VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK
3.5 4.2
Szivárgó víz biológiai kezelése Tárgyszavak: hulladéklerakó; hulladékkezelés;aerob; anaerob; kémiai oxigénigény; biológiai oxigénigény; membrán; bioreaktor.
A hulladéklerakók szivárgó vizeinek vizsgálata és kezelése mindössze 40 éves múltra tekint vissza. Az új és régi lerakókból származó szivárgó vizek biológiai ammóniamentesítésének hatásfoka meghaladja a 95%-ot. A KOI (kémiai oxigénigény) csökkentése már nehezebb feladatot jelent. A szivárgó víz korától és összetételétől függően 20– 90%-os csökkenésről számolnak be. Gyakran alkalmazzák a biológiai– fizikai és/vagy kémiai eljárások kombinációját a szivárgó víz szerves anyag terhelésének és a HRT (hydraulic retention time - hidraulikus retenciós idő) ismeretében. A szivárgó vizek jellemzésére általában a BOI/KOI (BOI – biológiai oxigénigény) hányadost alkalmazzák. Emellett gyakran megadják a kezelési fokozatok számát, a HRT értéket és a szerves anyag terhelést (TOC – total organic content). A BOI/KOI hányados jellemzően 0,05–0,8 között mozog, és szoros összefüggést mutat a lerakó korával, valamint a szennyező anyagok biológiai lebonthatóságával (1. táblázat). A szerves anyag és ammóniatartalom a különböző helyszíneken nagy eltérést mutatott (2. táblázat). 1. táblázat A szivárgó vizek főbb jellemzői A szivárgó víz jellege
Kora
Régi
> 5 év
Közepes korú
1–5 év
0,3–0,6
3–12 hónap
0,6–1,0
Friss
BOI/KOI arány 0–0,03
2. táblázat A szivárgó vizek összehasonlítása Jellemzők
Olaszországi felmérés
Szingapuri felmérés
Angliai felmérés
Hely megjelölése nélkül
< 2 év
>6,5 év
<2 év
>10 év
friss
régi
közepes korú
régi
BOI (mg/l)
24 000
150
2500–3000
10–20
11 900
260
1600
160
KOI (mg/l)
62 000
3000
3000–60 000
100–500
23 800 1160
6610
1700
TOC (mg/l)
n.a.
n.a.
1500–20 000
80–160
8 000
465
1565
625
BOI/KOI
0,39
0,05
0,05-0,67
0,04-0,1
0,5
0,2
0,24
0,09
N-NH4 (mg/l)
1400
350
10–800
20–40
790
370
1500
2300
5,8
8
4,5–7,5
6,6–7,5
6,2
7,5
5,6–7,3
7,9–8,1
pH a mintaszám
nem szerepel n.a. – nincs adat
A szivárgó vizek kezelésénél alkalmazott eljárások megoszlása a több mint 150 eset vizsgálata alapján azt mutatta, hogy a biológiai módszerek abszolút elsőbbséget élveznek Az esetek kevesebb mint 30%ában alkalmaznak kémiai eljárásokat. A fizikai eljárások (szűrés, levegőztetés) aránya pedig még a 10 %-ot sem éri el (3. táblázat). 3. táblázat Szivárgó víz kezelési módszerei 166 üzemben A kezelési módszer
Előfordulás gyakorisága (%)
Biológiai kezelés
72
Flokkulálás/kicsapás
11
Szűrés
5
Levegőztetés
4
Kémiai oxidáció
4
Aktív szenes kezelés
2
Ioncsere
2
A biológiai kezelésen belül az aerob derítőtó, az eleveniszapos eljárás és az UASB (upflow anaerobic sludge blanket) teszi ki a biológiai eljárások 60%-át (4. táblázat). 4. táblázat A szivárgó víz biológiai kezelési módszerei 120 üzemben A kezelési módszer
Előfordulás gyakorisága (%)
Aerob derítőtó
21
UASB1
18
Eleveniszapos kezelés
17
SBR2
15
Anaerob szűrés
11
MBR3
8
Nádas/vizes élőhely
4
Anaerob derítőtó
3
Kezelés anaerob szuszpenziós tenyészettel
3
UASB – felfelé áramló anaerob iszapréteg (upflow anaerobic sludge blanket) SBR – szakaszos reaktorok sorozata (sequencing batch reactor) 3 MBR – membrán bioreaktor 1 2
A különböző módszerek hatékonysági vizsgálatából kitűnt, hogy legjobb eredmény a kombinált eljárásokkal érhető el (5. táblázat). Újabban az eleveniszapos eljárást membrán bioreaktorral egészítették ki. Az MBR eljárással kombinált biológiai kezeléssel eredményesen csökkenthető a KOI. A folyamat vázlata az 1. ábrán látható. A kezelés után tisztított szennyvíz és nagy iszaptartalmú melléktermék keletkezik. A módszer előnye, hogy a szuszpendált szilárd anyag teljes mennyisége visszanyerhető térfogatnövekedés és kimosódás veszélye nélkül. A membrán a tartályon belül és kívül egyaránt elhelyezhető. A hagyományos és membránnal kombinált eljárás összehasonlítását a 6. táblázat foglalja össze.
