Top Banner
1 A szennyvíztisztítás szabályozás igénye a hazai gyakorlat néhány példájával Tanulmánygyűjtemény 4. füzet Összeállította: Kárpáti Árpád Veszprémi Egyetem Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék 2002
104

04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

Oct 23, 2015

Download

Documents

dademdd

process control in wastewater treatmentz
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

1

A szennyvíztisztítás szabályozás igénye a hazai gyakorlat néhány példájával

Tanulmánygyűjtemény

4. füzet

Összeállította: Kárpáti Árpád

Veszprémi Egyetem Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék

2002

Page 2: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

2

Előszó Ez a füzet a 2002-re tervezett sorozat utolsó tagjaként készült. Mivel azonban kizárólagosan korábban megjelent anyagokat tartalmaz, könnyű volt egy hétvégén összeállítani az anyagot. Ettől függetlenül a benne található munkák szisztematikusan illeszkednek az első három füzet elméleti anyagához, vagy annak alkalmazását jelentik bizonyos értelemben a jelenlegi hazai helyzetre. Ezért is éreztem célszerűnek a sorozat záró egységeként egy kötetbe gyűjteni azokat. Mint a tartalomjegyzékből is látható, egy kivételével valamennyi fejezet anyaga már korábban megjelent folyóiratban, vagy konferencia kiadványban. Azért is gondoltam ismételten, egy helyütt megjelentetni azokat, mert az utóbbiak hozzáférhetősége úgy vélem, elég korlátozott a hazai referáló és könyvtárrendszer útján. Az eleveniszapos rendszerek modellezését, szimulációját, az intenzív anaerob tisztítók tervezését, valamint az iszap komposztálásának alapismereteit két következő füzet fogja bemutatni. Köszönettel tartozom a füzetben található munkák elkészítésében nyújtott segítségért valamennyi szerzőtársamnak. Veszprém, 2002-03-11. Dr. Kárpáti Árpád egyetemi docens

Page 3: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

3

Tartalomjegyzék

Eleveniszapos szennyvíztisztítási technológiák és szabályozás-igényük fejlődése 1 (Pulai J. - Kárpáti Á.) (Publikációra 2000-ben leadva, de még nem jelent meg) Bevezetés 1 A kommunális szennyvizek teljes tápanyag-eltávolításának kialakítása 2 Nitrifikáció 3 Denitrifikáció 3 Az iszapelhelyezés korlátjai 4 Energia- és költségkímélés metanizációval 4 Csökkentett energia és szerves tápanyag igényű nitrogén eltávolítás 5

Nitrogén eltávolítás nitrit redukciójával 5 Nitrogén eltávolítás autotróf mikroorganizmusokkal történő nitrit redukcióval. 6

Szabályozás igény 6 Irodalomjegyzék 8 On-line ellenőrzés és szabályozás a szennyvíztisztításban. 10 (Pulai J. - Kárpáti Á.) (Előadás a VEAB Vízkémiai Szakbizottságában 1998 március 31.-én) Bevezetés 10 A biológiai szennyvíztisztítás 10 Az üzemeltetés ellenőrzése, szabályozása 11 Összefoglalás 14 Köszönet 14 Irodalomjegyzék 17 Szennyvízhőmérséklet és nitrifikáció kapcsolata eleveniszapos rendszereknél. 18 (Lakicsné Molnár E. - Sulák V. - Tőzsér B. - - Kárpáti Á.) (XI. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, 1997. október 14-16. Kiadványkötet, 55-64.) Bevezetés 18 Falusi körzeteink vízfelhasználása és vízszennyezése 19 A szennyezők átalakítása a biológiai szennyvíztisztításban 19 Téli NH4

+ oxidáció a kisebb helységek szennyvíztisztítóinál 21 Összefoglalás 27 Irodalomjegyzék 27

Page 4: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

4

Nitrifikáció javításának a lehetőségei kommunális és ipari vegyes szennyvíz többlépcsős tisztításánál. 28 (Kárpáti Á. - Pulai J.) (Pulai J – Kárpáti Á (1999): Nitrogéneltávolítás szabályozása kis KOI/TKN tartalmú szennyvízek esetében. IV Veszprémi Környezetvédelmi Konferencia és Kiállítás, 1999 május 30 – június 1, Veszprém, Kiadványkötet 186-193. alapján) Bevezető 28 A tisztító kiépítése és működe 28 Nitrifikáció a tisztításnál 31 A korábbi jobb hatásfokú nitrifikáció okai 32 Jobb oxigénellátás várható hatása a jelenlegi technológiánál 33 Nitrifikáció javításának lehetősége az egyes iszapkörök terhelésének a módosításával 34 Összefoglalás 37 Nitrogéneltávolítás növelése kis KOI/TKN arányú szennyvíz tisztításánál 38 (Kárpáti Á. - Kiss J. - Balaskó L.) (MHT XIII. Vándorgyülése, 2000. július 5-6, Veszprém, 204-216.) Összefoglalás 38 1. szennyvíztisztítás a korábbi években 38 1.1. Relatív iszapterhelés és tápanyag-ellátottság 39 1.2. Nitrifikáció az üzemeltetésnél 40 1.3. Savtermelés és semlegesítés 41 1.4. Denitrifikáció 41 2. A rekonstrukció utáni helyzet 42 2.1. Az elődenitrifikáció hatása a tisztítóban 42 2.2. Nitrifikáció és denitrifikáció az új üzemeltetésnél 44 2.3. Foszfor adagolás és esetleges utódenitrifikáció 46 Konkluzió 47 Irodalomjegyzék 47 Eleveniszapos lépcső kiépítése csepegtetőtestek után a hazai és európai normák teljesítése érdekében. 48 (Pulai J.- Kovácsné Benkó Zs. - Rajhona J. - Kárpáti Á.)

(XIV. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, 2000 szept. 19-21 Kiadványkötet) Bevezetés 48 A szennyvíztisztító telep átalakítás előtti állapota 48 A rekonstrukció 49 A csepegtetőtest recirkulációja módosításának hatása 52 Az eleveniszapos rész bekötésének hatása 52 Az előlevegőztető és a csepegtetőtestet követő eleveniszapos rész respirációs vizsgálata 54 A Dortmundi - medence oxigén felvételi sebességének vizsgálata 54 Előlevegőztető medence vizsgálata 56 Irodalom 57

Page 5: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

5

A szennyvíztisztítási igény változása magyarország kis és nagy tisztítónak az EU harmonizációja kapcsán 58 (Pulai J – Egyed J – Kárpáti Á.) (Regionális szennyvíztisztító rendszerek működése – hatékonysága. MHT XIII. Vándorgyülése, 2000. július 5-6, Veszprém, 273-287.) Kivonat 58 A tisztítási igény szabályozása és várható hatása 58 A pannonvíz-rt. kis kapacitású szennyvíztisztítói és üzemeltetésük. 61

Ciklikusan levegőztetett, egy reaktorteres rendszerek 63 Kétlépcsős, két iszapkörös szennyvíztisztítás 65

SBR típusú tisztító 65 A vizsgált kis kapacitású telepek üzemeltetési tapasztalatai 67 Nagy kapacitású hazai szennyvíztisztítóink hatékonysága 69 Összefoglalás 73 Köszönet 73 Hivatkozások 73 A szennyvíztisztítás környezetbarát lehetőségei ritkábban lakott térségekben 74 (Kárpáti Á.) (Vízügyi Közlemények, LXXXIII (2) 237-249.) Bevezetés 74 1. A szennyvíz elhelyezése környezetünkben 74 2. Szennyvíztisztítás csatornázott területeken és közvetlen környezetükben. 75 3. Nem csatornázott területek szennyvizei tisztítási és elhelyezési lehetőségei 76 4. Az elöntözhető víz mennyiségének a számítása 77 5. A tápanyagterhelés számítása 78 6. Az öntözés, elszivárogtatás szabályozása 79 7. A szennyvíztisztítás kiegyenlítése, szabályozása 79 8. A tisztítás térfogatigénye 82 Összefoglalás 83 A hazai szennyvíztisztító kapacitás reális felmérésének problémái 84 (Kárpáti Á.) (VÍZMŰ Panoráma VIII. (3) 9-15.) Összefoglalás 84 A klasszikus megnevezések és kialakulásuk. 84 Mechanikai tisztítás 85 Biológiai úton történő szerves anyag eltávolítás 87 Nitrogén és foszfor eltávolítása a szennyvizek tisztításánál 88

Nitrifikációs kapacitás becslése 90 Denitrifikációs kapacitás becslése 91 Biológiai foszfor-eltávolító kapacitás becslése 93

A vegyszeres foszforkicsapatás vegyszerigényének becslése 94 Reális felmérés lehetősége a hazai szennyvíztisztítási helyzetéről 94

Page 6: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

6

Eleveniszapos szennyvíztisztítási technológiák és szabályozás igényük fejlődése

Pulai Judit - Kárpáti Árpád

Veszprémi Egyetem Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék

Bevezetés A szennyvíztisztítás a humán infrastruktura elengedhetetlenül szükséges része, melyet az emberi élet minőségbiztosítása első helyen kiemelt ágazatának, a közegészség biztosításának az igénye hozott létre. Fő célja, hogy az emberiség káros vízszennyezése ellen védje ivóvíz bázisainkat, melyek egyrészt a felszín alatti víztartalékaink, másrészt az egyre szélesebb körben nyersvízforrásainkat jelentő élővizeink. Ezeknek a vízkészleteknek egyébként a Föld fejlődésének legutolsó néhány tíz évmilliója során olyan egészséges, dinamikus egyensúlya alakult ki, amely lehetővé tette az emberiség utóbbi néhány ezer év során bekövetkezett robbanásszerű fejlődését. A fejlődés természetes velejárója ugyan a korábbi egyensúly lassú eltolódása, napjainkban azonban sok térségben annak ugrásszerű változása, megbomlása figyelhető meg. Kérdés, hogy milyen stádiumban és hogyan sikerül az emberi tevékenység környezetével kialakult egyensúlyát stabilizálni. A folyamatosan szaporodott lakosság folyékony és fél-folyékony hulladékainak feldolgozását, ártalmatlanítását az utóbbi évszázadokig az akkori életvitelnek megfelelően a talaj viszonylagosan nagy biológiai kapacitása biztosította. A nagyobb lakóközösségek, települések, túlnépesedett városok kialakulása eredményeként a hulladékok befogadóivá egyre inkább a felszíni vizek váltak. Ezek mikroorganizmus koncentrációja lényegesen kisebb lévén, térfogati fajlagos hulladék feldolgozó kapacitásuk is kisebb. Sajátos korlátozó tényező az utóbbi rendszerben a fázishatáron az oxigén diffúzió sebessége is. A szennyvíztisztítás intenzifikálása ezért a folyadéktérben lévő mikroorganizmusok koncentrációjának növelését (iszaprecirkuláció) és oxigén ellátásuk megfelelő biztosítását (levegőztetés) igényelte. A tisztítás „szabályozás igénye” a kezdeti kiépítettségnél mindössze a levegőztető medence iszapkoncentrációjának a jól ülepíthető tartományban történő tartása, és a folyamatos levegőellátás biztosítása volt. Ezzel a megoldással azonban az emberiség századunk első évtizedeiben csupán a szerves tápanyag maradványok (baktérium tápanyag) széndioxiddá és elhalt sejtfalanyaggá történő alakítását, és vizes fázisból történő elkülönítését biztosíthatta. A nitrogén-, és foszforvegyületek többsége oldott formában a tisztított elfolyó vízbe került. A keletkező iszap (fölösiszap) századunk első felében megfelelő stabilizálás, esetleg komposztálás után a termőtalajok tápanyagainak utánpótlására került döntően felhasználásra, bár elég jelentős hányaduk került a lakossági és egyéb szilárd hulladéklerakókba is.

Page 7: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

7

A kommunális szennyvizek teljes tápanyag-eltávolításának kialakítása Az utóbbi évtizedek problémái egyértelművé tették, hogy a kommunális szennyvizek szerves szennyezettségének és szervetlen tápanyagainak (KOI, BOI, TKN, P) az eltávolítása egyetlen levegőztetett medencében, illetőleg levegőztető és iszap ülepítő medence kombinációjával nem lehetséges. A szervetlen tápanyagok, az ammónium, nitrát és foszfát döntő részének eltávolítása ugyanakkor ma már legtöbb helyen szükséges a befogadók védelme, eutrofizálódásának elkerülését érdekében. Ezt biztosította a negyvenes évektől a nitrifikáció, a hatvanas évektől a denitrifikáció, majd a nyolcvanas évektől a biológiai többletfoszfor eltávolítás kifejlesztése és kiépítése a szennyvíztisztító telepeken (Kárpáti Á. és Monozlay E., 1995, Kárpáti Á. és Rókus T., 1995). A kommunális szennyvizek átlagos szerves szén/nitrogén/foszfor (C:N:P, vagy KOI:TKN:ΣP) aránya olyan, hogy a heterotróf mikroorganizmusok az aerob tisztítás során azok nitrogén és foszfor tartalmának csak a negyedét – harmadát tudják beépíteni a keletkező fölösiszapba. A többlet szervetlen tápanyagok eltávolítását kémiai kicsapatással, vagy más, speciálisabb mikroorganizmus fajok tevékenységének hasznosításával kell biztosítani. A foszfor esetében a vegyszeres kicsapatás nem is nagyon drága, de jelentősen (20 – 40 %) növeli az iszaphozamot. Ez annak elhelyezése, vegyszer-szennyezettsége miatt kellemetlen. Az ammónium kicsapatása a jelenleg ismert megoldással (MgNH4PO4 - MAP, vagy struvit) annyira drága, hogy a gyakorlat szempontjából nem jöhet szóba. Ezért is terjedtek el a gyakorlatban már az elmúlt évtizedekben a nitrogén és foszfor eltávolítás biológiai megoldásai. A tisztítás során az ammónia oxidációját autotróf mikroorganizmusok végzik, majd a nitrát redukciója ismételten a szerves szenet hasznosító heterotróf fajokkal történik. Az autotrófok kisebb szaporodási sebessége miatt nagy tartózkodási idejű, iszapkorú rendszerek kiépítése vált szükségessé. A denitrifikálók tápanyag érzékenysége (NO3

- - redukció sebességének függése a szerves tápanyag biológiai bonthatóságától) ugyanakkor elengedhetetlenné tette, hogy a denitrifikáció a rendszer elején a gyorsabban bontható tápanyagban dús, friss szennyvízzel történjen. Ehhez az iszap recirkulációján túl belső recirkuláció kiépítése és nagy folyadékmennyiség mozgatása vált szükségessé (Kárpáti Á, 1998a). A kommunális szennyvizek viszonylag nagy KOI : TKN aránya ugyanakkor kellően hatékony denitrifikációt tesz lehetővé a tisztítás során. A biológiai többletfoszfor eltávolításnál a specifikus foszfor akkumulációra képes szervezetek még különlegesebb tápanyagigénye (acetát, vagy kis molekulatömegű illó savak) teszi elengedhetetlenné, hogy az anaerob reaktorszakasz legyen a tisztítósor elején. A három szakasz térbeli kialakítása, sorba kötése, netán egy reaktorban, időben történő ciklizálása igen sokféle üzemi technológiai megvalósítást eredményezett az utóbbi évtizedek során. Üzemeltetésük optimalizálásának alapelvei általánosíthatók, a gyakorlati megvalósítás azonban a szabályozásnál is típusonként eltérő megoldásokat eredményezett. Általánosítható megfigyelés, hogy ahogy a nyers szennyvizek KOI : TKN : Σ P aránya csökken, a teljes nitrogén- és foszforeltávolítás lehetőségei fokozatosan romlanak. A kommunális szennyvizek esetében éppen ezért bevált gyakorlat a tápanyagarány valamilyen, döntően szénhidrát hulladékkal történő javítása. Erre egyébként veszélytelen, jól bontható ipari hulladékok a legolcsóbb segédanyagok. Metanol, ecetsav adagolása nagyobb költsége miatt csakis célirányosan az anaerob, vagy anoxikus tér tápanyagellátásának javítására jöhet szóba. Lehetőség van ezen túl a rendszer levegőztetés és belső recirkuláció szabályozásával

Page 8: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

8

történő optimalizálásra is. Az utóbbi a nitrifikáció gondosabb ellenőrzését, s annak megfelelően a mindenkori levegőztetés ammónium koncentrációval is szabályozott beállítását (set point) jelenti. Nitrifikáció A nitrifikáció két lépcsőben történik. Előbb az ammóniumból nitritt, majd abból nitrát keletkezik. Az egyes oxidációs lépéseket különböző mikroorganizmus fajok biztosítják. Az első lépcsőben a Nitrosomonas fajok minden mól ammónium oxidációjakor 2 mól savat termelnek. A fajlagos oxigénigény ennél a lépcsőnél 48/14 mg O2 / mg NH4-N. A második lépcsőben a Nitrobacter fajok fajlagosan sokkal kevesebb oxigént ( 16/14 mg O2 / mg NH4-N) használnak fel az oxidációhoz, miközben már nem keletkezik további savmennyiség sem.

+1 ½ O2 +½ O2

NH4+ → NO2

- + ( H2O + 2 H+ ) → NO3-

Az autotrófok igen érzékenyek a hőmérsékletre és az oxigénellátottságra. Ezen túl adott koncentrációik felett a pH függvényében szabad ammóniaként jelenlevő alapanyag és a salétromossavként jelenlevő közti termék is leállíthatja szaporodásukat. Közülük is a nitrit oxidációját biztosító Nitrobacter fajok érzékenyebbek az inhibítorok jelenlétére, ami ugyanakkor az oxidáció ilyen stádiumnál történő leállítását lehetségessé teszi. Speciális szennyvizek esetében éppen ez napjainkban a technológiai fejlesztés, szabályozás egyik fő iránya. A klasszikus megoldásoknál azonban ezeknek a komponenseknek a mérgező hatását minimalizálni kell, ezért a rendszerben a kémhatást közel semleges értéken kell tartani. Denitrifikáció A nitrát oxigénmentes környezetben nitrogénné történő redukálására (denitrifikáció) a szerves szén oxidációját is végző heterotróf mikroorganizmusok nagyobb része képes. Ennél a folyamatnál a korábban nitrogén oxidációra elhasznált oxigén egy részének (5/8 részének) újrafelhasználására kerül sor. A redukció során a nitrifikációnál keletkezett sav fele is felhasználásra kerül, így a nitrifikáló / denitrifikáló rendszer savasodása kisebb mértékű, mint a csak nitrifikációt végzőé. Teljes denitrifikáció esetén éppen a fele. NO3

- + szerves szénforrás + H+ → ½ N2 + CO2 + új mikroorganizmus anyag A kommunális szennyvizek puffer kapacitása eredetüktől függően valamelyest eltérő, de átlagosan 5 mekv/l körüli. Amíg a szennyvíz ammónium koncentrációja nem haladja meg ezt az értéket, a nitrifikáció / denitrifikáció nem igényel pH szabályozást. Ezt meghaladó értékeknél azonban a rendszer lesavanyodása a nitrifikációt akár teljesen leállíthatja. Mint látható, a denitrifikáció során az oxigén újrahasznosításához a heterotróf mikroorganizmusok szerves tápanyagot (szénforrás) is igényelnek. Ennek mennyisége a redukció és a heterotrófok szaporodásának sztöchiometriájából számíthatóan minimálisan mintegy 4,3 – 5 mg KOI / mg NO3-N. A denitrifikáció megfelelő sebességgel történő végbemeneteléhez azonban, mint már utaltunk rá, könnyen bontható tápanyag kell. Ezért a denitrifikáló reaktornak meg kell előznie a nitrifikáló egységet. Ellenkező esetben a nitrifikációval egy időben a könnyen bontható szerves tápanyag gyakorlatilag teljesen elfogy szerves tápanyag az oxigénnel történő átalakításánál, a ezért a denitrifikációhoz aránytalanul

Page 9: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

9

nagy anoxikus reaktortérfogat szükséges, netán a teljes nitrát redukció azzal együtt sem biztosítható (Henze M, 1991). Más megoldás lehet a ma már klasszikusnak tekinthető három reaktorszakaszból (anaerob – anoxikus – aerob ) kiépülő teljes BOI és tápanyag eltávolító rendszerek negyedik egységgel történő kiegészítése (Kárpáti Á., 1998b). Ilyenkor az egyébként az elkülönítésre kerülő primer iszap (a szennyvíz lebegő anyagainak nagyobb része) előzetes anaerob hidrolízisével, savanyításával előállítható kis molekulatömegű illó savak biztosítják a tápanyagok arányának (acetát : NH4 – N : P ) kedvezőbbé tételét. A savtermelés miatt ilyen megoldásnál a tisztításra kerülő folyadékhoz eleve valamennyi semlegesítő szert kell adni, amelynél azután biztosítható, hogy maga a nitrifikáció / denitrifikáció ne igényeljen további pH szabályozást. Más a helyzet azokban az esetekben, amikor kis szerves anyag, ugyanakkor nagy ammónium tartalmú szennyvizek nitrogén szennyezettségének a megszüntetése a feladat. Ilyenkor a nitrogéneltávolítás során a víz puffer kapacitásánál jóval nagyobb mennyiségben keletkezhet sav. Ezt semlegesíteni kell, egyébként a nitrifikáció igen hamar leáll. A rendszer lemérgezése a savasabb kémhatásnál a keletkező nitrittel egyensúlyban levő salétromossav toxikus hatásának következménye. Az ilyen szennyvizek tisztításánál a pH szabályozása elengedhetetlen. Más kérdés, hogy az ilyen szennyvizeknél (KOI/TKN arány < 4) a denitrifikációhoz már nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű szerves tápanyag (szerves szén), ami annak lelassulását, elégtelenségét eredményezi (Abeling U. és Seyfried C. F., 1992; Balmelle B. et al., 1992). A denitrifikációnál korábban ilyen esetekben is a külső tápanyag adagolása volt az elsődleges megoldás Kárpáti Á., 1998b). Az iszapelhelyezés korlátjai A fenti technológiai fejlesztésekkel egyidejűleg nyilvánvalóvá vált azonban, hogy a modern mezőgazdasági termelés nem teszi lehetővé a nagy mennyiségben keletkező szennyvíziszap hatékony visszaforgatását a termőtalajokra. Egyrészt azok elszennyeződésének veszélye, másrészt a műtrágyák kedvezőbb ára és kihelyezési lehetősége volt az iszaphasznosítás visszaszorításának az oka. A tisztítás során ezért az iszaptól a fejlettebb országokban mindenütt meg akarnak szabadulni. Ennek lehetséges megoldása az iszap, vagy akár az eredeti szerves széntartalom metánná történő átalakítása. A kommunális, valamint a hígabb ipari szennyvizek esetében ugyan ez a megoldás ma még igen gazdaságtalannak tűnik, a koncentráltabb elfolyó vizek, különösen élelmiszeripari szennyvizek esetében járható út. A kommunális szennyvizek fölösiszapja koncentrált szerves szennyezőanyag tartalmának az anaerob feldolgozása, rothasztása egyébként évtizedek óta bevált gyakorlat. Energia- és költségkímélés metanizációval A metanizáció során a hulladékok szerves széntartalma a mikroorganizmusok tevékenységének eredményeként maximális (+4) és minimális (-4) oxidációszámú szénvegyületek elegzévé alakul. Ezek a CO2 és a CH4. Az átalakításhoz minimális energia szükséges, azonban az csak a mezofil hőmérséklet tartományban (30-35 Celsius fok) játszódik le a gyakorlati hasznosítás szempontjából elfogadható sebességgel (Abeling U. és Seyfried C. F., 1992). A keletkező gáz energiatartalmának kihasználása a hulladék biomassza energia-tartalmának újrahasznosítását jelenti. A szerves anyagok szén mellett jelenlevő foszfát tartalma a metanizáció során változatlan (orto-foszfát), nitrogén és kéntartalma redukált formában (NH4

+ és S2-) a vizes fázisban

Page 10: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

10

marad. A szulfid vonatkozásában a kicsapatás azért is gyakorlat, mert az oldott szulfid, pontosabban a szabad kénhidrogén toxikus a metanizációt végző mikroorganizmusokra. Az eredeti nitrogén tartalon ugyanakkor ammóniumként, oldott, disszociált formában lesz jelen a vízben, így az ammónia toxicitása a gyakorlatban nem érvényesül. A foszfát nem okoz semmilyen káros hatást az átalakítás folyamatában sem oldott, sem lebegő állapotú csapadék formájában. Az ammónium ennek megfelelően teljes mennyiségében, a foszfát pedig a kicsapatásától függő mértékben az anaerob tisztítás elfolyó vízében jelentkezik. Ugyanide kerül még egy viszonylag kisebb oldott szerves anyag hányad is. Az utóbbi egyébként az aerob tisztítást végző mikroorganizmusoknak jól hasznosítható, azokkal könnyen eltávolítható szennyezettséget jelent. Az anaerob tisztítók elfolyó vizeiben azonban az említettek miatt a kommunális szennyvizekéhez képest lényegesen kisebb a szerves C : NH4-N arány. Ilyenkor hasonló problémát jelent azok nitrogén tartalmának teljes eltávolítása, mint azt a speciális ipari szennyvizek esetében tapasztalhattuk. Segédtápanyag hozzáadása nélkül gyakorlatilag alig megoldható. Csökkentett energia és szerves tápanyag igényű nitrogén eltávolítás A fejlesztés lehetséges irányai a probléma megoldására a nitrogén eltávolításhoz szükséges oxigén és szerves tápanyag mennyiségének csökkentése. A jelenlegi ismeretek szerint ez kétféleképpen lehetséges. Egyik megoldás a korábban is hasznosított autotróf / heterotróf mikroorganizmusok oxidációjának és redukciójának szabályozása, a másik a tisztán autotróf mikroorganizmusokkal történő nitrogén-eltávolítás.

Nitrogén eltávolítás nitrit redukciójával Az első esetben a nitrogén oxidációja csak nitritig történhet. Ekkor az oxidációhoz szükséges oxigén, valamint a nitrit redukciójához szükséges szerves karbon igény is kisebb, mint a nitráton keresztül történő redukciónál. Az utóbbihoz képest 25 % oxigén és 60 % KOI megtakarítás érhető el.

NH4+ + 1 ½ O2 → NO2

- + H2O + 2 H+

NO2- + szerves szénforrás + H+ → ½ N2 + CO2 + új mikroorganizmus anyag

Sajnos az így tisztított vizek a határértékeket valamelyest meghaladó koncentrációban tartalmaznak ammóniumot és oxidált nitrogént, amiért is egy lényegesen kisebb utótisztítási lépcső ilyenkor elengedhetetlen az előírásoknak megfelelő teljes nitrogén eltávolításhoz. Ez a tisztítási megoldás azonban a klasszikushoz képest fokozott szabályozást igényel. A nitrogén eltávolításában döntő szerepet játszó első lépcsőben a pH-t 8,2 körüli értéken kell tartani, hogy a képződő nitrit ne oxidálódjon nitráttá. A nitrit redukciójára ugyanez a pH megfelelő. Az utótisztításnál ugyanakkor 7 – 7,3 közötti pH tartása szükséges a teljes nitrogén eltávolítás érdekében (Abeling U. and Seyfried C. F., 1993; Austerman-Haun U. és Seyfriec C. F., 1992). Az ilyen megoldásokat ma még elsődlegesen a kis KOI/TKN aránnyal rendelkező, anaerob előtisztításról elfolyó ipari szennyvizek esetében preferálják. A nagy ammónium koncentráció miatt az energia- és szerves tápanyag megtakarítás esetükben jelentős, s azzal együtt biztosíthatja a befogadó határértékeket a tisztítás. Kommunális szennyvíztisztítók anaerob rothasztójából kikerülő iszapvíznél az alkalmazása alig terjedhet el, mivel az ilyen telepeken

Page 11: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

11

az iszapvizet a nyers szennyvízhez keverve annak ammónium koncentrációja nem növekszik olyan mértékben, ami a további tisztításnál a szükséges mértékű nitrifikációt / denitrifikációt a klasszikus úton (nitráton keresztül) megakadályozná. A kétlépcsős megoldás ezeknél a vizeknél lényegesen több beruházási, szabályozási, költséget igényelne, mint amennyi megtakarítás a levegőztetésnél jelentkezhet.

Nitrogén eltávolítás autotróf mikroorganizmusokkal történő nitrit redukcióval. A másik ígéretes lehetőség a nitrogén gazdaságos és hatásos eltávolításra a fentiekben bemutatott kis KOI/TKN arányú és nagy ammónium tartalmú szennyvizeknél a nitrifikáció / denitrifikáció egyaránt autotróf mikroorganizmusokkal történő kivitelezése. Ez a megoldás mind az oxigén, mind a szerves tápanyag igény tekintetében a legkedvezőbb (Van de Graaf et al., 1995; Jetten et al., 1997; Hellinga et al., 1997). Az első lépcsőben csak az ammónium tartalom felét kell nitritté oxidálni, mivel a következő lépésben annak redukciója a többi ammónium elektron akceptorként történő hasznosításával történik.

NH4+ + 1 ½ O2 → NO2

- + H2O + 2 H+ NO2

- + NH4+ → ½ N2 + 2 H2O

Ez a megoldás azonban a korábban bemutatotthoz hasonlóan hagyományos befejező nitrifikációt / denitrifikációt igényel (Jetten et al., 1997). Az ebben az esetben is az igen kis mennyiségű, de határértéket meghaladó ammónium és oxidált nitrogén eltávolítására szükséges. Az utóbbi megoldás azonban jelenleg még csak nagylaboratóriumi méretekben került kiépítésre. Esetében a csak nitritig történő oxidációt nem a pH, hanem a nagyobb hőmérséklet Nitrobakter fajokra gyakorolt gátló hatása biztosítja. Igen kényes szabályozási kérdés az első reaktorban a pH beállítása is. Ezt kommunális iszaprothasztók iszapvize esetében annak összetétele eleve biztosítja. Más szennyvizeknél további szabályozásigény is jelentkezik. Megfelelően nagy befolyó víz ammónium koncentráció esetén reaktor közvetlen átfolyású egységként is működtethető. Kisebb ammónium koncentrációnál bizonyára szükség lesz valamilyen rögzített filmes, elárasztott rendszer kiépítésére. Napjainkig csak a mezofil hőmérséklet tartományban vizsgálták az első lépcsőt, ahol a hőmérséklet biztosította a nitrit oxidáló Nitrobacter fajok kimosódását. A második reaktor esetében ugyancsak fontos a megfelelő vízhőmérséklet. A biomassza szaporodása ennél a lépcsőnél még lassúbb, ezért laboratóriumban is csak a rögzített filmes, fluid-ágyas technika bizonyult megfelelőnek napjainkig. Különös jelentősége van ebben a lépcsőben a lebegő állapotú iszaprész visszatartásának is, ami speciális ülepítő zóna kialakításával oldható meg (Jetten et al., 1997; Hellinga et al., 1997). Szabályozás igény Mint a fentiekből látható, a kisebb szabályozás igényt a kommunális szennyvizek tisztítása igényli. Ezeknél napjainkban általánossá kezd válni a levegőztetés szabályozása. Ez azt jelenti, hogy megfelelő oxigén szondával mérik a medencében levő folyadék oldott oxigén- koncentrációját, és azt igyekeznek két határérték között tartani. Ezt a tartományt rendszerint 1,5 – 2,5 mg O2 / l koncentrációk közéállítják be. Az alsó érték a nitrifikálók megfelelő sebességgel történő szaporodásához elengedhetetlen. A felsőt értéket ugyanakkor az oxigénátadás hatékonyságának javítására, s ezzel az energiafogyasztás minimalizálására amennyire csak lehet, igyekeznek csökkenteni. Olyan szennyvizek esetében, ahol

Page 12: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

12

nitrifikációra nincs szükség, a medence oxigénszintjét jóval kisebb értéken lehet tartani (Kárpáti Á.. 1998b). A szabályozás következő lehetőségét azt követően kellett csak az ilyen rendszerekben alkalmazni, amikor nyilvánvalóvá vált, hogy a denitrifikációhoz a szerves tápanyag egyre kevesebb a kommunális szennyvizekben, s a heterotróf mikroorganizmusoknak az autótrófok nitrifikációjával párhuzamos történő szerves tápanyag fogyasztása is számottevő KOI, vagy BOI veszteséget jelent a denitrifikáció tápanyag igényével szemben. Mind a térben, mind az időben ciklikus eleveniszapos rendszereknél jelentős lehet ezért az oxigénbevitel mindenkori ammónium koncentráció alapján történő szabályozása. Ha nincs ammónium a rendszerben, a bevitt oxigén kizárólag a szerves szén oxidációjára fordítódik, ami felesleges tápanyag pazarlás. Az ammónium mérése azonban lényegesen bonyolultabb, mint az oldott oxigéné. A jelenleg gyártott ionszelektív elektródok csak megfelelő ionerősség beállításával tudják az ammónium koncentrációt kellő pontossággal mérni, amiért is a folyamatos monitoring csakis folyamatos vegyszeradagolással oldható meg. Ez azt jelenti, hogy a mérési technika a DO mérésénél összetettebb. Még bonyolultabb a monitoring kolorimertikus mérési elven történő kiépítése, hiszen annál a vegyszerek elkeveredése, a színkifejlet még több időt vesz igénybe, továbbá bonyolultabb berendezés kialakítást igényel. Mivel a fotometriás mérést a lebegő anyag zavarja, gondoskodni kell a minta mérés előtti szűréséről is. Az ilyen monitorok, illetőleg a velük kialakítható szabályozás költsége a DO szabályozás költségét jelentősen meghaladja Pulai J. és Kárpáti Á., 1998). Talán ennek is tulajdonítható, hogy hazánkban még eddig egyetlen helyen sem került kiépítésre ilyen szabályozó rendszer. A nitrát eltávolítását illetően elsődleges igény a denitrifikációhoz szükséges szerves tápanyag jelenléte. Azokban a rendszerekben, ahol a szerves tápanyag ellátottság szűkös, az előbb említett ammónia koncentrációval történő levegőztetés szabályozás önmagában is nagy előrelépés. Javíthatja ilyen rendszereknél a nitrát eltávolítását, ha a levegőztető medencében levő nitrát koncentrációnak megfelelően lehetőség van a belső recirkuláció szabályozására. Ha kicsi az ammónia és nitrát tartalom célszerű a belső recirkuláció csökkentése. Ez is energia megtakarítást jelent a tisztításnál. A nagy nitrát tartalom ugyanakkor szükségessé teszi a belső recirkuláció növelését, hogy a denitrifikációs hatásfokot annak megfelelően javíthassák (Kárpáti Á., 1998b). A levegőztető medence nitrát koncentrációjának ellenőrzése az ammóniuméhoz hasonlóan ionszelektiv elektróddal, UV méréssel, vagy kolorimetriásan lehetséges (Pulai J. és Kárpáti Á., 1998). A költségigény ekkor is az ammónium mérési költségéhez hasonló nagyságrendben várható. A foszfor, s azon belül is a biológiai többletfoszfor eltávolítását alapvetően a rendszer kiépítettsége, valamint a nyers szennyvízzel érkező acetát mennyisége határolja be. Ha az acetát a szennyvízben kevesebb a szükségesnél, a nagyobb anaerob reaktor hányad ugyan valamelyest segíthet, de adott határon túl a vegyszeres foszfor kicsapatás elkerülhetetlen. A szabályozás tekintetében ezért lehet hasznos a levegőztető medencében kiépített o-foszfát monitoring, amellyel a mindenkori vegyszeradagolást szabályozni lehet. Mivel azonban a kommunális szennyvíztisztító rendszereknél az iszaprecirkuláció és a belső recirkuláció a nyers szennyvíz okozta terhelési csúcsokat elég jól elsimítja, a nitrát és foszfát koncentráció alapján történő szabályozás esetén kellő hatékonyságú a napi átlagminták foszfortartalma alapján történő belső recirkuláció és vegyszeradagolás a határérték biztonságos tartásához. Ugyanez igaz a pH szabályozás tekintetében is, amennyiben arra

Page 13: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

13

egyáltalán szükség van a viszonylag nagyobb befolyó víz ammónium koncentráció, vagy a helyi víz kis puffer-kapacitása miatt. Az ammónium koncentrációval történő levegőztetés szabályozás mintegy 16 – 18 % levegőbevitel, levegőztetési költség megtakarítást jelenthet. Igen kérdéses, hogy az így megtakarítható üzemeltetési költség elfogadható időn belül megtérül-e egy kisebb üzem esetében. Nagyobb kapacitású tisztítók ( > 100 ezer LE) esetében az ilyen szabályozás mindenképpen javasolható. Ipari szennyvizeknél, vagy élelmiszeripari szennyvizek anaerob tisztításáról elfolyó szennyvizeknél a nitrifikáció / denitrifikáció szabályozása mindenképpen szükséges. A rendszerben a nitrogén eltávolítása során keletkező savat feltétlenül semlegesíteni kell, mert különben a nitrit felhalmozódása igen súlyos üzemeltetési zavarokhoz vezethet. A korábban bemutatott nitriten keresztül történő nitrogén eltávolítás mindegyike a pH szűk tartományban történő szabályozását igényli (Abeling U és Seyfried C. F., 1992, 1993). Ezen túl az utótisztítási lépcsőben is mindkét esetben elengedhetetlen a pH szabályozása (Abeling U. és Seyfried C. F., 1993; Jetten et al., 1997). Az utóbbi megoldásoknál felvetődik a hőmérséklet, és oxigénbevitel szabályozásának igénye is. Anaerob tisztítók elfolyó vizeinél, ahol meleg, a metanizáció miatt szabályozott hőmérsékletű szennyvizek kezelése a feladat, nem biztos, hogy ki kell építeni külön hőmérséklet-szabályozást az utótisztítás első lépcsőjére. Ugyanitt azonban a pH szabályozás ellenőrzése az ammónia oxidáció érdekében szükséges. A nitrit redukció külön pH szabályozást ezt követően nem igényel. A hőmérséklet szabályozására is csak akkor van szükség, ha nem a pH-val, hanem a hőmérséklettel akarják az ammónia oxidációját a nitritnél leállítani. Az ammónium oxidációjánál ugyanakkor fontos az oxigén, vagy levegőellátás szabályozása. Erre itt is egyrészt a reaktorban mérhető oldott oxigén, másrészt az ammónium koncentrációról történő, a kommunális szennyvizek takarékos levegőztetéséhez hasonló elvi megoldás a megfelelő. A mindenkori oxigén koncentrációt az ammónium alapjelének megfelelően kell beállítani. Az ammónium koncentrációját azonban ezeknél a rendszereknél sokkal nagyobb értéken kell tartani (5-15 mg NH4-N/l), mint a kommunális tisztítóknál, hiszen az egyensúlyban levő szabad ammónia feladata a nitrit oxidációjának visszaszorítása. Mint látható, a folyamatok bonyolódásával a rendszerek szabályozási igénye is növekszik. A műszaki fejlődés eredménye azonban a szabályozó műszerek árának, s ezzel a szabályozás költséghányadának a folyamatos csökkenése is. Ezzel szemben viszont az iszapkezelésé, elhelyezésé folyamatosan nő. A metanizációnál talán ezért is célszerűbb még akkor is nagyobb energia kihozatalt megcélozni, ha az utótisztításnál a szabályozás költsége a hagyományos rendszerekéhez képest növekszik. Irodalomjegyzék Abeling U. and Seyfried C. F. (1992) Anaerobic-aerobic treatment of high-strength ammonium

wastewater – nitrogen removal via nitrite. Wat. Sci. Tech., 26 (5-6) 1007-107-15. Abeling U. and Seyfried C. F. (1993) Anaerobic-aerobic treatment of potato-starch wastewater.

