Vízminőségvédelem km18 2004/2005-es tanév I. félév 6. rész Dr. Zseni Anikó egyetemi adjunktus, SZE, MTK, ÉKI, Környezetmérnöki Tanszék
Vízszennyezések típusai ¾ rendszeres (folyamatos)
¾ rendkívüli (havaria szerű)
• ipari üzemek • kommunális és ipari szennyvíztisztítók • települések • mezőgazdaság
• természeti katasztrófák • ipari katasztrófák • műszaki hibák • szabotázs akciók • emberi felelőtlenség
Vízszennyező anyagok ¾ Klasszikus vízkomponensek (természetesen is jelen vannak, feltétlenül szükségesek, mennyiségüktől függ, hogy szennyeznek, károsítanak-e vagy sem) sók, oldott oxigén, szervesanyag-tartalom, nitrogén- és foszforvegyületek
¾ Fertőzést okozó mikroorganizmusok vírusok, baktériumok
¾ Mikroszennyezők szerves és szervetlen
¾ Hőszennyezés
A vízszennyező anyagok csoportosítása ¾ eredet szerint • pontszerű • diffúz ¾ megjelenési forma szerint • felszínen úszó (mosószer-hab, festék, oldószer, alga-békalencse tömeg, szilárd hulladék, szemét, állattetem stb. • •
vízben lebegő oldott
a, a víz elszíneződése, szaga, lebegőanyagtartalma utal rá b, észrevehető elváltozást nem okoz, csak a bekövetkezett vízminőségi kár észlelhető (eutrofizáció, halpusztulás, stb.)
¾ Radioaktív szennyezés
1
kiömlő olajszennyezés lokalizálása
A vízszennyező anyagok csoportosítása (folyt.) ¾ gazdasági ágazatok szerint • települési: házi szennyvíz + csapadékvíz + települési csatornahálózatba bekötött ipari üzemek • ipari: hűtővizek, technológiai használt vizek, üzemi szociális szennyvizek, az üzem területéről elvezetendő csapadékvizek • mezőgazdasági: műtrágyák, növényvédő szerek, állattartó telepek szennyvizei (hígtrágya)
Foto : Haczai
• közlekedési: tankhajó-katasztrófák, utakról lemosódó szennyező anyagok, szervízhálózatok olajtartalmú szennyvizei
2
Házi (háztartási) szennyvíz • szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukrok, mosószerek, papír stb.), szervetlen anyagok (különféle sók, foszfátok, ammónia stb.) oldott vagy lebegő állapotban • mikroorganizmusok, féregpeték • járványügyi szempontból a házi szennyvíz a legveszélyesebb • tisztítatlanul jellegzetesen bűzösek, színük sárgás-barna • darabos, sárga, szürke, vagy fekete lebegőanyag-tartalmukról könnyen felismerhetők, megjelenésüket a mosószertől származó erős habzás kíséri • gyakori kísérőjelenség a felszín „bőrösödése” és a felszínen úszó szilárd hulladék, szemét
Ipari technológiai szennyvizek ¾ vegyipar: igen változatos szennyvizek: savas v. lúgos, olajszármazékok, szénhidrogének, zsírok stb. ¾ kohászat, gépipar: már a gyártás során ki kell vonni a veszélyes anyagokat ¾ élelmiszeripar: • legszennyezettebb víz: a szesz- és takarmányélesztő ipar • húsipar, tejipar: melléktermékek hasznosítása ¾ könnyűipar: • legszennyezettebb víz: cellulóz-, bőr- és textilkészítő ipar • bőrgyártás: magas üledék, zsír- és szulfidtartalom • cellulózgyártás: barna szennyvíz (biológiai tisztítás kell) • papírgyártás: fehér szennyvíz (elég a mechanikai tisztítás) • textilkészítő üzemek: vegyi anyagok, színezékek, mosószerek stb.
