200 200 10 80 2

A szennyvizek befogadóba való közvetlen bevezetésre vonatkozó, vízminőség-védelmi területi kategóriák szerint meghatározott kibocsátási határértékek (28/2004. (XII. 25.))

Lakos egyenérték osztály (LE - 60 g BOI5/fő nap)

1

2

3

< 10 ezer LE

10 - 100 ezer LE 25

> 100 ezer LE 25

25 125

125

125

60

35

35

-

15**

10

-

2

1

* - TN = TKN + NO3-N + NO2-N ahol TKN = szerves N + NH4-N ** - vízhőmérséklet > 12 oC esetén

Területi kategóriák Komponens

pH

1. Balaton vízgyűjtője közvetlen befogadói

2. Egyéb védett területek

3. Időszakos vízfolyás befogadói

4. Általános védettségi kategória befogadói

6,5-8,5

6,5-9

6,5-9

6-9,5

KOIk

50

100

75

150

BOI5

15

30

25

50

15

30

20

50

összes nitrogén

20

35

25

55

ammónia-ammónium-N

2

10

5

20

összes lebegőanyag

35

50

50

200

összes foszfor

0,7

5

5

10

2

5

5

10

összes nitrogén

SZOE

szervetlen

7



28/2004. (XII. 25.)

• A regionális felügyelőség a rendelet határértékeit a helyi érdekektől függően szigoríthatja. • A határérték túllépésért a tisztítónk szennyvízbírságot, • …a környezetbe kibocsátott szennyezőanyag-mennyiség alapján környezetterhelési díjat kell fizetnie. • Végső soron mindegyiket a fogyasztó fizeti meg.


• • • •

Fa- és kődarabok homok felúszó zsíros, olajos részek egyéb, rendellenesen odakerülő használati tárgyak (pl. fülpiszkáló műanyag pálcika) eltávolítására kőcsapda, durva, majd finomabb rácsok, szűrők, homok- és zsírfogó műtárgyak szolgálnak

A szennyvíz fogadása, átemelése, durva szűrése

1. A durva részek kiszűrése gépi tisztítású ráccsal 2. Finomabb rács (20-5 mm) → rácsszemét 3. Zsír- és homokfogó: • az áramlási sebesség 0,1 m/s alatti ⇒ a 0,1 mm átmérőjűnél nagyobb homokszemcsék kiülepednek → szivattyúzás • levegőbefúvásra (flotálás) a víznél kisebb fajsúlyú és hidrofób, összetapadásra hajlamos zsíros lebegő részek felúsznak → lefölözés

A szennyvíz fogadása, átemelése, durva szűrése


• •

• •

Egyéb darabos – de finomabb lebegő szennyezők eltávolítása

Másfél órás ülepítéssel a KOI mintegy 30 %kal csökken! A gravitációs előülepítés hatásfokának növelése koagultató, flokkuláltató segédanyagokkal): a Fe3+ és Al3+ ionok a finom kolloid részeket nagyobb pelyhekké kapcsolják össze A Fe3+ és Al3+ ionok a foszfáttal is csapadékot képeznek, ami szintén beépül a pelyhekbe Előülepítés helyett finomszűrés is alkalmazható 3-1 mm-es lyukméretű ráccsal

8


Szerves szennyezők átalakítása, szeparációja, iszaphozama

• Az oldott és igen finom lebegő részek a szennyvízből ülepítéssel nem távolíthatók el • Ezeket mikrobiális módszerrel előbb lebegő biomasszává alakítjuk, s ezt a biomasszát vonjuk ki a vízből • Az átalakítás segédtápanyaga az O2, termékei a CO2, szennyvíziszap, nitrogén /N2, esetleg NO3- / és szulfát.