Wat. Sci. Tech., 28 (2) 165-176. Austermann –Haun U and Seyfried C. F. (1992) Anaerobic-aerobic wastewater treatment plant

of a potato chips factory. Wat. Sci. Tech., 26 (9-11) 2065-2068.

Page 14: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

14

Balmelle B, Nguyen K. M., Capdeville B., Cornier J. C. and Degiun A. (1992) Study of factors controlling nitrite build-up in biological processes for water nitrification. Wat. Sci. Tech., 26 (5-6) 1017-1025.

Hellinga C.,van Loosdrecht M.C.M. and Heijen J.J. (1997) Model based design of a noval process for ammonia removal from concentrated flows. Proc. 2nd Mathmod, TU Vienna.

Henze M. (1991) Capabilities of biological nitrogen removal processes from wastewater. Wat. Sci. Tech., 23 (4-6) 669-679.

Jetten M. S. M., Horn S. J. and Loosdrecht M. C. M. (1997) Towards a more sustainable municipal wastewater treatment system. Wat. Sci. Tech., 35 (9) 171-180.

Kárpáti Á.(1998): Az eleveniszapos szennyvíztisztítás hatékonyságának szabályozása, ellenőrzése, optimalizálása. /MHT Veszprém Megyei Szervezete - MOKE – Magyar Szennyvíztecnikai Szövetség, Veszprém, MTESZ, 1998 május 18. Kiadványkötet, 60-67.

Kárpáti Á.(1998): On-line ellenőrzés és szabályozás a szennyvíztisztításban. 3rd Symposium on Analytical and Environmental Problems – Szeged 1998 márc. 30. Kiadványkötet, 138-144.

Kárpáti, Á., Monozlay, E.(1995): Az eleveniszapos szennyvíztisztítás fejlesztésének irányzatai I. BOI és nitrogéneltávolítás. 2. Veszprémi Környezetvédelmi konferencia, Veszprém, 1995 május 30 - június 1, Kiadványkötet 131-145.

Kárpáti, Á., Rókus, T.(1995): Az eleveniszapos szennyvíztisztítás fejlesztésének irányzatai II. A foszforeltávolítás és a szerves széntartalom kihasználásának optimalizálása. 2. Veszprémi Környezetvédelmi konferencia, Veszprém, 1995. május 30. - június 1, Kiadványkötet 146-158.

Pulai J. – Kárpáti Á.: Nitrogén és foszfor on-line mérése az eleveniszapos szennyvíz-tisztításban. The 3rd Symposium on Analytical and Environmental Problems – Szeged 1998 márc. 30. Kiadványkötet, 125-137.

Van de Graaf A.A., Mulder A., de Brujin P., Jetten M.S.M., Robertson L.A. and Kuenen J.G.(1995) Anaerobic ammonium oxidation in a biologically mediated process. Appl. Environ. Microbiol. 61, 1246-1251.

Page 15: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

15

On-line ellenőrzés és szabályozás a szennyvíztisztításban.

Pulai Judit - Kárpáti Árpád

Veszprémi Egyetem, Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék Bevezetés A szennyvíztisztításnál az egyes anyagáramok összetételének mérése részben a tisztítás hatékonyságát kell biztosítsa, részben a technológia szabályozásának egyik eszköze. A tisztított víz minőség a rendszer szabályozására kevésbé használható információ. A hatékony szabályozáshoz a tápanyagok koncentrációjának technológiai soron belüli változását is ismerni kell. Az áttekintő anyag a belső ellenőrzés és szabályozás lehetőségének ismertetése. A biológiai szennyvíztisztítás A szennyvíztisztítás az öblítővízzel közcsatornába juttatott lakossági és ipari hulladékaink környezetkárosító komponenseinek vizes fázisból történő eltávolítására, visszatartására célszerűen kialakított biotechnológia. A biológiailag viszonylag könnyen bontható szennyezők hatékony és egyidejűleg gazdaságos eltávolítására a biológiai megoldások alkalmasak. A tisztítás biológiai részfolyamatai: a hasznosítható szerves anyagok CO2-vé és lebegő állapotú biomasszává történő alakítása, az utóbbiba be nem épülő ammónium előbb nitráttá történő oxidációja, majd nitrogénné történő redukálása, továbbá olyan mikroorganizmus fajok iszapban történő céltudatos elszaporítása, melyek az annak többségét képező, mérsékelt foszforfelvételt mutató heterotróf fajokhoz képest különleges foszforakkumuláló képességgel rendelkeznek (növelve így a biológiai foszforeltávolítás mértékét, illetőleg csökkentve az iszap által fel nem vett foszfor kicsapatásához szükséges vegyszer-igényt (Harremoes és társai 1994; Kuba és társai 1996). A lakossági szennyvíztisztítók szennyezőanyag vagy tápanyag eltávolítását befolyásoló fontosabb szennyvíz, és technológiai jellemzőket az 1. táblázat foglalja össze. 1. táblázat: A tápanyagok eltávolítását befolyásoló főbb tényezők, technológiai jellemzők: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- KOI/BOI eltávolítás: ηKOI = f ( So

BOI, Sinert, toxicitás, Θc, HRT ) Nitrifikáció: ηnitr = f ( So

NH4, toxicitás, So

BOI, DOox, Θc, HRTox ) Denitrifikáció: ηdenitr = f ( So

NH4, toxicitás, So

BOI, DOox, HRTanox, Rb, SoBOIst )

Foszforeltávolítás: ηP = f ( Po, So

BOI, DOox, HRTana, O2Ri, NO3

Ri , Θc , SoBOIst, +vegyszer)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Page 16: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

16

Az üzemeltetés ellenőrzése, szabályozása A zavarmentesen működő, hatékony biológiai rendszer fenntartása folyamatos tápanyag-ellátást, valamint hasonló toxicitás-védelmet igényel. Ezek közül a környezetpolitika a közcsatorna határértékekkel az utóbbit ugyan rendeletileg igyekszik biztosítani, de a gyakorlatban a megfelelő ellenőrzés eszközei, lehetőségei hiányában annak kivédése is elsődlegesen a tisztítóra hárul. Ezért a tisztítók üzemeltetőiknek hatékony önvédelmük érdekében vagy a szennyvíz befolyó pontján kellene on-line toxicitás ellenőrzést kiépíteni, vagy kötelezniük kellene ugyanerre azokat a csatornahálózatot terhelő ipari egységeket, melyeknél toxikus szennyezés időszakos kibocsátása a termékeik vagy a termelés hulladékai, technológiai fegyelmük, illetőleg a szennyvíz előtisztításuk hiányosságai eredményeként előfordulhat, vagy korábbi ellenőrzések alapján előfordult. A toxicitás védelem lehetőségeit a 2 táblázat tekinti át (Kárpáti 1998): 2. táblázat: A toxicitás jelzésének lehetséges módozatai. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Heterotróf oxigénfelvétel csökkenésének jelzése (OUR - csökkenése)

- STIP, LAR, RODTOX, TOXALAM – folyamatos monitoring - ugyanez pontosítható egyszerű szakaszos vizsgálatokkal, RBOI méréssel is

Autotróf oxigénfelvétel lassulásának jelzésével (AUR - csökkenése)

- jelenleg még csak szakaszos vizsgálati módszer ismeretes / igen érzékeny a szippantó kocsis szennyvíz beszállításnál /

------------------------------------------------------------------------------------------------- A szennyvíztisztító biológiai, vagy toxikus anyag terhelésének hatékony szabályozása megfelelő kiegyenlítő medence építésével lehetséges. Ezt igen kevés lakossági tisztítónál építették ki, mivel a tározás beruházásigénye relatíve nagy anyagi ráfordítást igényelt volna. A szakaszos betáplálású eleveniszapos egységek (SBR) kivételével ez egyébként külföldön is jellemző. Szerencsére az eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek megfelelően nagy átlagos hidraulikus tartózkodási ideje és a lebegőanyagok gyors és gyakorlatilag teljes adszorpciója a terhelés ingadozását nagymértékben kompenzálja. A további szabályozás szempontjából érdekelt eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek főbb típusait a 3. táblázat összegzi. 3. táblázat: Az eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek főbb típusai: ------------------------------------------------------------------------------------------------ Folyamatos betáplálású térben ciklizált ( anaerob / anoxikus / oxikus ) rendszerek Folyamatos betáplálású időben ciklizált rendszerek 1 medencés 2 vagy több medencés sorosan kapcsolódó medencék (esetleg belső recirkulációval) párhuzamosan kapcsolódó medencék (célszerűen belső átkötéssel) Szakaszos betáplálású időben ciklizált rendszerek tisztítótérfogat csak reaktorként funkcionál tisztítótérfogat utóülepítőként is funkcionál --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Az ilyen technológiáknál a szerves tápanyag mennyiségének szabályozása helyett az annak feldolgozásához szükséges segédtápanyag, az oxigén mennyiségének a szabályozása az általános Olsson és Jeppson 1994; Balsev és társai 1996). Az oxigénellátás megfelelő

Page 17: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

17

szabályozására azonban a tisztítóba érkező szennyezőanyag mennyiség (térfogatáram és BOI5 értékben mérhető szennyezettség) folyamatos ellenőrzése ad csak lehetőséget. Mivel a biológiai terhelés ingadozásáról az oxigénellátás szabályozása érdekében viszonylag gyors információra van szükség, s a klasszikus BOI mérés ehhez lassú, valamilyen azzal arányos jellemző gyors meghatározásával kell a feed-forward szabályozás alapjelét biztosítani. Kommunális szennyvizeknél lehet az a KOI vagy TOC is. Ipari szennyvizeknél az utóbbiak sokszor igen csalóak lehetnek. Az üzemi tapasztalatok bizonyították, hogy a rövid idejű BOI vagy BOIST a vízösszetétel állandósága esetén (biológiailag különböző sebességgel bontható komponensek arányának állandósága) a szennyvízzel érkező biológiai terhelés megfelelő ellenőrzésére, a tisztító rendszer levegőztetésének szabályozására is alkalmas. Sokkal jobb szabályozás lehetséges azonban akkor, ha nem csak a BOI, de a nitrogén és foszforterhelés folyamatos ellenőrzése is biztosított (Harremoes és társai 1994; Olsson és Jeppson 1994). A tisztítás szabályozása azonban a beérkező terhelés pontos ismerete nélkül is kellő hatékonysággal lehetséges, akár jóval olcsóbb műszerezés mellett is, az oldott oxigén (DO), redox-potenciál (ORP) és pH tisztító rendszerben történő folyamatos mérésével, feed-back szabályozással (Sasaki és társai 1993; Wareham és társai 1993; Wouters-Wasiak és társai 1994). Közülük a DO ellenőrzése és állandó értéken tartása már önmagában is hatékony szabályozás, de sem a nitrifikáció, sem a denitrifikáció befejezéséről nem ad információt. A hatékonyabb nitrogén eltávolító technológiák szabályozására ezért alkalmatlan. A három elektrokémiai elvű műszer együttes felhasználásakor is nehézkes a szabályozás, hiszen az ORP és pH együttesen is csak a nitrát és ammónium adott reaktorterekben történő elfogyását jelzi (töréspontok). Azok aktuális értékéről nem adnak felvilágosítást (Plisson-Saune és társai 1996; Yu és társai 1997). A velük történő szabályozás lehetőségét a 4. táblázat tekinti át. 4. táblázat: Az egyszerűbb, olcsóbb szabályozás lehetőségei DO, ORP és PH mérésével. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Mivel Hogyan DO alapján – kívánt DO szintre két DO koncentráció között

működtetve a levegőztetést ki/be kapcsolással, vagy frekvenciaváltós szabályozással, szükség szerint a DO elfogyása után megfelelő levegőztetés-késleltetés anoxikus szakaszt is biztosít

ORP alapján nitrát elfogyásra nitrát elfogyásakor (sarokponton) indítva a levegőztetést,

d ORP/dt, vagy d ORP/d DO jelre a szabályozás érzékenyebb

DO / ORP / pH alapján mint előző esetben, de a d pH/dt jellel mind a nitrát,

mind az ammónium elfogyása érzékelhető

Hiányosság: ORP és PH csak végpontokra ad információt, koncentrációra nem; belső recirkulációs igény nem pontosítható --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Az egyes szennyező és tápanyag komponensek pontos ellenőrzése, hatékony eltávolításának finomabb szabályozása csak azok egyedi mérésével és az üzemeltetés azok alapján történő szabályozásával lehetséges. Az utóbbi csak úgy valósítható meg, ha a levegőztető medence megfelelő pontjain folyamatosan mérik az egyes tápanyagok aktuális koncentrációit. Ezek

Page 18: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

18

mérésére ma már megfelelő ipari műszerek állnak rendelkezésre (Baumann és társai 1992; Köhne 1994; Schlegel és Baumann 1996; Lynggaard-Jensen és társai 1996). Az ammónium ion koncentrációját mind elektrokémiai, mind fotometrikus elven, a nitrátét elektrokémiai, UV és fotometriai, míg az ortofoszfátot csak fotometrikus módszerrel lehet ma biztonsággal ellenőrizni (Londong és Wachtl 1996; Thomsen és Kisbye 1996). A szabályozás céljára elvileg valamennyi mérési lehetőség megfelelő. Az eredmények hivatalos összehasonlítására eddig még csak korlátozott körben került sor (Balslev és társai 1996). A szabályozás lehetőségét az 5. táblázat tekinti át. 5. táblázat: A tisztítás szabályozása részletes, on-line monitoring segítségével. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Milyen jellemzővel Hogyan DO alapján – kívánt oxigénszintre két DO koncentráció között működtetve a

levegőztetést, vagy NH4-N alapján áltoztatva a beállított kapcsolási szinteket

NH4-N alapján az oxigénszint igény szerinti állításával, szükség

szerint levegőztetés nélküli időszakok beiktatásával NH4-N és NO3-N alapján mind az oxigénszint állításával, mind a

levegőztetés kikapcsolásával, mind a recirkuláció mértékével szabályozva a folyamatokat

PO4

3- alapján a megfelelő foszfor-eltávolításhoz a szükséges kicsapó vegyszer dózisát is szabályozza

A drága on-line műszerek mellett természetesen az olcsóbbak (ORP, pH) használata is ajánlatos, hiszen azok a drágább műszerek meghibásodásának jelzésére kitűnően alkalmasak lehetnek. A pH ellenőrzése mindenképpen szükséges, hiszen a rendszer puffer kapacitásának kimerüléséről csak azzal informálódhat az üzemeltető (Lefevre és társai 1993). Az ammónium koncentráció levegőztető medencében történő folyamatos ellenőrzése alapján történő oldott oxigén szint beállítás a rögzített DO értékűnél sokkal hatékonyabb szabályozást tesz lehetővé. Az ammónium koncentráció értéke ilyenkor szabályzó jelként szolgál az oldott oxigén optimális koncentrációjának beállítására. Az ammónium és nitrát koncentrációjának együttes figyelembevétele alapján lehetséges a folyamatos tápanyag-ellátású, térben ciklizált (anaerob / anoxikus / oxikus) rendszerek esetén, szükség szerint, rövidebb - hosszabb időre akár teljesen megszüntetni a levegőztetést, optimálisan szabályozni a belső recirkulációt és az igény szerinti segédtápanyag adagolást (Nielsen és Önnerth 1996). Az ortofoszfát koncentrációjának ugyanott történő mérése a rendszer foszforeltávolító hatékonyságáról, esetleges acetát, vagy kicsapó vegyszer adagolás szükségességéről ad információt (Balslev és társai 1996; Kuba és társai 1996). Míg a belső iszap-recirkuláció igényét vagy szükséges mértékét a nitrát, illetőleg az ammónium és nitrát levegőztető medencében mérhető együttes koncentrációja szabályozza (Londong 1992; Balslev és társai 1996; Nielsen és Önnerth 1996), az iszap recirkulációjának hatékony szabályozása csakis a levegőztető medencében, valamint recirkuláltatott iszapban

Page 19: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

19

mérhető lebegőanyag koncentrációnak, továbbá az utóülepítő iszapszintjének a figyelembe vételével lehetséges. Ezek mérése az előzőekben felsorolt egyedi komponensekétől eltérően nem kémiai reakciók és eredményeik, hanem a diszperz rendszer fizikai jellemzői, mint annak fény elnyelése, fényáteresztő képessége alapján lehetséges. Az iszapszint ellenőrzése az utóülepítőben azért lenne kívánatos, mert az iszap ülepedési jellemzőinek alakulásáról csakis annak és az említett két iszapkoncentrációnak az ismeretében alkotható kép. Az iszap ülepedési sebességének és duzzadási hajlamának műszeres mérése, amely ugyanilyen jellemzést adhatna az iszapról, a fentieknél is időigényesebb és költségesebb módszer, ami napjainkban még egyáltalán nem is tekinthető megfelelően biztonságosnak. Különösen fontos szerepe lehet az iszap víztelenítéséhez történő optimális polimer kiválasztásánál és a flokkuláció kivitelezésénél is az iszap és az iszapvíz lebegő anyag tartalma mérésének. Ezek hasonló elvű műszerekkel mérhetők. A tisztított elfolyó víz lebegő iszap tartalmát ugyanakkor csak különösen hatékony, utószűrős technológiák esetén szokásos ilyen műszerekkel ellenőrizni. Az egyszerűbb technológiák esetében az elfolyó víz zavarosságának mérése tökéletesen megfelel az ülepítés rendellenességeinek jelzésére. Mindezek a tapasztalatok a műszerekhez kapcsolódó számítógépekkel, számítógépes szabályozó rendszerben tárolhatók, feldolgozhatók, pontosítva a tisztítás és tisztított elfolyó víz minősége közötti folyamatszabályozás által is behatárolt sztochasztikus kapcsolatot és az optimális szabályozás lehetőségét (Olssen és Jeppson 1994; Nielsen és Önnerth 1996). Az ellenőrzés és szabályozás bemutatott összefüggését, az analitikai mérések, az adatfeldolgozás és a szabályozás/beavatkozás rendszerét az 1. és 2. ábrák próbálják szemléletesen bemutatni. Összefoglalás A tisztított elfolyó víz minőségének ellenőrzéséhez az on-line KOI, TOC, BOI, ammónium, nitrát és ortofoszfát mérők ugyan kitűnően alkalmasak, de nagyon drágák. Az abban mérhető koncentrációik egyébként sem térnek el lényegesen a levegőztető medence végén mérhető értékektől, illetőleg azokkal igen jól korrelálnak. A tisztítók ezért az elfolyó víz minőségének ellenőrzésére legfeljebb az automatikus mintavételt követő, klasszikus, akkreditált laboratóriumi vizsgálatokat használják, hasonlóan az ellenőrző hatóságok gyakorlatához. Az üzemvitel ellenőrzéséhez, szabályozásához azonban az ammónium és nitrát esetében hasznos lehet a fizikai kémiai módszerekkel, ionszelektív elektródokkal, UV adszorpcióval történő vizsgálat is. Toxicitás veszély esetén azonban a leghatékonyabb on-line műszerek sem hatékonyak, mivel a toxicitást egyértelműen a respiráció, vagy iszapaktivitás mérésével lehet csak megfelelően minősíteni. Köszönet Az összeállítás elkészítéséért köszönet illeti az MKM PFP-46/1997 project (folyamat-optimalizálására alkalmas szimulátor fejlesztése) és az OMFB és az EU-COST-682 project hasonló témakörökben nyújtott anyagi támogatását.

Page 20: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

20

Mért jellemző Hol Számító- gép

Szabályozás / folyamat

Jel f Toxicitás

közcsatorna → / befolyóvíz

e l d

toxikus víz elkülönítése

BOI (előülepítő)

előülepített → szennyvíz

o l g

segédtápanyag adagolása, S (acetát), O2

ORP, pH

ana/anox

→ medencék

o z á

segédtápanyag, semlegesítés

ORP, pH

oxikus

→ medencék

s - s

levegőztetés ciklizálása

DO

-,,-

→ z a

levegőztetés intenzitása

NH4

+

-,,- →

b á l

levegőztetés intenzitása

NH4

+ és NO3-

-,,-

→ y o z á

levegőztetés intenzitása / ciklizálása, belső recirkuláció mértéke

Ortofoszfát

-,,-

s →

acetát / segédtáp. / vegyszer

X iszapkonc.

-,,-

→ -

iszapelvétel szabályozása

X iszapkonc.

recirk iszap →

o p t

iszap recirk. / iszapelvétel

H (iszapszint)

utóülepítő →

i m a

dekanter üzemeltetése,

X iszapvíz

iszap

→ víztelenítő

l i z á

segédvegyszer adagolása, flokkul. idő szabályozása

X elfolyó víz

utóülepítő →

l á s

iszapelúszás megszüntetése üzemzavar elhárítás

Üzemleállás

műv. egység → berendezés

meghibásodás jelzése, riasztás üzemzavar elhárítás

1. ábra: A mért jellemzők, az adatfeldolgozás és a beavatkozó, szabályozó jelek között kapcsolat az eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerekben

Page 21: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

21

2. ábra: Mérőműszerek elhelyezése és a szabályozó rendszer kialakítása az eleveniszapos szennyvíztisztításnál

Irodalomjegyzék Balslev P., Lynggaard-Jensen A. and Nickelsen C. (1996) Nutrient sensor based real time on-

line process control of wastewater treatment plant using recirculation. Water Sci. Tech., 33(1), 183-192.

Baumann P., Krauth K. and Schwentner G. (1992 ) Zweckentsprechender Einsatz von Monitoren zur kontinuierlichen Bestimmung von NH4 –N, NO3 –N und (PO4)3- -P auf kommunalen Klaranlagen. Korrespondenz Abwasser, 39, 1143-1150.

Harremoes, P., Hvitved-Jacobsen, T., Lynggaard-Jensen, A. And Nielsen, B. (1994). Municipal wastewater systems, integrated approach to design, monitoring and control. Wat. Sci. Tech., 29(1-2), 419-426.

Köhne M. (1994) Kontinuierliche On-Line-Messungen in der Abwassertechnik, Abwassertechnik, 44(66), 10-14.

Kárpáti Á (1998) Respiráció mérése, célja és információ tartalma az eleveniszapos szennyvíztisztításnál. (ugyanebben a kiadványban)

Kuba T., Loosdrecht M. C. M. and Heijnen J. J. (1996) Phosphorus and nitrogen removal with minimal COD requirement by integration of denitrifying dephosphatation and nitrification in a two – sludge system. Water Res., 30, 1702-1710.

Lefevre F., Audic J. M. and Bujon B. (1993) Automatic regulation of activated sludge aeration-single –tank nitrification-denitification. Wat. Sci. Tech., 28(10), 289-298.

Londong J. (1992) Strategies for optimized nitrate reduction with primary denitrification. Wat. Sci. Tech., 26(5-6), 1087-1096.

Londong S. and Wachtl P. (1996) Six years of practical experience with the operation of on-line analysers. Wat. Sci. Tech., 33(1), 159-164.

Lynggaard-Jensen A., Eisum N. H., Rasmusen I., Svankjaer Jacobsen H. ans Stenstrom T. (1996) Description and test of a new generation of nutrient sensors. Wat. Sci. Tech., 33(1), 25-35.

Page 22: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

22

Nielsen M. K. and Önnerth T. B. (1996) Strategies for handling of on-line information for optimising nutrient removal. Wat. Sci. Tech., 33(1), 211-222.

Olsson G. and Jeppson U. (1994) Establishing cause – effect relationships in activated sludge plants – What can be controlled? In: Workshop Modelling, Monitoring and Control of Wastewater Treatment Plants. Med. Fac. Landbouww. Univ. Gent. 2057-2070.

Plisson-Saune S., Capdeville B., Mauret M., Deguin A. and Baptiste P. (1996) Real-time control of nitrogen removal using three ORP bending-points: signification, control strategy and results. Wat. Sci. Tech., 33(1), 275-280.

Sasaki K., Yamamoto Y., Tsumura K., Hatsumata S. and Tatwaki M. (1993) Simultaneous removal of nitrogen and phosphorus in intermittently aerated 2-tank activated sludge process using DO and ORP bending point control. Wat. Sci. Tech., 28(11-12), 513-521.

Schlegel S. and Baumann P. (1996) Requirements with respect to on-line analyzers for N and P. Wat. Sci. Tech., 33(1), 139-146.

Thomsen H.A. and Kisbye K., (1996) N and P on-line meters: requirements, maintenance and stability. Wat. Sci. Tech., 33(1), 147-157.

Wareham D., Hall K.J. and Mavinic D. S. (1993) Real-time control of wastewater treatment systems using ORP. Wat. Sci. Tech., 28(11-12), 273-282.

Wouters-Wasiak K., Héduit A., Audic J. M. and Lefevre F. (1994) Real-time control of nitrogen removal at full scale using oxidation reduction potential. Wat. Sci. Tech., 30(4), 207-210.

Yu R.-F., Liaw S.-L., Chang C.-N., Lu H.-J. and Cheng W.-Y. (1997) Monitoring and controlling using on-line ORP on the continuous-flow activated sludge batch reactor system. Wat. Sci. Tech., 35(1), 57-66.

Page 23: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

23

Szennyvízhőmérséklet és nitrifikáció kapcsolata eleveniszapos rendszereknél.

Lakicsné Molnár Erzsébet1, Sulák Vince1, Tőzsér Béla2, dr. Kárpáti Árpád3

1- Bakonykarszt Rt., 2- Envirosan Bt., 3- Veszprémi Egyetem

Bevezetés Hazai szennyvíztisztítóink, illetőleg szennyvíztisztításunk ebben az évtizedben ugrásszerűen fejlődött. A közműolló zárása, illetőleg korábban elhanyagolt kisebb településeink szennyvíztisztításának javítása érdekében a kilencvenes évek elején a központi pályázatok a kis települések közcsatorna és szennyvíztisztító építését támogatták fokozott mértékben. Az adott időszakban épített szennyvíztisztítók technológiai kialakításukat illetően igen változatosak lettek, hiszen a piacon ekkor egyszerre sok új vállalkozó jelentkezett. Valamennyiük igyekezett az adott helységben a befogadó érvényes követelményeit maximálisan kielégíteni. Ez esetenként a biztos szakmai ismeretek hiányában a tisztítók kellő túlméretezését jelentette. Ezt a tendenciát maga a pályázatok kiírása is gerjesztette. A következmény az újonnan épült kisebb szennyvíztisztítóknál napjainkban a jelentős hidraulikus és biológiai alulterheltség, ami egyidejűleg a szennyvíztisztítás fajlagos költségeinek messze nem tervezett növekedését jelentette. Más oldalról ugyanakkor az üzemeltetés irányítása, folyamatos ellenőrzése már nem került ilyen gondosan megtervezésre. Egyidejűleg igaz az is, hogy a hazai szennyvíztisztítási követelményrendszer elvárásai esetenként irreálisak. Természetes hát, hogy az elvileg sem kiküszöbölhető hibákat a gyakorlat eltűri, szemet huny felette. Ilyen nálunk az I-II kategóriába eső kis településen téli nitrifikációja. Az Európai Közösség /EK/ előírásai 2000 lakos egyenértéknek /LE/ megfelelő üzemméret alatt télen a nitrifikációt a biológiai szennyvíztisztítástól általában nem követelik meg. Nagyobb tisztítók esetén is 12°C vízhőmérséklet alatt eltekintenek az egyébként üzemmérettől függő, nyári határértéktől. Különlegesen védett területeken az EK szabályozás is lehetővé tesz helyi szigorításokat. Magyarországon az I és II kategória tekinthető ilyen különlegesen védett területnek. Ezek hazánkban gyakorlatilag a karsztvíz bázisok térsége, valamint a kiemelt üdülőkörzetek. Ezek általában kevésbé lakott, télen jelentősen túlhűlő térségek. A határérték az ammónia eltávolítása tekintetében ettől függetlenül 2-5 mg/liter. A IV és VI kategóriákban ugyanez 10 mg ammónia / liter. Az utóbbiakhoz tartozó kis települések tisztítóinál a téli időszakban a határérték elérése ugyancsak nehezen teljesíthető. A technológiai lehetőségeken a szabályozástól függetlenül nem lehet átlépni. A fenti térségek kis kapacitású szennyvíztisztítóiban a kívánt mértékű nitrifikáció elérése EU norma feletti igény, indokolatlannak tűnő, költségrabló, esetenként teljesíthetetlen követelmény. Ugyanakkor az utóbbi évben döbbentek rá illetékeseink, hogy a szennyvíztisztítás EK és hazai követelményrendszerének szinkronizácója kapcsán a nagyobb kapacitású tisztítók nitrifikációja mellett azok denitrifikációja is problémát jelenthet. Megfelelően kis relatív iszapterhelés és hatékony levegőztetés nélkül a nitrifikáció és denitrifikáció külön-külön és együtt sem biztosítható. A denitrifikáció megfelelően kialakított anoxikus tér hiányában

Page 24: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

24

a tisztításnál csak részleges lehet, ami az EK követelményeket nem fogja tudni kielégíteni. Hasonlóan gond lehet a nagy méretű tisztítóknál a foszforeltávolítás is, ha a jelenlegi technológiákkal kívánják a foszfort eltávolítani a szennyvizekből. A foszforeltávolítás ugyan csak részben érinti a jelen előadássorozat témáját, mégis szükségszerűen említést kell tenni arról, hiszen a biológiai többletfoszfor eltávolítás részben a denitrifikáció elől fogyasztja el a könnyen hasznosítható tápanyagot, csökkentve annak sebességét vagy mértékét. A központi irányítás részéről a megfelelő pályázati lehetőség kapcsán ma már érezhető a nagyobb tisztítók fejlesztésének, rekonstrukciójának szükségszerű anyagi támogatása. Az előírások jelenleg általánosan csak az I-II kategóriákban követelik meg a hatékony nitrát és foszfát eltávolítást. A többiben csak állóvíz befogadó esetén érvényes azokhoz hasonló, szigorú határértékek. Az állóvizű befogadók persze a III-VI kategóriákra nem túlzottan jellemzőek. A vízkészletek védelme érdekében azonban egyedi határértékekkel azok érzékenyebb régióiban is igyekeznek rászorítani a tisztítókat a hatékonyabb üzemeltetésre, nitrát és foszfát eltávolításra. Falusi körzeteink vízfelhasználása és vízszennyezése Vidéki lakosság vízfelhasználásának utóbbi években bekövetkezett visszaesése. Ez jelentősen megváltoztatta az ilyen területeken keletkező szennyvizek összetételét is. A korábban városainkban átlagos napi 150 liter/fő vízfelhasználás a kisebb helységekben ma inkább 60-70 liter/fő, ami változatlanul ugyanazt a fajlagos szennyezőanyag mennyiséget / közelítőleg 60 g BOI5, 12 g nitrogén és 2-3 g foszfor személyenként / szállítja a tisztítóba. Az utóbbi a mosószertermelés és forgalmazás szabályozásában, ellenőrzésében keményebb országokban még a 2 mg/fő érték felére is lecsökkenhet, de nálunk átlagos értéke az utóbbi időben inkább 3 mg/fő naponta. Ez annak a következménye, hogy míg egyik oldalon igyekeznek szabályozni a mosószerek foszfortartalmát, a másik oldalon a segédanyagok, legkülönbözőbb foszfortermékek forgalmazása elé a hatóságok semmilyen akadályt nem gördítenek. A fogyasztók nagyobb tömegei szűkös anyagi lehetőségeik miatt az olcsóbb, foszfortartalmú segédanyagok fokozott használatát gyakorolják. A szennyezők átalakítása a biológiai szennyvíztisztításban A lakossági szennyvizek tisztítása során szerves szennyezésből a széndioxid mellett keletkező eleveniszap, vagy rögzített biomassza legnagyobb része a szerves anyagok lebontását, eltávolítását végző heterotróf mikroorganizmus tömeg. Ezek, valamint a részben elhalt maradványaik képezik a többé-kevésbé folyamatosan eltávolításra kerülő fölösiszap szerves anyagának döntő hányadát. A fölösiszap fehérje tartalmának megfelelően a tisztítandó szennyvíz N tartalmának, ami elsősorban NH4-N és szerves-nitrogén, csak a kisebb hányada épül be a tisztítás szilárd maradékába. A keletkezett iszap tovább-feldolgozása, rothasztása esetén még annak nagyobb része is ismételten visszakerül az iszapvízzel a biológiai tisztításra. Az ammónia tehát a kommunális szennyvízben a heterotróf mikroorganizmusok szaporodásához szükségesnél lényegesen nagyobb mennyiségben van jelen. A többlet ammónia átalakítását, annak oxidációját a szerves szén oxidációját végző heterotróf baktériumokkal együtt szaporodó autotróf ammónia oxidáló, az úgynevezett nitrifikáló mikroorganizmusok végzik. Maga a folyamat két lépcsőben játszódik le. A nitrosomonas fajokkal előbb nitritté oxidálják az ammóniát, majd a nitrobakter fajokkal

Page 25: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

25

nitráttá alakítják a nitritet. A teljes folyamatban minden mól ammónia oxidációjánál két mólnyi sav keletkezik. Ez gyors nitrifikáció esetén maga is leállíthatja a folyamatot. Egyébként a nitrifikáció lassúbb, sebesség meghatározó folyamata az ammónia nitritté történő oxidációja. A mikroorganizmusokra toxikus nitrit ezért kritikus esetek, körülmények kivételével nem halmozódhat fel az átalakításnál, így nem állítja le a biológiai folyamatot. Az autotróf mikroorganizmusok szénforrása a HCO3

-, ami a rendszerint a heterotrófok CO2 termelése eredményeként az ilyen rendszerekben általában bőséges mennyiségben rendelkezésre áll. Az oxidációhoz a vízben levő oldott oxigén biztosítja az elektron akceptort, ami viszont az eleveniszap folyamatos levegőztetése révén kerül a folyadék fázisba. A nitrifikáló mikro-organizmusok tevékenysége, vagy fajlagos szaporodása kinetikájának jellemzésekor a fenti tényezők közül a HCO3

- és az NH4+, mint tápanyagok,

vagy reakciókomponensek hatását nem is szokták figyelembe venni, mivel azok féltelítési állandója /Ks/ annyira kicsi az ilyen rendszerekben kialakuló átlagos koncentrációikhoz képest, hogy az S/(Ks + S) tényezővel számítható sebesség befolyásoló hatásuk gyakorlatilag elhanyagolható. Más a helyzet az oxigén hatásával a levegőztetett terekben, melynek Ks értéke a gyakorlatban kialakuló oldott oxigén koncentrációkhoz viszonyítva számottevő lehet, sőt túlzottan kis koncentrációja a nitrifikációt le is állíthatja. A folyamatok vizsgálatánál igen fontos figyelembe venni az eleveniszapos rendszerek mikroorganizmus pelyhecskéiben lejátszódó folyamatok dinamikáját is. A folyadékfázis oldott oxigén koncentrációja a relatív iszapterhelés függvényében az iszappelyhek /mikroorganizmus flokkulátumok/ belsejében a keverési intenzitás, s ezzel a pelyhecskék mérete függvényében is igen változatosan alakulhat. A nitrifikáló eleveniszapos rendszerekben az iszaprészecskéknek a felszínükhöz közeli részében mindig a külső folyadékfázis oldott oxigén koncentrációjához /DO/ közeli oxigén koncentráció alakul ki, amely azonban a flokkulátum belseje felé folyamatosan csökken. 0,5 mg/liter oldott oxigén koncentráció alatt a nitrifikáció lelassul, a denitrifikáció pedig felgyorsul. A levegőztetett terekben kialakuló anoxikus pehelyrétegek, vagy zónák térfogathányada /vastagsága/ ugyanakkor mindig a rendszerben kialakuló NO3

- koncentrációnak és az adott térrész könnyen felvehető tápanyag ellátottságának a függvénye. Az anoxikus reaktorterekben ezzel szemben a recirkuláltatott iszappal, vagy folyadékkal visszaforgatott oxigén a jó tápanyag ellátottság miatt gyorsan elfogy, a pelyhek belsejében a denitrifikáció dominál. A pelyhek belsejében ilyenkor egyértelműen valamilyen nitrát és tápanyag gradiens alakul ki, ami a reakciósebesség meghatározója lesz. Ezek állandósítása érdekében szükséges a denitrifikáló terek folyamatos keverése, ami egyben az iszappelyhek kiülepedését is megakadályozza. A pelyhek belseje azonban anaerobbá is válhat, ahol a jó tápanyag-ellátottság a többletfoszfor felhalmozására képes mikroorganizmusok foszfát leadását is lehetővé teheti. Ez eredményezheti ciklikus foszfor felvétel és leadás kialakítása esetén az úgynevezett biológiai többletfoszfor felvételét. Az ennek optimalizálására kialakított technológiai változatok, reaktorelrendezések a magyar nyelvű közleményekben másutt kellő részletességgel ismertetésre kerültek. Sajnálatosan gondot jelenthet azonban a szennyvíztisztításnál a szimultán anaerob folyamat, ami ilyenkor gyakorlatilag anaerob hidrolízis. Ennek kialakulásakor a sok -SH kötést tartalmazó szerves molekulák, lassan bomló fehérjék hidrolízisekor az iszappelyhek belsejében viszonylagosan nagyobb HS-, és S2- koncentráció is kialakulhat. Ezek