Vízminőségromlás ~: nem egy közvetlen szennyezés hatására kialakuló kedvezőtlen vízminőségi változás pl. oxigénhiány, eutrofizáció
3
Az oxigénhiány kialakulása ¾ • • ¾ • • ¾ • •
nyáron: túlzott mértékben elburjánzott vízinövényzet nagyfokú bomlási, rothadási folyamatok télen: jégréteg akadályozza az oxigén víztérbe jutását jégrétegre hullott hó árnyékoló hatása egyéb okok: szerves és szervetlen szennyező anyagok vízbe jutása kedvezőtlen hidrometeorológiai helyzet
Eutrofizáció • ~: a vizek növényi tápanyagdúsulása által kiváltott biológiai reakció: a felszíni vizek elnövényesedése (algásodás, hinárasodás), azaz a víz trofitásfokának megnövekedése • természetes és mesterséges hatásokra következik be • jelzi: egyes planktonalgák időszakos, hirtelen elszaporodása (vízvirágzások) • a tavi elöregedés jellemzője, feltöltődéshez vezet
¾ az oxigénhiány kialakulása egyéb jelenségekkel is együtt járhat: • a növényzet hirtelen rothadása, az iszap anaerob bomlása folytán kénhidrogén és ammónia keletkezik • baktériumok, algák: mérgező anyagcsere termékeik keletkeznek
Foto : Haczai
• erózióval, deflációval a felszíni vizekbe jutó tápanyag (főként a N- és P-tartalmú műtrágyák) és a szennyvizek elősegítik a folyamatot
Fotó : Haczai
4
Fotó : Haczai
A vízszennyezés elleni védekezés lehetőségei • a szennyezést csökkentő vagy megszüntető technológiai módosítás • technológiai módosítás a víztakarékosság érdekében • a víz többszörös (soros: az egyik lépcsőben kismértékben elszennyezett vizet egy következő technológiai lépésben felhasználnak) vagy ismételt (recirkulációs: pl. recirkulációs hűtővízrendszerek) felhasználása • a szennyvizekben található értékes anyagok visszanyerése • szennyvíztisztítás (szennyvizek összegyűjtése és tisztítása)
5
I. Mechanikai tisztítás:
Szennyvíztisztítás I. mechanikai (elsődleges) tisztítás II. biológiai (másodlagos) tisztítás)
cél: durva szennyezőanyagok, ülepíthető és finom lebegőanyagok eltávolítása
1. rácsok (durva szemét)
III. fizikai-kémiai (harmadlagos) tisztítás
Gépi tisztítású íves rács
2. homokfogó: szennyvíz sebessége lecsökken kb. 30 cm/s-ra, homokszemcsék kiülepednek
Homokfogó
a győri szennyvíztisztító telep homokfogójának épülete
6
rács: az épületben a levegőbefúvás ezeken a csöveken át történik (funkció: átkeverés)
zsírfogó
az olajfogót a homokfogótól elválasztó lemezek
homokfogó (győri szennyvíztisztító) az üres homokfogó
3. ülepítés ülepítőmedencék (Dorr-, Dortmundi-, Graever-ülepítő)
•
1 cm/s áramlási sebesség, iszapok leülepednek
•
ülepítés elősegítése:
9 flokkulálás: flokkulálószerekkel kisebb szemcséket összetapasztják, nagyobb szemcse már le fog ülepedni
a homokfogóról
9 derítés: vegyszerekkel az oldott állapotú anyagokból csapadékot képeznek, ami leülepedik
kikerülő szennyvíz ezeken a csöveken jut a föld alatt az ülepítőmedencékbe
•
Dorr-ülepítő
9 flotáció: vegyszer + alulról átbuborékoltatják a vizet, olaj-, zsírcseppek felülúsznak
7
iszapkaparó lemezek a szennyvíz itt folyik be
az iszapkotró körbeforgó hídja
a medence alja középpontosan enyhén lejt (iszapkotrás)
a víz itt folyik ki a medencéből
ülepítőmedence (Dorr-típusú) (győri szennyvíztisztító)
Függőleges átfolyású dortmundi-ülepítő
üres ülepítőmedence (győri szennyvíztisztító)
Graever-ülepítő
8
II. Biológiai szennyvíztisztítás cél: szervesanyag-eltávolítás, nitrifikáció
• biológiai módszereknél a szennyvíztisztítást mikroorganizmusok végzik: a szennyvíz szervesanyag-tartalmát lebontják, és életműködésükhöz felhasználják • csepegtetőtestnél: biológiai hártya a töltő-szemcsék felületén
1. mesterséges módszerek: a, csepegtetőtestes; b, eleveniszapos; + utóülepítés kell mindkettőnél
• eleveniszapos medence: pelyhes szerkezetű eleveniszapként lebegnek a vízben a mikroorganizmusok
2. természetes módszerek: árasztásos, esőztető-öntözéses, tavas, növényágyas, élőgépes stb.
• levegőztetés és utóülepítés mindkét módszernél szükséges
Csepegtetőtest
Vasbeton eleveniszapos medence (felülnézet)
Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák ¾ Vizes rendszerűek:
a győri szennyvíztisztító biológiai része (kicsi, a szennyvíztisztító bővítésével új biológiai egységet hoznak létre)
• csörgedeztetés (overland flow) • szennyvíztisztító tavak - ülepítő (anaerob) tavak - nem levegőztetett (fakultatív tavak) - levegőztetett (aerob) tavak - utótisztító tavak • úszó- vagy lebegőnövényes szennyvíztisztítás, Élőgépes (Living mashines) szennyvíztisztítás • természetes vagy mesterséges nádastó (wetland)
9
Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák (folyt.)