A tisztítás két lépésből áll: 1. átalakítás 2. szűrés Levegôztetô

Tisztított elfolyóvíz

Iszaprecirkuláció



• A bevezetett O2 részben a keverést biztosítja • A szerves anyagok oxidációja és iszapba történő beépítése során a nitrogén és foszfor beépítésére is sor kerül • A folyamat végterméke a mikrobák által képzett biomassza (= eleveniszap) a legtöbb országban jelenleg is kihasználatlan tápanyag- és energiaforrás

Ülepítô

Szennyvíz


Fölösiszap


• Nagyon nehéz a tisztítás során lejátszódó folyamatok elválasztása egymástól térben és időben, mert • az egyes folyamatokat végző mikroorganizmusok keveréke van jelen a rendszerben mindenütt. • Így tevékenységük, munkájuk a mindenkori környezet alakulása szerint változik.

9



DO: oldott oxigén


A többletnitrogén eltávolítása

• a denitrifikációt a szerves anyagot oxidáló heterotrof mikroorganizmusok végzik: NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 • ennek feltétele, hogy ne jussanak elegendő oxigénhez, melyet egyébként jobban preferálnak - ha oxigénhiányban szenvednek, rövid időn belül átállnak a nitrátból történő oxigénhasznosításra • Azoknál az eleveniszapos telepeknél, ahol a levegőztető medence mellett külön anoxikus reaktortér is kiépítésre került, egy rendszerben, kellő hatásfokkal biztosítható a nitrifikáció és a denitrifikáció is, azaz a nitrogénformák megfelelő hatásfokú eltávolítása.

A többletnitrogén eltávolítása

• Az egy lakostól eredő szervesanyag-terhelés (60 g BOI5/fő/d) átalakítása során 0,6-1 mg iszap keletkezik • Az iszap által fel nem vett nitrogén ammóniává alakul → a nitrifikáló autotroóf mikroorganizmusok nitráttá alakítják • A nitrifikálók fajlagos szaporodási sebessége kisebb a heterotrofokénál → hátrányuk kiegyenlítésére nagyobb iszapkor és az iszap szervesanyag-ellátottságának csökkentése kell


Nitrogéneltávolító eljárások különböző konfigurációi

• A legtöbb nitrogéneltávolításra tervezett eleveniszapos rendszer egy iszapkörös, ahol ugyanaz a mikroorganizmus-tenyészet felelős mind a nitrifikációért, mind a denitrifikációért 1957

10


Nitrogéneltávolító eljárások különböző konfigurációi


• Ha az anoxikus rész megelőzi a levegőztető medencét, a szervestápanyag-tartalom nagyobb része az anoxikus zónában kerül beépítésre, és a levegőztető medencében a heterotrófok nem szaporodnak annyira túl az autotrófok rovására 1962


• Az egy rendszerben kiépített elő- és utódenitrifikáció (Barnard, 1976) tovább növelte a nitrogéneltávolítás hatásfokát → szinte teljesen nitrátmentes elfolyó víz


• Az utódenitrifikáció során tápanyaghiány → a denitrifikációhoz már nem áll rendelkezésre elegendő, biológiailag könnyen bontható szerves tápanyag → pótlás pl. metanollal, ecetsavval • A második levegőztető medence funkciója: - pótlevegőztetéssel kiűzhető a rendszerből a felgyülemlett nitrogéngáz (így az nem okoz problémát az utóülepítőben) - a második anoxikus reaktorban esetlegesen képződő NH3 nitrifikációját is biztosítja

11


Ciklikus üzemű rendszerek

• olyan eleveniszapos rendszerek, melyeknél valamilyen paraméter az üzemeltetés során ciklikusan változik • reaktortér adott pontjain a környezeti feltételek nem állandóak, hanem ciklikusan változnak • a betáplálás, a levegőztetés, az ülepítés ilyen értelmű váltakozó megvalósítása egyetlen medencében vagy párhuzamos egységekből kiépített medencesorral az ún. SBR (Sequencing Batch Reactor) rendszer



Ciklikus üzemű rendszerek elkülönített ülepítő nélkül

Sequencing Batch Reactor /SBR/ működési fázisai egyetlen medencében: • ülepítést és dekantálást követően friss szennyvizet juttatnak a medencébe, de a levegőztetést még nem indítják be → elődenitrifikálás a nitrátmennyiség kisebb részével • a szerves szén és ammónia levegővel történő oxidációja • A levegőztetés kikapcsolását követően az oxigén gyorsan elfogy + friss tápanyagot juttatnak a medencébe → utódenitrifikáció • utólevegőztetés