Page 26: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

26

nitrifikációra gyakorolt gátló hatása akár teljes nitrifikáció leállást is eredményezhet. Az ennek eredményeként fellépő NO3

- hiány további anoxikus zóna leépülést, s így az anaerob tér arányának növekedését eredményezi. Ilyen nitrifikáció leállítást kisebb szennyvíztisztító esetében Sajószentpéteren tapasztaltunk, nagyobb kapacitású egység hasonló problémájára a Pápai szennyvíztisztítás bemutatása lesz a példa (Utasi A és társai, 1997). Téli NH4

+ oxidáció a kisebb helységek szennyvíztisztítóinál A nitrifikáció hőmérsékletérzékenységét a jól ismert elméleti megfontolásokon túl legjobban a télen igen kis vízhőmérséklettel üzemeltetett falusi, kisvárosi szennyvíztisztítók működésének bemutatásával tudjuk kézzelfoghatóvá tenni. Két igen kis település (∼30-60 m3/nap vízhozam), két közepes (∼500-600 m3/nap) és egy utóbbiakhoz hasonló terhelésű kisvárosi szennyvíztisztító összehasonlítása ad erre lehetőséget. A két kicsi helység Szálka /Szekszárd körzete/ és Eplény /Bakony – Zirc közelében/. Befogadójuk II. és I. kategóriás. Mindegyik eleveniszapos szennyvíztisztítója nitrifikációra és denitrifikációra, továbbá részleges biológiai többletfoszfor eltávolításra, illetőleg a maradék foszfor szimultán vegyszeres kicsapatására épült. Elvileg mindegyik A2/O technológia, anaerob, anoxikus és levegőztetett reaktorterekkel. Mindegyik szennyvize 8 °C alá hűl a téli időszakban. A szálkai szennyvíztisztítónál az anaerob – anoxikus - oxikus terek megosztása 7 : 16 : 77 %. Napi szennyvízterhelése átlagosan 62 m3 lakossági szennyvíz és 2, 6 m3 borászati szennyvíz. Az előző a viszonylag kis fajlagos vízfelhasználás miatt / 70 liter szennyvíz lakosonként naponta / töményebb az átlagosnál. A borászati szennyvíz szippantó kocsival kerül beszállításra. Napi maximális mennyisége az átlagos érték 3,5-szöröse is lehet, ami esetenként lökésszerű terhelést is előidézhet, de csak a KOI és BOI5 tekintetében. A lakossági szennyvíz és a tisztított elfolyó víz 1996 decembere és 1997 márciusa között mért jellemző adatait a fontosabb üzemi jellemzőkkel együtt az 1. táblázat mutatja be. 1. táblázat: A szálkai szennyvíztisztító nyers és tisztított vízének jellemzői, valamint a

tisztító fontosabb üzemi jellemzői Szennyezettség, Befolyó Tisztított elfolyó Minimum -

maximum Átlag Minimum -

maximum Átlag

PH 7, 48 - 7,9 7,7 7,17 -7,80 7,35 KOI, mg/dm3

650 - 1000 810 16 - 57 35,3

BOI5, -,,- 310 - 490 389 5 - 21 8,8 NH4-N, -,,- 29,7 - 61,6 43,6 0,0 - 0,5 0,03 NO3

-, -,,- 0,0 - 3,4 0,49 44 - 135 96,3 Összes-P, -,,- 6,9 - 14,1 9,53 1,2 - 3,2 2,03 SZOE, -,,- 6,9 - 58,3 25,4 0,0 - 2,6 0,94

Page 27: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

27

A borászati szippantott szennyvíz jellemzői a következők voltak: mértékegység tartomány átlag pH 4,18 - 7,05 5,79 KOI, mg/dm3 1550 - 10000 4280 NH4-N, -,,- 0,0 - 7,29 3,4 NO3

-, -,,- 1,5 - 13 5,3 Összes - P, -,,- 4,0 - 8,2 6,4 lebegőanyag, -,,- 393 - 2080 1023 Egyéb jellemző adatok: tartomány átlag hidraulikus terhelés, m3/nap : 30,1 - 124,3 61,8, tisztítandó szennyvíz NH4-N / KOI arány : 0,047 tisztítandó szennyvíz összes-P / KOI arány : 0,01 iszapkoncentráció, kg / m3 : 3,8 - 5,1 4,4 iszap izzítási veszteség, % 56 - 66 62 relatív iszapterhelés, kg BOI5 / kg MLSS 0,05 fölösiszap-hozam, kg/hét : 100 - 300 175 fölösiszap-hozam, kg/nap 25 fajlagos iszaphozam, kg MLSS / kg BOI5 0,86 iszap recirkuláció, % 30 - 300 100 vízhőmérsékletre, °C 3,2 - 10,3 oldott oxigén a levegőztetőben, mg / dm3: 4 - 6 összes reaktortérfogat, m3 : 143,1 enzim készítmény zsírlebontásra, mg / dm3: 0,1 Fe3+ vegyszeres foszforkicsapásra, mg / dm3 : 15,6 -,,- , milimól / dm3 0,28 összes-P terhelés, milimól / dm3 0,30 eltávolított összes-P, milimól / dm3 0,23 denitrifikációs hatásfok, % 50 Az adatok alapján megfigyelhető, hogy a szálkai szennyvíztisztító a téli, hidegebb időszakban is megfelelően nitrifikál, ami a kellően kis iszapterhelés, illetőleg nagy iszapkor eredménye. Nyílván valóan hozzájárul ehhez a tisztítandó szennyvíz viszonylagosan kis ammónium-nitrogén tartalma is, ami a koncentráción túl az NH4-N/KOI arányból is megfigyelhető. A keletkező nitrát hatékony redukciójához azonban az iszaprecirkuláció jelenlegi kialakítása nem megfelelő. Az intenzív levegőztetés és következményeként kialakuló nagy oldott oxigén koncentráció miatt a szimultán denitrifikáció az oxikus térben minimális, ugyanakkor a 100 % körüli átlagos iszaprecirkuláció csak a gyakorlatban is kimért , mintegy 50 %-os denitrifikáció biztosítására elegendő. A foszforeltávolítás a kategóriának megfelelő határértékre történik, amit azonban vegyszeres rásegítéssel biztosítanak. A nagy oxigén és nitrát recirkuláció miatt a technológiai séma szerinti rendszer nem biztosíthat hatékony biológiai többletfoszfor eltávolítást, amiért is a vegyszeradagolás szükségesnek bizonyult. Az adatok alapján azonban a vegyszermennyiség szabályozása igen gondos, éppen annyit adnak a

Page 28: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

28

szennyvízhez, amennyi a biomassza által fel nem vett foszformennyiséget a határértékig távolítja el. Az eplényi üzem hasonló adatai a 2. táblázatban és 1. ábrán láthatók. 2. táblázat: Néhány kisebb település szennyvíztisztítójának főbb technológiai jellemzője és tisztítási hatékonysága 1996-1997 folyamán. Megnevezés Eplény Zala-

szentgrót Herend Zirc

Anaerob térfogat, m3 22 65 40 103 Anoxikus térfogat, m3 36 140 100 184 Levegőztetett térfogat, m3 72 540 290 228 Összes reaktortérfogat, m3 130 540 430 515 Napi vízhozam, m3/nap 30 450 585 650 Napi terhelés, kg BOI5/ nap 20 165 147 130 Relatív iszapterhelés, kgBOI5/kgiszap szárazanyag

0,04

0,05

0,08

0,065

Iszapkor, nap 26 25 22 18 Nyers / tisztított víz vizsgált időszakra számított átlagos szennyezettsége

KOI, mg/dm3 1100 / 4,4 624 / 49,6 535 / 43 435 / 4,7 NH4

+, mg/dm3 136 / 9,9 51,7 / 0,9 47 / 15,3 44,3 / 6,4 PO4

3-, mg/dm3 39,7 / 17,6 8,2 / 0,4 21,2 / 2,3 19,4 / 8,7 Téli vízhőmérséklet, °C 5-6 > 12 7-8 6-7 A szálkai szennyvíztisztítással szemben Eplénynél időnként jelentős üzemzavarok figyelhetők meg / 1. ábra /. Ezek nem is elsősorban a hőmérséklet ingadozásának, hanem a folyamatos ellenőrzés alapján történő gondos üzemeltetés hiányának a következményei. A denitrifikáció ennél az egységnél lényegesen hatékonyabb mint Szálka esetében volt, ami nyilvánvalóan a nagyobb nitrát recirkuláltatás következménye. Ugyanez ellenhatásként jelentkezik a biológiai többletfoszfor eltávolítás mértékében, amit itt a vegyszeres foszfor eltávolítással nem tudnak kellőképen kompenzálni. Az elfolyó víz nitrát és foszfát koncentrációja azonban ennél az üzemnél az idei esztendőig nem okozott problémát, hiszen tisztított vizükre a VI kategória határértékei voltak a meghatározók. A következő évtől változik a helyzet, a tisztításnak az I kategória határértékeit kell majd kielégítenie. Az adatok alapján a tisztított víz KOI,- NH4

+,- NO3- és

PO43- koncentrációit az esetek 54, 46, 47 és 100 % -ában nem sikerült az I kategória

határértéke alá szorítani. Igen kis tisztítóról lévén szó, a környezet szennyezése a felsorolt adatokkal együtt nem jelentős, ezért a probléma alig talál visszhangra az illetékeseknél, a szabályalkotás és végrehajtás szakembereinél. A szennyvíztisztítók téli biztonsági tartalékai hiányában azonban a nitrifikáció a bemutatott két kis egységnél sokkal nagyobb vízhozamú szennyvíztisztítóknál is esetenként gondot jelenthet a téli időszakban. Erre példaként a herendi és a zirci szennyvíztisztítót hozhatjuk fel. A zirci és herendi szennyvíztisztítók az eplényihez hasonlóan hideg karsztos területről gyűjtik a mintegy tízszer nagyobb térfogatáramú szennyvizüket. Így télen hasonlóan igen hideg vizet kell tisztítaniuk. A 2. és 3. ábrák ezek nyers és tisztított szennyvizeinek jellemzőit mutatják be, az üzemek főbb paraméterei a 2. táblázatban láthatók.

Page 29: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

29

1. áb ra : A fo nto sabb üzem i jellem zők alakulása az E plényi szennyvíztisztító ban 1996 . jan.-1997 . aug idő szakban.

K O I k oncentráció

0

5 00

1 0 00

1 5 00

2 0 00

2 5 00

3 0 00

3 5 00

4 0 00

4 5 00

1996

. Janu

ár

Április

Július

Októbe

r

1997

. Janu

ár

Április

Július

B efo lyó szv .

0

20

40

60

80

10 0

12 0

14 0

16 0

18 0

20 0E lfo lyó szv .

KO I beKO I k i

N H 4+ k oncentráció

0

50

1 00

1 50

2 00

2 50

3 00

3 50

4 00

4 50

1996

. Janu

ár

Április

Július

Októbe

r

1997

. Janu

ár

Április

Július

B efo lyó szv .

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0E lfo lyó szv .

N H 4 + beN H 4 + k i

N O 3- és P O 43- e lfolyó érték ek

0

2 0

4 0

6 0

8 0

10 0

12 0

14 0

16 0

18 0

1996

. Janu

ár

Április

Július

Októbe

r

1997

. Janu

ár

Április

Július

N O 3 -

0

10

20

30

40

50

60P O 4 3 -

N O 3- k iPO 43 - k i

Mindkét üzem az A2/O megoldás valamilyen változata. Szennyvízhozamuk és biológiai terhelésük, sőt relatív iszapterhelésük is hasonló. Az utóbbi a korábban várt vízhozam és terhelésnövekedés elmaradásának hatására a biztonságosnak tűnő tartományban van. Ennek ellenére a téli-tavaszi évszakban esetükben a nitrifikáció gyakorlatilag leáll, vagy legalább is olyan mérsékelt, hogy az NH4

+ - I kategóriás határértéke közelébe sem tudnak kerülni.

Page 30: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

30

2 . á b ra : A fo n to sabb ü zem i je llem ző k a lak u lása az H erend i szennyv íz t isz t ító ban 1 9 9 6 . jan .-1 9 9 7 . au g idő szak ban .

K O I k on ce n trá c ió

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

1 2 0 0

1 4 0 0

1 6 0 0

1996

. Janu

ár

Április

Július

Augusz

tus

1997

. Janu

ár

Április

Július

B efo ly ó szv .

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0E lfo ly ó szv .

K O I beK O I be

N H 4 + kon c en tr á c ió

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

1996

. Janu

ár

Április

Július

Augusz

tus

1997

. Janu

ár

Április

Július

B efo ly ó szv .

051 01 52 02 53 03 54 04 55 0E lfo ly ó szv .

N H 4 + b eN H 4 + k i

N O 3 - é s P O 4 3 - e lfo lyó é r té ke k

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

1996

. Janu

ár

Április

Július

Augusz

tus

1997

. Janu

ár

Április

Július

N O 3 -

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6P O 4 3 -

N O 3 - k iP O 4 3 - k i

Velük szemben ellenpéldaként említhető a zalaszentgróti szennyvíztisztító, melynek hasonló főbb paramétereit ugyancsak bemutattuk a 2. táblázatban. Ennél az ugyancsak A2/O technológiájú tisztítónál a rövid csatornahálózat, kedvezőbb talajadottságok és a sajtüzem folyamatos melegvíz kibocsátása eredményeként a medencék vízhőmérséklete télen sem csökken 12 °C hőmérséklet alá, ami a jó levegőellátással együtt állandó hatékony nitrifikációt biztosít. A tisztított elfolyó vízben a az NH4

+-koncentráció a téli időszakban sem emelkedett 3 mg/dm3 fölé (Kárpáti Á és társai, 1996). Ez ugyan másfélszerese a határértéknek, de a három téli hónap után mindig visszaállt az 1 mg/dm3

Page 31: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

31

1 9 9 7 . a u g idő sz ak ban .3 . á b ra : A fo n to sa bb ü ze m i je lle m ző k a la k u lá sa a Z irc i sze nnyvíz t isz t ító ban 1 9 9 6 . ja n -

K O I ko n c e n tr ác ió k

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

1 2 0 0

1 4 0 0

1 6 0 0

1 8 0 0

2 0 0 0

1996

. Jan.

Április

Július

Októbe

r

1997

. Janu

árÁpri

lisJúl

ius

B e fo ly ó szv .

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0E lfo ly ó szv .

K O I b eK O I k i

N H 4 + ko n c e n tr á c ió k (1 9 9 5 -1 9 9 7 )

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1996

. Janu

árÁpri

lisJúl

ius

Októbe

r

1997

. Janu

árÁpri

lisJúl

ius

B e fo ly ó szv .

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0E lfo ly ó szv .

N H 4 + b eN H 4 + k i

N O 3 - é s P O 4 3 - e lfo lyó é r té ke k

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

1996

. Jan.

Április

Július

Októbe

r

1997

. Janu

árÁpri

lisJúl

ius

N O 3 -

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5P O 4 3 -

N O 3 - k iP O 4 3 - k i

körüli értékre. Ennél az üzemnél a többi bemutatott egységre jellemző időszakos problémák sem jelentkeztek egyik paraméter tekintetében sem. A biológiai többletfoszfor eltávolítás az előtisztított sajtüzemi szennyvíz kedvező tápanyagtartalma eredményeként annyira hatásos volt, hogy az I kategória határértékét vegyszeradagolás nélkül is biztosítani tudta.

Page 32: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

32

Összefoglalás A bemutatott adatok alapján megállapítható, hogy a nitrifikáció igen érzékeny a környezeti hatásokra, közöttük a szennyvízhőmérsékletre. A kis kapacitású tisztítók téli nitrifikációs igényét behatároló EK normatíváknál is szigorúbb hazai térségi szabályozás 8 °C alatti szennyvíz-hőmérsékletek esetén csakis irreális túlméretezés, túlbiztosítás esetén elégíthető ki. A nitrifikáció I-II kategóriás elvárásai ezért igen nagy számú vidéki szennyvíztisztítónk esetében illuzórikus, sőt náluk a kis fajlagos vízfelhasználás miatt a 10 mg NH4

+ /dm3 határérték is igen nehezen érhető el. Mindezek az EK jogszabály szinkronizáció kapcsán a jelenlegi hazai szabályozó rendszer sürgős átgondolását teszik szükségessé. A bemutatott üzemi tapasztalatokat, továbbá hasonló nagyságú igen különböző technológiájú szennyvíztisztítók tapasztalatait is célszerű figyelembe venni. Irodalomjegyzék Utasi A – Kárpáti Á – Lukács E – Gaál Z (1997) Nitrifikáció többlépcsős eleveniszapos szennyvíztisztítóban jelentős ipari részarány esetén. XI Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Kiadványkötet Kárpáti Á – Rédey Á – Radnóty I – Bencze L (1996) Tejipari szennyvizek vegyszeres előtisztítása az integrált szennyvíz-gazdálkodás egyik lépése. Élelmezési Ipar L, 11, 343-248.

Page 33: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

33

Nitrifikáció javításának a lehetőségei kommunális és ipari vegyes szennyvíz többlépcsős tisztításánál.

Kárpáti Árpád - Pulai Judit

Veszprémi Egyetem, 8200 Veszprém, Pf. 158.

Bevezető A vizsgált szennyvíztisztító regionális telepnek is tekinthető, hiszen más települések szennyvizét is fogadja, ugyanakkor ipari szennyvíz tisztítója is, mert hidraulikus és biológiai terhelésének nagyobb részét egy húsipari üzem fizikai-kémiai módszerrel előkezelt szennyvize teszi ki. Az elmúlt évtized közepén bővített városi szennyvíztisztító kiépítettsége igen komplikált, üzemeltetése nehézkes. A kommunális szennyvizek 1/3-a az összekeverést és rácson történő szűrést követően annak egy teljesen szeparált eleveniszapos tisztítósorra kerül (I. iszapkör). A húsiparból érkező szennyvizet előbb egy nagy terhelésű eleveniszapos lépcső (II. iszapkör) kezeli, majd az arról túlfolyó, biológiai résztisztításon átjutott vizet a kommunális szennyvíz további két-harmadával elegyítve egy kisebb terhelésű eleveniszapos lépcső (III. iszapkör) tisztítja a befogadót megelőzően. A kombinált, két iszapkör jelleggel kiépített tisztító azonban az egyes körök iszapjainak keveredése, valamint az utolsó lépcsőbe történő iszapáthordás miatt a korábbi években is csak részleges nitrifikációra volt alkalmas. Az utóbbi két év során a megnőtt mennyiségű kommunális szennyvíz, valamint annak a csatornarendszerben történő, jelentős berothadása miatt a nitrifikáció gyakorlatilag leállt a telepen. A tisztítás hatásfokának javítására változatlan levegőztető térfogatok mellett is lehetőség adódhat. Ehhez módosítani kell az egyes lépcsők folyadék, és bontható szerves anyag terheléseit, valamint bővíteni kell a tisztító oxigén-beviteli kapacitását. A jelenlegi térfogatokban az oxigén-bevitel növelése folyékony oxigén adagolásával is megvalósítható. A kommunális vonalról érkező szulfidos szennyvizet mindenképpen az első lépcsőben célszerű előkezelni, hogy a másodikban már ne zavarja a nitrifikációt. A befejező lépcsőben az iszapkor az ülepítők kiegyenlítettebb terhelésével a jelenleginek a duplájára növelhető. Az ipari szennyvíz hatására télen is melegebb vízhőmérsékletnél ez már a téli időszakban is biztosíthatja a megfelelő nitrifikációt. A tisztító kiépítése és működése A tisztító jelenleg naponta közel azonos térfogatáramú kommunális és fizikai-kémiai tisztítással előkezelt húsipari szennyvizet fogad. A kommunális szennyvíz 1/3 része egy elvileg teljesen szeparált eleveniszapos rendszeren (I iszapkör) kerül tisztításra. Ennek a fölösiszapja azonban a húsipari szennyvíz, hasonlóan szeparált nagyterhelésű eleveniszapos előtisztítójára kerül (II. iszapkör), mintegy folyamatos beoltásként. A biológiailag így előtisztított ipari szennyvíz és a kommunális szennyvizek többi 2/3 része kerül azután együttes kezelésre az elvileg ugyancsak szeparált, harmadik, kisebb relatív terhelésű befejező eleveniszapos lépcsőn (III. iszapkör). A rendszer jelenlegi kiépítettségét, s terhelési viszonyait az 1 ábra szemlélteti.

Page 34: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

34

KommunálisQK = 1950 m3/dBd = 1650 kgBOI5/dCBOI = 850 g/m3

CNH4-N = 90 g/m3

CTKN ~ 120 g/m3

IpariQI = 2600 m3/dBd = 3900 kgBOI5/dCNH4-N = 60 g/m3

1/3QK = 650 m3/dBd = 550 kgBOI5/d

2/3QK = 1300 m3/dBd = 1565 kgBOI5/d

Q = 2600 m3/dBd = 520 kgBOI5/dCNH4-N = 60 g/m3

Ri

Ri

Ri

F = 167 m2

F = 94 m2

F = 620 m2

500 m3

720 m3

2460 m3

CNH4-N = 65 g/m3

CNH4-N = 28 mg/m3

BefogadóbaCKOI = 80 g/m3

CNH4-N = 60 g/m3

Iszapáthordás

Iszapsűrítő

Anaerob rothasztás

1 ábra: A vizsgált szennyvíztisztító sematikus kiépítettsége.

Első iszapkör: Összekeverésüket és rácson történő szűrésüket követően a kommunális szennyvizek egy-harmada (650 m3/d) kerül ott tisztításra. A 720 m3 térfogatú finombuborékos levegőztetőt 167 m2 felületű, 190 m3 térfogatú utóülepítő követi. A keletkező szennyvíziszapot (I. iszapkör fölösiszapja – közelítőleg napi 400 kg iszap szárazanyag) csakis a húsfeldolgozó üzemből érkező szennyvíz biológiai előtisztítóján (II. iszapkör) keresztül lehet elvenni. Ez abban folyamatos beoltást eredményez. Az I. iszapkör relatív iszapterhelése a nitrifikációhoz megfelelő, iszapkora 9 napos. A levegőztető medencében az oldott oxigén koncentrációja azonban átlagosan csak 1,2 mg/l, ami a berothadtan érkező szennyvíznél ilyen iszapterhelés mellett kevés a teljes nitrifikációhoz. A mérsékelt levegőztetés ugyanakkor az iszappelyhek belsejében lehetővé teszi a szimultán denitrifikációt. Ez valamelyest csökkenti a levegőztető medence vízében a nitrát koncentrációját, ami az utóülepítő jó működését, az iszapfelúszás megakadályozását eredményezi. 2001 év első hónapjaiban ennél az iszapkörnél az elfolyó víz NH4-N koncentrációja átlagosan 28 mg/l volt, ami a nyers szennyvíz 80-90 mg NH4-N koncentrációjánál mintegy 50-70 %-os nitrifikációt jelent. A nitrátot a tisztított vízben nem mérték, így a denitrifikáció mértéke megítélhetetlen. Ugyanitt a tisztított vízben a KOI megfelelő volt, ami a szerves anyag eltávolításhoz bőven elegendő iszapkor és jó utóülepítés eredménye. Az utóbbinál (14 méteres átmérőjű Dorr-medence - 167 m2 folyadékfelület) a napi maximálisan 50 m3/h szóba jöhető térfogati terhelés mintegy 0,3 m/h felületi terhelést jelent, s így megfelelő iszap-elválasztást eredményez. Ennél az iszapkörnél az iszap Mohlmann-indexe folyamatosan 250 ml/g körüli, s az iszap tele van fonalas mikroorganizmusokkal. Az iszapduzzadás feltehetően a kis oldott oxigén koncentráció, s ennek eredményeként a pelyhek belsejében jelentkező oxigénhiány eredménye. Ennek ellenére az utóülepítőből iszapkihordás jelentéktelen, s az iszapszint is messze a folyadékfelszín alatt marad. A kis folyadék feláramlási sebesség mellett a duzzadó iszap megfelelően sűrűsödik a rendelkezésre álló ülepedési idő alatt.

Page 35: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

35

Az I. iszapkör fölös iszapja a II iszapkörön keresztül jut a gravitációs iszapsűrítőre, majd iszapcentrifugán keresztül az anaerob iszaprothasztóba. Az iszapvizek a húsipari szennyvíz befejező tisztítását is végző, kisebb relatív iszapterhelésű eleveniszapos tisztítósorra (III jelű iszapkör) kerülnek. II iszapkör: Az üzemi fizikai kémiai előtisztításról érkező húsipari szennyvíz (2600 m3/d – 108 m3/h – 2470 mg KOI/l – 1500 mg BOI5/l) biológiai előtisztítását végzi. Levegőztető medencéinek az összes térfogata 412 m3, fajlagos térfogati terhelése 9,5 kg BOI5/m3d. A tisztításra belépő szennyvíz átlagosan 1500 mg BOI5/l szennyezettségét ennek megfelelően csak 200 mg BOI5/l értékre tudja csökkenteni. Ennek a lépcsőnek az utóülepítőinél számottevő iszapkihordás lép fel. Ez nem a nagy terhelésű iszapokra jellemző rosszabb szűrőhatás, és zavarosabb tiszta fázis eredménye, hanem az utóülepítők megengedhetetlenül nagy folyadékterheléséé. Mindössze 94 m2 az ülepítők összes felülete, s így 1,17 m/h az átlagos felületi terhelésük. A folyadékterhelés a feladószivattyúk rossz méretezése és a feladás hasonló szabályozása miatt pulzáló, lökésszerű, ami a helyzetet tovább rontja. Megfigyelhető ennél az iszapkörnél, hogy a levegőztetők BOI5 terheléséből számítható átlagosan mintegy 2/3 napos iszapkora mellett is (talán éppen az I. iszapkör duzzadó iszapjával történő beoltás eredményeként) lebegőanyag mentes vizes fázis alakul ki a levegőztetett iszapos víz menzúrában történő ülepítésénél. Az iszap Mohlmann-indexe, sűrűsége igen jó. Ennek ellenére igen sok iszap átfolyik a tisztított vízzel az utóülepítőkről a III. iszapkörre. Az üzemeltetési adatok alapján kiszámítható, hogy a II iszapkörben az ott lebontásra kerülő napi 3380 kg BOI5 terhelésből mintegy napi 3050 kg iszap keletkezik. Ide kerül naponta az I iszapkörből is még mintegy 400 kg fölösiszap. Ebből a mennyiségből csak napi 1300 kg kerül elvételre az iszapsűrítésről az anaerob rothasztásra. A többi 2150 kg körüli száraz anyagnak megfelelő napi iszapmennyiség, tehát az első két iszapkörben keletkezett iszap csaknem 2/3-a az utóülepítőkről a tisztított folyadékkal együtt a III. iszapkörre kerül. A II iszapkör utóülepítése éppen ezért a közeljövőben mindenképpen kibővítendő, vagy annak a folyadékterhelését valahogyan a szükséges mértékig kell csökkenteni. A II. iszapkör átlagos iszapkora egyébként éppen a fenti 3450 kg naponta keletkező és érkező iszapmennyiség, és az összesen mintegy 412 m3 levegőztető medencében levő mintegy 2000 kg iszapmennyiség alapján 2/3 napos. Természetesen javítja az átlagos iszapkort, hogy az I iszapkörről érkező 1/9-ed résznyi iszap iszapkora már eleve mintegy 9 napos. Az átlagos iszapkor az I. iszapkörben így mintegy másfél nap. Ezért alakulhat ki ebben az iszapkörben megfelelő szűrőhatású és ülepedési sebességű iszap. A húsipari szennyvíz nagy fajlagos iszapterhelésű (1,7 kg BOI5/kg iszap szárazanyag ∗ nap) biológiai előtisztításról elfolyó tisztított víz a kommunális szennyvíz másik két-harmadával keverve kerül a következő, kis terhelésű eleveniszapos egységre (III. iszapkör). Annak a fajlagos biológiai terhelésének már hasonlónak kellene lenni a nitrifikációt biztosító eleveniszapos kommunális tisztítókéhoz (< 0,15 kg BOI5/kg iszap szárazanyag ∗ nap), hogy a befogadó igényeit megfelelően kielégíthesse. III iszapkör: Régebben épített, majd felújított, de kevésbé hatékony, ejektoros levegőztetéssel ellátott eleveniszapos rendszer. Terhelése a fentieknek megfelelően mind szerves anyagban, mind lebegő anyagban túllépi a tervezettet. A húsipari szennyvíz előtisztítójáról ugyan csak 520 kg BOI5 mennyiség érkezik naponta oldott formában, de ehhez

Page 36: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

36

hozzáadódik a kommunális szennyvizek 2/3 részének a mintegy 1100 kg BOI5 egyenértékű szerves anyag terhelése. Ezekből együttesen mintegy napi 1250 kg lebegő iszap keletkezik ebben az iszapkörben. A III. iszapkörre azonban a II. iszapkörről átkerül 2150 kg szárazanyagnak megfelelő iszapmennyiség is. Ez a III. iszapkörben a további lebomlása, oxidációja miatt 1750 kg körüli mennyiségre csökken. Így a III. iszapkör napi iszapprodukciója összességében 3000 kg körüli. Mivel ennek az iszapkörnek a levegőztetőjében mintegy 5 g/l körüli iszapkoncentráció van, a 2460 m3 levegőztetett térfogatban 10000 kg körüli szárazanyagnak megfelelő iszap végzi a biológiai átalakításokat. A III. iszapkörben a fentiek alapján közelítőleg 3,3 nap körüli átlagos iszapkor alakul ki. Ilyen átlagos iszapkor a folyamatos nitrifikációhoz nem elegendő. Ezen túl a nitrifikáció kialakulását bizonyára az is gátolhatja, hogy környező falvakból érkező jelentős mennyiségű szennyvíz a szállító rendszerben a hosszas tartózkodás alatt erősen berothad, s ilyen formában kerül közvetlen bevezetésre a harmadik iszapkörre. Nitrifikáció a tisztításnál A fentiek alapján megállapítható, hogy a nitrifikáció az első iszapkörnél részleges. Elfolyó vízének NH4-N koncentrációja átlagosan 28 mg/l, de csak napi 650 m3 kommunális szennyvizet tisztít. A II. és III. iszapkörben pedig, amely a többi alig kevesebb, mint 4000 m3 napi szennyvizet tisztítja, ezért is nincs jelenleg nitrifikáció az azokban kialakuló kis iszapkorok következményeként. A II. iszapkörben az iszapkoron túl akadálya annak a nagy iszapterhelés következtében minimális (0,2 mg/l körüli) oldott oxigén koncentráció is. Az a szerves anyag bontásához elegendő, de a nitrifikációhoz elégtelen. Ebben az iszapkörben persze nem is terveztek nitrifikációt. Ott a húsipari szennyvíz fehérje és aminosav nitrogénjének a hidrolízise, s ezzel a szerves nitrogén ammónium-nitrogénné alakulása következik be. A mérési adatok ezt jól igazolják. A fizikai-kémiai úton előtisztított húsipari szennyvíz szerves anyagának rendszerint mintegy fele fehérje. Ez azt jelenti, hogy a II. iszapkörre mintegy 1100 mg KOI/l egyenérték fehérje érkezik. Az utóbbi KOI / fehérje aránya 2-2,2 (g/g) körüli. Ezért literenként mintegy 500-550 mg fehérje érkezhet erre a tisztítási lépcsőre. A fehérjék és aminosavak nitrogén tartalma annak a 6,25-öd része, tehát 80-85 mg/l. A befolyó vízben ugyanide még mintegy 25-30 mg/l koncentrációban érkezik szabad ammónium. A TKN koncentráció tehát a II. iszapkör befolyó vízében 105-115 mg/l körüli, de ezt senki nem ellenőrzi. Az 1300 mg BOI5/l egyenértéknyi, döntően oldott szerves anyag szennyezés biológiai átalakításakor a II. iszapkörben 1000 mg/l iszap (szárazanyag) keletkezik, melynek nitrogén tartalma 5 % körüli. Az iszappal tehát eltávolításra kerül mintegy 50 mg ammónium-nitrogén a folyadékból literenként, de benne marad 60 mg literenként. A mérési adatok az utóbbi értéket igazolják. Az ebbe a tisztítási lépcsőbe érkező 25-30 mg/l ammónium-N koncentráció a tisztítás során több mint kétszeresére növekszik a szerves nitrogén hidrolízise következtében. A harmadik iszapkörben már jelentéktelenebb a szerves nitrogén hidrolíziséből keletkező ammónium mennyisége, hiszen a kommunális szennyvízben a szerves nitrogén részaránya lényegesen kisebb, a hosszú közcsatornában annak nagy része már elbomolhatott ammónium-nitrogénné. Az 1300 m3 napi lakossági szennyvízzel abba átlagosan 120 mg TKN/l nitrogénszennyezés, a 2600 m3 napi húsipari előtisztított vízzel 60 mg/l NH4-N szennyezés érkezik. A tisztításra érkező szennyvíz átlagos NH4-N koncentrációja a tisztító harmadik

Page 37: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

37

iszapkörénél ezért 80 mg /l. A BOI5-ben mérhető átlagos szerves anyag szennyezettség (700 és 200 mg/l vonalanként) átlagosan ugyanakkor alig kevesebb 400 mg/l-nél. Az ebből képződő 350 mg/l körülire becsülhető iszapmennyiség (5% nitrogéntartalom) mintegy 17,5 mg/l ammónium nitrogént visz magával. A tisztított elfolyó víznek ezért 62,5 mg/l körüli koncentrációban kell az ammónium-nitrogént tartalmaznia, amit a gyakorlat jól igazol. Ez azt is bizonyítja, hogy nitrifikáció a III iszapkörben nincs. A korábbi jobb hatásfokú nitrifikáció okai A tisztító 1999 nyara előtt a jelenleginél lényegesen jobb hatásfokkal nitrifikált. Ma csak a tisztított víz 15 %-a (I. iszapkör) esetében beszélhetünk részleges nitrifikációról. Ennek hatása az összes kibocsátott tisztított víz ammónium koncentrációjában gyakorlatilag alig érezhető. A korábbi években ugyanakkor az I. és III. lépcsők kevert vízénél is hasonló NH4-N koncentráció volt mérhető. Ez a 2. ábrán látható. Ehhez a III. iszapkörnek is részlegesen oxidálni kellett az előzőekben számított ammónium mennyiséget.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

96.0

1.01

96.0

3.01

96.0

5.01

96.0

7.01

96.0

9.01

96.1

1.01

97.0

1.01

97.0

3.01

97.0

5.01

97.0

7.01

97.0

9.01

97.1

1.01

98.0

1.01

98.0

3.01

98.0

5.01

98.0

7.01

98.0

9.01

98.1

1.01

99.0

1.01

99.0

3.01

99.0

5.01

99.0

7.01

99.0

9.01

99.1

1.01

00.0

1.01

00.0

3.01

00.0

5.01

00.0

7.01

00.0

9.01

00.1

1.01

01.0

1.01

01.0

3.01

Mérés ideje (nap)

Érté

k (m

g/l)

2. ábra: A tisztított szennyvíz NH4-N koncentrációinak alakulása az elmúlt évek során. Kérdés, hogyan lehetett jobb nitrifikáció korábban a telepen. A tisztítás technológiájában 1996 óta nem történt említésre méltó változtatás. Az I iszapkörre ugyan megpróbáltak több kommunális szennyvizet vezetni, hamar kiderült azonban, hogy annak levegőztető kapacitása (50 kg O2/h) szűkös, így ez az út nem volt követhető. A különböző szennyvizek mennyiségének és terhelésének 3. ábrán látható alakulása az utóbbi időszakban ugyanakkor azt mutatja, hogy az 1996-1997 évihez képest a kommunális szennyvizek mennyisége csaknem duplájára, s azok biológiai terhelése pedig két és félszeresére növekedett. Az előtisztított húsipari szennyvíz mennyiségében és biológiai terhelésében ugyanakkor néhány éve visszaesés volt megfigyelhető, ami napjainkra azonban már visszaállt a korábbi értékekre (2600 m3/d, és 3900 kg BOI5/d). A szennyvíztisztításra érkező összes szerves anyag terhelés az utóbbi két év során ugrásszerűen az 1996-1997-es átlag másfélszeresére növekedett. A környező falvak és a tejfeldolgozó üzem szennyvízével terhelt városi szennyvíz is tömény, berothadt szennyvízként, a keveredésük után átlagosan 1550-1700 mg KOI/l, illetőleg 850 mg BOI5/l szennyezettséggel érkezik a telepre. A nagy szulfid koncentrációtól fekete szennyvizek ott

Page 38: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

38

közvetlenül az I és III jelű nitrifikációs feladatokra szánt iszapkörökre kerülnek. A szulfid az érzékenyebb autotróf mikroorganizmusok tevékenységét tovább fékezi. A terhelés és a szulfid koncentráció növekedésével ez fokozatosan a nitrifikáció leállását eredményezte a III iszapkörben.

0500

100015002000250030003500400045005000

1996

1997

1998

1999

2000

Év

Bd(k

gBO

I5/d

)Bd(komm)Bd(hús)Bd(teljes)

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1996

1997

1998

1999

2000

Év

m3/

év

kommunálishúsiparösszes

3. ábra: A kommunális és húsipari szennyvíz BOI5 terhelésének és az összes szennyvízhozamának alakulása a tisztító telepen az elmúlt évek során.

Jobb oxigénellátás várható hatása a jelenlegi technológiánál Az oxigénellátás javítása valamennyi iszapkörben lehetséges. Gyakorlatilag csak az I és III iszapkörökben van annak értelme a nitrifikáció fokozására. A szerves szén eltávolítása még jelenleg is elfogadható a rendszerben ( 4. ábra). A nitrifikációt az I. iszapkörben is, de meghatározóan III. iszapkörben kell fokozni. A jelenlegi üzemeltetésnél a denitrifikáció a III. iszapkörben a nitrifikáció nem megy. Fő oka bizonyosan a második iszapkörről oda átkerülő hatalmas iszaptömeg, ami abban nagyon lerövidíti az iszapkort. Zavarja az is, hogy közvetlenül arra kerül a berothadt kommunális szennyvizek kétharmada. Ezen túl a jelenlegi kialakítás mellett, amikor pudingszerű sűrű iszap keletkezik a III. iszapkör levegőztetőjén, ami miatt az oxigénkoncentráció megfelelő szabályozása is nehézkes. Ennek éppen az iszap különös sűrűsége, viszkozitása az oka.