Tavas szennyvíztisztítás
¾ Szilárd hordozójú rendszerűek:
¾ Alkalmazás: házi szennyvíz v. ahhoz hasonló ipari szennyvíz tisztítására
• szikkasztás
¾ A szennyvíztavak előnyei:
• öntözés: mezőgazdasági területen, erdőn
• • • •
• homok vagy talajszűrés • gyors beszivárogtatás • gyökérzónás/növényágyas szennyvíztisztítás
tájba illő kialakíthatóság egyszerű, költségkímélő építési mód kevés gépi szükséglet csekély karbantartási költség a rendszeres üzemeltetési ellenőrzés mellett • évente v. többévente jelentkező iszapeltávolítási igény • nagy pufferkapacitás ⇒ lehetőség csapadékvíz együttes kezelésére is
A szennyvíztavak típusai
Tavas szennyvíztisztítás ¾ A szennyvíztavak hátrányai: • viszonylag nagy területigény • ingadozó tisztítási teljesítmény az évszak- és időjárásfüggő változások miatt • szagártalom lehetősége • alkalmanként nagy algafejlődés, nemkívánatos algaelúszás
¾ Ülepítő (anaerob) tavak: • • • • • • • • • • •
nyers szennyvízből ülepíthető anyagok leválasztása, leülepedett iszap rothasztása csapadékvíz kezelés is tófenék mélypont felé lejt (h ≥1,5 m) rézsűburkolás bevezetéshez: elosztó berendezések (merülőfal, terelőfal) rács és homokfogó előtte 50%-os szerves szennyeződés csökkenés iszap kitermelés: rendszerint évente altalaj védelme, szigetelés átfolyási idő: legalább 1 nap VLE ≥ 0,5 m3/LE
10
A szennyvíztavak típusai ¾ LE = lakosegyenérték • átlagos szociális feltételek között egy személy után keletkező szennyvízmennyiség (150-400 l/nap) biológiai tisztításához szükséges oxigén mennyisége, amit a BOI5 alapján határoznak meg: ez a helyi adottságoktól függően 20-70 g O2/nap • mértékegységül választott:
1 LE = 56 g O2/nap (BOI5-ben mért)
¾ Nem levegőztetett (fakultatív) szennyvíztavak • • • • • • • • • • • • •
A szennyvíztavak típusai ¾ Levegőztetett (aerob) szennyvíztavak •
nyers v. mechanikailag tisztított szennyvízzel táplálják
•
biológiai tisztítás
•
műszaki levegőztető berendezés
•
területigény csökken
•
5000 LE alatt
•
célszerű két egymás után kapcsolt egység
•
vízmélység: 1,5-3,5 m
•
átfolyási idő: legalább 5 nap
•
tisztító és fenntartási munkák
•
iszapeltávolítás: 4-10 évente
nagy kiterjedés, csekély mélység (kb. 1 m) 1000 LE alatt ALE ≥ 15 m2/LE biológiai tisztítás; csapadékvíz kezelése is O2 bevitele csak természetes folyamatok által (klíma-függő) felső vízréteg rendszerint aerob fenekén ill. bevezetésnél: anaerob lehet 2-3 egységből álljon bevezetéseknél elosztó berendezések kifolyásoknál merülőfalak, szűrőgátak: úszó- és lebegő anyagok visszatartása átfolyási idő: ≥ 20 nap összekötő- és kifolyási berendezések: hetente ellenőrzés, tisztítás iszapeltávolítás: több évente
A szennyvíztavak típusai ¾ Utótisztító tavak • biológiailag tisztított szennyvizekkel táplálják • lebegő anyagok, maradék szerves terhelés, szervetlen tápanyagok, higiéniai állapot javul • rendszerint mesterséges levegőztetés nélkül • 1-2 m-es vízmélység • holt terek ne legyenek (alga-elszaporodás) • célszerű a tófelületet több független tóra osztani • 1-5 napos átfolyási idő • 5-10 évente iszapeltávolítás
11
Élőgépes szennyvíztisztítási technológia (Living machines)
anaerob reaktor: nincs levegőbevitel szerves anyagot mikroorganizmusok felveszik (KOI csökken) O2 mentes környezetben a sejten belüli szervesanyagoxidáció nem indul el • a szervesanyag-felvétel energiát igényel: ATP bontás ⇒ víz foszfátkoncentrációja megemelkedik ¾ • • •
aerob reaktor: levegőbevitel történik az akkumulált szerves anyag elégetése ⇒ a felszabaduló energiát ATP-ben megkötik (vízből foszfort felveszik) • ⇒ a sejtszaporulatban (eleveniszapban) felszaporodik a foszfor • ⇒ a folyamatosan eltávolításra kerülő fölösiszappal eltávolítják a foszfort is ¾ • • •
Élőgépek-metszet (sorba kapcsolt reaktorok, mindben más típusú baktériumok más-más szennyeződéstől tisztítanak: aerob, anaerob körülmények)
¾ anoxikus reaktor: • cél: nitrogén eltávolítás • nincs levegőbevitel • oxigént csak kémiailag kötött formában (NO3--ban) tartalmaz a víz • NO3- forrás: belső iszaprecirkuláció • ⇑ a levegőztetett medencében nitrifikálódott a szennyvíz ammónia- és szerves nitrogén-tartalma • a baktériumok a nitrát-ion oxigénjét használják a légzéshez • ⇒ denitrifikáció: a felszabaduló N2 gáz távozik Élőgépek (Harbor-Park, Nagytétény, Mo.)