5. táblázat A hagyományos kezelési módszerek és hatásfokuk KOI-csökkenés (%)
Fokozatok száma
BOI/KOI
5
0,6
Mesterséges levegőztetés és szikkasztás
2
0,26
1182
88
Derítőtavak és vizes élőhely
4
0,25
1200
88
Mesterséges levegőztetés és vizes élőhely
2
0,26
118
88
SBR
1
0,2
229
15
SBR
1
0,1
229
0
SBR
1
0,2
1000
70
SBR
1
0,25
790
42
SBR
1
0,14
2460
46
Szűrés, ózon és eleveniszap
3
0,1
688
81
UASB
1
0,5
29 000
90
UASB
1
0,6
3100
63
UASB
1
0,63
1900
75
UASB, levegőztetés, levegőztető tartály, vegyszeres kicsapás
4
0,55
23 888
97
Kezelési módszer
KOI (mg/l)
Nagyüzemi eljárások Szűrés ásványi és kavicságyon + három anaerob derítőtó
35 680
99,7
Félüzemi eljárások
visszavezetett anyagáram
elvezetés
bevezetés membrán levegő
levegő bioreaktor elvezetés
1. ábra A membrán bioreaktor folyamatábrája
6. táblázat Fiatal és régi lerakók szivárgó vizeinek kezelésénél alkalmazott hagyományos és MBR kezelés összehasonlítása Fokozatok száma
KOI mg/l
Terhelés (KOI/m3 nap)
Derítőtó, nedves élőhely
4
1200
n.a.
Aerob/anaerob derítőtó
2
4000
0,25
Mesterséges levegőztetés, nedves élőhely
4
1182
0,02
Anaerob szűrés
1
1500
n.a.
Aerob kezelés, ülepítés, flokkulálás-kicsapás
4
860
0,1
SBR
1
1000
n.a.
MBR (HF)
1
3000
1
MBR
1
2000
n.a.
MBR (SS), aktív szén
2
2000
n.a.
MBR (SS), aktív szén
2
4000
n.a.
MBR (HF)
1
4000
3
Alkalmazott módszer
HF – üreges szál (hollow fibre) SS – oldaláram (sidestream)
A KOI-csökkenés mértéke általában a BOI/KOI növekedésével arányosan javul. 0,4–0,8 BOI/KOI mellett a HRT emelkedésével fokozódik a KOI-csökkenés mértéke. Ezzel szemben a régi lerakók szivárgó vizeinél nincs összefüggés a KOI-csökkenés és a BOI/KOI között HRT 24–45 nap esetén. Nem találtak különbséget az aerob és anaerob kezelés között azonos HRT mellett. Aerob körülmények között 88%-os, anaerob körülmények között 83%-os volt a csökkenés 5–20 nap HRT mellett. Ugyanakkor fel kell hívni a figyelmet arra is, hogy mivel az ammónia anaerob kezeléssel nem távolítható el, a szivárgó víz utólagos levegőztetéséről vagy nitrifikálásáról gondoskodni kell. A nagyüzemi kezelés legalább kétlépcsős, és a fokozatok száma a szerves anyag terhelés emelkedésével növekszik. A kezelés utáni vízminőség elsősorban a kiinduláskor mért BOI/KOI értéktől függ. Friss szivárgó víz esetében háromfokozatú anaerob derítőtavas kezelés és ásványi anyag, majd kavicságyon végzett szűrés kombinációjával 99,7%os KOI-csökkenést értek el. Régi lerakók szivárgó vizeinél alkalmazott kétlépcsős kezeléseknél 88%-os csökkenést mértek. A kezelés két lé-
pésből – derítőtó és nedves élőhely – állt, fokozott levegőztetéssel és nedves élőhelyek sorozatával. A régi és közepes korú lerakók szivárgó vizeinek kezelésénél eredményesnek bizonyult a levegőztetett derítőtó és nedves élőhely, illetve az SBR rendszer és nedves élőhely kombinációja. Régi lerakókból vett mintáknál az egyfokozatú SBR rendszer önmagában 0–70%-os KOI-csökkenést eredményezett. A félüzemi kísérletekben egyfokozatú kezeléssel 78%-os, kétfokozattal már 80% feletti KOI-csökkenést értek el. Az eredményekkel kapcsolatban érdemes megjegyezni, hogy a kezelés hatásossága szempontjából a módszerek sorrendje döntő. Példaként említhető, hogy a régi lerakókból származó szivárgó víz esetében, melynek BOI/KOI értéke 0,1–0,7 volt, az aerob kezelést követő kémiai–biológiai oxidáció és a kémiai kicsapás 87%-os KOI-csökkenéshez vezetett. Valamivel