Page 39: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

39

0

50

100

150

200

250

300

96.0

1.01

96.0

3.01

96.0

5.01

96.0

7.01

96.0

9.01

96.1

1.01

97.0

1.01

97.0

3.01

97.0

5.01

97.0

7.01

97.0

9.01

97.1

1.01

98.0

1.01

98.0

3.01

98.0

5.01

98.0

7.01

98.0

9.01

98.1

1.01

99.0

1.01

99.0

3.01

99.0

5.01

99.0

7.01

99.0

9.01

99.1

1.01

00.0

1.01

00.0

3.01

00.0

5.01

00.0

7.01

00.0

9.01

00.1

1.01

01.0

1.01

01.0

3.01

Mérés ideje (nap)

KOI (

mg/

l)

4. ábra: Az egyesített tisztított elfolyó víz KOI-jének alakulása az elmúlt évek során. Az oxigénszonda úszója a sűrű habon annyira kiemelkedik a vízből, hogy a szonda érzékelő része is habfázisba kerül. Ilyenkor hosszú ideig rossz koncentrációt érzékel a műszer, 4-5 mg/l az oldott oxigén koncentrációt jelez. A szabályozás ezért az oxigénbevitelt egy minimális szintre korlátozza. A levegőztetés mindaddig minimális, amíg a szonda újra le nem merül a vizes fázisba, és nem annak az oxigénkoncentrációját méri. A minimális oxigén-bevitel ahhoz elég, hogy oxigén ellátottsági problémák jelentkezzenek a medence iszapjánál. Iszap berothadás ezért nem tapasztalható. Nem zárható azonban ki, hogy a különleges hab is a rendellenes, és feltehetően elégtelen levegőztetés következménye, de a gyakorta kis oxigénkoncentráció a nitrifikáció hiányának is lehet részben az oka. A nitrifikáció folyamatos, jó oxigénellátottságot igényel. A oxigén-koncentráció helyes mérését, és annak alapján történő oxigénbevitel szabályozást ezért a leggyorsabban meg kell oldani a III. iszapkörnél. Ez azonban a változatlan üzemeltetés esetén még nem elegendő a nitrifikáció javításához. Ott az iszapkor sem elégséges a jó hatásfokú nitrifikációhoz. Az iszapkort abban a II. iszapkörről történő iszapáthordás megszüntetésével kell növelni. Nitrifikáció javításának lehetősége az egyes iszapkörök terhelésének a módosításával A II. iszapkör levegőztetése megfelelő. Nem az oxigénbevitel hiánya okozza ott az iszapelúszást. Ennél a lépcsőnél a rendelkezésre álló ülepítő kapacitás a szűk keresztmetszet. Az I és II iszapkör jelenlegi folyadékterhelése mellett ezért ez a tisztító kritikus pontja. Jelenleg az I. iszapkörben ülepítő alulterhelt, a II. iszapkörben messze túlterhelt. Bővíthető lenne ennek a két résznek a kapacitása további térfogatok kiépítése nélkül is, ha azokban a terhelések kiegyenlítésével jobb lebegőanyag, vagy iszap visszatartás történne. Ekkor a III. iszapkör relatív terhelése a kellő hatásfokú nitrifikációhoz megkívánt mértékre csökkenhetne. A megoldás tehát a folyadékterhelések módosítása az I. és II. iszapköröknél továbbá a levegőztető-kapacitás szükség szerinti bővítése ugyanott. Ez elérhető a levegőztető medencék jelenlegi szerves anyag terhelésének fenntartásával, vagy célszerű módosításával is. Az első változatban a II. iszapkör levegőztetett folyadékának felét (1300 m3/d) át kellene vezetni az I iszapkör utóülepítőjére. Többlet oxigénbevitelre ekkor talán nem is lenne szükség az I. iszapkör levegőztetésénél, mivel mindenképpen leállna abban a nitrifikáció. Az I. és II.

Page 40: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

40

iszapkörök iszapja összekeveredne, s az átlagos iszapkor 2 nap körül alakulna mindegyikben. Az ülepítők hidraulikus terhelése kiegyenlítődne, ami megfelelő fázisszeparációt eredményezne, megszüntetve ezzel az iszapáthordást a jelenlegi III. iszapkörre. Ezzel a harmadik iszapkörben várhatóan kialakul a nitrifikációhoz szükséges iszapkor. A nitrifikációt azonban továbbra is zavarná abban az oda érkező nagy mennyiségű berothadt kommunális szennyvíz.

KommunálisQK = 1950 m3/dBd = 1650 kgBOI5/dCBOI = 850 g/m3

CNH4-N = 90 g/m3

CTKN ~ 120 g/m3

IpariQI = 2600 m3/dBd = 3900 kgBOI5/dCNH4-N = 60 g/m3

1/3QK = 650 m3/dBd = 550 kgBOI5/d

2/3QK = 1300 m3/dBd = 1110 kgBOI5/d

Q = 3250 m3/dBd = 520 kgBOI5/dCNH4-N ~ 80 g/m3

Ri

Ri

Ri

F = 167 m2

F = 94 m2

F = 620 m2

500 m3

720 m3

2460 m3

BefogadóbaCKOI < 100 g/m3

CNH4-N < 10 g/m3

Iszapsűrítő

Anaerob rothasztás

Q = 1300 m3/d

Q = 1300 m3/d

5. ábra: A hidraulikus és biológiai terhelés alakulása a tisztítóban a II. iszapkör levegőztetőjéből az I. iszapkör ülepítőjére történő folyadék átvezetés esetén.

A második változatnál a jelenlegi első iszapkör szeparáltságát úgy lehetne megszüntetni, hogy a kommunális szennyvizek teljes mennyiségét, s a húsüzemből érkező szennyvíznek az 1/6-át is a jelenlegi I. iszapkör levegőztetőjére vezetnék. A II. iszapkörre az üzemből érkező húsipari szennyvíz fele kerülne. Ezzel az I. és II. iszapkör biológiai és hidraulikus terhelése jobban kiegyenlítődne. Ez az 1 táblázatban és a 6. ábrán látható.

1. táblázat: A különböző egységek terhelésének alakulása a javasolt módosítások után.

Terhelések Üzemi jellemzők

Iszapkör

Hidraulikus m3/d

Biológiai kg BOI5/d

Levegőztető térfogat m3

Utóülepítő felület m2

I 2384 2310 720 167 II 1300 1950 412 94 III 4500 1820 2460 620 Mint látható a levegőztetők fajlagos folyadékterhelése, illetőleg az ülepítők felületi terhelése is közel azonos lenne az I. és II. iszapkörben. Az utóbbi 0,7-0,8 m/h átlagos érték, ami az ülepítők jó működését biztosíthatná. A két levegőztetőben csaknem azonos, mintegy 2 nap körüli iszapkor alakulhatna ki. A biológiai terhelés ugyan az II. iszapkörben valamivel nagyobb lenne, mint a I. iszapkörben, de a nagyobb iszaphozam és terhelés hatását ellensúlyozná az I. iszapkör Dorr típusú ülepítőjének nagyobb lebegőanyag terhelhetősége. Az ülepítők elfolyó vize várhatóan tartalmazna ugyan kevés lebegő anyagot, de az csak

Page 41: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

41

minimális iszapáthordást jelentene a III. iszapkörre. Az I. iszapkör fölösiszapját persze továbbra is a II. iszapkörön keresztül kellene elvenni, ami ott kicsit megnövelné a felületi iszapterhelést. A felületi folyadékterhelés jelentős csökkenése a jelenlegi II. iszapkör ülepítőiben azonban bizonyosan lehetővé tenné a két iszapkör összes fölös iszapjának elvételét a jelenlegi II. iszapkör utóülepítőiből.

KommunálisQK = 1950 m3/dBd = 1650 kgBOI5/dCBOI = 850 g/m3

CNH4-N = 90 g/m3

CTKN ~ 120 g/m3

IpariQI = 2600 m3/dBd = 3900 kgBOI5/dCNH4-N = 60 g/m3

1/6QI = 434 m3/dBd = 650 kgBOI5/d

Q = 3684 m3/dBd = 370 kgBOI5/dCNH4-N ~ 80 g/m3

Ri

Ri

Ri

F = 167 m2

F = 94 m2

F = 620 m2

500 m3

720 m3

2460 m3

BefogadóbaCKOI < 100 g/m3

CNH4-N < 10 g/m3

Iszapsűrítő

Anaerob rothasztás

1/2QI = 1300 m3/dBd =1950 kgBOI5/d

1/3QI = 866 m3/dBd =1300 kgBOI5/d

6. ábra: A hidraulikus és biológiai terhelés alakulása a módosított nyers szennyvíz megosztás

(két lépcsős biológiai tisztítás) bevezetése esetén. Fontos szempont, hogy a jelenlegi II. iszapkörben a szerves anyag terhelés csökkenése révén lényegesen javulna az oxigénellátottság is. A jelenlegi I. iszapkörben kiépített levegőelosztók és fúvókapacitás a módosítást követően nem tudná a szükséges oxigén mennyiségét biztosítani, hiszen az ekkor a jelenleginek több mint négyszerese lenne. Szükségessé válna ott a levegőztető kapacitás bővítése, esetlegesen tiszta oxigén bevitelével történő feljavítása. A jövőben az iszapvizet a gravitációs iszapsűrítőből célszerűbb lenne a nyers, befolyó kommunális szennyvízhez visszavezetni, s így az I. iszapkörre járatni vissza. A térfogati terhelések ilyen átalakítása után az I. és II. iszapkörről nem lenne számottevő iszapáthordás a III. iszapkörre. Annak oldott szerves anyag terhelése ugyanakkor nem csökkenne számottevően. Ez azért fontos, mert a jó denitrifikációhoz megfelelő TKN/KOI arány is kell a szükséges. A második változatnál a húsipari szennyvíz 1/3 részével mintegy 1300 kg BOI5 terhelés kerülne be a III. iszapkör 660 m3 térfogatú anoxikus reaktortérbe (2x330 m3). Irodalmi adatok szerint az ilyen vizek anoxikus hidrolízise igen gyors, így jó tápanyagot szolgáltathat a denitrifikációhoz. A többi vízárammal várhatóan 100 mg/l BOI5 egyenérték koncentrációjú szerves szennyezés érkezne ugyanide, ami további 370 kg BOI5/d terhelést jelent. Ezekből a mennyiségekből az összes iszaphozam mintegy 1250 kg/d lehetne. Az iszap várható igen jó ülepedése miatt akár 5-6 g/l iszapkoncentráció is tartható lehet ebben az iszapkörben. Ezzel 10-12 napos összes iszapkor, illetőleg mintegy 8-9 napos oxikus iszapkor is elérhető, ami már garancia lehet az adott üzemméretnél, és téli vízhőmérsékletnél (télen is melegebb ipari szennyvíz) a folyamatos, igen jó hatásfokú nitrifikáció fenntartására.

Page 42: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

42

Ehhez természetesen a megfelelő oxigénellátás is elengedhetetlen a levegőztető térben. A szerves anyag terhelés a jelenlegi 1620 kg BOI5/d -ről ugyan várhatóan csak 1670 kg BOI5/d –re nőne, a nagyobb iszapkor miatt annak oxigénigénye 15-20 %-al nagyobb lesz mint a jelenlegi. Tovább növeli azt ott a nitrifikáció oxigénigénye is. Az oxigénbevitelt ugyanakkor jelenleginél kisebb térfogatban (2460 helyett 1800 köbméterben) kell biztosítani. Ez azért jelenthet kisebb gondot, mert a III. iszapkör levegőztető medencéi csak 3 méteres vízmélységgel rendelkeznek, s ott a finom buborékos levegőztetés hatásfoka már jelentősen gyengül. A tiszta oxigén beviteléé ezzel szemben nem. Bár az utóbbi összehasonlíthatatlanul drágább, mégis megfontolandó ott időszakosan az alkalmazása a kisebb beruházási költség igény miatt. Ennek a lépcsőnek a levegőztetése jelenleg .**** A denitrifikáció mértékének javítására természetesen a III. iszapkörben biztosítani kell az anoxikus tér megfelelő kialakítását, abban a folyadék folyamatos keverését, és a szükséges mértékű belső recirkulációt is. Az utóbbit az anoxikus és levegőztető terek közötti vízforgatással kell megoldani. Annak ellenére, hogy a 2x310 m2 ülepítő felület ebben a lépcsőben bőséges, hiszen szinte felének is elegendőnek kellene lenni a jó hatásfokú fázisszétválasztáshoz. Tisztított víz visszaforgatását a III. iszapkör utóülepítőiről a denitrifikációs hatásfok növelésére csak akkor javasolnánk, ha azokban az utóülepítőiben komoly iszapfelúszás jelentkezne a bennük bekövetkező denitrifikáció miatt. Ekkor is csak a III. iszapkörre (anoxikus térrészbe) lehetne visszaforgatni vizet, az I. és II. iszapkörök szűkös ülepítő kapacitása miatt. Ez viszont abban az iszapkörben az iszaprecirkuláció növelésével is azonos hatást biztosíthat. A jelenlegi kevés iszapkihordás (időszakos KOI határérték túllépés) az utolsó lépcsőnél várhatóan csökken, hiszen az iszap állaga, szűrő hatása a nitrifikáló/denitrifikáló rendszereknél általában javul. A megváltozott terhelési viszonyoknál várhatóan a III. iszapkörben keletkező iszap habzása is csökken, ami a jelenlegi levegőztetés szabályozási problémákat is megszünteti. A tiszta oxigén bevitelére a változatlan biológiai terhelés miatt a jelenlegi kiépítettségnél valószínűleg szükség lesz, de ezt pontosan csakis az üzemeltetés gyakorlata fogja megmutatni. Összefoglalás A vizsgált szennyvíztisztító jelenleg alig nitrifikál, míg a kilencvenes évek közepén (1996-1997) még egészen jó hatásfokú résznitrifikációt biztosított. A lehetséges okokat vizsgálva egyrészt a technológia hiányosságait, másrészt az utóbbi két évben ugrásszerűen megnőtt szerves anyag terhelést és a következtében fellépett oxigénhiányt találtuk azért felelősnek. Ezek mellett jelentős hatása lehet a regionálissá bővült tisztítórendszerre érkező berothadt szennyvizeknek is a nitrifikáció leállásában. A nitrogéneltávolítás fokozására két költségtakarékos terhelés-kiegyenlítési megoldás javasolható, melyek azonban csakis a jelenlegi levegőztetés kibővítésével, s annak megfelelő szabályozásával együtt lehetnek eredményesek.

Page 43: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

43

MHT XVIII. Országos Vándorgyülése, 2000. július 5-6., Veszprém NITROGÉNELTÁVOLÍTÁS NÖVELÉSE KIS KOI/TKN

ARÁNYÚ SZENNYVÍZ TISZTÍTÁSÁNÁL

Dr. Kárpáti Árpád1– Dr. Kiss Jenő2 - Balaskó László2

1 - Veszprémi Egyetem, 8200 Veszprém, Egyetem u. 10-12. 2 - ATEVSZOLG Rt., 1097 Budapest, Illatos u. 23.

Összefoglalás A viszonylagosan nagy ammónium és szerves nitrogén tartalmú, s ahhoz képest szerves tápanyagban hiányos szennyvizek esetében esetenként maga a teljes nitrifikáció is gondot jelenthet. Még nehezebb ilyenkor az egyidejű, hatékony nitrogén eltávolítás biztosítása. A vizsgált tisztító megépítése óta képtelen volt teljesíteni a hazai VI kategóriai határértékét, ezért az elmúlt év végén ismételt rekonstrukcióra, a technológia átalakítására került sor. A két párhuzamosan és sorosan egyaránt köthető eleveniszapos tisztítóból egy iszapkörös, elődenitrifikáló rendszer került kialakításra. Erre azért volt szükség, mert az utóülepítőben korábban bekövetkezett erős denitrifikáció jelentős iszapfelkeveredést és iszapkihordást eredményezett. Ez a korlátozott nitrifikáció mellett KOI határérték túllépést is eredményezett. Az elődenitrifikáció hatása az elfolyó víz nitrát tartalmában és az iszap ülepedésének és szűrőhatásának javulásában napokon belül jelentkezett, de az elfolyó víz ammónium tartalma nem csökkent a kívánt határérték alá. A tisztító terhelésének ismételt ellenőrzése bebizonyította, hogy a tisztítandó szennyvíz tápanyagainak aránya a mikroorganizmusoknak sem a foszfor, sem a szerves szén ellátottság tekintetében nem kedvező. Segédtápanyag adagolása tűnt a legolcsóbb és legegyszerűbb hatékonyságnövelőnek a már átalakított rendszerben.

A megfelelő tápanyagigény beállítása óta a tisztító biztonsággal teljesíti a befogadó határértékeit. A tisztított víz átlagos szennyezettsége: KOI<40 mg/l, NH4-N<2 mg/l, összes NOx<80 mg/l. A beüzemelési szakaszban a tisztított vízben a szokásostól eltérően kevés nitrit is jelentkezett. Ez a viszonylag magas üzemi hőmérséklet (25-28°C) hatásának volt tulajdonítható. Esetleges további nitrit felhalmozódás esetére denitrifikáló szűrő csatlakoztatását tartjuk kedvezőnek. 1. Szennyvíztisztítás a korábbi években Az ATEV Sárvári Gyára az elmúlt években is sokat tett szennyvíztisztítása hiányosságainak kiküszöbölésére (Bertalan és társai, 1997; 1998). A 90-es évek elején gyakorlatilag teljesen felújította szennyvíztisztítójának fizikai-kémiai részét, valamint kibővítette a biológiáját is. Egy 100m3 -es levegőztető és 50m3 -es ülepítő részből álló UNIR egység került beépítésre ekkor a régi levegőztető - utóülepítő egység elé (1. ábra).

Page 44: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

44

100 m3 50 m3 390 m3

Iszaprecirkuláció

Fölös iszap

UtóülepítőLevegőztető LevegőztetőÜlepítőTisztított

elfolyó

Befolyó

1. ábra: Az üzemi biológiai tisztító két iszapkörös kapcsolásának folyamatábrája /soros kapcsolás /

A mechanikus és fizikai kémiai tisztítás tökéletesítésének eredményeként az előtisztításról a biológiára kerülő szennyvíz kémiai oxigénigénye 1200-1500 mg/l, BOI5 szennyezettsége 600-800 mg/l közé csökkent átlagosan, összes ammónium tartalma azonban 300-400 mg/l között maradt. Ezzel egyidejűleg az üzemben a feldolgozás és azzal arányosan a vízfelhasználás is jelentősen visszaesett. A 90-es évek közepére a napi szennyvízmennyiség 100-120 m3 –re csökkent (Bertalan és társai, 1998). Az elmúlt évek üzemeltetési gyakorlata során a két levegőztető-ülepítő egységet különböző módon - hol sorosan, hol párhuzamosan - üzemeltették a jobb ammónium-eltávolítás érdekében (Bertalan és társai, 1998). 1.1. Relatív iszapterhelés és tápanyag-ellátottság A relatív iszapterhelés (szerves anyag – BOI5 terhelés). A hatékony szennyvíz előtisztítás eredményeként az eleveniszapos lépcsőben a nitrifikáció hosszú távon stabilizálódott, bár a határértéket mégsem tudta biztosítani. A napi 80-100 kg BOI5 terhelés a biológiai tisztító rész levegőztetett iszapterében lévő mintegy 2000 kg biomasszának (390 m3 * 5 kg MLSS / m3) csupán 0,05 kg BOI5 / kg MLSS nap relatív lebontható szerves anyag iszapterhelést jelentett. Ennek elvileg teljes nitrifikációt kellett volna biztosítania az adott üzemi szennyvíz hőmérsékletnél (25-28 ºC). A biológiai részre érkező napi 140 – 160 kg KOI-nek, vagy 80-100 kg BOI5-nek megfelelő szerves anyagból az adott relatív iszapterhelés mellett - ami gyakorlatilag a teljes oxidáció tartománya – minimális mennyiségű iszap keletkezett. Ezt az üzemi gyakorlat is igazolta. Mintegy kéthavonta került sor 50 m3 iszap elvételére a levegőztetett medencéből, ami az átlagos 5 kg/m3 iszapkoncentrációnál 250 kg iszap szárazanyagot képviselt. Ennek is csak mintegy 70-80 százaléka volt a szerves anyag, a többi ásványi rész. A fölösiszapként elvett iszapos folyadékból egy napos ülepítés után, mintegy 8 m3 sűrű iszapos fázis volt elkülöníthető, ami vagy dekanteres víztelenítésre, vagy közvetlenül az elhelyező telepre került. A 8 m3 gravitációsan sűrített iszap szárazanyag tartalma 3 % körüli volt. Ez jól egyezik a korábban megadott iszapmennyiségből számítható értékkel. Az iszaphozam az adatok alapján ekkor szárazanyagban mintegy napi 4 kg körül mennyiség volt. Ezzel az értékkel számolva a biológiai részben kialakuló iszapkor 400-500 nap, ami irreális érték. A kommunális tisztításnál a relatív iszapterhelést ritkán tervezik ilyen kicsire, illetőleg ilyen terhelésnél mintegy 60-80 napos iszapkor alakul ki azoknál. Ez annak a következménye, hogy a kommunális tisztítóknál nem jelentkezik a bevezetőben már említett nagy mértékű iszapkihordás.

Page 45: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

45

Az iszapkihordás lebegőanyag veszteséget jelentett, melyek összetétele közelítőleg a cellulóz átlagos összetételével közelíthető. A cellulóz (C6H10O5)n fajlagos KOI-je (6x32) / (6x12 + 5x18) = 192 / 162, azaz 1,2 g KOI/g cellulóz körüli érték. A kommunális szennyvizek tisztításánál keletkező, kevésbé stabilizálódott szekunder iszapnál ezt 1,5 körüli fajlagossal számolhatjuk. Az előzővel számolva a sárvári üzem tisztított elfolyó vízének ekkor az átlagosan 100-120 mg/l kémiai oxigénigényében 90-100 mg KOI/l egyenértéknek megfelelő, vagy közelítőleg 0,1 kg/m3 biológiai termék kihordás jelentkezett. Ez összességében napi 10 kg körüli iszap kihordását jelentette, ami két - két és félszerese a napi fölösiszap hozamnak. Együttesez ezek már 14 kg/nap iszaphozamot jelentenek, amivel számolva már lényegesen kisebb iszapkor adódik. A nitrifikációhoz kommunális szennyvizek esetében biztonsággal 10 naposra tervezik az oxikus iszapkort. Az adott szennyvíznél azonban a lakossági szennyvizek TKN szennyezettségének öt-hatszorosa jelentkezik, ami arányosan nagyobb iszapkort is igényel a nitrifikációhoz. Megállapítható tehát, hogy az adott rendszer a nitrifikációra biztonsággal volt méretezve, még akkor is, ha az ipari szennyvizek esetében gyakori, lassító hatásokat is figyelembe vesszük. A korábbi technológia tervezése tehát az iszapterhelést illetően megfelelően történt. A két iszapkörös megoldás ezt a biztonságot kívánta tovább növelni. Az üzem biológiai tisztítója ugyanakkor relatív tápanyaghiánnyal üzemelt (Pulai-Kárpáti, 1999a). Az eleveniszapos részben a fizikai-kémiai előtisztítás eredményeként a korábbi szerves C : N arány jelentősen csökkent. Az N : C arány, illetőleg a TKN : KOI arány a szerves anyag eltávolításának arányában növekedett a korábbiakhoz képest. Ez a tisztításnál relatív szerves tápanyag-hiányt, a nitrifikációnál viszonylagosan nagyobb mennyiségű sav keletkezését eredményezte. Az utóbbi a víz gyakoribb lesavanyodásával, s abban a nitrifikáció gyakoribb befékeződésével járt. 1.2 Nitrifikáció az üzemeltetésnél A rendszer két iszapkörössé történt átalakításával ugyan valamelyest javult az ammónium eltávolítása, de még mindig messze elmaradt a 10 mg/l-es határértéktől. A teljes nitrifikáció hiányának oka tisztázatlan maradt. A nitrifikáció a biológiai lépcsőben ugyan igen hatékony volt, hiszen a flotált víz átlagos ammónium koncentrációját mintegy 90%-al csökkentette, de folyamatosan 20-30 mg/l ammónium maradt a tisztított vízben. A pH szabályozása és folyamatos ellenőrzése hiányában ebben az időszakban a levegőztető medencék vize gyakran túlzottan lesavanyodott. Emiatt lelassult az ammónia nitritté, majd annak nitráttá történő oxidációja is. A tisztított elfolyó vízben a nitrit koncentrációja esetenként elérte a 150 mg/l-t (Bertalan és társai, 1998). A tisztított elfolyó víz határérték feletti KOI szennyezettségét kisebb részben az iszap endogén bomlása során keletkező, biológiailag tovább már igen nehezen hasznosítható anyagok okozták, melyek kolloid oldat és finom lebegő kolloid részecskék formájában maradtak a folyadékfázisban. Nagyobb részben azonban bizonyítottan az utóülepítőben lejátszódó denitrifikáció okozta lebegő iszap képződés és kihordás volt a határérték feletti KOI oka. A korábbi módosítások után a tisztító többféle üzemmódban sem bizonyult alkalmasnak az előírt ammónium határérték biztosítására. Egyidejűleg a tisztított elfolyó víznek igen nagy

Page 46: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

46

volt a nitrát koncentrációja is. Az utóbbi a környezetterhelési díj bevezetése esetén komoly anyagi terhet jelenthetett volna az üzemnek. A hatékony fizikai-kémiai előtisztítás egyidejűleg a foszfor első lépcsőben történő teljes eltávolításával is járt, amit a biológiánál megfelelő foszfor-adagolással kellett kompenzálni. Ez esetenként igen hiányosan történt (Bertalan és társai, 1997), s a rendszerben rendszeresen foszforhiány jelentkezett. Ezeknek a tényezőknek az egyidejű zavaró hatása eredményeként a tisztítással nem sikerült a befogadó igényeinek megfelelő hatékonyságot biztosítani. 1.3. Savtermelés és semlegesítés A megfelelő pH tartása a vizes fázisban elsődleges fontosságú a nitrifikálók szaporodási sebességének (nitrifikáció sebessége) fenntartásához. A pH csökkenésével az ammónium biológiai oxidációjának sebessége rohamosan csökken (Anthonisen és társai, 1974; Hooper, 1989; Pulai-Kárpáti, 1999b), savasabb közegben teljesen le is áll. A semleges kémhatás biztosítása ezért a levegőztetőben elengedhetetlen üzemeltetési feltétel. Egy mólnyi ammónium nitrifikációja során két mól sav keletkezik. A denitrifikáció során ebből csak egy mólnyi sav kerül ismételten felhasználásra, így a nitrifikáció-denitrifikáció összességében savtermelő folyamat (Hooper, 1989). Az adott üzemben a nitrifikált elfolyó vízben nitrátként távozó ammónium származék (összesen mintegy 2-3 mól/m3) minden mólnyi mennyiségére két mól sav, a nitrifikált-denitrifikált ammónium (15 mól/m3) minden móljára egy mól sav keletkezett. Az összes savtermelés tehát 20 mól/m3 tisztított szennyvíz volt. Ezt egyenértéknyi mennyiségű mészhidráttal kellett semlegesíteni. A szükséges mészhidrát mennyisége tehát az üzemeltetésnél mintegy 10 mól/m3 tisztított szennyvíz körül alakult. Ez 0,774 kg mészhidrát / m3 tisztított szennyvíz felhasználását igényelte a szennyvíztisztítás biológiai szakaszában. A technikai minőségű semlegesítő szer összetételét figyelembe véve ez mintegy 0,8 kg mészhidrát / köbméter tisztított szennyvíz fajlagos vegyszerigényt jelentett. 1.4 Denitrifikáció A szennyvíznek a fizikai kémiai tisztítás után a KOI szennyezettsége (szerves anyag) átlagosan mintegy 1000-1500 mg/l volt. Ez azért kevés a hatékony denitrifikációhoz, mert a nitrifikáció során keletkezett nitrát biológiai redukciójához minimálisan 5 mg KOI / mg nitrifikált ammónium aránynak megfelelő szerves tápanyag mennyiségre van szükség. Az adott rendszerben a fenti paraméterek mellett ez nem volt biztosított. Hiába nitrifikálta tehát az iszap a szennyvíz ammónium tartalmának mintegy 90 %-át, a keletkező nitrát redukciója csak részleges lehetett az adott rendszerben a szerves tápanyag relatív hiánya miatt. A biológiai oxidációnál ugyanis a nitrát redukcióját végző heterotróf mikroorganizmusok oxigén jelenlétében elsődlegesen azt preferálják elektron akceptorként. A szerves anyag jelentős része ezért a denitrifikáció mellett a szerves tápanyag elemi oxigénnel történő mikrobiális átalakítására került felhasználásra. Oxigén hiányában, de nitrát jelenlétében (például az iszappelyhek belsejében, vagy a rosszul levegőztetett, oxigénhiányos reaktorterekben) ugyanakkor szimultán denitrifikáció is lejátszódhatott. A nitrifikálók azonban bőséges oxigénellátást igényelnek. Megfelelő oxigén koncentráció hiányában szaporodási sebességük, s így tevékenységük, s azzal az ammónium oxidációja is nagyon lelassul. Ezért van szükség a nitrifikációhoz a levegőztetett térben az 1,5-2 mg/l oldott oxigén koncentráció folyamatos fenntartására. Az ATEV korábbi sárvári

Page 47: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

47

szennyvíztisztítójánál a denitrifikáció a folyamatos oxigénbevitel miatt csak az időszakosan túlterhelt, oxigénhiányos időszakokban, valamint az utóülepítőben alakulhatott ki. A tisztítóban nem állt rendelkezésre más, elkülönített tér a denitrifikációnak. A denitrifikáció a lehetőségeknek megfelelően részlegesen az utóülepítőben következett be. Ez abban folyamatos nitrogéngáz fejlődést és iszap átkeveredést eredményezett. Az utóbbi az elfolyó víz lebegőanyag tartalmát növelte, ami az elfolyó víz KOI-jét növelte a határérték fölé (Pulai-Kárpáti, 1999a). A korábbi tapasztalatok alapján a sárvári üzemnél a szennyvíz ammónium tartalmából keletkezett nitrátnak csak mintegy négy-ötöde redukálódott a fenti módon. Literenként mintegy 200 mg nitrát az elfolyó vízzel távozott a rendszerből. Mivel a befogadónak nincs határértéke a nitrátra, az üzemnek nem kellett szennyvízbírságot fizetni a fenti mennyiség után. A környezetterhelési díj bevezetése azonban a jövőben a nitrát határérték fennmaradása esetén is kellemetlen lehet a vállalatra nézve. Ezen túl a nitrát emissziót az elfolyó vízben maradó nitrát oxigéntartalmának hasznosítása érdekében is csökkenteni célszerű. 2. A rekonstrukció utáni helyzet A biológiai rendszer hatékonyságának javítására az adott esetben több lehetőség is adódott (Pulai-Kárpáti, 1999a). A rekonstrukció során az UNIR egység teljes térfogatánat (100 + 50 m3) anoxikus reaktorrá alakítása látszott a legolcsóbbnak. Az átalakított rendszert a 2. ábra mutatja.

100 m3 390 m3

Iszaprecirkuláció

Belső recirkuláció

UtóülepítőElődentirifikáció LevegőztetőTisztított

elfolyó

Előtisztítottbefolyó

50 m3

2. ábra: A biológiai tisztítás jelenlegi sémája

Az ábra szerinti módosítással a rendszer egyértelműen egy iszapkörössé vált. Ehhez természetesen megfelelő keverés beépítésére volt szükség mindkét térrészben az iszap lebegésben tartásához és az egyenletes tápanyagellátásához. A denitrifikáció további javítására az iszaprecirkulációját mintegy 200 % ra növeltük, és további 300 % belső recirkuláció is kialakításra került. 2.1. Az elődenitrifikáció hatása a tisztítóban A nagyobb recirkulációk elődenitrifikáló és hígító hatása a reaktorkaszkád kialakításnál fokozottan érvényesülhet A módosítással a levegőztetett reaktortérfogat változatlan, 390 m3 maradt. Ezzel szemben a tisztítást végző mikroorganizmusok összes tömege csaknem másfélszeresére nőtt. Ha az anoxikus terekben teljes nitrát redukciót feltételezünk, a denitrifikáció százalékos hatásfoka: ηden = (Ri + Rb / 1 + Ri + Rb) * 100

Page 48: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

48

azaz 5/6 * 100 = 83 % kell legyen. Ez a hatásfok a recirkuláció mértékének növelésével tovább növelhető. A nitrát többi részének eltávolítását a levegőztetőben és utóülepítőben minden esetben kialakuló, valamilyen mértékű szimultán denitrifikációnak kell biztosítania. A kommunális tisztítás gyakorlatában az iszap recirkulációját a lehetséges minimális értékre (Ri= 0,5 – 1) választják, hogy ne terheljék túl hidraulikusan az utóülepítőt, ugyanakkor lényegesen nagyobb (Rb= 2-3) közvetlen belső recirkulációval (recirkuláció a levegőztető elfolyó vízéből az anoxikus reaktorba) biztosítják a nitrát nagyobb mértékű visszaforgatását. Az összes recirkulációt a kommunális szennyvíztisztítás gyakorlatában nem növelik 5 - fölé, mert azon túl már igen sok oxigént forgatnak vissza velük az anoxikus térbe, ami ott a denitrifikációs kapacitást jelentősen csökkenti. Viszonylagosan nagy ammónium-terhelésnél ez az arány valamelyest még növelhető, de ott is célszerű inkább az anoxikus reaktor kaszkádszerű kialakítása. Szükség volt a fenti módosításra az utóülepítő működésének biztonságosabbá tételéhez is. Az elődenitrifikáció kialakítása és a kaszkádszerű kiépítés a fonalas mikroorganizmusok elszaporodása, dominanciája ellen hat. Egyidejűleg megszüntette az utóülepítőben korábban bekövetkezett gázképződést és iszap átkeveredést. Ezek a hatások együtt eredményezték a tisztított elfolyó víz zavarosságának, lebegőanyag szennyezettségének, illetőleg az elfolyó víz KOI formájában mérhető szerves anyag szennyezettségének ugrásszerű csökkenését. Az iszap ülepedése és szűrőhatása annyira javult, hogy az utóülepítőből elfolyó víz KOI-je az átalakítás után két héttel már 40-50 mg/l értékre csökkent. Ezzel az üzem gyakorlatilag a hazai I kategória KOI határérték igényét is kielégíti. Másik igen fontos hatása is tapasztalható volt az elődenitrifikációnak. Korábban a levegőztető medencék felületén mindig erős habzás jelentkezett, amiért gyakran habtörésre, a felszín locsolására is szükség volt. Az intenzív habzás egyértelműen a fizikai kémiai tisztításon átjutott zsírok, fehérjék hatását mutatta. A habzás, illetőleg a levegőbuborékok felületén kialakult felületaktív molekulákból álló film az oxigénátadás hatékonyságát számottevően rontotta. Nagyobb zsírmennyiségek esetén ez komoly oxigénhiányt is eredményezett a levegőztető medencékben (Bertalan és társai, 1998). Az elődenitrifikáció beiktatásával, a mikroorganizmusok előbb a nem levegőztetett térben kerültek kapcsolatba a szerves tápanyagokkal, ahol a nitrátból felvehető oxigén a jó keverés következtében folyamatosan rendelkezésére állt a denitrifikáló mikroorganizmusoknak. Közben azok exoenzimjeikkel a nagyobb, zsír és fehérje részeket megfelelően hidrolizálták. Jelenleg a levegőztető medencében a korábban megfigyelt felületaktív hatás egyáltalán nem tapasztalható. A fajlagos oxigénigény a jobb denitrifikáció eredményeként tovább csökkent. Az átalakítás során ezért nem is kellett további levegőztetés a 390 m3-es medencébe. A levegőztetés oldott oxigén (DO) koncentráció alapján történő szabályozása is változatlan maradt. A DO és pH folyamatos regisztrációja azonban a biztonságosabb üzemellenőrzés érdekében szükséges volt. Ezzel az időszakos oxigénhiány és lesavanyodás jobb dokumentációja, ellenőrzése vált lehetségessé. A flotált víz utóbbi időszakban az UNIR blokkban történt kiegyenlítése megszüntetésének kompenzálására egy 100 m3-es kiegyenlítő medence beiktatása volt tervbe véve. Erre azonban eddig még nem került sor. A rendszer azonban a nagyobb összes biológiai reaktor térfogat és iszaptömeg, és az elődenitrifikáció eredményeként mégis a korábbinál kiegyenlítettebben üzemel. Jó bizonyíték erre egy üzemi havária hatása a szennyvíztisztításra.