12
Növényágyas szennyvíztisztítás • vízinövényekkel (nád, kardliliom, gyékény, békalencse) beültetett homokos-kavicsos talajtestek • biológiai tisztítás
Növényágyas szennyvíztisztítás ¾ Előtisztítás (ülepítő-, oldómedencék) •
(feliszapolódás, szagártalom, elosztó kavicsréteg eltömődése)
¾ Növényágy
►
50-1000 LE, elválasztott csatornahálózat kiszolgálása
• • • • • • •
►
egyedi szennyvíztisztító kisberendezések (50 LE, kb. 8m3/nap)
9 Kacorlak: nádágy 9 Zalakaros, Zalakomár: nemes-nyáras
• talajbaktériumok élettevékenysége a fő • gyökérzet: megakadályozza a talajpórusok elzáródását (megnövekedett talajbaktérium tömeg) • alkalmazás:
IV. Harmadlagos (fizikai-kémiai) tisztítás ¾ célok/eszközök: • finom lebegőanyag eltávolítása: homokszűrő, mikroszűrő • foszfor- és nitrogén eltávolítása: derítés, kicsapás, denitrifikáció, ioncsere stb. • sótalanítás: fordított ozmózis, elektrodialízis, desztilláció
talajtest: homokos kavics, áteresztő képesség: k= 10-4-10-3 m/s vízzáró szigetelés a növényágy fenekét a legmagasabb ismert vízszint sem érheti el vízszintes átfolyású növényágy: ≥50 cm talajtest függőleges átfolyású növényágy: ≥80 cm talajtest vízszintes felület fagyvédelem
Szennyvíziszapok ¾ Szennyvíztisztítás során szennyvíziszap keletkezik: • mechanikai tisztításkor az ülepítő medencékben • biológiai tisztításkor: fölös eleveniszap
• baktérium- és víruseltávolítás: aktív szén adszorpció, klórozás, ózonizálás • stb.
13
A keletkezett szennyvíziszap kezelése • mechanikai víztelenítés és szárítás • anaerob rothasztás és szikkasztás • égetés • komposztálás (mezőgazdasági hulladékkal, tőzeggel, háztartási szeméttel együtt) • mezőgazdasági hasznosítás (termőföldek tápanyagpótlása, szigorú feltételekhez kötött, káros anyag nem lehet benne) • deponálás
Ipari szennyvizek tisztítása
Ipari szennyvizek tisztítása ¾ szennyvizek semlegesítése: • lúgos szennyvíz: ásványi savak, CO2 • savas szennyvíz: mész (→ CaSO4), Na2CO3, NaOH, mészkővel v. MgO-val töltött oszlop ¾ nehézfémek kivonása: • FeSO4, SO2, mésztej, ioncsere, flotáció, fordított ozmózis
Egyedi szennyvíztisztítási eljárások
¾Olaj-eltávolítás: mechanikai olajfogó, flokkuláció, flotáció, biológiai tisztítás, szűrők (homok, aktív szén, műanyag töltet)
¾ csatornahálózattal nem rendelkező területeken
¾10-20 % olajtartalmú szennyvíziszapok: víztelenítés, szárítás, égetés
¾ számos technológiai megoldás: • zárt tárolós megoldás: időnként kiszippantják és elszállítják • házi szennyvíztisztító kisberendezések: 9 oldómedencével egybekapcsolt szikkasztó (ülepítés mint a nagybani folyamatoknál, majd szikkasztó árkokban, szikkasztó aknákban stb. a talajba elszikkasztják → a talajnak van öntisztuló képessége (nem korlátlan) 9 a nagybani eljárásokhoz hasonló kisberendezések + szikkasztás (ülepítő rész + csepegtetőtest + utóülepítő
CPI típusú olajfogó
ülepítő rész, eleveniszapos rész + utóülepítő stb.)