Ciklikus üzemű rendszerek elkülönített ülepítővel

BIODENITRO (Dánia) alternáló rendszer: váltakozó betáplálású, levegőztetésű és folyadékátvezetésű rendszer

12


A többletnitrogén eltávolítása kémiai úton

1. az ammónium MgNH4PO4 formában történő kicsapatása – a Mg drága 2. az ammónium ioncserével történő kivonása – az ioncserélőt regenerálni kell, amellett érzékeny biz. Szennyezőkre 3. a víz lúgosítását (pH mintegy 10) követő ammónia sztrippelés, kifúvatás – drága •

Fajlagos költsége mindháromnak sokkal nagyobb, mint a biológiai módszeré, ezért a gyakorlatban nem terjedtek el


A többletfoszfor eltávolítása

• Kémiai módszerrel: - Mészhidrát adagolásával (csak lúgos kémhatásnál, a semlegesítés pedig drága és megnöveli a sótartalmat) - vas-III vagy alumínium-sók adagolásával (1525%-kal megnöveli az iszap mennyiségét, és rothasztás után is megmarad), pl.: Al (H2O)63- + H2PO4- = AlPO4 + 6 H2O + 2 H+ - Előkicsapatás, szimultán kicsapatás,



• az állóvizek eutrofizációjának megakadályozása érdekében a kontinentális országokban különösen fontos • Az eleveniszapos rendszereknél keletkező iszap ugyanakkor a foszfortartalomnak csak a kisebb részét immobilizálja (30%, szemben a legalább 75-85%-os igénnyel)



- előkicsapatás - a vegyszert a homokfogó előtt adagolják a szennyvízhez, szerves anyagok a kicsapódnak - szimultán kicsapatás - A vegyszert a levegőtető medencét megelőzően adják az iszaphoz - utókicsapatás

13



• Biológiai módszerrel: - a többletfoszfort akkumuláló herotróf mikroorganizmusok (PAH) szaporodása lassú, de váltakozó anaerob és aerob (vagy anoxikus) körülmények a szelekciójukat elősegítik - az anaerob szakasz tápanyagellátottsága is meghatározó, ezért az anaerob egység mindig a rendszer elejére kerül


Szennyvíziszap

• Az előülepítő úgynevezett primer iszapja szerves anyagának mintegy 50 %-a szénhidrát (poliszacharid, cellulóz), 30 %a fehérje, 10 %-a olaj és zsír


Iszaphozam

• A szennyvíziszap víz, valamint változó diszperzitású és alakú szilárd részecskék elegye, amely az utóbbiakat szárazanyagban mintegy 1-5 % körüli mennyiségben tartalmazza → éves átlagban lakosonként 1 m3 iszap keletkezik • sűrűsége 1,01-1,2 kg/l (szárazanyagtartalom: a 105°-on történő szárítást követően maradó anyagmennyiség )


Biofilmes szennyvíztisztítás

• Az eleveniszaposnál kevésbé elterjedt • biofilmhordozó inert felület biztosításával vagy a baktériumok gélbe ágyazásával (immobilizálásával) • az anyagtranszport meghatározója nem a konvekció, hanem a diffúzió • a kolónia növekedésével kisebb-nagyobb részek szakadnak le a filmből • jól alkalmazhatók túlterhelt eleveniszapos megoldások kibővítésére • vastag biofilm → a mélyebb rétegekbe az oxigén nem tud bediffundálni → az egymás alatti rétegekben eltérő környezeti feltételek → eltérő folyamatok mehetnek végbe egyszerre

14


• az oxigén biofilmbe történő behatolása korlátozott → az ammónium-oxidáció és nitrogénoxid-redukció sebessége inkább a biofilm felületével , mint a teljes biomassza tömegével arányos • a kialakítható nagy iszapkor a nitrifikáló fajok dominanciájának kedvez • a nagy iszapkor lényegesen változatosabb mikrobiális együttélést tesz lehetővé, mint az eleveniszapban → a tápanyag teljesebb lebontása → lényegesen kisebb iszaptermelés • Jellemző biofilmes rendszerek: csepegtetőtestek és forgótárcsás kontaktorok (RBC)