Page 49: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

49

2000. január 19-én késő este, üzemzavar eredményeként nagyobb mennyiségű zsíros termék került a szennyvízbe. Ez mintegy 8-10 napi biológiai terhelésnek megfelelő szerves anyag lökésszerű érkezését jelentette a tisztítóban. Korábban ilyen esetben a levegőztetők erős habzása, s az elfolyó víz mintegy egy hetes emulziós jellegű megzavarosodása volt a túlterhelés következménye. Az új üzemvitelnél a felhabzás (oxigénátadás ugrásszerű romlása) egyáltalán nem jelentkezett, s az elfolyó víz opálossága is csak egy napig volt érzékelhető. A tisztított víz paraméterei 3 nap után teljesen visszaálltak a korábbi értékekre. 2.2. Nitrifikáció és denitrifikáció az új üzemeltetésnél A rekonstrukciótól várt teljes nitrifikáció a próbaüzem első hónapjában nem következett be. A tisztított elfolyó víz ammónium koncentrációja 120-140 mg NH4-N/l körül stabilizálódott, miközben a rendszer savanyodása, semlegesítő szer (mészhidrát) igénye is minimális volt. Ebben az időszakban a flotált víz TKN terhelésének csak mintegy felét tudta a tisztító nitrifikálni. Ugyanakkor a keletkezett nitrát és nitrit teljes mennyisége nitrogénné redukálódott. A nitrifikációval és denitrifikációval eltávolított nitrogén egyenértékének megfelelő savat ugyanakkor a maradék ammónium semlegesítette. Mivel az elfolyó vízben szerves tápanyag már nem maradt, egyértelművé vált, hogy további nitrifikáció esetén a denitrifikációhoz mindenképpen szükséges valamilyen szerves segédtápanyag adagolása (Randall és társai, 1984; Balmelle és társai, 1992; Zang-Alleman, 1992). A tisztított elfolyó víz adatai, továbbá az eleveniszap foszfor tartalmának vizsgálata igazolták, hogy más ATEV szennyvizek tisztításához hasonlóan a sárvári üzemben is foszforhiányossá vált a szennyvíziszap. A tisztító üzemeltetői a korábbi foszforadagolást az elmúlt év őszén sajnálatos félreértés folytán leállították, aminek eredménye krónikus foszforhiány lett a rendszerben. Az utóbbi ellensúlyozására január utolsó napjától a trisó adagolását a biológiánál újra folyamatossá tettük. Az ammónium koncentrációja a tisztított vízben azt követően folyamatosan csökkent, és a nyolcadik napon elérte a határértéket (10 mg ammónium/l). Az üzemi szennyvíz hatékony kiegyenlítésének hiányában ugyan az a következő hét végén ismét 15 mg/l értékig emelkedett, azt követően azonban tartósan minimálisra, 1-2 mg/l alá csökkent, és több napos oxigénhiányos üzemeltetés (DO<0,2-0,3) esetén is ilyen koncentráció alatt maradt. Ezt jól mutatja a levegőztető medence oldott oxigén, és a tisztított üzemi elfolyó víz ammónium koncentrációját bemutató 3. ábra. A fokozódó nitrifikációval a savtermelés is megnőt a korábbi számításoknak megfelelően. A semleges körüli pH tartása az üzemben még manuálisan történik, ami esetenkénti néhány jelentősebb pH csökkenést is eredményezett. A nitrifikáció felgyorsulásának időszakában igen jól érzékelhető volt, hogy a pH csökkenése a nitrifikáció, s ezzel az oxigénfelvétel lassulást eredményezte. Mészhidrát adagolása, s a pH növekedése után a levegőztető medence oldott oxigén koncentrációja mindig ugrásszerűen csökkent a nitrifikáció sebességének növekedése eredményeként. Jól látható ez a 4. ábrán, amely a fenti jellemzők alakulását az átmeneti időszak több egymást követő napjára is a részletes mérési adatokkal mutatja be. Jelenleg a mészhidrát felhasználás a tisztító napi TKN terhelésével arányosan változik. Átlagosan 100 kg/nap körül van, de kisebb terhelésű napokon 50 kg, nagyobb terhelésnél viszont a napi 200 kg-ot is elérheti.

Page 50: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

50

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

01.16

01.18

01.20

01.22

01.24

01.26

01.28

01.30

02.01

02.03

02.05

02.07

02.09

02.11

02.13

02.15

02.17

02.19

02.21

02.23

02.25

02.27

02.29

M é r é s id e je ( n a p )

NH

4-N

(mg/

l)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

DO

(mg/

l), p

H

N H 4 - N ( m g / l )

p H

D O ( m g / l )

0

1

2

3

4

5

6

03.0

1

03.0

3

03.0

5

03.0

7

03.0

9

03.1

1

03.1

3

03.1

5

03.1

7

03.1

9

03.2

1

03.2

3

03.2

5

03.2

7

03.2

9

03.3

1

04.0

2

04.0

4

04.0

6

04.0

8

04.1

0

04.1

2

04.1

4

04.1

6

M é r é s id e je ( n a p )

NH

4-N

(mg/

l)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

DO

(mg/

l),pHN H 4 - N ( m g / l )

p H

D O ( m g / l )

3. ábra: A tisztított elfolyó víz átlagos ammónium koncentrációjának (gyorsteszt), valamint a levegőztető medence oldott oxigén koncentrációjának és pH-jának változása a technológiai

módosítást követően.

0 1 2 6 7 0 1 2 6 7 0 1 2 6 7 0 1 2 6 7

1 óra

4 óra

8 óra

12 óra

16 óra

20 óra

24 óra

DO pH DO pH DO pH DO pH

02.07. 02.08. 02.09. 02.10.

4. ábra: A pH hatása a nitrifikáció sebességére és azon keresztül az oxigénfogyasztásra. (24 órás grafikonok, oldott oxigén – mg/l)

Page 51: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

51

A nitrifikáció során keletkező 900-1200 mg/l nitrát hatékony redukciójához azonban, mint már korábban utaltunk arra, további segédtápanyag adagolásra is szükségünk volt. Január első felének üzemi tapasztalatai alapján a denitrifikáció javítására segédtápanyagot is adtunk az anoxikus (100 m3-es belső reaktor) zónába. Erre egy élelmiszer előállító üzem szennyvízéből szeparált, centrifugált keményítőiszap igen alkalmasnak bizonyult. A denitrifikációhoz adagolt mintegy napi 100 kg KOI egyenértékű borgonya keményítő ugyanakkor mintegy napi 25 kg iszaphozam növekedést is eredményezett az üzemi szennyvíz 40-50 kg/nap iszaphozamán túl. A napi 65-75 kg iszaphozam a jelenlegi 390 m3 oxikus reaktortérben levő 2500 kg iszapmennyiség mellett még így is mintegy 40 napos oxikus iszapkort biztosít, ami a hatékony nitrifikációhoz kellően biztonságos. Hasonlóan megfelelő a denitrifikációs reaktor nagysága is. Az üzemeltetés költségének, valamint a tisztítás oxigénigényének minimalizálására azonban a szerves segédtápanyag mennyiségének optimalizálását teszi szükségessé. A denitrifikáció hatásfoka a tisztításnál jelenleg 88% körüli. 2.3. Foszfor adagolás és esetleges utódenitrifikáció Az új üzemeltetéssel, a szükséges mennyiségű foszfor adagolásával, teljes ammónium oxidációt sikerült elérni, mint azt a 3. ábra is mutatja. A tisztított szennyvízben az utóülepítés után már csak 1-2 mg NH4-N marad literenként, ami a hazai I kategória határértékét is kielégíti. Más kérdés, hogy a foszfor korábbi, trisó formájában történő adagolása (napi 10 kg trisó - 42 mg Na+ /l) jelentősen növeli a tisztított víz összes só és nátrium koncentrációját is. Ezzel szemben az átlagosan napi 100 kg körüli mészhidrát 54 kg Ca2+ bevitelt jelent a szennyvízbe. Ennek jelentős része oldottan jelenik meg a tisztított elfolyó vízben. Ez ugyan növeli a tisztított víz összes só koncentrációját, azonban a tisztításhoz elengedhetetlen, s az egyenértéknél nagyobb nátrium ion szennyezést is gyakorlatilag megszünteti. Megfontolás tárgyává kellett ezért tenni a trisó adagolás megváltoztatását. Előbb azonos mennyiségű foszfort tartalmazó foszforsav (március 8.-tól március 18.-ig), majd hiperfoszfát műtrágya adagolására tértünk át. Az utóbbi kitűnően oldódik meleg vízben, jól adagolható, s olcsóbb is. Szükséges lesz a jövőben még a mészhidrát adagolás automatizálása, aminek az ellenőrzése elvileg adott, az adagolást kell csak gépesítetté és szabályozottá tenni, megfelelő poradagoló beépítésével. Meggondolandó, hogy a denitrifikáló reaktorba történő nagyobb mennyiségű segédtápanyag adagolása helyett a jelenlegi tisztított vízbe kerülő összesen mintegy 60-80mg /liter NOx mennyiséget, ha arra egyáltalán szükség lesz, denitrifikáló utószűrővel távolítsuk el a későbbiekben az üzem. Mivel a nitrát kibocsátására nincs jelenleg még határértéke az üzemnek, illetőleg összes mennyisége az érvényes kategória állóvizébe történő bevezetés követelményét is kielégíti, ennek lehetőségét a vállalat csakis a további tartós üzemeltetési tapasztalatokat követően, és az EU normák érvénybe lépése esetén kívánja tovább vizsgálni. A denitrifikáló szűrő kiépítéséhez azonban már most rendelkezik megfelelő műtárggyal, melyen csak kisebb átalakítások szükségesek a ciklikus visszamosás lehetőségének biztosítására.

Page 52: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

52

Fontosabb jelenleg az üzemben a rendelkezésre álló 100 m3 kiegyenlítő bekötése a tisztítási vonalba, bár az utóbbi időszak mérési eredményeit bemutató 3. ábra látszólag azt bizonyítja, hogy kiegyenlítés nélkül is elviseli a rendszer az időszakos terhelési hullámokat. Ennek biztonságát egyébként tovább növeli egy jelenleg beépítés alatt álló további levegőztető egység is. Konkluzió Az üzemeltetési tapasztalatok bizonyították, hogy nagy nitrogén és viszonylagosan kis szerves anyag tartalmú ipari szennyvizek ammónium és nitrát tartalma is hatékonyan eltávolítható az eleveniszapos megoldással. Ilyen szennyvizeknél azonban a mikroorganizmusok megfelelő tápanyag, különösen foszfor-ellátottsága a tisztítás kritikus tényezője. Irodalomjegyzék Anthonisen A.C., Loehr R. C., Prakasam T. B. S. and Srinatu E. G. (1974) Inhibition of

nitrification by ammonia and nitrous acid. J. Wat. Pollut. Control. Fed. 48, 835-852. Balmelle B, Nguyen K. M., Capdeville B., Cornier J. C. and Degiun A. (1992) Study of

factors controlling nitrite build-up in biological processes for water nitrification. Wat. Sci. Tech., 26 (5-6) 1017-1025.

Bertalan M - Kárpáti Á - Babos L - Vörös J-né (1997): Az ATEV Rt. sárvári üzemének szennyvíztisztítása. 3. Veszprémi Környezetvédelmi Konferencia, 1997 május 26-28, Kiadványkötet 645-653.

Bertalan M – Vörös J.né – Kárpáti. Á (1998): Technológiaváltás és hatása ATEV szennyvíz tisztításánál. Eleveniszapos szennyvíztisztítás /üzemeltetése, szabályozása / MHT Veszprém Megyei Szervezete - MOKE – Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség, Veszprém, MTESZ, 1998 május 18. Kiadványkötet, 9-16.

Hooper A.B. (1989) Biochemistry of the nitrifying lithoautotrophic bacteria. Ed. By H.G. Schlegel and B. Bowien, Science Tech Publishers, Madison, Wisconsin, pp. 238-265.

Pulai J. Kárpáti Á. (1999a) Gyakorlati tapasztalatok a nagy TKN/KOI arányú szennyvizek biológiai tisztításánál. A szennyvíztisztítás fejlesztése és a tápanyaghiányos denitrifikáció lehetőségei. MHT-MASZESZ-VE előadássorozat, Budapest, 1999 . május 26., 23-30.

Pulai J. Kárpáti Á (1999b) Nitrogéneltávolítás szabályozása kis KOI/TKN tartalmú vizek esetében. IV. Veszprémi Környezetvédelmi Konf., Veszprém, 1999. május 30. – június 1. Kiadványkötet 186-193.

Randall C. W. and Austermann-Haun U. (1984) Nitrite build-up in activated sludge resulting from temperature effect. J. Wat.. Pollut. Control Fed., 56, 1039-1044.

Yang L. and Alleman J. E. (1992) Investigation of batchwise nitrite build-up by enriched nitrification culture. Wat. Sci. Tech., 26 (5-6) 997-1052

Page 53: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

53

Eleveniszapos lépcső kiépítése csepegtetőtestek után a hazai és európai normák teljesítése érdekében.

Pulai Judit1 - Kovácsné Benkó Zsuzsa2 - Rajhona János2 - Kárpáti Árpád1

1 Veszprémi Egyetem, Környezetmérnöki és Kémia Technológia Tanszék 2 Gyöngyös Városi Szennyvíztisztító Telep

Bevezetés A szennyvíztisztítás célja a befogadókat terhelő szennyezők szükséges mértékű visszatartása. Ez védi meg vízbázisainkat, melyek egyrészt a felszín alatti víztartalékok, másrészt egyre gyakrabban a tisztított szennyvizeket befogadó felszíni vizek. A gyöngyösi szennyvíztisztító elfolyó vízének ki kell elégíteni a 3/1984. (II. 07.) O.V.H. sz. rendelet VI. vízminőségi kategóriájának határértékeit. Tekintettel a városi tisztító korábbi kialakítására és a városban működő hús- és tejfeldolgozás szennyvízkibocsátására KOI-ra 130 g/m3 egyedi határértéket kapott a telep. A gyöngyösi szennyvíztisztítás átalakításának célja kettős volt. Egyrészt a rosszul flokkuláló leszakadt biofilm maradványok jobb kiszűrésével kellett javítani a tisztított elfolyó víz BOI5 és KOI mutatóit, másrészt a nitrifikáció növelésével a kategóriának megfelelő határérték alá kellett az elfolyó víz ammónia tartalmát csökkenteni. Ennek megfelelően az utóülepítőbe kerülő folyadék lebegő iszapját úgy kellett átalakítani, hogy annak jó flokkulációja és szűrőhatása révén nagyobb eseti terhelések esetén is biztosítsa a korábbi, lebegő anyag kihordásból eredő KOI eltávolítását. Elsődlegesen a kedvezőbb iszapeltávolítás érdekében került sor csepegtetőtest után az eleveniszapos lépcső kiépítésére. Ebben a rendszerben ugyanakkor a csepegtetőtestről leszakadó adaptált, nitrifikáló biomassza további ammónium eltávolítást is biztosíthat. A szennyvíztisztító telep átalakítás előtti állapota A telep névleges kapacitása 7000 m3/nap. Ilyen térfogatáram megtisztítása a rendelkezésre álló csepegtetőtesteken azonban a jelenlegi szennyezettség mellett a kategória határértékére lehetetlen. A csepegtetőtestek csak 0,2 kg BOI5 / m3 nap fajlagos terhelésig biztosítanak teljes nitrifikációt. A gyöngyösi telep esetében a jelenlegi 6500 m3 / nap terhelés mellett, az előzetes levegőztetés és kétszintes előülepítés igen kedvező hatását is figyelembe véve az említett fajlagos terhelés a megadott érték 2-3-szorosa. A tisztító átalakítás előtt a rendszer mintegy egy órás előlevegőztetésből és az azt követő előülepítésből majd műanyag töltetes csepegtetőtesteken történő biofilmes tisztításból állt. A biológia után a keletkezett iszap eltávolítása négy Dortmundi- és két Dorr- ülepítőben történt. A csepegtetőtestek hígító recirkulációja az utóülepített elfolyó vízből történt, ami túlzott ülepítő kapacitást kötött le az adott esetben. A húsipar és tejipara városban jelentős részarányban járul hozzá a tisztító KOI, BOI5, nitrogén és foszfor terheléséhez. A telepre beszállított szippantott szennyvíz átlagosan csak napi 50 m3, amit közvetlenül az érkező szennyvízbe ürítettek. Az átalakítás előtti, fel nem használt műtárgyakat a 1. táblázat részletezi. Korábban a 2 x 250 m3 szippantott szennyvíz levegőztető medence. Korábban a napi 500 m3 beszállított

Page 54: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

54

szippantott szennyvíz fogadására tervezték a medencét. A környező falvak csatornázása azonban ezt minimálisra csökkentette Ma gyakorlatilag alig van szippantott szennyvíz beszállítás és ez várhatóan nem is változik a közeljövőben.

1. táblázat Az átalakítás előtti üzemeltetés műtárgyai

Mechanikus tisztítás: Vízmennyiség mérő és regisztráló Iker kialakítású gépi rács Iker kialakítású légbefúvós homok és zsírfogó Nyers szennyvíz átemelő 2 x 150 m3 előlevegőztető medence 4 db kétszintes ülepítő összesen 890 m3 ülepítő és 3200 m3 rothasztó térrel

(az utóbbiban ebben a kiülepedett primer és fölös iszap kriofil anaerob stabilizálása történik) Biológiai tisztítás: 2 + 2 biológiai csepegtetőtest, összesen 2300 m3 hexacel-2 töltettel (690 m2 permetező felülettel) 4 db Dortmundi típusú utóülepítő,

az 1. és 2 sz. csepegtetőtesthez összesen 380 m3 térfogattal 2 db Dorr típusú utóülepítő

a 3. és 4. sz. csepegtetőtesthez, összesen 1260 m3 térfogattal nagykörös iszapelvétel (Dorr ülepítőkből az előlevegőztetőbe) Iszapkezelés: pálcás iszapsűrítő iszapvíztelenítő gépház (présszalag-szűrő) Fertőtlenítés: labirint fertőtlenítő medence és klórgáz adagoló

A rekonstrukció A rekonstrukció meghatározó elemei az előlevegőztető és a csepegtetőtest kapacitásának növelése, valamint a befejező eleveniszapos lépcső kiépítése voltak. A korábban fel nem használt 2 x 250 m3-es szippantott szennyvíz levegőztető medencék igen alkalmasnak tűntek az előlevegőztetés bővítésére. A korábbi, átlagosan mintegy egy órás levegőztetés csaknem három órásra volt velük bővíthető. Az eleveniszapos lépcső megváltozó minőségű fölösiszapja a korábbinál is jobb beoltást jelent a nyers szennyvíz könnyen hasznosítható tápanyagainak gyors immobilizálásához. Ez az iszap recirkuláció mintegy 120-150 mg/l lebegő iszapkoncentráció növekedést jelent az előlevegőztető reaktorokban a befolyó nyers vízéhez képest. Annak ellenére, hogy az előlevegőztetés viszonylag rövid és közvetlen átfolyású, jelentős KOI és BOI5 eltávolítást eredményezhet a kétszintes ülepítőkben. Ezzel lényegesen csökkenhet a csepegtetőtestek biológiai terhelése. A csepegtetőtestekre történő korábbi vízvisszaforgatástól eltérően a rekonstrukciónál megvalósult az átfolyó víz közvetlen visszaforgatása. Ez azt eredményezhette, hogy a biológiai filmről leszakadó, még aktív biomassza többszörösen visszakerül a csepegtetőtest elejére (tetejére), és tisztító tevékenységét részben mint lebegő biomassza (eleveniszap) folytathatja. Ez ugyancsak hozzájárulhat a csepegtetőesten kialakuló tisztítás

Page 55: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

55

hatékonyságának növekedéséhez. Mind a BOI5 és KOI, mind az ammónium eltávolítását fokozhatja. A levegőztetés további bővítését a csepegtetőtestek utáni eleveniszapos lépcsővel kívántuk megoldani. Ezt a megoldást az amerikai gyakorlatban "csepegtetőtest - iszapkontakt" eljárásként ismerik. A biofilmből leszakadó, rosszul flokkuláló iszaprészek az utólevegőztetés során a tápanyaghiányos környezetben kissé fonalasodó, jól flokkuláló biomassza révén kitűnő szűrőhatást biztosíthatnak. Az iszapkontakt után az utóülepítőben az ilyen iszap nagy sebességgel ülepszik, és egyidejűleg jól kiszűri a korábban iszapkihordást eredményezett, apróbb méretű lebegőrészeket is. A csepegtetőtestektől leszakadó biofilm ugyanakkor kellő részarányban tartalmaz autotróf mikroorganizmusokat is, melyek az eleveniszapos lépcsőben további nitrifikációt eredményeznek. Annak ellenére, hogy a gyöngyösi telepen az eleveniszapos lépcső átlagos hidraulikus tartózkodási ideje csak mintegy 1,3 óra, illetőleg iszapkora csak 2-2,5 nap, az irodalmi adatok szerint a keletkező beoltás révén a biomassza ennél lényegesen jobb nitrifikációt biztosíthat. A telep átalakítását követően a technológia az alábbiak szerint alakult: A nyers szennyvíz egy része a szippantott szennyvíz előlevegőztető medencébe kerül ahol beoltásra kerül az eleveniszapos lépcső folyamatosan érkező fölösiszapjával. A levegőztetést függőleges tengelyű turbinás levegőztetők biztosítják. A nyers szennyvíz, valamint a fölös iszap mikroorganizmusai ebben a medencében, valamint innen felkerülve a kétszintes ülepítők előtt lévő összeses mintegy 300 m3 további előlevegőztetőben megfelelő oxigén ellátottság esetén az érkező szennyvíz könnyen felvehető oldott tápanyagainak döntő részét immobilizálhatják, iszappá alakíthatják. Az utóbbinak volt tulajdonítható a kétszintes ülepítők korábbi igen hatékony KOI és BOI5 eltávolítása is. A csepegtetőtestek recirkulációjának rövidre zárásához új vezetékeket kellett lefektetni. Ki kellett alakítani azokhoz egy új gyűjtőaknát is, ahonnan a folyadék a csepegtetőtestek tetejére vihető vissza. A két eddig említett átalakítás 1999 szeptemberében történt, kisebb haváriával, részben tisztítatlan szennyvíz kibocsátással a befogadóba. Ugyanekkor történt meg a korábbi szippantott szennyvíz fogadó előlevegőztetők folyamatos üzembe helyezése is. A négy Dortmundi-medence eleveniszapos reaktorrá alakítása mélylevegőztető szivattyúk beépítésével valósult meg. Innen kerül az eleveniszapos víz a Dorr-ülepítőkre, ahonnan az iszap egy része recirkulál, más része fölösiszapként az előlevegőztetővé átalakított, korábban szippantott szennyvíz levegőztetőbe (nagykörös iszaprecirkulációba) kerül. Az eleveniszapos lépcső indítására csak az idei év elején került sor, tehát az elmúlt év utolsó négy hónapjában nélkülük üzemelt a tisztítás. Az üzemi paraméterek alakulása az átalakítást megelőző és az követő időszakban. Az átalakítás következményeit, nehézségeit az átkötés előtti időszak és az azt követő szakasz üzemi eredményeinek összehasonlításával értékelhetjük. Ennek érdekében az 1. és 2. ábrán bemutatjuk a telep különböző pontjain ebben az időszakban mért KOI- és ammóniumkoncentráció értékeket.

Page 56: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

56

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

99.0

3.01

99.0

4.01

99.0

5.01

99.0

6.01

99.0

7.01

99.0

8.01

99.0

9.01

99.1

0.01

99.1

1.01

99.1

2.01

00.0

1.01

00.0

2.01

00.0

3.01

00.0

4.01

00.0

5.01

00.0

6.01

00.0

7.01

00.0

8.01

Mérés dátuma (nap)

KO

I (m

g/l)

KOI befolyóKOI csepegtető testreKOI csepegtető test utánKOI elfolyó

1. ábra: A rendszer különböző pontjain mért KOI szennyezettség. (A csepegtetőtestekről elfolyó víznél ülepített mintákból történt a vizsgálat)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1999

.03.

01

1999

.04.

01

1999

.05.

01

1999

.06.

01

1999

.07.

01

1999

.08.

01

1999

.09.

01

1999

.10.

01

1999

.11.

01

1999

.12.

01

2000

.01.

01

2000

.02.

01

2000

.03.

01

2000

.04.

01

2000

.05.

01

2000

.06.

01

2000

.07.

01

2000

.08.

01

Mérés dátuma (nap)

NH

4-N

(mg/

l)

NH4-N befolyóNH4-N csepegtető testreNH4-N csepegtető testrőlNH4-N elfolyó

2. ábra: A rendszer különböző pontjain mért NH4-N szennyezettség. (A csepegtetőtestekről elfolyó víznél ülepített mintákból történt a vizsgálat)

A befolyó szennyvíz mintái minden esetben reggel 8 órakor a homok- és zsírfogóból kifolyó vízből kerültek megvételre. Szórásuk elég nagy a különböző ipari szennyvizek lökésszerű terheléseinek megfelelően, mégis jól jellemzik a tisztító átlagos terhelésének alakulását. Néhány esetben több napon keresztül is az átlagos szennyezettségnek a másfél kétszerese

Page 57: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

57

érkezett a vizsgált időszakban, amely túlterhelések már az ammónium eltávolításban is éreztették hasonló jelleggel a hatásukat. A nitrifikációs kapacitás azonban rendszerint 2-4 napon belül helyreált az átlagosan terhelt időszakokban. Az előlevegőztetők hatását a kétszintes ülepítők egyesített elfolyó vízéből vett mintákkal kívántuk ellenőrizni, amely megfelelő osztón keresztül a csepegtetőtestekre kerül. Ez gyakorlatilag ülepített víz, ezért a felkevert mintákból történt minden esetben a mérés. A csepegtetőtestek egyesített elfolyó vízéből, ami a Dortmundi-medencékből átalakított eleveniszapos egységekre kerül elosztásra ezzel szemben ülepített KOI értéket kellett mérni a lebegő biofilm zavaró hatásának kiküszöbölésére. A tisztított elfolyó vizet az üzem kifolyó pontján mintázták naponta reggel 8 és este 7 órakor. Az utóbbi mintázás korábban nem volt szokásban, de a vizsgálatok során bebizonyosodott, hogy mivel a rendszer átlagos hidraulikus tartózkodási ideje mintegy 10 óra, az esti minták eredményei jellemzőbbek a délelőtti csúcsterhelés tisztítására. Ezek a minták tehát mintegy a napi terhelési maximumnak megfelelő értékeket szolgáltatták. Az ilyen méréseket 2000 március elejétől végzi folyamatosan az üzem. A legutóbbi két hónapra az ábrán látható adatok a reggeli és esti értékek átlagai. A csepegtetőtest előtt és után vett mintákat az elfolyó vízéhez hasonlóan március eleje óta az átlagos tartózkodási időnek megfelelő időeltolással vettük. Ezt figyelembe kell venni az adatok értékelésénél. A csepegtetőtest recirkulációja módosításának hatása Az adatokból érdekes megfigyelni, hogy a tisztítandó szennyvíz szennyezettsége mindkét évben tavasszal – nyár elején volt viszonylag nagyobb az éves átlagnál, és a nyári-téli időszakban tendenciózusan csökkent. Ennek kedvező hatásának szükségszerűen mind nyáron, mind télen jelentkeznie kellett. Mindkét esetben kedvező kellett, hogy legyen a nitrifikációs kapacitásban, azaz a tisztított víz ammónium koncentrációjában. A módosítás előtti időszakra, tehát az elmúlt év szeptemberéig szépen látszik ez a tisztított szennyvíz ammónium koncentrációjából, de nem érzékelhető ugyanezen minták KOI értékeinél. Az is látható a 2. Ábrából, hogy ebben az időszakban a csepegtetőtestről az utóülepítőbe folyó víz ammónium koncentrációja gyakorlatilag megegyezik az ülepített elfolyó vízével, tehát az utóülepítőben nem történt különösebb iszap hidrolízis, vagy ammónium visszaoldódás. Nyílván valóan ekkor az utóülepítő hatékonyan denitrifikált, s a nitrogéngáz képződése is okozhatta a lebegőanyag kihordást, s ezzel a KOI megnövekedését. A csepegtetőtestek recirkulációjának átalakításával (1999 szept. közepe – 1999 dec. vége) a tisztított víz KOI szennyezettsége nem változott, az ammónium koncentrációja azonban előbb megnőtt, majd tendenciózusan csökkent a korábbi nyári üzemre jellemző 10 mg/l körüli átlagos értékre. Ez azt jelenti, hogy a tisztítóban az ammónium eltávolító kapacitás a szennyvíz hőmérsékletének hűlése ellenére igen kedvezően alakult. Az eleveniszapos rész bekötésének hatása Az eleveniszapos rész 2000 január elején történt bekötésével és indításával a korábbi kedvező eredmények stabilizálódni látszottak, bár már január közepén volt néhány nagyobb elfolyó ammónium koncentráció érték, azt rövid lökésszerű szerves anyag és ammónium túlterhelés

Page 58: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

58

hatásának vettük. Február elején azonban mind a KOI, mind az NH4-N átlagok a nyers szennyvízben tendenciózusan csökkentek, az elfolyó víz mutatói azonban ezzel éppen ellenkezőleg növekedtek, s ez a növekedés a hónap végéig folyamatos volt. Ezért is határoztuk el a Dortmundi-medence és az előlevegőztető iszapjának respirációs vizsgálatát február végén. Ezek eredményeit majd a későbbi fejezet ismerteti. A nitrifikáció romlása a rendszerben március közepéig folytatódott, majd mintegy két hónapig változatlanul rossz volt, amíg a probléma okát meg nem találtuk és ki nem küszöböltük. A január – februári időszak eredményei azonban mindenképpen bizonyították, hogy az átalakított tisztító tud jól üzemelni, azonban abban valamilyen, korábban nem tapasztalt zavaró hatás léphetett fel. Sajnos két ilyen hatás is fellépett egyidejűleg. Az első nem volt ismeretlen, de az átalakítás mintegy felerősítette a hatását. A gyöngyösi szennyvíztisztítóban egy más tisztítókban ritkán tapasztalható csigafaj telepedett meg, amely a biofilmből folyamatosan az utóülepítőbe, majd a kétszintes ülepítő fenekére került a korábbiakban. A Dortmundi-medencék átalakításával a csigák közvetlenül azok fenekére kerültek, s a túlfolyás miatt onnan nem kerültek folyamatos eltávolításra. Ugyanígy összegyűlt egy csigaréteg az iszaprecirkulációnál az elosztómedence fenék részében is. Ezekben a terekben a csigák a pangás következtében berothadtak és a keletkező könnyen felvehető tápanyag az iszappelyhek belsejében hatékony denitrifikációt is okozott, de az egyidejűleg fenntartott nagy iszapkoncentráció miatt oxigénhiányt és szulfid keletkezését eredményezte. Ezek együttes hatásának eredményeként az eleveniszapos rendszer nitrifikációs kapacitása minimálisra csökkent. A másik váratlan jelenség ami a telepen jelentkezett, a kétszintes ülepítők üzemzavara volt. Évtizedekkel korábban a pestlőrinci szennyvíztelepen már tapasztaltak hasonló jelenséget, de az valamiképpen elfelejtődött, s a csepegtetőtestek visszaszorulásával a közlemények sem emlegethették fel az utóbbi időszakban tanulságos példaként. Ott a gyöngyösihez hasonló rendszer kiépítése után észlelték, hogy az eleveniszapos rendszerről visszaforgatott iszap a filmes rendszerétől eltérően ülepszik, pontosabban a kétszintes ülepítő oldalfalán nehezebben csúszik el, mintegy iszappad képzésére hajlamos. Nos a gyöngyösi üzemben is bekövetkezett az idézett eset. Az iszappad azután lassan berothadt, ami egyre nehezebben kezelhető, iszapos, szulfidos víz feladását eredményezte a csepegtetőtestre. Ennek volt a következménye a csepegtetőtest nitrifikációs kapacitásának az előző években nem tapasztalt mértékű visszaesése. Az üzemzavar kiküszöbölésére előbb a Dortmundi-medencék fenékzsompját kellett megszüntetni, majd az iszaprecirkulációs vonalon az osztótartály átalakítására is szükség volt. A kétszintes ülepítőnél az ülepítő rész fala dőlésszögének növelése nem jöhetett szóba, ezért ott kevés vegyszer (5 mg/l Fe3+) adagolásával és az ülepítő fenéklapjának naponta történő kotrásával (iszappad kialakulás lehetőségének minimalizálásával) kellett az iszapberothadást megakadályozni. Az átalakítások május közepétől már éreztették hatásukat az ammónium értékek alakulásában, de a csepegtetőtestek korábbi nyarakon tapasztalt igen jó nitrifikációs kapacitását napjainkig sem sikerült visszaállítani. Ez jól látható a 2. ábrán. Az 1. és 2. ábrákon az is megfigyelhető, hogy n2000 március elejétől látszólag nagyobb a csepegtetőtestekre feladott szennyvíz KOI-je és ammónium szennyezettsége. Ez valószínűleg nem igaz, csupán az átlagos tartózkodási idővel eltolt mintavétel eredménye. A március óta mért értékek egyébként jobban jellemzőek a reggel nyolc órás befolyó értékekre, mint a korábbiak, melyek inkább az éjszakai kisebb szennyezőanyag koncentrációt mutatták.

Page 59: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

59

Június közepétől az ábrákon megfigyelhető két terhelési csúcs hatásait is beszámítva ugrásszerű javulás következett be a módosítások eredményeként a tisztított elfolyó víz minőségében. Ez a 2. Ábrán jól megfigyelhetően egyértelműen az eleveniszapos rész hatékony nitrifikáló teljesítményének tulajdonítható. Augusztus utolsó napjaiban ugyan már megfigyelhető a csepegtetőtest hatékonyságának javulása is, három adatból nem szabad messzemenő következtetést levonni. Egyértelmű azonban, hogy az eleveniszapos befejezés mind a Koi, mind az ammónium csökkentésében hatásosnak bizonyult abban az időszakban, amikor jelentősebb üzemzavar nélkül sikerült a rendszer működtetni. Hosszabb távon is értékelhető javulás történt mindkét paraméter tekintetében. Jól mutatja ezt az ábrák adatain túl az 1998-2000 évek augusztus hónapjainak összehasonlítása is. A reggel 8 órakor vett elfolyó pontminták (megfelelően kiegyenlített minták) átlagos ammónium koncentrációja ezekben a hónapokban a következők szerint alakult:

1998 - 11,2 mg NH4+/ l

1999 - 7,6 mg NH4+/ l

2000 - 2 mg NH4+/ l

Jelenleg a gyöngyösi szennyvíztisztítóra szinte kizárólagosan specifikus csigaszaporulat, illetőleg annak kiülepedése és berothadása az eleveniszapos lépcső előtti osztó-aknában és magában a levegőztetőben ugyan kisebb technológiai problémát jelent, a tisztító átalakítása és üzemeltetése a jövőt illetően mindenképpen ígéretesnek tűnik. Az ugyancsak specifikusnak tekinthető biomassza további tudományos vizsgálatokra is igényt tart, ami a tisztítás folyamatos ellenőrzését fokozottan indokolja. Az előlevegőztető és a csepegtetőtestet követő eleveniszapos rész respirációs vizsgálata

A Dortmundi - medence oxigén felvételi sebességének vizsgálata Respirációs méréseket végeztünk a medencében folyó nitrifikációs tevékenység ellenőrzésére. Az első alkalommal közvetlenül az eleveniszapos rész (Dortmundi-medencék) beindítása után télen (2000. február 25-én) vizsgáltuk az üzemet. Ekkor kezdődöttt csigaberothadás és iszapberothadás a rendszerben. A csigák hidrolízise során keletkezett szerves anyag és a kétszintes ülepítők szulfid terhelése tovább rontotta a nitrifikálók tevékenységét. A kísérlet során mintegy 30-35 l mintát vettünk ki a Dortmundi-medencékből, majd fellevegőztettük fél óránként 1l mintát vettünk és mértük az oxigén fogyás sebességét (Pulai és társai, 1998). Ezzel párhuzamosan minden mintavétel után meghatároztuk az ammónium és a nitrát koncentrációját. A méréskor az iszap koncentrációja 5,9 kg/m3 volt, s így az oxigénellátottság sem volt megfelelő. A mérések alapján a 3. ábra alapján a mikroorganizmusok oxigénfelvétele 0,65-0,75 mgO2/l*percnek adódott, ha ebből levonjuk az ATU-val történő lemérgezés utáni oxigénfogyasztási sebességet (0,48-0,5 mgO2/perc), akkor az autotróf szervezetekre mintegy 0,16-0,22 mg O2/l*perc jut. Ez 13,5 mg O2/óra, amit ha nitrogénre átszámolunk, akkor 2,2-2,9 mg N/l*óra adódik és ez 2,8-3,8 mg NH4

+/l*óra. Mivel a medencében a tartózkodási idő 1,5 óra, így ez is behatárolja nitrifikációs tevékenységet, vagyis a csepegtetőtestről érkező, mintegy átlagosan 15 mg/l-es ammónium koncentrációját csak 3-5 mg/l-el képes csökkenteni. A kísérlet időtartalma alatt minden egyes mintavétel után meghatároztuk a folyamatosan

Page 60: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

60

levegőztetett mintából ammónium és a nitrát koncentrációját, így időben is látható a komponensek átalakulása, melyet a 2. táblázat mutat be.

Dortmundi - medence

0

1

2

3

4

5

6

7

81 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Idő (perc)

DO

(mg/

l)

8,309,3010,0010,30

ATU

3. ábra: Az oxigén felvételi sebességek alakulása a februári vizsgálat során Az 2. táblázatból látható, hogy a kétórás kísérlet alatt az ammónium koncentrációja négyet, míg a nitráté 30 mg/l értékkel változott. A 30 mg/l-es nitrát növekedést 9 mg ammóniumból lehetséges csak, viszont az ammónium koncentrációja csak 4-et változott. Az oxigén felvételi sebességből számolva a 2,8-3,8 mgN / l*óra ammóniumból 10-15 mg NO3

- / l*óra keletkezik, tehát a kétórás mérés alatt 20-30 mg/l-es növekedés várható. 2. táblázat: A az ammónium és a nitrát koncentrációjának alakulása a téli vizsgálat során

Mintavétel ideje Ammónium koncentráció (mg/l) Nitrát koncentráció (mg/l)

830 11 43 930 10 50 1000 9 59 1030 7 70

A méréseket ugyanolyan módon megismételtük a nyári időszakban is, amikorra korábban említett problémákat sikerült kiküszöbölni. Ekkorra már az elfolyó víz ammónium koncentrációja 0-2 mg/l-re csökkent, amiből arra következtettünk, hogy a nitrifikáció jóval intenzívebben zajlik, mint télen. A respirációs vizsgálatok először látszólag nem ezt igazolták. A mintavétellel egy időben történő ammónium meghatározásból 2,76 mg ammónium-nitrogén koncentrációt mértünk, amire elvileg megfelelő autotróf oxigénfelvételt kellett volna kapni. A respiráció ezt nem igazolta. Valószínűleg a mikroorganizmusok által nehezen felvehető, de mérés során ammóniumként kimérhető nitrogénformával találkoztunk. Ezt tisztázandó, a következő mérési sorozatnál külön adagoltunk ammóniumot a kivett mintákhoz (Pulai és társai, 1998), illetőleg felvettük a telítési görbét az ammóniumra. A második respirációs vizsgálatnál (2000. augusztus 9-én) már külön adagoltunk ammóniumot a kivett mintához, mivel alig volt az autotrofoknak az eleveniszapos medencék vízében, s ezért felvettük a telítési görbét is az ammóniumra, amit a 4. ábra mutat be.