14
oldómedencés vagy annak megfelelő előtisztítás
szakaszos üzemű homokszűrő
recirkulációs üzemű homokszűrő
szikkasztás
hagyományos
hagyományos szivattyús adagolással
sekély mélységű mezőn szivattyús adagolással
dombon szivattyús adagolással
Egyszerű oldóakna kútgyűrűkből
Szebeton-Mall csepegtetőtestes szennyvíztisztító kisberendezés (4-1000 lakosegyenértékig)
15
A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek megoszlása gazdasági ágazatonként, 1997, Mo. (KVM 2000)
Gazdasági ágazatok Energetika Vill. energ. gáz-, gőz-, vízellátás Bányászat Ipar Feldolgozóipar Építőipar Közlekedés, szállítás Kereskedelem Szállítás Mező-, erdő- és vadgazdaság Mezőgazd., erdő-, vadgazd. Halászat Szolgáltatás Tel. szennyvíz tiszt. és közcsat. Egyéb Összesen
A szennyvizek mennyisége 1000 m3 mechanikailag+biológiailag Tisztítatlanul Csak mech. Összesen részlegesen teljesen elvezetve tisztítva tisztítva 21 388 14 930 5 871 51 536 9 132
4 467
4 408
0
257
12 256 171 209 170 656 553 402 310 92 4 716 4 095 621 509 350 505 922 3 428 707 065
10 463 15 086 15 086 0 1 0 1 4 080 4 080 0 202 947 201 020 1 927 237 044
1 463 75 406 74 936 470 226 152 74 621 0 621 13 475 13 200 275 95 599
51 30 718 30 706 12 167 150 17 0 0 0 117 945 117 653 292 148 881
279 49 999 49 928 71 8 8 0 15 15 0 174 983 174 049 934 225 541
A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek mennyiségének megoszlása gazdasági ágazatonként, 1998 (Mo.)
A közcsatornán elvezett szennyvizek tisztítási arányai (Az összes elvezett szennyvíz %-ában, 1998) (Horváth L.-né 2000) Legmagasabb tisztítási fokozat
A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek mennyiségének tisztítási fokozat szerinti megoszlása, 1998 (Mo.)
Magyarország
Vidék
Budapest
Tisztítás nélkül befogadóba
11
10
12
Előmechanikai tisztítás
38
4
73
Mechanikai tisztítás
3
6
0
Biológiai tisztítás
42
69
15
III. tisztítási fokozat
6
11
0
100
100
100
Összesen
16
17
Szennyvíztisztítók terhelése és kapacitása, 2002. január 1.
Tisztítási fokozat
A szennyvíztisztító berendezések kihasználtsága, 2002. január 1. Szennyvíztisztító berendezés
Összes kapacitás %
1000 m3/nap
298
55,3
701-2000
120
20015000
Terhelés* %
%
92,2
4,4
72,7
7,9
78,3
22,3
147,6
7,0
84,3
9,1
57,1
51
9,5
176,8
8,4
131,9
14,3
74,6
500110000
31
5,7
232,1
11,0
112,8
12,2
48,6
>10001
39
7,2
1461,3
69,2
521,9
56,5
35,7
Összesen
539
100
2110
100
923,6
100
43,8
<700
%
1000 m3/nap
%
Kihasználtság %
Csak mech. tiszt. (I.) Biológiai tiszt. (II.) Tápanyag elt. (III.)
19
387
18
55,6
6,5
14,4
369
1171
55
495,6
58,5
42,3
151
552
27
301,6
35,4
54,7
Összesen
539
2110
100
853,1
100
40,4
Kihasználtság
%
db
1000 m3/nap
terhelés
A szennyvíziszap elhelyezésének megoszlása (2002. jan. 1.)
1000 m3/nap
m3/nap
kapacitás db
A kihelyezés módja közvetlen mezőgazda- kihelyezés ság komposzt készítés depónia
Összesen
Kezelőhely száma (db)
Az iszap A mennyisége felhasználás (t/év) aránya (%)
74
16 273
14,3
77
27 515
24,2
átmeneti depónia
32
3 079
2,7
végleges depónia
201
66 972
58,8
384
113 839
100
*: csapadékvízzel együtt
18