• porózus rögzített töltet a biofilm kialakítására • a szv-et felülről csurgatják a töltetre, mely azon átfolyva folyamatosan nedvesíti a biofilmet, majd az alatta levő vízgyűjtő térbe kerül • a levegő cirkulációját a töltetben a természetes huzat biztosítja • a töltet: - zúzott bazalt vagy egyéb kőanyag viszonylag kis fajlagos felülettel (45-60 m2/m3) – töltetmagasság 3 mig - vagy kis fajsúlyú műanyag (100-300 m2/m3) – töltetmagasság 12 m-ig


Forgótárcsás kontaktorok

• egy tengelyre fűzött tárcsasor teszi lehetővé a vízszintes tengely körüli forgatással a megfelelő levegőztetést és nedvesítést • a rögzült baktériumok ciklikusan megfelelő szervestápanyag- és oxigénellátáshoz jutnak

Csepegtetőtestek


• -

Hátrányaik: kis fajlagos térfogati tisztító kapacitás eltömődésveszély a csepegtetőtestekben a legyek is esetenként túlzott mértékben elszaporodhattak • Megoldás: - finom (1-2 mm méretű) hordozóanyagú töltet (fajlagos felülete néhány ezer m2/m3) vagy strukturált műanyagtöltet (500-1000 m2/m3) vízzel borítva, megfelelő oxigénellátás mellett

15


Szennyvíziszapok továbbfeldolgozása

Az iszap lényeges tulajdonságai: -

fajlagos energiatartalom (égetés, rothasztás) állag fertőzőképesség biológiai stabilitás (mg-i hasznosítás)



• Egy lakosegyenértéknyi (LEÉ) 110 g KOI/fő napi szennyvízterhelés közelítőleg hasonló tömegű szerves anyagot, valamint 400 kcal/fő/d energiatartalmat jelent • Ez a lakosság átlagosan háromszor – négyszer ekkora szervestápanyag- (energia-) felvételének a közcsatornába kerülő maradéka • Ennek mintegy fele megy veszendőbe, alakul széndioxiddá az eleveniszapos tisztítás során • A szerves anyagnak a másik fele kerül bele a fölösiszapba • Rothasztás során a szervesanyag-tartalomnak közelítőleg a fele alakul metánná és széndioxiddá.



• A szennyvíziszap az eredeti szennyezőanyagmennyiségnek már csak a negyedét – harmadát tartalmazza • Nitrogéntartalma a kiindulási mennyiségnek ennél is kisebb hányada • Foszfortartalma ugyanakkor a szennyvíz foszfortartalmának akár a 40-90 %-a is lehet


Iszapvíztelenítés

• Vegyszerekkel való flokkuláció után… • …szalagszűrőprések, iszapcentrifugák alkalmazásával a nedvességtartalom 98-99 %-ról 8077 %-ra csökkenthető • A folyamat azért nehézkes, mert az iszap élő sejtjei mintegy 80 % vizet tartalmaznak • A víztelenített iszapok fél éves pihentetés után a mezőgazdaságban kihelyezhetők. A kiterítést követően mindjárt alá kell szántani, hogy komposztálódása a talajban mihamarabb lejátszódhasson

16


Anaerob iszaprothasztás

• olyan szabályozott technológia, melyben megfelelő baktériumcsoportok együttese végzi a szerves anyag célirányos lebontását oxigén jelenléte nélkül • gázok, elsősorban metán, szén-dioxid és kevés kénhidrogén keletkezik • Az iszap könnyebben vízteleníthető lesz, miközben biogáz formájában energiahordozó keletkezik • A cukrok a legjobban, a zsírok és fehérjék valamivel gyengébben, a cellulóz igen lassan bomlanak, a lignin pedig gyakorlatilag bonthatatlan • a lakossági szennyvíziszap szerves anyagának rendszerint csak a fele alakul gázzá