Page 61: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

61

Dortmundi-medence

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Idő (perc)

DO

(mg/

l)

alap1mg NH4+3mg NH4+5mg NH4+

NH4+

4. ábra: Az autotróf oxigén felvételi sebesség változása ammónium adagolására a nyári vizsgálatnál

A 4. ábrából látható, hogy már az 1 mg/l-es NH4

+ koncentrációra is nagyon érzékenyen reagált a rendszer, s gyakorlatilag 5mg/l-es koncentrációnál a maximális sebességet mértük. Ebben az esetben nyáron az alapjel 0,088 mg N/ perc oxidációnak felet meg, viszont ammónium adagolás hatására ez 0,202 mg N / l*perc, azaz 12,2 mg N /,l*órára nőtt. Ez utóbbi a téli sebességhez képest négyszeres növekedést jelent. Ezzel magyarázható az augusztusi elfolyó víz 2 mg/l-es koncentrációja. Áttételesen következménye ez az oxigén ellátottság javulásának, amit az iszapkoncentráció csökkentésével (3 kg/m3) és a csigarothadás megszüntetésével sikerült elérni.

Előlevegőztető medence vizsgálata A biológiai bontás első lépcsője az előlevegőztető, ahol a befolyó szennyvíz előlevegőztetése során a szerves, könnyen bontható komponensek lebegő iszappá alakulnak. Mint ahogy az 5. ábrából is látható a bontás sebessége nagyon nagy annak ellenére, hogy az iszapkoncentráció a normál eleveniszapos rendszerekhez képest csak azok tizede (0,2-0,4 kg/m3).

Előlevegőztető oxigénfelvételi sebessége

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Idő (perc)

DO (m

g/l)

12,30

13,00

13,30

14,30

ATU

5. ábra: Az előlevegőztető iszapos folyadéka oxigénfelvételi sebességének téli vizsgálati eredményei

Page 62: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

62

A februári mérések szerint, az előlevegőztetőben, amit az 5. ábra mutat, az oxigén felvételi sebesség 0,27-0,37 mg O2/l*perc között változott, ami szinte teljesen a heterotróf oxigénfelvétel, ugyanis az ATU-val történő lemérgezéssel is csak minimálisan csökkent. Ebből megállapítható, hogy az előlevegőztetőben gyakorlatilag szerves szenet oxidáló mikroorganizmusok élnek, autotrófok alig. Az előlevegőztetőben a tápanyag ellátottság miatt az ábrán látható sebességűre határolta be az oxigénfelvételt, ami a két órás mérés alatt gyorsult valamelyest a jobb oxigénellátottság miatt, illetőleg az esetleges nagyobb hidrolízis sebessége miatt. Ebben a biológiai egységben az utóbbi a meghatározó folyamat. Az augusztusi méréseket hasonló módon végeztük el. Ekkor is az alap oxigén felvételi sebesség 0,37 mg O2/l*perc volt, amely mindkét mikroorganizmus csoport tevékenységének az eredménye. A nitrifikálók lemérgezést követően (ATU) ennek az érték mintegy kétharmadára, 0,243 mg O2/l*perc értékűre csökkent. Ez már csak a heterotrófok oxigénfelvételi sebessége. .A nitrifikálók oxigénfelvételi sebességének a részaránya a mért érték harmadára növekedett a téli időszak gyakorlatilag elhanyagolható hányadához képest. A mérési eredményeket a 6. ábra mutatja. Az adatokból megállapítható, hogy a telepen végzett tavaszi módosítások a biológiai rendszer hatásfokát mindkét lépcsőben megnövelték.

Előlevegőztető oxigénfelvételi sebessége nyáron

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Idő (perc)

DO (m

g/l)

alap

alap+acetát

ATU

acetát

6. ábra: Az előlevegőztető oxigénfelvételi sebességének alakulása augusztusban Az utóbbi vizsgálatoknál l acetátot is adagoltunk az előlevegőztetőből vett mintához. A mintákat ilyenkor ATU-val lemérgeztük, így csak a heterotrófok tevékenységét mértük ki. A 6. ábra alapján az acetát hatására az iszaptömegre, vagy reaktortérfogatra vonatkoztatott fajlagos oxigén felvételi sebesség a háromszorosára növekedett meg. Irodalom: Pulai J- Kárpáti Á: Kétlépcsős, két iszapkörös kommunális szennyvíztisztító nitrifikációs és

denitrifikációs folyamatainak vizsgálata respirációs mérésekkel. XVI. Országos MHT Vándorgyűlés, Kecskemét, 1998. július 4-6. Kiadványkötet 493-508.

Page 63: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

63

SZENNYVÍZTISZTÍTÁSI IGÉNY VÁLTOZÁSA MAGYARORSZÁG

AZ EU HARMONIZÁCIÓJÁVAL

Kárpáti Árpád1 – Kovács Károly2 – Pulai Judit1

1 - Veszprémi Egyetem, Veszprém,

2 – PURATOR Hungaria Kft, Budapest Kivonat A hazai szennyvízgyűjtő és szennyvíztisztító kapacitások pontos felmérése és üzemelésének áttekintése, értékelése mind az EU csatlakozásra történő felkészültségünk megítélésében, mind az azzal kapcsolatosan felmerülő további költségigény pontosításában különösen aktuális. Célszerű az a hazai befogadó határértékek szükségszerű módosítása kapcsán is, ami már lassan egy évtizede húzódik. Az EU ajánlás e tekintetben 1991-es születésű. Ebben az esztendőben talán egésszé kerekednek az utóbbira vonatkozó hazai elképzelések, javaslatok, s az ezredév fordulójával ilyen értelemben is lépést válthatunk. Ennek kapcsán kívánja az anyag áttekinteni az EU ajánlás (271/91) átvételének a hazai hatásait, következményeit. Ezen túl elsősorban arra kíván rámutatni, hogy a különböző biológiai tisztító rendszer kialakításának függvényében mennyire eltérő nitrifikációs, denitrifikációs és foszfor eltávolítási lehetőségekkel találkozhatunk. A kisebb méretű, két iszapkörös (UTB) tisztítóink kialakítása és jelenlegi üzemeltetése például igen hatékony nitrifikációt, ugyanakkor csak korlátozott denitrifikációt tesz lehetővé. A nitrát kibocsátása azonban hasonlóan elkerülendő, az EU ajánlásban a nagyobb tisztítók esetén a tisztított víz összes nitrogén tartalma is igencsak korlátozott. A nagyobb kapacitású hazai szennyvíztisztítók korábbi felméréseiből is azt lehet a leginkább kiemelni, hogy nem értékelik egyértelműen ezen tisztítók adottságait, hatékonyságát. Ennek eredményeként talán valamivel sötétebb képet is festenek adottságainkról, mint amit a gyakorlat bizonyít. Ez persze nem jelenti azt, hogy ne lenne még igen sok tennivalónk, de talán nagyobb gondot kellene fordítani saját üzemi tapasztalataink szélesebb körben történő megismertetésére, a tanulságok átadására, átvételére. A tisztítási igény szabályozása és várható hatása A szennyvíztisztítási igényt az élővíz befogadók határértékei szabályozzák. A jelenleg is érvényes hazai előírások és határértékek 1984-ben kerültek megállapításra az egyes vízgyűjtő területek és azok érzékenységének figyelembevételével. Ennek alapján országunkban hat érzékenységi kategória van, melyeken belül azonban a tisztítók méretétől függetlenül azonos a tisztítási követelmény. Ezeket a kategóriákat és határértékeiket az 1 táblázat mutatja be. A hazai szakemberek pontosan tudják, melyek az ország különböző kategóriába tartozó térségei, befogadói, ezért külön bemutatásuk felesleges. A külföldi szakembereknek ugyanakkor a kategóriák nagy száma és az üzemméret figyelmen kívül hagyása a legfontosabb információ. Ki kell azonban emelni, hogy a tisztítás szempontjából mit is jelentenek az egyes kategóriák határértékei. Ezt a 2 táblázat érzékelteti.

Page 64: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

64

Fontos kihangsúlyozni, hogy Az EU ajánlás, vagy szabályozás a magyarral szemben a biológiai terhelésben kifejezett üzemméretet, illetőleg tisztítókapacitást tekinti irányadónak a tisztítási igény tekintetében. Ennek alapján állapítja meg a tisztítók besorolását s a tisztítás határértékeit is, melyeket az 3 táblázat tartalmaz. Természetesen helyi szigorítások mindkét szabályozási rendszernél megengedettek, de a meghatározó elveket a táblázat adatai jelentik. Várható hatását a hazai szennyvíztisztításra a 4 táblázat mutat be.

1 táblázat Magyarország jelenleg érvényes szennyvíztisztítási követelményei MAGYARORSZÁG Térségi kategóriák - kijelölt osztályok Jellemzõk I II III IV V VI KOI 50 75 100 75 150 75 Lebegõ agyag 100 100 200 200 500 200 NH4-N 2 5 30 10 30 10 NO3

- a) 40 50 80 80 - 80 összes foszfor a) 1,8 2 2 2 - 2 a III - IV, és VI osztályokban csak állóvízbe, vagy abba torkoló kisebb befogadóba történõ

bevezetés esetén érvényes a nitrát és foszfor határérték, egyébként azokra nincs korlátozás.

2 táblázat Tisztítási igény / 1984 óta érvényes befogadó kategóriák

Kategória T i s z t í t á s i i g é n y

teljes BOI nitrifikáció denitrifikáció P eltávolítás eltávolítás

I és II + + + + IV és VI + + - - III és V + nagy hely- - -

ségekben – kicsikben + - -

3 táblázat Az EU irányelvei a kommunális szennyvíztisztítók hatékonyságára (határértékek a tisztított szennyvízre)

Lakos egyenérték osztály /LE – 60/

1 2 3 EK 271/91 Kategória Jellemzõk < 10 000 LE 10 000 – 100 000

LE >100 000 LE

BOI5 25 25 25 KOI 125 125 125 Összes lebegő anyag -TSS 60 35 35 Összes nitrogén -TN* - 15** 10 Összes foszfor -TP - 2 1 * - TN = TKN + NO3-N + NO2-N ahol TKN = szerves N + NH4-N

** - vízhőmérséklet > 12 °C esetén

Page 65: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

65

4 táblázat Az EU ajánlat bevezetésének következményei hazánk szennyvíztisztításnál Tisztítási igények Magyarországon az EU 271/91 sz. javaslat elfogadásakor Nagy helységekben: Teljes BOI eltávolítás / nitrifikáció / denitrif. / P eltávolítás mindig mindig mindig mindig Kis helységekben:

Teljes BOI eltávolítás. / nitrifikáció / denitrif. /P eltávolítás mindig csak nyáron/ csak nyáron /csak érzékeny területen egyedi igény Hogyan érinti ez a hazai szennyvíztisztítást korábbi szereplőit Eddig kedvezmény volt a nagy tisztítóknak a kicsik rovására (III és V kategóriák) túlzott igényt jelentett a kis tisztítóknál Jövőben Szigorítást jelent a nagy tisztítókat illetően, bár a legnagyobbak (50 ezer LE feletti terhelésűek)

erre elég jól rá vannak készülve (I-II, IV és VI kategóriák) Szigorítás lesz a közepes (10 – 50 ezer LE közöttieknek –

~ 1,5 – 6 ezer m3/nap - terhelésűek) de csak 12 °C vízhőmérséklet meghaladása esetén, nitrifikáció / denitrifikáció tekintetében, amikor < 15 mg TN /l lenne a tiszt. követelmény 2 mg összes P ezeknél mindenhol javasolt! Könnyítés lesz a kis tisztítóknál (kisebb 1,5 e m3/nap) (ahol a különleges érzékenység miatt nem lesz egyedi határérték) egyébként KOI < 125 mg/l teljesítendő és

nitrifikációra, ill. hatékony foszfor eltávolításra nem lesz szükség

A 4 táblázat megállapításai azonban csak tendenciájukban érvényesek. Számos hazai tisztító esetében a pontatlan számítás, pontatlan kapacitás megadást eredményezett. Igen sok tisztítónk esetében az 1999 végén készített statisztikai felmérés biológiai tisztítókapacitás adatánál nem tisztázható, mit is jelent igazából. Különösen érvényes ez azokban az esetekben, ahol III. fokozatú tápanyag eltávolító kapacitásként nincs semmi jelölve, pontosabban nullának tekinti azt, ugyanakkor az üzemeltetési adatok szerint esetenként teljes nitrifikáció, egészen hatékony denitrifikáció, sőt számos esetben nem csak jelentős, de szinte teljes

Page 66: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

66

mértékű foszfor eltávolítás is megfigyelhető. Ez az előadás a kapacitások számításának pontosabb lehetőségével nem kíván foglalkozni, erre egy korábban készített anyag részletes ajánlattal szolgál. Mivel azonban az eddig még nem jelent meg hivatalosan, szóróanyagként magyar nyelven a konferenciaanyaghoz mellékeltük. A 271/1991 sz. EU ajánlat az európai környezeti állapot egységes védelme céljából előírja ugyan a 2000 lakosnál nagyobb települések csatornázását és szennyvizeinek tisztítását, a tisztítás mértékét azonban a hazai szabályozástól eltérően a tisztítók lakos egyenértékben (LE) kifejezett biológiai terhelése alapján differenciálja. 10000 LE terhelésig nem írja elő a nitrifikációt-denitrifikációt és többletfoszfor eltávolítást sem. A még ennél is szigorúbbnak tekinthető német szabályozás sem követeli meg a nitrifikációt-denitrifikációt és többletfoszfor eltávolítást 5000 LE-nek megfelelő szennyvíztisztító terhelés alatt. Ugyanitt a nitrifikációt nagyobb üzemméret esetén sem kérik számon, ha a vízhőmérséklet nem éri el a 12 oC értéket (Kirchner és társai, 1996). Ezzel szemben a hazai előírások a III. és V. kategória kivételével mindegyik osztályban megkövetelik az ilyen üzemméret alatti falusi, vagy kistérségi telepektől is a hatékony ammónia oxidációt. Ez jelenleg a hideg szennyvíznél gyakorlatilag lehetetlen teljesítreni (Lakicsné és társai, 1997; Dulovics és társai, 1999). Komoly feladatot jelent majd az új szabályozásnak a különösen védett hazai területek jelenleginél pontosabb behatárolása. A foszfor eltávolítási igény tekintetében az EU normák egyértelműen 10000 LE feletti teljesítményű tisztítókkal szemben támasztanak fokozott igényeket. Nálunk sürgősen pontosítani kell a hazai igények ilyen értelmű besorolását is A pannonvíz-rt. kis kapacitású szennyvíztisztítói és üzemeltetésük. Az utóbbi években készített szennyvíztisztító létesítmények, valamint a csatornázási és szennyvíztisztítási koncepciók igen nagy számban terveztek helyi, valamint kistérségi szennyvíztisztítókat. Ezeknek a helységeknek, térségeknek a kis kapacitású üzemeit, illetőleg azok költségigényét is a jelenleg érvényben levő határértékekre történő tisztításra tervezték. Ez az I-II és IV/VI kategória területén építendő kis üzemeknél a téli nitrifikáció biztosítását igényelte az általános hideg téli szennyvízhőmérséklet mellett is. Ez kellően biztonságos méretezést, esetenként túlméretezést eredményezett. Példaképpen az ilyen tisztítók tervezésének, üzemeltetésének érzékeltetésére a Győr-Sopron-Moson megyében korábban kiépített ilyen rendszerek hatékonyságát mutatjuk be, különös hangsúlyt helyezve a térségi tisztítók kiépítése előnyeinek, hátrányainak érzékeltetésére. Az integráció a telepméretet ugyan növeli, ugyanakkor a vízhőmérséklet a hosszú gyűjtőcsatorna rendszer miatt téli időszakban ezeknél is ugyanúgy kedvezőtlen, mint az egyedi kistelepeknél. Az integráció egyidejűleg nálunk az EU ajánlás elfogadásakor a tisztítási igény növekedését, szigorodását eredményezheti, hacsak a vízhőmérséklet meghatározó hatását is nem veszi figyelembe a jövőben megszületendő EU szinkronizált hazai normatíva rendszer. A kistérségi szennyvíztisztítóknak az integráció üzemet növelő előnye mellett más kedvezőtlen hatást is el kell viselniük. Ilyen a hosszú szennyvízgyűjtő, átemelő, szállító szakaszokban bekövetkező berothadás. Ez a tisztításra a kis tisztítók esetében egyértelműen kedvezőtlen. A folyamatok során keletkező szulfid elsődlegesen bűzhatást eredményez, de áttételesen káros a nitrifikációra, lassítja, esetleg le is állíthatja azt. A nitrifikáció pedig mint már elhangzott, az esetek többségében alapkövetelmény. A vizsgált kistérségi, vagy egyetlen helységet kiszolgáló telepek tisztítási technológiájukat illetően három eltérő típust képviseltek (1. ábra )

Page 67: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

67

1. ábra: A vizsgált tisztítók technológiai sémája

- levegőztető, o - utóülepítő Az egyes tisztítótípusok fajlagos iszapterhelése és iszapkora nagyon különböző, szükségszerű hát, hogy azokban a nitrifikáció is eltérő hatékonysággal érvényesüljön a hidegebb téli időszakban. A 5 táblázat az egyes üzemek terhelési értékeit lakos egyenértékben adja meg. A tisztítás hatékonyságát a vizsgált időszakra az elfolyó víz átlagos paramétereivel jellemzi. A nitrifikáció hatékonyságát, valamint a hőmérsékletnek az alakulását a vizsgált időszakban a 2. 3. 4. ábrák szemléltetik. A denitrifikáció és foszforeltávolítás hasonló bemutatására egy későbbi anyagban kerül sor.

5. táblázat: A vizsgált térségi tisztítók biológiai terhelése és tisztítási hatékonysága

Térségi szennyvíztisztítók

Paraméterek Tét* Bezenye* Kun- sziget*

Écs János- somorja

Páli

Kapacitás Kiépített (LE) 5840 5840 14600 14500 8750 5850 Üzemeltetett (LE) 2720 2720 7300 14500 8750 5850 Tényl. terhelés LE) 3000 3000 7300 5830 5250 1460 Tisztított elfolyó víz minősége (Vizsgált időszak átlaga - mg/l) KOI (mg/l) 61 99 69 50 80 50 NH4

+ (mg/l) 30 17 25 0,5-1 20 1 NO3

- (mg/l) 21 43 40 70-80 57 150 Σ P (mg/l) 2 8 11 2 4 12

Bezenye, Kunsziget és Tét telepei esetében az egy iszapkörös rendszerek mindegyike teljesen átkevert, ciklikus levegőztetésű medencéből és szeparált utóülepítőből áll

Page 68: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

68

(Szakács, 1997). A denitrifikáció mértéke az ilyen kialakításnál a levegőztetés szabályozásának, vezérlésének a függvénye. Écs és Jánossomorja telepeinél kétlépcsős, két iszapkörös tisztítást építettek ki (Pulai és Kárpáti, 1998). Ezek a nitrifikációt nagy biztonsággal teljesíthetik, problémát jelenthet azonban náluk a tápanyaghiányos denitrifikáció, valamint a biológiai többletfoszfor eltávolítás beépítése. Az utóbbira a vizsgált üzemekben nem is került sor, ellenben vegyszeres foszfor kicsapatás történt. A Páli-ban megépült telep a többiekkel szemben egy iszapkörös SBR rendszerű. A denitrifikáció, de még fokozottabban a biológiai többletfoszfor eltávolítás meghatározóan a folyadékbetáplálás, keverés és levegőztetés szabályozásától függ (Kárpáti és társai, 1998).

Az egyes tisztítótípusok fajlagos iszapterhelése és iszapkora nagyon különböző, szükségszerű hát, hogy azokban a nitrifikáció is eltérő hatékonysággal érvényesüljön a hidegebb téli időszakban. A 5 táblázat az egyes üzemek terhelési értékeit lakos egyenértékben adja meg. A tisztítás hatékonyságát a vizsgált időszakra az elfolyó víz átlagos paramétereivel jellemzi. A nitrifikáció hatékonyságát, valamint a hőmérsékletnek az alakulását a vizsgált időszakban a 2. 3. 4. ábrák szemléltetik. A denitrifikáció és foszforeltávolítás hasonló bemutatására egy későbbi anyagban kerül sor.

Ciklikusan levegőztetett, egy reaktorteres rendszerek A két 1000m3/d és egy 2500m3/d névleges kapacitású telep beüzemeltetésére 1994-1996 között került sor. Az osztatlan reaktorterű kialakításnál a denitrifikációt ciklikus levegőztetés, a váltakozó oxikus anoxikus körülmények biztosítják. A foszfor teljes eltávolítása az ilyen rendszereknél kicsapószer hozzáadásával lehetséges. A hosszú szennyvízgyűjtő hálózat a téli időszakban ezeknél az üzemeknél is alacsony vízhőmérsékletet eredményezett. A tervezés során választott iszapkor és relatív iszapterhelés 10oC-ig látszólag biztosítja a nitrifikációt és a denitrifikációt. A tervezettnél kisebb szennyvízáramok miatt a két-két azonos térfogatú medencéből, mint párhuzamosan csatolt rendszerből mindenütt csak 1 medencét üzemeltetnek. A tényleges szennyvíz szennyezettség a három üzem közül csak a téti esetében közelíti meg a tervezettet. A tisztítandó szennyvíz nitrogén koncentrációja azonban mindenütt lényegesen nagyobb a tervezettnél, a téti üzemnél a tervezett érték kétszerese. A másik két tisztítónál a tisztítandó szennyvíz BOI5 és KOI koncentrációi is 25%-al meghaladják a tervezettet. Ez azt eredményezi, hogy a tényleges iszapkor hasonló mértékben rövidebb, miközben csaknem kétszeres mennyiségű ammóniumot kell oxidálni a tisztítónak. Ezek az adatok önmagukban is előrevetítik, hogy a téli nitrifikációnál problémák lehetnek. 1998-99 telén a nitrifikáció gyakorlatilag mindhárom tisztítónál le is állt 2-4 hónapos időtartamra, mint a 2. ábra mutatja. Az egyes telepek tehát relatív iszapterhelésük, a rendszerben kialakuló iszapkor függvényében a téli időszakban csak részlegesen nitrifikálnak. Az oxigénkoncentráció a beállított oxigénszint alapján nem limitáló.

Page 69: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

69

K u n s z i g e t Q = 1 0 0 0 m 3 / n a p

i s z a p k o r = 7 - 8 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.03.31

1998.04.30

1998.05.31

1998.06.30

1998.07.31

1998.08.31

1998.09.30

1998.10.31

1998.11.30

1998.12.31

1999.01.31

1999.02.28

1999.03.31

1999.04.30

1999.05.31

1999.06.30

1999.07.31

A m é r é s i d ő p o n t j a ( n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v í z h ő m é r s é k l e t

t i s z t í t o t t v í z a m m ó n i u m k o n c e n t r á c i ó j a

n y e r s N H 4 - N k o n c e n t r á c i ó á t l a g = 9 0 m g / l

T é t

Q = 5 0 0 m 3 / n a p i s z a p k o r = 8 - 1 0 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.03.03

1998.04.03

1998.05.03

1998.06.03

1998.07.03

1998.08.03

1998.09.03

1998.10.03

1998.11.03

1998.12.03

1999.01.03

1999.02.03

1999.03.03

1999.04.03

1999.05.03

1999.06.03

1999.07.03

1999.08.03

A m é r é s i d ő p o n t j a ( n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v í z h ő m é r s é k l e t

t i s z t í t o t t v í z a m m ó n i u m k o n c e n t r á c i ó j a

n y e r s N H 4 - N k o n c e n t r á c i ó á t l a g = 8 0 m g / l

B e z e n y e

Q = 5 0 0 m 3 / n a p i s z a p k o r = 7 - 8 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.02.11

1998.03.11

1998.04.11

1998.05.11

1998.06.11

1998.07.11

1998.08.11

1998.09.11

1998.10.11

1998.11.11

1998.12.11

1999.01.11

1999.02.11

1999.03.11

1999.04.11

1999.05.11

1999.06.11

1999.07.11

1999.08.11

A m é r é s i d ő p o n t j a ( n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v í z h ő m é r s é k l e tt i s z t í t o t t v í z a m m ó n i u m k o n c e n t r á c i ó j a

n y e r s N H 4 - N k o n c e n t r á c i ó á t l a g = 6 3 m g / l

2. ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása a

ciklikusan levegőztetett egy reaktorteres üzemek esetén 1998-99 években. A nitrifikáció tekintetében a szabályozott iszapkoncentráció, illetőleg az azzal elérhető oxikus iszapkor a meghatározó jellemző. Az eddigi tapasztalatok alapján ennek értékét 4-6 g/l között igyekeztek tartani, de esetenként nem pontosított okok (feltehetően gyenge iszapülepedés) miatt az iszapkoncentrációt kénytelenek voltak jelentősen csökkenteni. Ennek eredménye az lett, hogy átlagosan, az előzőekben becsült 25%-os iszapkor csökkenésnél is nagyobb csökkenés jelentkezett. A mérési adatokból végzett számításaink szerint a tényleges, összes iszapkor (oxikus és anoxikus) 7-10 nap között állt be mindhárom tisztítóban. Ez a nitrifikációra és denitrifikációra együttesen már kevés a téli időszakban. A denitrifikáció az üzemeltetés vezérlésének, szabályozásának függvénye. Az adatok szerint a denitrifikáció túlzott. Ennek rovására, a ciklusokon belül az oxikus szakasz idejének növelésével a nitrifikáció valamelyest növelhető lenne. Ez azért is lehetséges, mert a

Page 70: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

70

levegőztető kapacitás bőséges az üzemekben. A fúvókapacitás kétszeres teljesítményre biztosított, s a levegőztető elemek is alkalmasak a légbevitel további növelésére. Kétlépcsős, két iszapkörös szennyvíztisztítás Az ehhez a típushoz tartozó tisztítókat a térségben a II. kategória határértékének kielégítésére építették, megfelelő nitrifikációs biztonsággal. Kiépítettségükből adódóan biológiai többletfoszfor eltávolításra kicsapatás nélkül alkalmatlanok, téli nitifikációra viszont a második iszapkör megfelelő biztonságot nyújt. A két lépcső eredményeként jelentkező probléma a denitrifikáció elégtelensége a tápanyaghiányos második lépcsőben. A telepeket 1994-ben indították, így kellően hosszú idejű üzemi tapasztalat áll esetükben rendelkezésre. Az első lépcsőben alig 1-2 napos iszapkort, s mintegy 0,9 kg BOI5/kg MLSS terveztek. Ezzel szemben a kisebb tisztító hidraulikusan 60%-os, míg a nagyobb még ennél is kisebb, 40%-os hidraulikus, illetőleg 25% biológiailag terheléssel üzemel. Tehát már az első lépcsőben is a tervezett negyede a biológiai terhelés. Szükségszerűen a tervezetthez képest már az első lépcsőben négyszeres iszapkor alakult ki. Ez már önmagában is elégséges a KOI megkívánt csökkentéséhez, sőt elvileg a nyári időszakban mindkét, de különösen az écsi üzemnél nitrifikációt is biztosíthatna, ha az első lépcső levegőztetőjében az oxigénkoncentrációt annak megfelelő értéken tartják. Ezzel szemben egyik tisztító első iszapköre sem nitrifikál, holott azokban a nitrifikációhoz szükséges szint feletti az oxigénkoncentráció. A nitrifikáció hiánya a messze alulterhelt szennyvízgyűjtő csatornában felszabaduló szulfid hatásának a következménye (Pulai J - Kárpáti Á. 1998). Elvileg mindegyik tisztító második lépcsőjében az ottani nagy iszapkor miatt tökéletes nitrifikációnak kellene lenni. Látható azonban, hogy míg az écsi üzemnél a csaknem 50 napos iszapkor a második lépcsőben csak igen rövid téli időszakban, és kis mértékű határérték túllépést biztosít, a jánossomorjai telep második lépcsőjének mintegy 20 napos iszapkora nem elegendő télen a 6.5-7 Celsius fokra lehűlő vízben a teljes nitrifikációhoz (3. ábra). Elképzelhető azonban az is, hogy a jánossomorjai telepen egyéb, eddig tisztázatlan üzemeltetési hiányosságok eredményezik a nitrifikáció téli befékeződését, valamint a nyáron is megfigyelhető nitrifikációs gondokat. A denitrifikáció a második lépcsőben a szerves tápanyag hiányában az év nagyobb részében hiányos A nitrátos víz első iszapkörre történő visszaforgatásának lehetőségét ugyanakkor az utóülepítők kapacitása határolja be (Pulai J- Kárpáti Á. 1998). A foszfor határértékét mindegyik tisztítónál vegyszeres kicsapatással igyekszenek biztosítani. Écs esetében hatásosan, Jánossomorjánál kisebb nagyobb zökkenőkkel.

SBR típusú tisztító Ennek a tisztítónak a tényleges terhelése a tervezettnek csak a negyede. Mivel azonban csak az egyik medence üzemel, annak terhelése a tervezett érték fele. Az irányadó tervezési adatokat a ténylegeshez képest eléggé alábecsülték, hiszen KOI a tervezettnél 25%-al, míg ammónium 25-50%-al nagyobb koncentrációban érkezik a szennyvízben. A rendszer átlagosan tíz napos oxikus iszapkorral üzemel. Ennek ellenére a mérési adatok szerint a tisztított víz ammónium koncentrációja csak rövidebb időszakokban és alig haladta meg a határértéket (4. ábra). Ez feltehetően a viszonylag melegebb vízhőmérsékletnek is az eredménye. Ez a hiányos hőmérséklet adatok miatt nem figyelhető meg igazán jól az 5. ábrán.

Page 71: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

71

É c s Q = 1 0 0 0 m 3 /n a p is z a p k o r a z 1 . le v e g ő z te tő b e n = 1 0 n a p is z a p k o r a 2 . le v e g ő z te tő b e n = 4 5 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.02.10

1998.03.10

1998.04.10

1998.05.10

1998.06.10

1998.07.10

1998.08.10

1998.09.10

1998.10.10

1998.11.10

1998.12.10

1999.01.10

1999.02.10

1999.03.10

1999.04.10

1999.05.10

1999.06.10

1999.07.10

1999.08.10

A m é ré s id ő p o n t ja (n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v íz h őm é rs é k le t

t is z t í to t t v íz a m m ó n iu mk o n c e n t rá c ió ja

n y e rs N H 4 -N k o n c e n t rá c ió 4 0 m g / l

J á n o s s o m o r ja Q = 9 0 0 m 3 /n a p

is z a p k o r a z 1 . le v e g ő z te tő b e n = 5 n a p 2 . le v e g ő z te tő b e n = 2 1 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.02.03

1998.03.03

1998.04.03

1998.05.03

1998.06.03

1998.07.03

1998.08.03

1998.09.03

1998.10.03

1998.11.03

1998.12.03

1999.01.03

1999.02.03

1999.03.03

1999.04.03

1999.05.03

1999.06.03

1999.07.03

1999.08.03

A m é ré s id ő p o n tja (n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v íz h őm é rs é k le t

t is z t í to t t v íz a m m ó n iu m k o n c e n trá c ió ja

n y e rs N H 4 -N k o n c e n trá c ió á t la g = 5 5

/ l

3. ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása

kétlépcsős két iszapkörös üzemek esetében

Am m ónium szennyezettség

0

50

100

150

200

250

1998.01.08

1998 .02 .08

1998 .03 .08

1998.04.08

1998.05.08

1998 .06 .08

1998. 07. 08

1998.08.08

1998 .09 .08

1998. 10. 08

1998.11.08

1998 .12 .08

1999.01.08

1999 .02 .08

1999 .03 .08

1999. 04. 08

1999.05.08

1999 .06 .08

1999 .07 .08

1999.08.08

M érés dátum a (nap)

Érté

k (m

g/l)

02468101214161820

befo lyó elfo lyó

4. ábra: Az ammónium koncentrációjának alakulása a páli, SBR technológiájú telepen

Page 72: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

72

P á l i Q = 5 0 0 m 3

is z a p k o r = 2 5 n a p

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

1998.04.22

1998.05.06

1998.05.20

1998.06.03

1998.06.17

1998.07.01

1998.07.15

1998.07.29

1998.08.12

1998.08.26

1998.09.09

1998.09.23

1998.10.07

1998.10.21

1998.11.04

1998.11.18

1998.12.02

1998.12.16

1998.12.30

1999.01.13

A m é r é s id ő p o n t ja ( n a p )

Érté

k (fo

k C

elsi

us)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

Érté

k (m

g/l)

v í z h ő m é r s é k le t

t is z t í to t t v íz a m m ó n iu m k o n c e n t r á c ió ja

n y e r s N H 4 - N k o n c e n t rá c ió á t la g = 1 0 0 m g / l

5. ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása a páli, SBR technológiájú üzemnél

A rendszer a szennyvíz bevezetés és keverés időszakában végig jól levegőztetett, amiért is jó nitrifikációt biztosít, ezzel szemben szinte egyáltalán nem denitrifikál. Az elfolyó víz nitrát koncentrációja időszakonként elérte a 200 mg/l–t is. Az elmúlt év nyarán a denitrifikációban javulás következett be, s a tisztított víz nitrát koncentrációja 50-100 mg/l közöttire csökkent. Ez feltehetően a terhelés növekedésének, és a kisebb relatív oxigénellátottságnak az eredménye. Ebben a tisztítóban a biológiai foszforeltávolítás (az iszap foszfor megkötése) minimális volt. A tisztítóban kémiai foszforeltávolítás sem történt, így a tisztított elfolyó víz foszfát koncentrációja szinte megegyezett a befolyó szennyvízével. A vizsgált kis kapacitású telepek üzemeltetési tapasztalatai A három vizsgált egy iszapkörös, ciklikus levegőztetésű eleveniszapos tisztítónál általános a jelenleg rendelkezésre álló kapacitással való túlzott takarékoskodás, ami az üzemelő részek tervezetthez viszonyított túlterhelését eredményezi. Ez több tekintetben is elégtelen tisztítást eredményez. Célszerű lenne a bezenyei telep jelenleg nem üzemelő részeit is beindítani. A kis téli szennyvíz hőmérsékletnél természetesen egyik ebbe a típusba tartozó telep sem képes a kétszeres relatív terheléssel a jelenlegi, nitrifikáció tekintetében logikátlan hazai előírás kielégítésére. Kisebb tartalékok az üzemeltetés optimalizálása tekintetében a levegőztetés szabályozásának javításában is vannak ezeknél az üzemeknél. Valamennyi üzemnél legelőbb talán ezt kellene kihasználni, mert kiderülhet, hogy a kunszigeti és a téti telepnél a hazai normatívák EK ajánláshoz történő harmonizálását követően nem is célszerű még mindkét tisztítósor üzemeltetésében gondolkodni, ami természetesen üzemeltetési költség megtakarítást eredményez. A kétlépcsős, két iszapkörös eleveniszapos szennyvíztisztítók üzemi eredményei közül az écsi telepé egyértelműen bizonyítja a nagy nitrifikációs biztonságot a téli időszakra. A jánossomorjai telep második lépcsője ugyanakkor a kisebb iszapkor miatt a nitrifikációt a téli időszakban már nem tudja biztosítani. Az 1. ábrán látható technológia teljes kiépítésére azonban ezek közül az üzemek közül csak az écsi esetében került sor. Ugyanakkor mindként ilyen telepen aránytalanul nagy

Page 73: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

73

utóülepítőket építettek. Ennek az volt a célja, hogy a tisztított víz egy részét a második lépcső végéről a második kör iszapjának visszavitele nélkül cirkuláltassák az első iszapkörre a szükséges mértékű denitrifikáció érdekében. A recirkulációt biztosító vezeték kiépítésére azonban csak écsen került sor. Ez a telep épült korábban. Ennél, a recirkulációs szivattyú okozta nagy utóülepítő folyadékszint ingadozás miatt a recirkulációt rövid idő után leállították, és a jánossomorjai telepen a tapasztalatok alapján már a recirkuláció lehetőségének kiépítésére sem került sor. Pedig a denitrifikációt, s ezzel a teljes tisztító hatékonyabb működését az időközben elvégzett vizsgálatok alapján éppen ez a recirkuláció biztosíthatja. Az SBR típusú berendezés az adatok alapján messze alulterhelten, és csak nitrifikációra járatva üzemel. A nagy nitrifikációs iszapkor miatt (Θ = 25 nap) a hideg, téli időszakban ennél az üzemnél is teljes volt a nitrifikáció, hasonlóan a kettős iszapkörös écsi telephez. A vizsgált tisztítókat egy kivételével a hazai előírások szerint I és II kategóriába tervezték, amelyekben az érvényes határérték a tisztított elfolyó víz ammónium tartalmára 2-5 mg/liter. A bezenyei telepnél valamilyen okból 10 mg ammónium / liter értékre limitálták a tisztítást (feltehetően egyedi érték), a többi mutató alapján a tisztítás az I kategória határértékeit kellett hogy teljesítse. Mint a táblázatok és ábrák adatai bizonyítják, a téli időszakban a hazai kívánalmakat csak az Écsen és Páliban kiépített telepek tudták teljesíteni, de azok sem a határértékek megsértése nélkül. Náluk azonban a határérték túllépés csak igen rövid idejű és nagyon kis mértékű. A fejlettebb országokban elfogadott 95 %-os valószínűség alapján ítélve ezek a tisztítók kielégítik az elvárt igényeket. A többi 5 telepnél a hideg téli időszakban 2-4 hónapra leáll a nitrifikáció. Ilyenkor a határérték több mint tízszeresének megfelelő a tisztított elfolyó vízben az ammónium koncentrációja. A vizsgált telepek tehát a téli nitrifikáció tekintetében a jelenlegi hazai normatíva szerint elégtelenül üzemelnek. Más azonban a helyzet, ha a nitrifikációt az EK ajánlás, vagy a németországi, vagy ausztriai normák alapján értékeljük (Kirchner és társai, 1996). A vizsgált tisztítók mindegyike kiépített kapacitását illetően a németországi előírások szerint az 5000 - 20 000 LE, az osztrák szerint pedig az 5000 - 50 000 LE kategóriába tartozik. Mivel tényleges terhelésük 10 000 LE alatt van az EU ajánlás szerint sem nitrogén, sem foszfor eltávolítás tekintetében nem lenne határértéke a vizsgált üzemeknek, tehát a tervezésük az EU elvárásokat messze meghaladó igény szerint történt. A német és osztrák szabályozás szerint az ilyen kapacitású telepeknek csak akkor kell 10, illetőleg 5 mg/liter koncentráció alá csökkenteni az ammónium koncentrációját, ha a szennyvíz hőmérséklete 12 fok C fölött van a telepeken. Az ottani gyakorlat szerint ez május 1 és október 31 között jelenti az ammónium határérték alá (5-10 mg/liter) történő csökkentésének igényét. Ezt a követelményt Écs és Páli mellett Tét és Kunsziget szennyvíztisztítói is teljesítik. Bezenye és Jánossomorja telepei, melyek eltérő típust képviselnek, a már részletezett okok miatt a nyári időszakban is nitrifikációs gondokkal, ammónium határérték túllépésekkel küszködnek. A fentiekből látható, hogy a szigorúbb németországi, vagy osztrák előírások nem teljesülnek hétből két vizsgált telepünkön. Ez a kifogásolt telepek üzemeltetésének sürgős korrekcióját, beállítását teszi szükségessé. Nem okozhat ez különösebb gondot az említett telepek esetében, hiszen megfelelő tartalék kapacitással rendelkeznek, s a többi, hasonló telepek üzemeltetési

Page 74: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

74

tapasztalatai is rendelkezésükre állhat. Más kérdés, hogy Tét, Bezenye és Páli esetében indokolt volt-e ilyen kapacitású tisztító építése (5. táblázat tényleges terhelés adatai), kellően takarékosan gazdálkodott-e a térség a szennyvíztisztításra fordítandó összegekkel. Nagy kapacitású hazai szennyvíztisztítóink hatékonysága Magyarország szennyvíztisztítóit üzemméret szerint vizsgálva megállapítható, hogy mintegy 16 százezer LE feletti terheléssel, 15 ötven és százezer LE közötti terheléssel, és 30-30 ötven és húsz, valamint húsz és tízezer LE közötti terheléssel üzemelő egységet különböztethetünk meg. Üzemméret szerinti sorrendbe állítva mutatja be a jelentősebb telepeket a 6. táblázat. A táblázatban a KHVM részére 1999 év végén készített felmérés adatai alapján tüntettük fel a tisztítók főbb jellemzőit. Sajnos a három tisztítótípus szerinti besorolás nem jelent igazán egyértelmű megkülönböztetést a tisztítás hatékonyságát illetően, mert a besorolás esetenként megkérdőjelezhető. A III fokozatú tisztítás megítélése az üzemek részéről egyértelműen a biológiai többletfoszfor eltávolítás lehetőségét jelöli, a nitrifikáció / denitrifikáció lehetőségére, mértékére egyáltalán nem utal. Ilyen értelemben a felmérés a jelenlegi helyzetről kicsit torz képet ad, mégpedig negatív irányba torzítva a reális helyzetről kialakítható véleményt. Megfigyelhető a táblázatból, hogy a két pesti telep teljes terheléssel üzemel, a többiek mind a névleges biológiai kapacitásuk alatt terheltek. Szeged esetében a tisztító építése a befejezés előtt áll, hasonlóan a dunaújvárosi telepéhez. A legszomorúbb helyzetben Győr és Baja városa van, hiszen jelentős szennyezőanyag terhelésük minimális, gyakorlatilag csak mechanikai tisztítást követően kerül a befogadóba. Komoly probléma, hogy néhány város esetében a jelentősebb csapadékvíz hozamok túlzott leterhelést jelentenek. Közöttük kell megemlíteni a pesti telepeken túl Debrecent, Győrt, Szombathelyt, Békéscsabát, Nagykanizsát, Zalaegerszeget, Hódmezővásárhelyt, Balatonlellét, és Szekszárdot. Igen fontos kiemelni a táblázat adatsorából a tényleges átlagos hidraulikus terhelés adatsorát, ami a névleges biológiai kapacitásokkal összevetve a tisztítók tényleges átlagos leterheltségét jellemzi. Feltételezhetjük ugyanis a névleges biológiai kapacitás országosan egységesebb értelmezését, mint a III fokú tisztításét. A kis telepek felmérésénél is megállapíthattuk, hogy hazai tisztítóink messze a tervezett tisztítókapacitás alatt vannak terhelve, ami a másik oldalon megfelelően hatékony tisztítást biztosíthat esetükben, elsődlegesen a nitrifikáció / denitrifikáció tekintetében. A nagy telepek esetén is várhatóan ugyanez a helyzet, ha azok alulterheltek. A 6 táblázat átlagos biológiai leterheltséget mutató oszlopából a két pesti telepet kivéve megállapítható, hogy az 100 ezer LE-nél nagyobb terheléssel üzemelő tisztítók biológiai kapacitásának csak mintegy fele-háromnegyede van ténylegesen kihasználva. Az 50-100 ezer LE közötti terhelés tartományba eső telepeknél ez a leterheltség még talán ennél is kevesebb. Átlagosan mintegy 55-60 %. Ez azt jelenti, hogy az egyes tisztítókban a tervezett iszapkornak átlagosan csaknem a duplája alakulhat ki, ami a nyári időszakban már hatásos nitrifikációt is biztosíthat, ha egyébként a nevezett telepek oxigénellátottsága azt lehetővé teszi. 6. táblázat Az 50 ezer LE tényleges terhelés feletti hazai szennyvíztisztítók névleges kapacitása és tényleges terhelése a hidraulikus terhelés függvényében.