gyengébb eredményt kaptak, ha a kémiai lecsapást követően végeztek oxidálást. Az MBR eljárást az 1990-es évek elejétől vezették be NyugatEurópában, de még ma sem tekinthető általánosan alkalmazott módszernek. A membrán bioreaktor technikát kidolgozó cégek közül hármat érdemes megemlíteni: Wehrle Environmental (német), Degremont (francia) és Zenon (kanadai). Ezeknek a rendszereknek kétségtelenül nagy a beruházási költsége, viszont az üzemeltetés számtalan előnnyel jár. A gazdaságos működés egyik oka az, hogy igen nagy szilárd anyag tartalmú szuszpenziók kezelésére is alkalmas, és ez a hagyományos eljáráshoz képest csökkentett iszaptérfogattal jár. Lényegesen jobb a tisztítás hatásfoka, aminek köszönhetően az elfolyó víz minősége a szigorúbb előírásoknak is megfelel. A hagyományos és a membrán bioreaktor módszer összehasonlításakor azt találták, hogy átlagosan 80%-os KOI-csökkenést lehetett elérni az utóbbi módszerrel 0,03–0,16 BOI/KOI mellett, míg hagyományos módszerrel a csökkenés 63%-os volt 0,21–0,3 BOI/KOI mellett. Ezzel kapcsolatban feltétlenül meg kell jegyezni, hogy ez a hatásfok kisebb HRT mellett érhető el, ami nagyobb terhelést jelent (1–3 kg KOI/m3 · nap) szemben a hagyományos terheléssel (kevesebb mint 0,25 KOI/m3 · nap). Az MBR eljárás segítségével valamennyi szilárd komponens eltávolítható a szuszpenzióból, így a másodlagos ülepítés elhagyható. Újabban vizsgálták az MBR és nanoszűrés (NF), valamint aktív szenes (AC) kezelés kombinációját. Kiinduláskor a szivárgó víz KOI-értéke 5000 mg/l volt, kezeléssel 92–93%-os csökkenést értek el. Az egyes módszerekkel önmagukban alkalmazva a következő eredményt kapták: AC derítéssel 70–90%, MBR módszerrel 60–76%. Az MBR eljárás és a nanoszűrés kombinációja azért mondható sikeresnek, mert a membrán-
ról lejövő szűrlet igen jó minőségű, és közvetlenül alkalmas a nanoszűrésre. Végezetül megállapítható, hogy a hulladéklerakók szivárgó vízének kezelésénél alkalmazott módszer elsősorban a lerakó életkorától függ. A KOI-érték csökkentésénél jó eredményt értek el a különböző biológiai kezelések kombinációjával, különösen az 5 évnél fiatalabb lerakókból származó és nagy HRT értékű vizek esetén. Az 5 évnél öregebb és 0,3nál kisebb BOI/KOI arányú vizek esetében a hagyományos többlépcsős biológiai kezelések hatásfoka nem érte el a 60%-ot. A nitrátmentesítés, különösen asszimilálható szén jelenlétében még a 95%-ot is meghaladhatja. A membrán bioreaktor egyik előnye, hogy még kevés biológiailag lebontható anyagot tartalmazó vizeknél is kielégítő hatásfokkal dolgozik. A szűrlet kiváló minősége lehetővé teszi a nanoszűréssel kombinált további tisztítást, ami hagyományos eljárásnál csak előzetes mikroszűrés után alkalmazható. Az MBR/AC/NF háromfokozatú eljárással a régi lerakókból származó szivárgó vizeknél (BOI/KOI 0,1-0,2) olyan jelentős KOIcsökkenés érhető el, amit a többfokozatú hagyományos eljárások nem tudnak nyújtani. Összeállította: Haidekker Borbála Alvarez-Vazquez, H.; Jefferson, B.; Judd., S. J.: Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review. = Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 79. k. 10. sz.2004. p. 1043–1049. Lonkidon, M. X.; Zombonlis, A. J.: Comparison of two biological treatment processes using attached-growth biomass for sanitary landfill leachate treatment. = Environmental Pollution, 111. k. 2. sz. 2001. febr. p. 273–281.