Az anaerob iszaprothasztásban közreműködő baktériumok

1. fermentáló baktériumok: a komplex szerves molekulákat egyszerűbb, oldható anyagokká hidrolizálják: szénhidrátokból egyszerűbb cukrok, a fehérjékből aminosavak, a zsírokból zsírsavak keletkeznek, amelyek aztán még egyszerűbb vegyületekké bomlanak 2. savanyító (acetogén) baktériumok: acetátot, széndioxidot és hidrogént állítanak elő az első baktériumcsoport által termelt egyszerűbb szerves vegyületekből 3. metanogén baktériumok: a közti termékeket széndioxiddá és metánná alakítják át (megfelelő hőm. és pH kell nekik, anaerobok: O, nitrát, szulfát nem lehet jelen)



• Az anaerob rothasztás terméke ártalmatlan, lényegesen kevésbé szagos és rothadás nélkül tárolható. Nitrogént, foszfort valamint szerves anyagokat tartalmaz, melyek a talaj szerkezetét, termőképességét javíthatják. • Hátránya a nagy beruházási költség, a hosszú tartózkodási idő (10 nap), és hogy az iszapsűrítő elfolyó vize elég szennyezett


• A biogázhozam becslése legegyszerűbben a kémiai oxigénigény (KOI) alapján történhet • Az anaerob rothasztás folyamatainál a KOI állandó, megmaradó mennyiség (hiszen nem történik oxidáció): KOI kiindulási anyagok = KOI szilárd maradék + KOI távozó folyadék + KOI biogáz

17



A biológiai lebonthatóság növelése előkezeléssel • A metanogén lebontás sebességét a lebegő szerves részek hidrolízise limitálja – oldott anyagok könnyebben bontódnak • A szilárd részecskék aprítása, finomítása lehetséges: 9 mechanikus módszerekkel (aprítás) 9 ultrahangos kezeléssel 9 kémiai módszerekkel: az összetett szerves vegyületek széttördelése erős savakkal vagy lúgokkal 9 termikus előkezeléssel: a termikus hidrolízis az iszap szilárd részének nagy részét vízoldható, kevésbé komplex molekulákká alakítja


Komposztálás

• olyan biotechnológiai eljárás, amelyben a szerves tápanyag túlnyomóan szilárd, vízoldhatatlan fázisban van, felületét vízfilm vonja be, és az ebben a filmben elhelyezkedő mikroorganizmusok elsősorban aerob körülmények között extracelluláris enzimekkel bontják le illetve alakítják át a szerves anyagot, miközben a mineralizáció mellett minőségében megváltozó, biológiailag nehezen bontható, ugyanakkor a növények részére szükséges tápanyagokat tárolni és leadni képes szerves anyagok, humusz keletkezik (Szabó, 1986)


Komposztálás

• a fejlettebb országok általános szennyvíziszap feldolgozási technológiája • a talajok degradációja ezt az iszapmennyiséget bőségesen fel tudná venni természetes tápanyagutánpótlásként


Komposztálás

• különböző prokarióták és eukarióták, gombák és egyszerűbb talajlakó állatok tevékenysége révén bomlik le az összetett alapanyag (szénhidrát, keményítő, fehérje, zsír, cellulóz, hemicellulóz és lignin) egyszerű vegyületekre (víz, széndioxid, ammónium, ortofoszfát, nitrát, szulfát, stb.), valamint a mikroorganizmusok részére már csak igen kis sebességgel feldolgozható, többnyire egy-gyűrűs aromás vegyületekre, a humusz prekurzoraira. Az utóbbiakból kémiai átalakulások révén keletkezik a nagyon széles molekulatömeg eloszlású és komplikált molekuláris kiépítésű humusz (Szabó, 1986).