Page 75: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

75

Névleges szennyvíztisztító kapacitás, ezer m3/nap

Tényleges napi terhelés, ezer

m3/nap

Biol. leterheltsége, %

Helység Mech. Biológiai III fokozat

átlag maximális átlag maximális

> 100 00 LE (16 telep) Észak-Pest 140 140 0 140 - 100 - Dél-Pest 70 70 0 70 140 100 200 Miskolc 140 70 0 52 60 74 85 Debrecen 80 60 0 52 100 87 166 Győr 80 80 0 31,2 92 39 115 Szeged 60 0 0 30 50 - - Pécs 80 60 40 28,4 42,3 47 70 Szombathely 53 45 45 28 50,6 62 112 Székesfehérvár 40 40 0 24 36,5 60 91 Békéscsaba 28 28 0 20,5 50,6 73 180 Nyíregyháza 40 40 0 18 25 45 62 Kecskemét 48 48 0 18 31,8 37 66 Nagykanizsa 37,5 25 0 16 24 64 96 Keszthely 21,5 21,5 21,5 15,5 25,8 72 120 Veszprém 24 24 12 15 20,4 62 85 Zalaegyerszeg 50 20 20 14 26 70 130 (50-100 ezerig 14 telep Tatabánya 36 30,1 30,1 12,8 17,5 42 58 Baja 15,5 0 0 12,4 47,2 0 - Pápa 18 18 0 12 16 67 89 Siófok 32,5 32,5 0 11,5 26,1 35 90 Kaposvár 80 25 0 11,2 17,3 45 69 Eger 22 22 0 9,7 18 44 82 Vác 18 11,7 0 8,7 9,6 74 82 Hódmezővásárhely 20 15 0 8,6 25,6 57 171 Balatonlelle 20 14,4 0 8,2 19,4 57 135 Budaörs 11,2 11,2 0 8 11 71 98 Gyöngyös 13 13 0 7 11,2 54 86 Szekszárd 18,2 18,2 0 6,7 26,3 37 144 Gyula 14 14 14 6,2 14,7 44 105 Salgótarján 10 10 0 6,1 8,1 61 81 Dunaújváros - 0 0 - - - - 50-20 ezer LE-ig 30 telep

20-10 ezer LE-ig 30 telep Igen fontos megjegyezni, hogy nagyobb tisztítóink az utóbbi években sokat tettek levegőztetésük hatékonyságának javításáért, fajlagos költségének csökkentéséért. Ezzel egyben fokozták a telepek nitrifikációjának lehetőségét is. A denitrifikáció az oxigénkoncentráció és keverési intenzitás függvényében kisebb-nagyobb mértékben magában a levegőztető medencében is bekövetkezik. Jól láthattuk ezt a ciklikusan levegőztetett kis kapacitású telepek esetében a korábbiakban. Hasonló denitrifikációs lehetőség az alternáló betáplálású eleveniszapos Carroussel - rendszereknél is a levegőztetés

Page 76: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

76

ciklizálása. Ilyen rendszer kialakítására azonban hazánkban eddig még nem került sor, ezért hazai üzemeltetési tapasztalatokkal sem rendelkezhetünk. A szimultán denitrifikáció azonban az egyszerűbb működési elvű hazai eleveniszapos rendszerekben is alkalmas lehet a keletkező nitrát harmadának – negyedének a redukálására. A valós helyzetet azonban csakis a hazai telepek üzemeltetési eredményeinek részletes vizsgálata alapján lehetne megítélni. Ehhez mutatja be a legszükséges adatokat a 7. táblázat. A 7 táblázat a százezer LE-nél nagyobb terhelésű telepekről teljesebb képet ad, mint az ötven és százezer közöttiekről. Ennek oka az, hogy az utóbbi kategóriába tartozó üzemektől kevésbé sikerült begyűjteni az adatokat a felméréshez. Mivel a felmérést önkéntes adatszolgáltatás alapján készült a nagyobb tisztítókra, néhány üzemeltető sok munkájára hivatkozva nem tudta az adatokat időben megküldeni. Jól látható azonban így is a 7 táblázatból, hogy nagyobb tisztítóink döntő része éves átlagban egészen hatékonyan nitrifikál, kivéve a már említett Győrt, Baját, valamint az északpesti, a székesfehérvári, nyíregyházi, és salgótarjáni telepeket. Ennek kiépítésére természetesen azért is szükség volt, mert ezeknek a tisztítóknak a többsége az I-II, illetve IV és VI kategóriás befogadókba bocsátotta ki szennyvizét, melyek 10 mg ammónium / l határértékre voltak kötelezve az év teljes időszakában. Az adatok azt mutatják, hogy mint a kis telepeknél, a nagyobbaknál is jelentkeznek téli nitrifikációs gondok a hidegebb vízhőmérséklet miatt, az üzemek azonban átlagosan egészen jó hatásfokkal eltávolítják a redukált nitrogénformát a szennyvízből. Székesfehérvár jelenleg bővíti tisztítókapacitását, mellyel garantálni tudja majd a megfelelő ammónium eltávolítást. Nyíregyháza lehetőségeihez képest jól üzemel, ott is a levegőztetés javítása, illetőleg a levegőztetett medencetérfogatok növelése jelenthetne előrelépést. Ugyanez érvényes az északpesti és a salgótarjáni telepekre is. Kulcskérdés azonban mindezeket megelőzően a többi budapesti, budai szennyvíz kezelése, ami jelenleg előkezelés, tisztítás nélkül kerül a Dunába. Hasonló súllyal kell kezelni a Győri és Bajai szennyvíz kérdését is, melyek ugyan vízhozamukban jelentéktelenebbek, biológiai tisztításuk azonban jelenleg hasonlóan megoldatlan. Nem mondható el az ammónium eltávolításéhoz hasonló hatékonyság a foszfor esetében, ami

pedig EU csatlakozásunk kapcsán komoly feltételként merülhet fel az ötvenezer LE terhelés feletti telepeink esetében. Megfelelő foszfor eltávolítás az adatok szerint csak Szolnokon, Tatabányán és a dél-pesti telepen van. Jónak tekinthető mellettük a veszprémi, zalaegerszegi telepek hatékonysága is, melyek kevés vegyszer adagolásával valószínűleg teljesíteni tudják a fokozódó igényeket is.

A 7 táblázat adatai alapján akár olyan számítást is készíthetnénk, hogy mekkora szennyvízmennyiségek nitrifikációját, denitrifikációját, foszfor eltávolítását biztosítják jelenlegi hazai szennyvíztisztítóink, illetőleg milyen terheléseket jelent a maradék szennyezettség a hazai befogadóknak. Ez már túlmegy tervezett áttekintés körén, ezért az ilyen számításokat egy jóval pontosabb felmérés adataival másokra, vagy a későbbiekre bízzuk. Hasonlóan azt sem mérlegeljük, hogy a jelenlegi tisztítás pontosan milyen részarányát képezi a hazánkban keletkező, valamint közcsatornán, vagy egyéb módon összegyűjtött szennyvizeknek. Ezzel az előadással elsősorban azt kívántuk hangsúlyozni, hogy hazánkban az utóbbi években épített kis szennyvíztisztítóknál ténylegesen jelentős kapacitásfelesleg jelent meg több helyütt is, aminek okos üzemeltetése technológiai kérdéseken alapul,

Page 77: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

77

ugyanakkor a nagyobb tisztítóink látszólagos biológiai kapacitás többlete szerencsés a tisztítási igény fokozódásának kielégítéséhez. 7. táblázat A nagyobb hazai szennyvíztisztítók átlagos folyadékterhelése, nyers szennyvízének szennyezettsége és tisztított vizeik szennyezőanyag koncentrációi. Szennyvíz volumene

és a tisztítás jellege (ezer m3)

Befolyó BOI5 konc. /

tisztítási igény

Tisztított víz jellemzői, mg/l

(éves átlagértékek)

Helység Átl. hozam m3/nap

Nitrif/ denitr

TöbbletP

eltáv.

BOI5 átlag mg/l

Osz-tály

KOI / BOI5

NH4 -N

NO3-

Σ P

> 100 00 LE (16 telep) Észak-Pest 140 részl - 243 II 57/10 20 1 4,3 Dél-Pest 70 + + 140 II 70/11 2,8 20 < 2 Miskolc 62 + - 270 III 54/14 1 80 4,3 Debrecen 52 + - 415 IV 36/17 9 40 - Győr 32 - - 360 II 380/180 25 0 8 Szeged - - - - - - - - - Pécs 28 + + 453 III 50/9 5,5 24 6 Szombathely 29 + részl 200 VI 40/12 2,5 < 40 5,7 Székesfehérvár 24,5 - - 400 III 74/14 28 70 4 Szolnok 21 + + 200 V 50/10 0,1 35 1 Békéscsaba 25,4 +/- - 400 VI 100/25 2,5 85 9 Nyíregyháza 19,5 részl. - 446 IV 95/55 22 10 3 Kecskemét 20-25 + - 503 VI 35/12 5,3 24 10,8Sopron 16,5 + - 417 VI 115/37 2,3 53 4,2 Nagykanizsa 14 +/rész részl. VI 50/19 3,8 17,2 4,6 Keszthely 17 + + 265 I 23/3 0,2 27 1,1 Veszprém 15 + + 250 I 50/15 0,3 25 1,5 Zalaegerszeg 14 + + 560 I 38/10 0,8 36 1,6 Tatabánya 14 + + 700 II 38/10 12 95 0,4 Baja 12 - - 407 II 487/280 23 0 6,8 Pápa 14 + - 560 VI 70/10 0,3 30 - Siófok 17 +/- - 220 III 62/19 0,5 - - Kaposvár 11 + + 600 VI 40/17 3 28 3 Salgótarján 9 -/- - - III 57/- 25 15 3,2 Balatonlelle 9 +/- - 280 III 69/9 1,9 - - Budaörs 9 Részl. - 275 II 50/20 5 65 6 Szekszárd 8,5 +/- - 650 VI 53/25 4,2 12 3,4 Gyöngyös 7 Részl. - 200 VI 60/20 10 30 6

Page 78: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

78

Összefoglalás Összegzően megállapítható, hogy a Győr-Moson-Sopron megye térségében vizsgált üzemek nem tudják minden tekintetben kielégíteni a jelenlegi hazai elvárásokat, ugyanakkor az Európában igen szigorúnak elismert németországi és ausztriai határértékeket a komoly üzemzavarral küszködők kivételével megfelelően teljesítik, nem is beszélve a 271/91–es EU ajánlás határértékeiről. Ez is alátámasztja, hogy mind kisebb, mind nagyobb régiók szorosabb szakmai együttműködése tovább javíthatja az általános hatékonyságot, egymás üzemeltetési tapasztalatainak hasznosítását. Hasonló ellenőrzések, felmérések a többi kisebb hazai szennyvíztisztító jobb üzemeltetését is segíthetik. A nagyobb szennyvíztisztítóink esetében a felmérés csak felületes képet adhatott a tisztítók kapacitás kihasználtságról, hatékonyságáról. Az üzemeltetés részletesebb vizsgálata csak az egyes műtárgyak, műveleti egységek pontosabb felmérése, ellenőrzése, technológiai sorba történt illesztésének értékelése alapján lehetséges. A nagyobb hazai tisztítóink döntő hányada megfelelően teljesíti a jelenlegi hazai követelményeket, és a várható EU ajánlásokra való áttérés után is elfogadható nitrifikációt / denitrifikációt biztosít. Ezeknél elsősorban a kis foszfor határérték elérése jelenti majd a komoly feladatot, különösen akkor, ha azt vegyszer felhasználása, tehát jelentősebb iszaphozam növekedés nélkül kívánják biztosítani. Köszönetnyilvánítás Köszönet illeti az előadás kapcsán mindazokat a kollégákat, minisztériumi és üzemi vezetőket, munkatársakat, akik az üzemi adatok összegyűjtésében, feldolgozásában segítséget nyújtottak. A munka elkészítése ezzel szemben semmilyen project támogatását sem élvezte. Hivatkozások Dulovics D. – Juhász E. – Kárpáti Á (1999).: A szennyvízelvezetés és -tisztítás hazai

fejlesztése -eredmények és anomáliák -. MASZESZ Hírcsatorna 1999 (március-április) 4-7.

Kirchner A - Poeltner R - Kárpáti Á (1996): Ausztria, Németország, Lengyelország és Magyarország közcsatorna-, és élõvíz-védelmi elõírásainak összehasonlítása. ÖKO, VII. évf. (1-2) 99 - 107.

Lakicsné Molnár E - Sulák V - Tőzsér B - Kárpáti Á (1997): Szennyvízhőmérséklet és nitrifikáció kapcsolata eleveniszapos rendszereknél. XI. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, 1997. október 14-16. Kiadványkötet, 55-64.

Pulai J - Egyed J - Sipőcz E - Kárpáti Á: A denitrifikáció növelése két iszapkörös (2AB típusú UTB) szennyvíztisztítóban. XII. Országos Környezetvédelmi Konferencia és szakkiállítás. Siófok, 1998. szeptember 15-17. Konferencia kiadványkötet 43-52.

Pulai J- Kárpáti Á: Kétlépcsős, két iszapkörös kommunális szennyvíztisztító nitrifikációs és denitrifikációs folyamatainak vizsgálata respirációs mérésekkel. XVI. Orsz. MHT Vándorgyűlés, Kecskemét, 1998. Júl. 4-6. Kiadványkötet 493-508.

Szakács M - Markó Ö - Kárpáti Á (1996): Tét-Gyömörei OMS rendszerû szennyvíztisztító üzemeltetési hatékonysága. Hidrológiai Tájékoztató, 1996 (okt.) 34.

Page 79: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

79

A szennyvíztisztítás környezetbarát lehetőségei ritkábban lakott térségekben

Kárpáti Árpád Veszprémi Egyetem, H-8201 Veszprám, Pf. 158.

[email protected] Bevezetés A szennyvizek keletkezése a lakosság életvitelének szükségszerű következménye. Ahol az emberek főznek, edényeket mosogatnak, tisztálkodnak, mosnak, s ahol a toalett a lakásukban van, szennyvíz keletkezik. Az így keletkező vizek azért szennyvizek, mert felhasználásuk során szennyező anyagok is kerülnek bele. Mivel a hazai lakosság 98 %-a központi vízellátásról kapja a vizet, ilyen hányadánál a szennyvíz nem a víz kivételi helyén, a víz forrásánál keletkezik. Az emberi vízhasználatnak éppen ez a legnagyobb problémája. Más területekről származó ízet szennyez el, melyet azután a felhasználó környezet igényei szerint kell megtisztítani, s a tisztított vizet és tisztítás maradékát (szennyvíziszap, rácsszemét, homok) a tisztító közelében kell elhelyezni, lehetőleg úgy, hogy legkevésbé zavarja a lakókörnyezet lokális természeti egyensúlyát. A szennyvíztisztítás fő feladata mégis környezetünk egészségének a biztosítása, a vízzel terjedő betegségek visszaszorítása. Ezen túl lehetővé teszi, hogy a tisztított vizet és annak növényi tápanyagait, ahol arra szükség van, ismételten hasznosíthassuk. Az emberek által elfogyasztott fehérjék nitrogén tartalmának közel 80 %-a (napi 10-11 gN/fő), és napi foszfor fogyasztásának mintegy 50 %-a (1 gP/fő) a vizelettel kerül ki szervezetükből. Ennek a növényi, vagy talajtápanyagnak az újrahasznosítása azért igen korlátozott, mivel az a szennyvízzel hígulva nagy víztérfogatokban jelenik meg. A felhasználás helyétől távoli térségből történő vízszállítás következtében a felhasználás helyén a keletkező szennyvíz nem csak a szennyező anyag tartalmával (szerves anyag, nitrogén-, és foszfor-tápanyag) - melyek döntően szintén távolabbi termő, előállítási, területekről származnak-, de víztartalmával is térség, vagy területidegen. A teljesen önálló magángazdálkodásokat kivéve, melyekből napjainkra már szinte semmi sem maradt, a vízfelhasználás és szennyvíz kibocsátás a lakóterület tápanyag és vízellátottsága egyensúlyának megzavarását jelenti. Ez így van a szennyvizek közcsatornán történő gyűjtése, majd települési, vagy regionális szennyvíztisztítókban történő kezelése esetén is. A szennyvíz-gazdálkodás feladata, hogy minimalizálja az ilyen vízfelhasználás kedvezőtlen hatásait, biztosítsa a szennyvíz szerves, nitrogén és foszfor tápanyagának szükséges mértékű eltávolítását, s a keletkező tisztított víz és tisztítási maradék környezetbarát elhelyezését, természetbe (ideálisan a származási helyére) történő visszaforgatását. 1. A szennyvíz elhelyezése környezetünkben A térségi egyensúlyzavar a szennyvíz mellett a szilárd és gáz halmazállapotú hulladékok elhelyezésével is fennáll. Azoknál a problémát a levegő a talaj és talajvizek szennyezése jelenti. A szennyvíz esetében a szóba jöhető befogadók a felszíni vizek, a talaj, s azon keresztül a talajvizek. Ezért náluk mind a szennyvíz hatásos tisztításáról, mind a tisztítás maradékainak az elhelyezéséről, a természet körfolyamataiba történő visszaforgatásról

Page 80: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

80

gondoskodni kell. Költséges feladat ez a csatornázott térségeknek is, holott úgy tűnhet, esetükben sokkal egyszerűbb, ellenőrizhetőbb mindez. Legfőbb gond ott a helyileg nagy mennyiségekben keletkező maradékok elhelyezése, melyre az agglomerálódott körzetekben az arra alkalmas területek hiánya miatt alig van lehetőség. A tisztított víz befogadására alkalmas vízfolyás az ilyen helyeken rendszerint adott. A jogszabályokban előírt hatékonyságú tisztítás technológiájának kiépítése, annak helyes, netán optimális üzemeltetése is igen bonyolult, költséges feladat. Különösen igaz ez, ha a tisztítási igényt szükségtelenül túldimenzionálják. Hazánkban jelenleg részben ez is probléma. Egy évtizedig váratott magára a tisztított szennyvizeket befogadó élővizek védelmének szélesebb környezetünk (EU) által javasolt irányelvével (271/1991. EU javaslat) harmonizáló hazai szabályozás megalkotása és törvénybe iktatása. Mivel a határértékek a kialakítandó tisztítási technológiát behatárolják, elvileg egyértelmű lehetne a szükséges tisztítási technológiák tervezése, s a tervek központosított engedélyezése is. Ennek ellenére a tisztítók kiépítésének az engedélyezése (technológia választás hatósági engedélyezése, véleményezése) sem áll feladata magaslatán. Jóváhagyása a szakismerettel alig rendelkező építtető (önkormányzat) részére nem jelent semmilyen minőségi garanciát. Mivel az utóbbiak a tervezés, építés során még nem gondolkodnak a szakismerettel esetlegesen rendelkező üzemeltető kiválasztásáról, s véleményének az előzetes kikéréséről, a hiányosságok csak a névleges terhelésre történő felfutás után derülnek igazán ki. Ez a beruházás és majdani üzemeltetés költségráfordításainak optimalizálását gyakorlatilag lehetetlenné teszi. Ezért is ugorhattak számos kisebb településen a szennyvíztisztítás költségei az elmúlt évtizedben a tapasztalt értékekig. 2. Szennyvíztisztítás csatornázott területeken és közvetlen környezetükben. Ebben az anyag a nagyobb agglomerációk szennyvíztisztítóinak működését, tápanyag-eltávolítását, keletkező hulladékmennyiségeit nem kívánja részletezni, arról korábban már megfelelő áttekintők készültek. Itt csak ezek tisztítása szilárd maradékainak a problémáját, valamint a település ritkán lakott térségei csatornázásának és szennyvíztisztításának a problémáira utalunk. A jelenlegi gyakorlat az ilyen területeknél, hogy a csatornázott térségekből összegyűjtött, illetőleg az azok elfogadható költséggel elérhető környezetéből szippantással a szennyvíztisztítóba juttatott szennyvízből a szennyező anyagokat valamilyen áron eltávolításra kerül. A tisztított szennyvizek jelenleg még költségtöbblet nélkül a befogadókba vezethetők. (Kivéve a befogadó határértékeink megsértéséért, annak károsításáért jogos bírságot, ami egyébként a tisztítás többi költségéhez hasonlóan a fogyasztóra hárítható.) A jelenlegi szennyvíztisztítóinknál, melyek szinte mindig valamilyen vízfolyás mellett találhatók, a tisztított folyadék befogadóba vezetése alig jelent gondot. Általános probléma ezzel szemben a szennyvíziszap feldolgozása, ártalommentes elhelyezése. Bár az elhelyezés jogi szabályozása lassan rendeződik, az iszap nagy tömegű, biztonságos felhasználására nincs megfelelő igény. A valamilyen formában előkezelt, stabilizált szennyvíziszap befogadására termő, vagy parlagon hagyott mezőgazdasági területre történő elhelyezésére sok helyütt (karsztos területek) lehetőség is alig van. Másutt a segítő, befogadó szándék hiányzik. Az utóbbinak részben az iszapminőség a kockázata, aminek az iszap megfelelő előkezelésének hiánya is oka. Célszerű ezért mind az iszap kezelését, mind annak

Page 81: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

81

elhelyezését a jövőben anyagilag központi forrásból jobban támogatni, különben az ellenőrzés nélküli megoldások, elhelyezések válhatnak gyakorlattá. Az iszapelhelyezés költsége természetesen a fogyasztóra áthárítható. A lakosság hazai anyagi helyzete, az egy főre jutó vízfogyasztási költség minimál vagy átlagbérhez viszonyított nagysága azonban ezt semmiképpen nem célszerűsíti. Sajnálatos, hogy az országban a vízellátás és szennyvíztisztítás ilyen nagy fajlagos költsége a helytelen szabályozás és annak megfelelő tervezés eredményeként egyáltalán létrejöhetett. Mindent el kell követnünk, hogy a jövőben a tisztítás és iszapelhelyezés tervezésénél, kiépítésénél a korábban elkövetett hibák ne ismétlődjenek meg. A tisztítóktól távolabbi, ritkán lakott térségeknél gondot jelent a tisztítóba szállítandó szennyvíz gyűjtése, tározása és időszakos elszállítása. Az előzők az úgynevezett derítő medencékben történnek. Ha azonban a gyűjtőmedence nem víztömör, az részben elszivárogtató medenceként működik. A tisztítatlan víz elszivárgása a talajvíz káros elszennyezését eredményezheti. Kisebb veszélyt jelentene, ha a nem vízzáró medencékben a szennyvizet levegőztetnék, megtisztítanák, s csak tisztított víz kerülhetne azokból a talajba. 3. Nem csatornázott területek szennyvizei tisztítási és elhelyezési lehetőségei A csatornázás nagy költségigényt jelent a helységeknek. Általános tapasztalat, hogy a csatornahálózat kiépítési költsége közel kétszerese a végére építendő tisztító költségének. A ritkán lakott térségek esetében megfontolandó, milyen lakos-sűrűség fölött engedhető meg a csatornázás kiépítése, illetőleg milyen lakos-sűrűség alatt célszerű a derítőmedencék kialakítása, s azokból a szennyvíz rendszeres szippantással történő szennyvíztisztítóba szállítása. Fontos ilyenkor a terület, vagy nagyobb térség fejlesztési terveinek gondos mérlegelése is. A jelenlegi hivatalos álláspont szerint Magyarországon a kritikus lakos-sűrűség 35 fő/ha körül van. Ritkábban lakott területeken célszerű a derítőmedencékben történő szennyvízgyűjtésben, egyedi szennyvíztisztítási megoldásokban, kisberendezések alkalmazásában gondolkodni. Egyértelműen ez a lehetőség tehát azoknál a területeknél, ahol szennyvíz csatorna sincs, s így szennyvíztisztítót sem célszerű kiépíteni. Az ilyen térség pedig az ország területének igen jelentős hányada. Igen változatos lehetőségek adódhatnak ezeknél a szennyvíz tisztítására, de a tisztított víz elhelyezésére is. Meghatározó, hogy van-e egyáltalán lehetőség valamilyen vízfolyásba történő tisztított víz bevezetésre, mert mindenképpen az az olcsóbb megoldás. A szennyvíz tisztítása az ilyen térségekben, de a kisebb, csatornázott településeken is lehet a hazánkban alig, a fejletten nyugat-európai országokban elterjedten alkalmazott és központilag, jogilag és anyagilag támogatott természetes tisztítás – tisztító tavak, növényzetes szűrő-, illetőleg annak lakásokra, vagy lakáscsoportokra adaptált változatai. Lehetnek azonban az általánosan elterjedt eleveniszapos tisztítók ilyen mérettartományra kiépíthető változatai is. A továbbiakban az ilyen tisztító rendszerek kialakításának lehetőségét üzemeltetési szempontjait kívánjuk részletesebben áttekinteni, éppen a befogadó típusa (állandó, vagy időszakos vízfolyás, illetőleg környezet talajadottságai) függvényében. A szennyvíztisztítás jogi szabályozása az ilyen rendszerekre napjainkban gyakorlatilag még hiányzik, pontosabban a tisztított víz vízfolyásokba (állandó vagy időszakos) történő vezetésénél az élővizekre vonatkozó előírásokat kell azokra alkalmazni. Ezekre a hazai

Page 82: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

82

élővizekbe történő vízbevezetés minőségi követelményei határolják be a tisztítási igényt. Ez a védettebb területeken mindenképpen megköveteli a folyamatosan jó hatásfokú nitrifikációt és denitrifikációt (nitrogén eltávolítást), sőt a csaknem teljes foszfor eltávolítást is. Ugyanakkor ennél az üzemméret tartománynál téli időszakban tisztítóban a víz hőmérsékletének jelentős lehűlése miatt a teljes nitrifikáció nem biztosítható. Más kérdés, hogy az EU ajánlat erre az üzemméretre vonatkozó igényei az ilyen tisztítókban teljesíthetőek lennének, hiszen az a jelenleg érvényes és a közeljövőre javasolt hazai kívánalmaktól eltérően az üzemméret (továbbá a vízhőmérséklet) szerint is megfelelően differenciálja a követelményeket, lehetővé téve a jogi előírások betarthatóságát. Bonyolultabb a helyzet azokat a lakóépületi, vagy lakáscsoportokat ellátó szennyvíztisztítókat illetően, melyek a tisztított vizet nem tudják befogadóba vezetni. Ezeknél elvileg szóba jöhet a tisztított víz út menti árkokba történő elhelyezése, s azokból a település alatti, felszín közeli talajrétegbe történő elszivárogtatása is. Ez megfelelően kialakított elosztócsövekkel magánterületekre, esetleg közterületekre történő elszivárogtatással (víz utánpótlással) is megoldható. Ez természetesen gondosan tervezendő, hiszen a fertőtlenítést ezeknél a tisztítóknál nem valószínű, hogy valaha is meg lehessen követelni. A fertőzés veszélye ezért a talajfelszínről történő elszivárogtatásnál konyhakerti növények esetében számottevő. A lakossági szennyvizet az ilyen tisztítás és hasznosítás esetén is védeni kell a káros szennyezők bejuttatásától (tisztító, vagy tisztítás védelme). Ezek a háztartások vagy kisebb gazdaságok esetében a mérgező anyagok, növényvédő-szerek, olajok, oldószerek, fa és egyéb felületek kezelésére használt vegyszerek, savak, lúgok, sóoldatok, és a túlzott zsírterhelés. Ezek a tisztító biológiai működését, illetőleg a fázisszétválasztást számottevően zavarhatják. Ajánlatos ezért a felsorolt anyagok visszatartása a szennyvíztől, illetőleg a zsíros háztartási hulladékok szilárd hulladék vonalra történő átirányítása. Az utóbbi érdekében a zsírokat vízmentesen ajánlatos szalvétával eltávolítani a mosogatás előtt a tisztított felületekről. A zsíros szalvétát semmiképpen ne a WC öblítőjébe, hanem a szemétládába célszerű helyezni. Az ilyen szennyvizek tisztítására tehát egyaránt elképzelhető megoldás a növényzetes szűrés (biológiai szűrő), az eleveniszapos, vagy akár a rögzített filmes, szűrős tisztítás is. Ennél az üzemméretnél télen mindegyik megoldásnál szükségszerű a nitrifikáció lelassulása és az ammónium nagyobb koncentrációban történő jelentkezése a tisztított vízben Ez azonban a tisztítóban más időszakokban is jelentkező kevés nitráthoz és foszfáthoz hasonlóan a víz talajba történő elszivárogtatását nem akadályozza meg. A nitrogén-formák ilyen kis mennyiségei a talajfelszín közeli rétegeiben döntően megkötődnek, majd a növények révén hasznosulnak, illetőleg nitrogénné bomlanak. A foszfát kicsapódik, kiszűrődik a talajvízből. Fontos azonban, hogy a talaj vízterhelése is megfelelő legyen. Az elszivárogtatással ilyenkor nagyrészt biztosítható a környezet öntözővíz igénye. Túlzott vízmennyiségek elszivárogtatása ezzel szemben csakis a talaj és talajvíz viszonyok pontos ismeretében tervezhető. 4. Az elöntözhető víz mennyiségének a számítása Az öntözővíz igény számítása, illetőleg ilyen öntözés tervezése a lakosonkénti éves vízfelhasználás és az általuk lakott területre elöntözhető víz mennyisége egyensúlyának biztosításán alapul. Az előző napi 70-150 l/fő, ami 26-54 m3 éves lakosonkénti vízfelhasználás. Az öntözővíz igény ezzel szemben a csapadék éves hazai mennyisége mellett 0,3-05 m3/m2 év. Olasz nyárfás terület öntözésekor ez az érték a 2 m/év érték is lehet annak nagy párologtató képessége következtében.