18


A komposztálódás 4 szakasza

1. bevezető szakasz: a hőm eléri a megfelelő értéket (néhány óra, esetleg 1-2 nap) 2. lebomlási szakasz: mezofil mikroorganizmusok, hőmérsékleti optimumuk 30-45°C. 50°C felett helyüket átveszik a cellulóz és lignin bontására képes termofil sugárgombák és gombák 3. átalakulási szakasz (több hét): a hőmérséklet jelentősen csökken, a mikroorganizmusok elkezdik a nehezen bontható lignin bontását, amely során mono-, di, trifenol vegyületek keletkeznek - ezek kondenzációjából épülnek fel a következő szakaszban a humuszanyagok 4. felépülési/érési szakasz: a szerves anyag humifikálódása, hőmérséklet további csökkenése


A mezőgazdaság szennyvíziszaphasznosításának kockázata

• Kockázatot jelenthet a fertőzőképessége, fitotoxicitása, nehézfém tartalma • Egyes elképzelések csak energianövényeknél jöhetnének számításba, és elsődlegesen a hulladékanyag megszüntetését fogja szolgálni, s csak másodlagos célja lesz az újrahasznosítás • Egyedül a növényekben akkumulálódó kadmium jelent ilyen értelemben fokozott veszélyt


A komposztálás körülményei

• A komposztálandó szerves anyag optimális nedvességtartalma 40-60 tömeg%. A 60 %-nál nagyobb nedvességtartalomnál a halom pórusait a levegő helyett a víz tölti ki, s az aerob biológiai folyamatok befulladnak. 40% alatti érték is kedvezőtlen. • A szerves anyagok degradációja oxigén jelenlétében éppúgy lejátszódik, mint hiányában. A kedvező azonban az, ha a komposzthalom belsejében a gázfázis oxigénkoncentrációja 5-15 tf%. • minimális, 55 oC-os prizma hőmérsékleten 2,5 napos időtartam kell a patogén mikroorganizmusok elpusztítására


Természetközeli szennyvíztisztítási lehetőségek

• korábban a biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítására használták • a külföldi (nyugati) gyakorlatban elsősorban az utótisztítást végzik ilyen szennyvíztisztító telepeken, Mo-on inkább az eleveniszapos biológiai fokozat kiváltása a cél • a nyers szennyvíz mechanikai előtisztítását ehhez legtöbbször ülepítőkben végzik • a szerves anyagok lebontását döntően ugyanúgy mikroorganizmusok végzik, mint az intenzív technológiájú szennyvíztisztító telepeken

19



A szerves anyag oxidálásához szükséges oxigén • diffúzióval • a makrofitonok aktív oxigéntranszportjával • az algák fotoszintézise révén jut a rendszerbe


Természetközeli szennyvíztisztítási lehetőségek A természetközeli szennyvíztisztítás definíciója: természetközeli szennyvíztisztítók azok, amelyekben a szervesanyag lebontása energiaigényes levegőbevitel nélkül, a természetes öntisztulási folyamatokra alapozva valósul meg (Szilágyi, 2004)



Ez az oxigénutánpótlás azonban lassúbb, mint a mesterséges levegőztetés, ezért a természetes szennyvíztisztítókban hosszabb tartózkodási idő szükséges azonos mennyiségű szennyvíz tisztításához → helyigényük nagyobb a hagyományos eljárásokénál



Terjedésüket kisebb települések esetében elősegíti, hogy: • az eleveniszapos technológiához képest beruházási, működtetési és fenntartási költségük általában kisebb • működtetésük nem igényel különösebb szaktudást • energiaigényük csekély • egyes típusaik kifejezetten környezetbe illő, környezetbarát technológiák.

20



Két csoport: • Szilárd hordozójú szennyvíztisztítási eljárások: szennyvízszikkasztás, szennyvízöntözés, talajszűrés vagy homokszűrés, gyors beszivárogtatás, gyökérzónás tisztítás • Vizes rendszerek: csörgedeztetés rendszer, stabilizációs tó, lagúnás szennyvíztisztítás, úszó vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás, nádastó (természetközeli vagy mesterséges)



• A természetközeli szennyvíztisztítási eljárások közül több megvalósítható szigetelt rendszerben is • A meder agyag vagy műanyag fólia szigetelése jelentős beruházási költségnövelő tényező, azonban általa megakadályozható a talajvíz szennyezése



• Szilárd hordozójú rendszerek: az üzemi vízszint a felszín alatt van, a tisztítást a hordozón megtelepedett baktériumok végzik • Vizes rendszerek: az üzemi vízszint a felszínen van. A szennyvíztisztításban aktívan részt vesznek a vízinövények is (algák vagy makrofitonok) • a két csoport között folyamatos az átmenet, vízszintemeléssel eljuthatunk a szilárd hordozójú eljárásoktól a vízalapú eljárásokig


Szennyvízszikkasztás

• A világon a legelterjedtebb természetközeli tisztítási módszer, az USA-ban 20 millióra tehető a számuk • Általában családok vagy kisebb közösségek szennyvizének tisztítására használják csatornázatlan területeken • A jól megépített szikkasztók három részből állnak: előülepítő, biológiai előtisztítást biztosító egység, felszín alatti elosztó csőhálózat

21


Szennyvízöntözés


• főként az arid zónában elterjedt utótisztítási eljárás • a biológiailag tisztított szennyvizet haszonnövény kultúrák öntözésére használják • nálunk ilyen a nyárfás szennyvíz elhelyezés


Gyors beszivárogtatás • A gyors beszivárogtatás a lassú homokszűréstől csak a hidraulikai terhelésében tér el • A vegetáció jelenléte nem szükségszerű a gyors beszivárogtatás esetében, de ha jelen van, jelentősége a tápanyag eltávolításban sokkal kisebb, mint a lassú szűrésű rendszerekben • általában biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítására használják

Talajszűrés (homokszűrés) • Az előzőhöz képest az a különbség, hogy a talajszűrés legfontosabb célja a szennyvíztisztítás. Az arid zónában azonban a talajvízhiány pótlása is kiegészítő cél lehet


Gyökérzónás tisztítás

• az egyik legelterjedtebb term-köz technológia • lényege, hogy földmedencében lévő, megfelelő vízvezetőképességű szilárd hordozóra (talajra, homokra, sóderre vagy kőre) vízi-mocsári növényeket telepítenek • ülepített vagy biológiailag tisztított szennyvizet elosztórendszeren keresztül vízszintes vagy függőleges folyási irányban vezetik át a szűrőágyon, majd a tisztított vizet összegyűjtik és elvezetik • A növényzet szerepe főként az oxigénutánpótlás és a talaj vízvezető képességének megőrzése, a növényzet (nád, gyékény, sás, káka) tápanyagfelvétele kevésbé

22


Csörgedeztetés rendszer

• Átmenet a szilárd alapú és vízalapú rendszerek között • teraszos vagy lejtős terepadottságok esetén alkalmazzák • szennyvíz a talaj fölött vékony rétegben lefelé folyva tisztul meg különböző folyamatok (kiülepedés, adszorpció, szűrés, mikrobiális lebomlás) révén


Nádastó

• felépítésben hasonló a gyökérzónás telephez azzal a különbséggel, hogy a vízszint a talaj felett van; a vízmélység 10-50 cm között változhat • a tisztítási folyamat nagy része a víztérben folyik, és nem a talajban • meglévő természetközeli és mesterséges nádastavakat is használnak szennyvíztisztításra


Úszó vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás

• A tavas szennyvíztisztításban az algák, az úszó vízinövényes eljárásban pedig makrofitonok játszanak szerepet a tápanyag eltávolításban • Gyakori a Lemna sp. • A szennyvíztisztítást javítja a növények sűrű gyökérzetén rögzült baktériumtömeg



• baktériumeltávolítási hatásfokuk lényegesen kedvezőbb, mint az eleveniszapos szennyvíztisztításnak • a szervesanyag-eltávolítás téli csökkenése nem mondható nagynak (a 10-20%) • három eljárás versenyez egymással a kistelepüléseken: (1) kis kapacitású intenzív technológián alapuló berendezések (2) egyedi berendezések (3) A természetközeli eljárások. Hogy mely településen melyik előnyösebb, egyedi vizsgálattal kell eldönteni • érzékeny területeken a természetközeli eljárások nem jöhetnek szóba

23

Technológiai rendszerek. Egyéb veszélyek. 11. hét: A szennyvíztisztítás technológiái és a gumihulladékok újrahasznosítása

Recommend Documents