Page 83: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

83

Az előző értékek átlagával számolva (40 m3/fő x év és 0,4 m/év) egy lakos szennyvizének az elhelyezésére (téli elszivárogtatást is biztosítva) 100 m2 szükséges. Ez természetesen nem épülettel beépített, hanem szabad földfelszín. A beépítettséget figyelembe véve a falusias jellegű településeken egy hektár földterületre (100 x 100 = 10 000 m2) mintegy 50 lakos tisztított szennyvize öntözhető el minden különösebb folyadék túlterhelés nélkül. Láthatóan ez nagyobb lakos-sűrűség, mint amit a közcsatorna gazdaságos kiépítése határértékének tekintenek (35 fő/ha). Ilyen lakos-sűrűségnél az elöntözés a megfelelő talajjal rendelkező területeken ezért nem jelenthet nehézséget. A megfelelő talaj természetesen a talajvízszint megfelelő mélységét is jelenti. Rendszeresen elárasztott területeken, vagy igen magas talajvízszint esetén az elöntözés lehetetlen. A vízterheléssel egyidejűleg figyelembe kell azonban venni az öntözésnél a talaj tápanyagokkal történő terhelhetőségét is a megelőző szennyvíztisztítás tervezése érdekében. 5. A tápanyagterhelés számítása Az előbb számított 40 m3/év szennyvíz mennyiséggel egy lakos átlagosan mintegy 22 kg BOI5 (szerves anyag), 4,5 kg N és 0,65 kg P tápanyagot juttat be a szennyvíztisztítójába. A szerves anyag döntő része CO2-vé, kisebb része szennyvíziszappá alakul (néhány kg/év). A termelődő iszapfölösleg évente egyszeri szippantással akár egy elszivárogtató árokba is kihelyezhető, majd szikkadását követően elföldelhető a további stabilizálás, humifikálás biztosítására. A szerves szennyező anyagoknak a tisztított vízzel csupán 1-2 %-a juthat a talajba, ami elhanyagolható szerves anyag terhelést jelent az elszivárogtatásnál. A tisztításkor a szerves-nitrogén és ammónium döntő része is eltávolításra kerül az ammónium oxidációja és a keletkező nitrát redukciója során. Így a nitrogén-terhelésnek csak maximálisan 20-30 %-a kerülhet a befogadó vízrétegekbe, az is döntően nitrát formájában. A nitrát egy része a talajban redukálódik, tovább csökkentve a nitrát-szennyezés veszélyét. A csapadékvizekkel és a talajvíz mozgásával nitrát tovább hígul, koncentrációja a határérték alá csökken. Ettől függetlenül a tisztítással gondoskodni kell a nitrifikáció / denitrifikáció kellő hatásfokának biztosításáról, ami garantálja az előbb említett nitrogén eltávolítási hatásfokot. Az egy lakos által elhasznált vízmennyiséghez a javasolt 200 m2 talajfelületre így már csak évi 1 kg nitrát-nitrogén terhelést számolhatunk, ami 50 kg/ha nitrogén tápanyag bevitelét jelenti. A beépített részek alatti területeket figyelmen kívül hagyva a dózis persze a duplája, de a talajvíz nem ismeri az ilyen behatároltságot a mélyebb rétegekben. Az összes területre jutó nitrogén-terhelés ugyanakkor a mezőgazdaságilag hasznosított területekre javasolt átlagos nitrogén igény. A talaj termő rétegében ezért a nitrogéntápanyag szinte teljes mértékben hasznosulhat. Nem jelent ezért problémát a talajvízben a hosszabb távú folyamatos elhelyezés esetén sem. Valamelyest ugyan a házak közötti területek, kertek „felszínközeli” talajvízének a nitrát tartalmát növelheti, de onnan ma már ritkán történik a vízkivétel lakossági ivóvízellátás céljára. A szennyvíz foszfor tartalmát illetően is hasonló a helyzet. Annak ugyan döntő része a tisztított szennyvízzel a talajba kerül, de a fél kg/fő évi foszfor-terhelés a 200 m2 felületre számolva olyan érték, ami éppen megfelel a növénytakaró foszforigényének (50 kg/ha). A talaj szűrő, megkötő hatása egyébként, mint már említettük a foszfor nagyobb részét immobilizálja, kivonja a talajoldatból. Láthatóan a lakóházas, vagy lakóház-csoportos kisebb szennyvíztisztítók kiépítése esetén a tisztított szennyvíz az adott elszivárogtatási sebességgel biztonságosan elhelyezhető a

Page 84: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

84

környezet talajvizébe. A kritikus lakósűrűség, ameddig a talaj befogadni képes a lakosság által elhasznált, majd megtisztított szennyvizet, megfelelő talajadottságok esetén 50 lakos/ha. A talajréteg vastagsága, a talajviszonyok, a magas talajvízszint természetesen ezt a maximális értéket csökkentheti. A lakosonkénti 200 m2, vagy 64 négyszögöl, családi házanként mintegy 200-300 négyszögöl területigényt jelent. Ez a területigény a házak melletti, vagy mögötti kertek, üres területek felhasználásával a legtöbb esetben biztosítható a tisztított víz elhelyezésére, elszivárogtatására. 6. Az öntözés, elszivárogtatás szabályozása Megfelelő talajviszonyok esetén akár növényzetes árokból, csatornából is elszivárogtatható a tisztított víz a környező talajba. Ezzel a tápanyagok visszatartását, hasznosítását tovább fokozhatjuk, csökkentve a mélyebb rétegekbe szivárgó víz nitrát-tartalmát. Az ilyen elszivárogtató árkok tervezése, kiépítése is megfelelő gondosságot igényel, hiszen a víz megfelelő elosztásának, az egyes árokszakaszok ciklikus öntözését biztosítania kell. 7. A szennyvíztisztítás kiegyenlítése, szabályozása A kiegyenlítési igény igaz a tisztításról az öntözésre történő folyadékfeladás szabályozására is, mivel annak keletkezése a tisztítás típusától függetlenül szinte mindig szakaszos. Ennek az az oka, hogy a tisztítót az időjárás behatásától (szennyvíz túlzott lehűlése) megvédendő, célszerűen a földfelszín alá, többé-kevésbé termosztált környezetbe kell helyezni. A szennyvíz keletkezése szakaszos, a mindenkori vízigénynek megfelelő. Ezért a tisztító belépő és kilépő pontján is valamilyen kiegyenlítő térfogat kialakítása szükséges. Csak így biztosítható a biológiai folyamatok egyenletessége, a mikroorganizmusok hasonló tápanyag-ellátottsága. A belépő ponton célszerű egy hidrolizáló tér kialakítása, melynek feladata a hidraulikus- és tápanyag-terhelés kiegyenlítésén túl a szerves anyagok anaerob előkezelése. Ez a tápanyagok oxidációját és a denitrifikációt végző mikroorganizmusok számára jobban hozzáférhetővé, gyorsabban felvehetővé alakítja a nagy molekulasúlyú szerves vegyületeket. Különösen fontos ez a denitrifikáció folyamatánál a kellő sebességű és hatékonyságú nitrát redukció biztosítására. A szerves anyag eltávolítása a szennyvízből a már említett széndioxiddá történő oxidációt, illetőleg a szerves anyag kisebb részének szilárd állapotú maradékká (elhalt sejtek, sejtfal anyag) történő alakítását jelenti. Minél kisebb egy tisztító fajlagos (relatív térfogati-, iszap-) terhelése, annál kisebb a fajlagos iszaphozama. A szerves tápanyag döntő része széndioxiddá alakul. A széndioxid a tisztítóból a levegőbe kerül. A szilárd maradék elválasztása a tiszta víztől, attól függően, hogy milyen a tisztítás (eleven iszapos, vagy valamilyen rögzített filmes) eltérő. Az eleven iszapos, vagy a csepegtetőtestes megoldásnál ülepítésével történik. Ez folyamatos, vagy ciklikus lehet. Az elkülönített iszap nagyobb részét vissza kell vezetni, vagy tartani a biológiai részbe a mikroorganizmusok tevékenységének sokszori, ismétlődő hasznosítása érdekében. A fölöslege, mint már említésre került, évente egy-két alkalommal kiszippantva az öntözött területen kialakított szikkasztó árokba is helyezhető. A szűrő elven működő rögzített filmes megoldásoknál, mint amilyen a gyökérszűrös, vagy mesterséges biológiai szűrő, a fölösiszap eltávolítása nehézkes, eltömődése esetén a szűrőréteg teljes cseréjét is igényelheti. Ezeknél a terhelés pontos méretezésével kell biztosítani, hogy a biológiai szűrőben a fölösiszap terhelés annyira kicsi legyen, hogy csak

Page 85: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

85

igen ritkán váljon szükségessé szűrőcsere. A szűrő anyaga azt követően komposztként hasznosítható. A két említett szűrőtípus működése persze nagyon eltérő. A gyökérszűrő rendszer az oxigénellátást döntően a növények gyökerein keresztül biztosítja. A mesterséges bioszűrőknél az oxigénellátást a szűrő felületi folyadékterhelésével, locsolásával kell biztosítani. Ilyenkor a tisztított víz többszöri visszaforgatása, esetleg a szűrő több rétegből történő kialakítása és a rétegek közötti levegőztetés biztosítása is szükséges lehet a kellő oxigénellátáshoz. A szűrők esetében azonban az eleveniszapos rendszerekhez hasonlóan a megfelelő denitrifikáció biztosítása csak a nitrifikált víz nem levegőztetett szakaszba történő visszaforgatásával lehetséges. A gyökérszűrőknél ezek a folyamatok szimultán játszódnak le az oxigénnel gyengébben ellátott elárasztott iszaptérben. A rögzített filmes szűrőknél ezzel szemben a nyers szennyvíz betáplálásánál kialakított, nem levegőztetett, elárasztott szűrőréteg biztosíthatja ezt a feladatot. A szakaszos folyadékelvétel miatt a gyökérszűrést kivéve minden esetben megfelelő illesztésre, szabályozásra van szükség a tisztítás végpontján. Jó utóülepítés esetén a szennyvíz belépő pontján a hidraulikus és szerves anyag terhelés kiegyenlítése kevésbé fontos, mert mind a biológiai rendszer, mind az utóülepítő nagy térfogata is kellő kiegyenlítést jelent. A bioszűrőknél az iszap visszatartását maga a szűrőanyag végzi. Iszapterhelésük ezért is kisebb kell, hogy legyen. A folyadékelvétel ennek ellenére a szűrt víz szivattyúzás igénye miatt szakaszos, amihez kellő tározó térfogat szükséges. Igen fontos a mikroorganizmusok oxigénellátásának a. szabályozása. A szerves szén és ammónium oxidációja ugyanis oldott oxigénnel történik. Az utóbbi oxidációjakor keletkező nitrát redukciójához azonban oxigénmentes környezet kell. Ez azt jelenti, hogy vagy szeparált, levegőztetett, és nem levegőztetett tereken kell a folyadékot cirkuláltatni a tisztítórendszerben, vagy ugyanazon térben, időben kell ciklizálni a levegőztetést, biztosítva ezzel a szükséges körülmények kialakítását. Elvileg mindegyik megoldás alkalmazható az eleven iszapos megoldásoknál. A bioszűrők esetében az utóülepítő hiánya miatt a szűrő kilépés előtti részén folyamatosan jó oxigénellátás kell, amiért is ott a nitrát redukálása célszerűen elárasztott szűrős elődenitrifikálással javasolható. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás gyakorlatában mindkét megoldás egyaránt alkalmazott. Az elsőnél folyamatos lehet a levegőztetés, de folyamatosan recirkuláltatni is kell az iszapos víz egy részét. A másodiknál nem kell két medencetér, illetőleg belső recirkuláció, de a levegőztetést kell célszerűen ciklizálni. Sematikusan ezek a megoldások az 1. ábrán láthatók. A biológiai szűrük ma még kis és nagy méretekben is kevésbé elterjedtek, bár igen gyors fejlesztés alatt állnak. A kisebb, lakások, vagy lakáscsoportok szennyvízének tisztítására alkalmas egységek ma még alig léteznek, így a levegőztetésük is a lehető legegyszerűbb. A kis kapacitás miatt talán a jövőben sem lesz különösebben érdemes túlzottan bonyolult levegőztető rendszerek kialakítása az ilyen tisztítókhoz. A denitrifikáló, és szerves szén eltávolító szakaszaikat lehet, hogy egyszerűbb lesz elárasztott, hordozó töltetes, rögzített filmes egységként (estlegesen ülepítővel is kiegészítve) kiépíteni, s csak a nitrifikációt bízni rá az igazi szűrőként kialakításra kerülő befejező részre. A denitrifikálció mindenképpen elárasztott megoldású kell, legyen.

Page 86: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

86

SzennyvízM

iszap visszavezetéslevegő

Tisztítottvíz

ÜlepítőOxikusAnoxikus

Szennyvíz

iszap visszavezetés

Tisztítottvíz

ÜlepítőCiklikus

levegőztetés

Anoxikus/OxikusM

1. ábra: A térben és időben ciklizált eleveniszapos nitrifikáló/denitrifikáló szennyvíztisztító technológiai sémája.

Mivel a denitrifikáló – fermentáló szűrőrész a keletkező illó savaktól meglehetősen illatos lehet, ezt az egységet zárt rendszerűvé kell kialakítani, s az eltömődés megakadályozására durvább töltettel kel ellátni. A kis molekulatömegű szerves anyagok és az ammónium ezt követő oxidációjára azután már sokkal finomabb hordozós bioszűrő is alkalmazható. Az ilyen tisztítás kialakításának a sematikus vázlata látható a 2. ábrán.

SzennyvízM

iszap visszavezetéslevegő

Tisztítottvíz

ÜlepítőOxikusAnoxikus

Szennyvíz

víz visszaforgatás

Tisztítottvíz

OxikusAnoxikus

2. ábra: A nitrifikáló/denitrifikáló biológiai szűrés kialakításának sémája

Page 87: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

87

A fenti folyamatokon túl, további foszfor eltávolítás a talajba történő tisztított víz elszivárogtatás esetén nem szükséges. A teljes biológiai foszforeltávolításra alkalmas tisztítók elvükben is bonyolultabbak az ábrákon bemutatottnál, ismertetésük itt eltekintünk. Csak annyit róluk, hogy ha mégis szükség van ilyenre a nagyobb szennyvíztisztító egységeknél, a hatásos biológiai többletfoszfor eltávolításhoz még egy medencetér kialakítása szükséges megfelelő iszaprecirkulációval, szennyvízbevezetéssel és mechanikus keveréssel. A vegyszeres foszfor eltávolítás egyébként nagy iszaphozama miatt jelentene gondot a lakóházakhoz, lakóházcsoportokhoz készítendő, kis iszaptermelésre tervezendő tisztítók esetében. A szűrőbiológia működését annak eltömődése miatt egyértelműen leállítaná. 8. A tisztítás térfogatigénye A szennyvíztisztítás vonatkozásában az alapvető kérdés azonban az, hogy egy lakosra számolva mekkora tisztító térfogat kell az előző lehetőségek megvalósítására. Az eleven iszapos tisztítás esetén a levegőztető és denitrifikáló reaktorok átlagos térfogati terhelése 250 g KOI/m3 nap érték alatt tervezendő, ami teljes oxidációt (szerves anyag és ammónium-nitrogén) garantál. Ilyenkor a maradék iszap a tisztításnál elhanyagolható. A medencékben kialakítandó iszapkoncentráció mintegy két kg/m3. Mivel egy lakos napi KOI terhelése a szennyvízében mintegy 110 gramm, az annak tisztításához szükséges medencetérfogat igény mintegy fél köbméter. Természetesen a két említett medencerészen túl a tisztítónak a már korábban említett szennyvíz kiegyenlítést, az iszap ülepedését és visszaforgatását, valamint a tisztított víz kihelyezés előtti tározását biztosító térfogatokat is tartalmaznia kell. Ugyanez igaz a levegőztetés igényre, ami mintegy 120-130 g oxigén, vagy 4,5-5 m3 levegő bevitelének igényét jelenti naponta, lakosonként. Ennek lehetősége a levegőztető keverők és az elektronika mai fejlettségei szintjén már nem jelent nehézséget. A levegőztetési ciklusok hosszának beállítása az üzemeltetésnél már akár a lakásban elhelyezett szabályozó egységről is biztosítható. A folyadékfeladásokat szintjelzők szabályozhatják megfelelő hibajelzőkkel, ami az üzemeltetés felügyelet igényét minimálissá teheti. A bioszűrők alkalmazása jelenleg még a műszakilag fejlettebb országokban is ritkább, de feltehetően ugyanolyan népszerűségre tesz majd szert a jövőben mint az előző változat. A denitrifikáció kialakítása feltehetően elárasztott rendszerű lesz durvább töltött oszloppal, míg a szűrés hordozója napjaink fejlesztési tevékenysége eredményeként igen változatos lesz. Valószínű, hogy a szűrés is az eleven iszapos rendszer térfogatigényéhez igen közeli szűrőtérfogat igényt jelent. Így a tisztító szükséges összes térfogatigénye is hasonló lesz. A bioszűrőknél a levegőztetés igénye is különleges kiépítéseket fog kialakítani. Itt a folyadék cirkuláltatásának szabályozása (szűrő locsolás) és a bioszűrő megfelelő oxigénellátása (esetleges réteges kialakítás a szabadtérfogatok kellő levegőellátásával) jelent ma még pontosítandó feladatot. A rendszer üzemeltetése azonban a másik típuséval azonos szabályozás kialakítással biztosítható.

Page 88: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

88

Összefoglalás Az áttekintő a ritkábban lakott térségek, ma még nem kellő biztonsággal megoldott szennyvíztisztításának, tisztított víz elhelyezésének lehetőségeit foglalta össze, kitérve a keletkező iszap, és egyéb szilárd melléktermékek újrahasznosítási lehetőségeire is. Az ilyen tisztítás hazai fejlesztése és gyakorlati alkalmazása azonban csakis akkor lehetséges, ha a jogi szabályozás azt engedélyezi. Ebben a tekintetben gondot jelent majd a lakosonkénti szennyvíztisztítás ellenőrzésének a kérdése. Ezt csakis a tisztítóberendezések technikai és műszaki állapotának (esetleg a gázkészülékekéhez hasonló) felügyeletével lehet biztosítani. Ilyen megoldással az üzemeltetés ellenőrzése nem annyira a tisztított víz minősége, hanem a berendezés üzembe kapcsolásának, s a részegységek működésének szemrevételezése alapján lehetséges. A tisztítás elterjedése a fentieknek megfelelően jelenleg kisebb műszaki fejlesztési és lényegesen nagyobb jogi szabályozási fejlesztést igényel országunkban.

Page 89: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

89

A hazai szennyvíztisztító kapacitás reális felmérésének problémái

Kárpáti Árpád Veszprémi Egyetem, 8200 Veszprém, Pf.:158

Összefoglalás A hazai szennyvízgyűjtő és szennyvíztisztító kapacitások reális felmérése mind az EU csatlakozás kapcsán, mind az azzal kapcsolatosan felmerülő beruházás és költségigények pontosítása vonatkozásában rendkívül aktuális. Célszerű az a hazai befogadó határértékek már lassan egy évtizede aktuális módosításával összefüggésben is. EU ajánlás az utóbbira 1991-ben született. Bár a közcsatorna-statisztika elkészítése is komoly feladatot jelent, annál bonyolultabbnak tűnik a szennyvíztisztító kapacitások megítélése. A hagyományos hazai differenciálás mechanikai / biológiai tisztítást és tápanyag eltávolítást különböztet meg. Sajnos az utóbbi kettő egyértelmű elkülönítését a felmérések nem pontosítják, megadásuk kívánnivalókat hagy maga után. Jelen tanulmányban kísérletet teszünk az egyes fokozatok egyértelmű behatárolására, meghatározó paramétereik pontosítására, valamint javasoljuk a III. fokozat megjelölés elhagyását a tápanyag eltávolítás előtt. Hasznos lenne a biológiai tisztítás kapacitása alatt az öt napos biológiai igénnyel (BOI5) jellemzett szerves anyag eltávolító kapacitást megadni, míg a III. fokú tisztítás kapacitásán belül a nitrogén és foszfor eltávolító kapacitásokat külön-külön pontosítani. Még az sem ártana, ha a nitrifikáló, illetőleg denitrifikáló kapacitás is szétválasztásra kerülne, mert számos két iszapkörös (UTB) szennyvíztisztítónál a kiépítés és üzemeltetés hatékony nitrifikációt, de csak igen korlátozott denitrifikációt tesz lehetővé. Ilyenkor a nitrogén szennyezettség ammóniumformából nitrát formába történő átalakítása következik csak be. A nitrát kibocsátása azonban eutrofizációs hatása miatt elkerülendő, mi több az EU előírásokban a nagyobb tisztítóknál az összes nitrogén kibocsátása is igencsak korlátozott. Az ismertetés részletesen áttekinti a kapacitások ilyen számításának lehetőségét, illetőleg az EU irányelv (271/91) átvételének a hazai tisztítóknál várható következményeit. A klasszikus megnevezések és kialakulásuk. A szennyvizek tisztításának első / második / harmadik fokozatú osztályozása sok évtizede alakult ki meg. Akkor leginkább a mechanikai / biológiai / kémiai tisztítási fokozatokat értették az I / II / III fokozat alatt. Az első a rácsszűrést és ülepítést, a második a biológiai oxigénigényt okozó szerves szennyezők eltávolítását, a harmadik pedig a nitrogén és foszfor tápanyagok eltávolítását jelentette. Ma már köztudott, hogy a biológiai tisztítás a szerves anyag mellett a nitrogén és foszfor hatékony eltávolítására is alkalmas. Ez a vegyszeres kezelés elhagyását, a tisztítás „szilárd hulladékaként” jelentkező szennyvíziszap kezelése során történő vegyszer szennyezésének elkerülését is biztosíthatja.

Page 90: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

90

Mechanikai tisztítás A durva-, finom-rácsszűrés, homok és zsír elválasztás (ülepítés / felúsztatás), és az előülepítés tartoznak ebbe a fokozatba. Mai alkalmazását az 1. ábra szemlélteti, bemutatva az egyes műveleteknél elérhető szennyezőanyag eltávolítási hatásfokokat is. Rács Homok és zsírfogó / Előülepítő szigorúan fizikai fizikai (ülepítés) mechanikai durva darabos homok zsír durva/közepes/kevés finom

rész eltávolítása elválasztása elválasztása lebegőanyag eltávolítása f (d) f (v→) f ( v ↑ )

biológiai terhelés biológiai terhelés BOI5 terhelés csökkenése csökkenése csökkenése vegyszer nélkül ~20-35 %, nem jelentős nem jelentős vegyszerrel ~ 45-75 %

TKN eltávolítás % ~ 10 / 15-25 %

Finomrács ΣP eltávolítás ~ 0 / 20-100 %

nem szükségszerű, de kis tisztítótelepeken és különösen az előülepítés N és P tápanyag elhagyásakor ajánlatos a biológiai eltávolításakor darabos szennyeződések elhagyható eltávolítására

1. ábra: A mechanikai tisztítás lépései és hatékonyságuk

A durva és finomrácson történő szűrés a darabos részeket méretük szerint különíti el a folyadékáramból. Kommunális szennyvizek esetében az első alig eredményezi a biológiai terhelés csökkenését. Ilyen hatás még a finomrács esetében is alig számottevő. Néhány ipari szennyvíznél (hús és zöldségfeldolgozás) a finomszűrés hatása már jelentősebb lehet. Az ilyen szennyvizek kommunális telepen történő tisztítása esetén az ipari szennyvíz kezelésnek hiányában, illetőleg annak részaránya függvényében a finomszűrés hatása már jelentősebb (5-15% szerves anyag eltávolítás) is lehet. A homok eltávolítása a homokfogóban ülepítéssel történik. Ez a többi berendezések tartós üzemeltetésének biztosításához fontos. Rendszerint zsírfogással egybekötve kerül kiépítésre. A zsír a többi szennyezőnél lassabban bomló, felúszásra hajlamos anyag lévén ugyancsak üzemeltetési problémákat okozhat. A nagyobb darabos, felúsztatható részek eltávolítása igen fontos. A tisztító biológiai terhelésének csökkentésében azonban a kommunális szennyvizeknél ez utóbbi sem jelent számottevő hányadot. A mechanikai tisztítás utolsó fokozata, az előülepítés, jelentős szerves anyag, illetőleg biológiai terhelés (BOI5) csökkentését eredményezi a kommunális szennyvizeknél. 1,5 – 2

Page 91: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

91

órás folyadék tartózkodási idő esetén a nyers víz KOI és BOI5 értékekben mérhető szennyezettsége mintegy 25-30 %-al csökken. A medence fenekéről a kiülepedő rész primer iszap formájában kerül elvételre és további feldolgozásra. Az előülepítéssel a nyers szennyvíz TKN-ben mérhető nitrogén szennyezettsége is mintegy 10 %-al csökken. A foszfor ugyanakkor a hagyományos előülepítéssel egyáltalán nem távolítható el a tisztításra érkező szennyvízből. A primer iszap szerves anyagának, illetőleg a vele eltávolításra kerülő kisebb részarányú nitrogénnek a következő biológiai tisztítási fokozatnál biológiai terhelés csökkentő hatása van, tehát szükségszerűen megfelelő tisztítási kapacitás igény csökkenést is jelent. Ezért is vált a nagyobb szennyvíztisztító telepeken az előülepítés általánossá a korábbi évtizedekben. Az előülepítés biológiai terhelés csökkentő hatása tovább fokozható a finom kolloid részek vegyszerrel történő egyidejű koagulációjával, flokkulációjával. A gyakorlat bizonyította, hogy mintegy 20-30 mgFeCl3/l és 0,2 mg anionaktív polielektrolit/l adagolásával az előülepítésnél a BOI5 csökkentés 45-65 %-ra növelhető. A vegyszerdózis további növelésével (~150-200 mg FeCl3 / l ) 70-75 %-os BOI5 csökkentés is elérhető. Egyidejűleg a nagyobb vegyszerdózis (~ 1,5 – 2 ekv. Me3+/ekvivalens (PO4)3-) a foszfor gyakorlatilag teljes eltávolítására is lehetőséget biztosít. A kis dózisú vegyszeres előülepítés ugyanakkor csak korlátozott foszfor-, de viszonylag jelentős szerves anyag eltávolítást biztosít. Egyértelmű tehát, hogy nagy vegyszerdózis esetén a klasszikus III tisztítási fokozat foszfor eltávolítási lépcsője kerül előrehozatalra az I fokozat utolsó lépcsőjébe. A nagy dózisú vegyszeres koaguláltatás a TKN csökkentést is mintegy 15-25 %-ra növeli ugyan, de a visszamaradó rész eltávolítása ilyen esetben bármilyen kiépítésű biológiai rendszernél is gondot fog okozni a denitrifikációhoz szükséges szerves tápanyag relatív hiánya, a szennyvíz kis BOI5 : TKN aránya miatt. További kellemetlen következménye a nagy vegyszerdózisnak a lényegesen több primer iszap keletkezése. Ennek részben a feldolgozása lesz nehézkesebb (nagy szervetlen anyag hányad), költségesebb, részben az iszap vegyszertartalma, esetleges nehézfém kontaminációja jelenthet gondot végső maradékának elhelyezésénél. A mezőgazdasági újrahasznosítás ilyen iszapoknál rendszerint megoldhatatlan. Az előülepítés a biológiai továbbtisztításra kerülő szennyvíz BOI5 : N , illetőleg BOI5 : P arányát is jelentősen csökkenti. A kisebb szerves anyag mennyiség később, a biológiai tisztításnál, a denitrifikációhoz és foszfor akkumulációhoz szükséges tápanyag csökkenését, s ezzel azoknak a folyamatoknak a korlátozását eredményezi. Az utóbbi miatt napjaink fokozódó nitrogén és foszfor eltávolítási igénye hatására a korszerű biológiai tápanyag eltávolítást biztosító tisztítóknál az előülepítés elhagyását javasolják. Kérdéses lehet mindezek alapján mit is kell érteni a mechanikai tisztítás kapacitása alatt. Célszerű lenne már itt is elválasztani az előülepítők kapacitását a többi műveletekétől, mivel az előülepítő láthatóan akár el is hagyható. Ezzel szemben a rácsok / szűrés, valamint a homok és zsírfogó kapacitását minden esetben a maximális vízhozamra kell tervezni. Itt is kérdéses lehet azonban, hogy mekkorára becsülhető a maximális vízhozam. Egyes nyugat-európai országokban ezt a kritikus értéket - biztonsági okokból – egyesített rendszerben az átlagos vízhozam ötszöröseként írják elő a tervezéshez.

Page 92: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

92

A reális felméréshez az előülepítés tényét azonban a mechanikai tisztítás részeként mindenképpen meg kell adni. Azt követően a biológiai tisztító szerves anyag terhelése már mintegy 30 %-al kisebb lesz, így annak hidraulikai terhelése ugyanilyen mértékben növelhető. Az előülepítő méreteinek pontosítása azért szükséges, mert az határolja be, hogy valójában mennyi nyers szennyvíz előülepítésére képes, illetőleg mennyi szennyvízre vonatkozóan lehet a biológiánál a megnövelt hidraulikai kapacitással számolni, ha az adatok megadására a hagyományos hidraulikai kapacitás formájában van szükség. A biológiai szennyvíztisztító pontos kapacitását mindig az arra érkező szennyvíz átlagos szerves anyag, vagy BOI5 szennyezettsége, tápanyagterhelése ismeretében kell megadni. A hidraulikai kapacitás meghatározásához azután a szennyvízhozam ismerete szükséges. A biológiai rendszer kapacitása tehát elsődlegesen a tápanyagellátás függvénye, s csak másodlagosan a hidraulikai terhelésé. A továbbiakban ennek ellenére a biológiai kapacitások becsléséhez mindig nyers, előülepítetlen szennyvízre érvényes fajlagos értékek kerülnek megadásra. Megfelelő előülepítés esetén ez az érték mintegy 30 % százalékkal növelhető. Biológiai úton történő szerves anyag eltávolítás A szennyvíz biológiai tisztítása során részben szerves anyag szennyezettségének (BOI5), részben ammónium, szerves nitrogén, nitrát, valamint foszfor tartalmának eltávolítására, iszapba történő beépítésére, akkumulációjára kerül sor. A tisztítás során végbemenő átalakításokat, valamint az azokat végző mikroorganizmus (MO) csoportokat a 2. ábra mutatja be. Ugyanott a tisztítás technológiájának kialakítása, a biológiai átalakítás és az eleveniszap (élő mikroorganizmusok, elhalt sejtek maradványai, adszorbeált szerves anyagok és kiszűrt szilárd ásványi részek együttese) elválasztása, recirkulációja, illetőleg a fölösiszapnak az elvétele is jól látható. Ha a biológiai tisztítás csak szerves anyag eltávolítást végez, a levegőztető medence viszonylag nagyobb relatív szerves anyag (BOI5) terheléssel, s ennek megfelelően arányosan nagyobb hidraulikai terheléssel is üzemeltethető. A szerves anyagok oxidációja és iszapba történő beépítése során a mikroorganizmusoknak szükséges mennyiségű nitrogén és foszfor beépítésére, vizes fázisból történő eltávolítására is sor kerül. Az ilyen tisztításnál a szekunder iszap fajlagos hozama mintegy 0,8 kg iszap szárazanyag / kg BOI5 körüli érték. Az iszapban a nitrogén tartalom 5,5-6,5 %, míg a foszfortartalom mintegy 1,5 % körüli érték. Ezekkel a fajlagos értékekkel kiszámítható, hogy a biológiai tisztításra kerülő szennyvíz TKN és összes foszfor tartalmának is mintegy kétharmada – háromnegyede a vizes fázisban marad. A biológiai tisztítás szerves anyag (BOI5) eltávolító kapacitását azonban nem csak az eleveniszapos rendszereknél, de a számos helyen üzemelő csepegtetőtestes tisztítóknál is ki kell tudni, számítani. Az eleveniszapos rendszereknél az is előfordulhat, hogy levegőellátásuk képezi a tisztítókapacitás szűk keresztmetszetét. Ilyenkor az adott levegőztető térfogat csak a rendelkezésre álló oxigén beviteli kapacitásnak megfelelő mennyiségű szerves anyag, vagy azt tartalmazó szennyvíz tisztítására alkalmas. A szerves anyag eltávolító kapacitás becslésének lehetőségét ilyen felosztásban részletezi a 3. ábra. Mint a korábbiakból kitűnik, a szerves anyag hatékony eltávolítása a mechanikai vagy biológiai tisztításnál önmagában még nem jelenti a nitrogén és foszfor tápanyagok hasonló eltávolítását is. Ezek eltávolítása a szennyvíz régebbi megnevezés szerinti harmadfokú, vagy utótisztítása során lehetséges.

Page 93: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

93

Biológiai átalakítás Fázis szeparáció I BOI5 + O2 → (MOH ) → MOH + CO2 + H2O a mindezeket az átalakításokat végző II/a NH4

++O2 +CO2 → (MOA ) → MOA + NOx + 2 H+ mikroorganizmusok (heterotrof -H-, autotrof -A-, II/b NOx + BOI5 + H+ → (MOH ) → MOH + N2 + CO2 többletfoszfor akkumuláló heterotrof -PAH-) III/a PO4

3- + O2 → (MOPAH ) → (MOPAH∆P ) + CO2 elválasztása a vizes

fázisból, illetőleg III/b acetát → (MOPAH

∆P ) → (MOPAH ) + PO43- recirkuláltatása

anaerob anoxikus oxikus reaktorok utóülepíto

belso recirkuláció

iszaprecirkuláció

fölösiszap

Tisztítottelfolyó

Qbe

III/b II/b I + II/a + III/a Foszfor denitrif., BIO5 nitrifikáció összes MO szeparáció leadás / NOx red./ beépítés NH4

+ foszfát a vizes fázisból acetát BOI5 be- sejtekbe oxidáció felvétele felvétel építés oxigénnel +CO2 polifoszfát (PHB) beépítés energiával f (Vana/Vox) f (Vanox/Vox) f (Vox) f (Vox) f (Vox) f (v↑) -------------------------------------- továbbá f ( O2 )

2. ábra: Az eleveniszapos biológiai tisztítás átalakításai, szereplői és technológiai

sorba rendezésük. BOI5 eltávolító kapacitás becslése eleveniszapos rendszereknél A, ha van elég oxigén a teljes BOI5 szennyezettség eltávolításhoz, a levegőztetett reaktortérfogat a tisztítókapacitás meghatározója Lsp ~ 0,3 kg BOI5 / kg iszap sz.a. * d Θc ~ 3-5 d X ~ 3 g/l Kapacitás:

~ 1 kg BOI5 / m3 levegőztető térfogat * d ~ 15-17 LE / m3 levegőztető térfogat * d ~ 2,5-3 m3 kommunális szennyvíz / m3 levegőztető térfogat * d (városi)

Page 94: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

94

~ 1,5-2 m3 kommunális szennyvíz / m3 levegőztető térfogat * d (falusi tisztítóknál) B, ha a levegőztetés a szűk keresztmetszet Az oxigén-beviteli teljesítmény a tisztítókapacitás meghatározója Kapacitás: (ekkor 1 kg oxigén maximálisan kg BOI5 átalakítására elég) 1 kg O2 ~ 1 kg BOI5, illetőleg 1 kg O2 ~ 15-17 LE ~ 2,5 – 3 m3 kommunális szennyvíz / kg bevitt oxigén * d (városi)

~ 1,5 – 2 m3 kommunális szennyvíz / kg bevitt oxigén * d (vidéki szennyvíztisztítóknál)

BOI5 eltávolító kapacitás becslése csepegtetőtestes rendszereknél Ezeknél megfelelő kiépítésnél és üzemeltetésnél az oxigénbevitel nem limitáló Megengedhető terhelés: 0,4-0,6 kg BOI5 /m3 üzemeltetett töltettérfogat * d

nagyobb relatív terhelésnél az utóülepített víz nagyobb lebegő iszap tartalma határérték fölé viheti a tisztított víz KOI értékét

3. ábra: BOI5 szennyezettség eltávolító kapacitás becslése a biológiai tisztításnál

Nitrogén és foszfor eltávolítása a szennyvizek tisztításánál Öllős professzor 1995-ben a szennyvíztisztító telepek üzemeltetéséről készített két kötetes alapvető fontosságú áttekintője (II kötet 41-100. old) ide sorolja az ammónium, a nitrát és a foszfor eltávolítását. Igen meggyőzően mutatja be ugyanott ezeknek a szennyezőknek a káros hatását a befogadókra. A szennyvíz utótisztítási, vagy nitrogén és foszfor eltávolítási lehetőségei között a fizikai-kémiai és biológiai módszereket hasonló pontossággal, de meglehetősen összevontan ismerteti. Napjaink gyakorlatában azok egyértelműbben szétválaszthatók. Elmondható, hogy az ammónium strippelésének, ioncserével, vegyszeres kicsapatással vagy törésponti klórozással történő eltávolításának a kommunális szennyvizek tisztításában nincs gyakorlati jelentősége. Ugyanez igaz a nitrát ioncserével történő eltávolítására is. A nitrogén eltávolítása napjainkban egyértelműen biológiai szennyvíztisztítási feladattá vált. A foszfor teljes mennyiségének biológiai eltávolítására az esetek többségében ma már szintén lehetőség nyílhat. A szükséges rendszerkiépítés, vagy a tisztítandó szennyvíz megfelelő arányú szerves tápanyagának hiányában azonban sok helyütt vegyszeres foszforeltávolítás is történik. Napjaink ammónium, nitrát és foszfát eltávolításának gyakorlatát foglalja össze a 4. ábra.

Page 95: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

95

NH4

+ NOx- PO4

3- PO43-

Eleveniszapos tisztítása K é m i a i e l t á v o l í t á s a Nitrifi- Denitri- Biológiai Fe3+ Al3+ Ca2+

káció fikáció többlet P pH ~ 7-8 pH ~ 6,5-7 pH ~ 10 eltávolítás Biztosított biológiai átalakítások Kémiai kicsapatás függvénye elő szimultán utó ( Vana , Vanox , Vox, Θc ) primer szekunder + fázis- iszapba iszapba szeparáció Kombinált (film/eleveniszapos) 40-60% kell rendszereknél BOI5 elt. nitrif lehet elkülönített, de nitrif / denitrif. is lehet elkülönített iszatérf. 10-25% iszatérf. alig nő iszaphozam alig nő Hatékony biológiai P eltávolítás növekedés ilyenkor is kiépíthető (vegyszeres iszap) vegyszer az eleveniszapos rendszerben iszap

Nem kell biológiai kapacitás növelés, csak vegyszer- adagolás (üzemelt. költség) a III fokú tisztítás itt csak elhatározás kérdése

4.ábra: Nitrogén és foszfor eltávolítása a szennyvíz tisztítása során

Nitrifikációs kapacitás becslése Egy iszapkörös rendszereknél eleveniszapos és rögzített filmes esetben is a nitrifikáció csak akkor biztosítható, ha az iszap relatív szerves tápanyag ellátása olyan kicsi, hogy a belőle keletkező heterotrof iszaphozam egyensúlyban tartható az ammóniát oxidáló autotróf szervezetek iszapprodukciójával. Ilyenkor az utóbbiak nem mosódnak ki az iszapfázisból. Az eleveniszap a szerves anyag eltávolításéhoz (3. ábra) képest csak mintegy 2-3-szor kisebb relatív szerves tápanyag ellátottsága esetén lehetséges. A tervezés fő paramétereit és fajlagos értékeit eleveniszapos, csepegtetőtestes és hibrid rendszerekre az 5. ábra összegzi. Több iszapkörös eleveniszapos rendszerekben a táblázat számítása nem érvényes, ott az első körben továbbra is megtartható a nagy relatív BOI5 terhelés, míg a sokkal kisebb szerves tápanyag ellátású második lépcsőben szükségszerűen a nitrifikáció válik dominánssá, mint ahogy a csepegtetőtest B változatánál az 5. ábrán is látható.

Page 96: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

96

NH4-N eltávolító kapacitás becslése az eleveniszapos rendszereknél A TKN 20-30 %-át maga a fölösiszap is elviszi! Egyebekben O2 ellátásnak bőségesnek kell lenni a BOI5 és NH4-N eltávolításra is! (oldott oxigén koncentráció nitrifikációhoz átlagosan > 1-1,5 mg O2/l kell a levegőztetőben) Kommunális szennyvizek esetén: Θc ~ 10 d (közepes nagyságú telepek téli

üzembiztonságára is számolva) Javasolt iszapterhelés: Lsp < 0,1 - 0,15 kg BOI5 / kg iszap szárazaqnyag * d Θc ~ 10 nap X ~ 4 g/l Javasolt biológiai terhelés:

LVsp ~ 0,4 kg BOI5 / m3 levegőztető térfogat * d

~ 6-7 LE / m3 levegőztető térfogat * d ~ 1-1,2 m3 kommunális szennyvíz / m3 levegőztető térfogat * d NH4-N eltávolító kapacitás becslése a csepegtetőtestnél A, ha a biofilm végzi egyidejűleg a szerves anyag eltávolítást is,

megengedhető terhelés: < 0,2 kg BOI5 /m3 (üzemeltetett töltettérfogat) * d B. ha a biofilm csak nitrifikációt végez (második lépcső)

megengedhető terhelés a nitrogénterhelésre számítandó ~ 0,2-0,3 kg NH4-N / m3 (üzemeltetett töltettérfogat) * d

NH4-N eltávolító kapacitás becslése hibrid rendszereknél

megengedhető terhelés: < 0,3-0,4 kg BOI5 /m3 (levegőztetett térfogat) * d de függ a vízben levő töltet felületétől is Eleveniszapos és hibrid rendszerek hidraulikus terhelése kisebb fajlagos vízfogyasztású vidéki térségekben csak a feltüntetett érték kétharmadára tervezhető.

5. ábra: NH4-N eltávolító kapacitás becslése a biológiai tisztításnál

Denitrifikációs kapacitás becslése A nitrifikáció eredménye a nitrát és sav termelése. Mindkettő kritikus. Az első tápanyag, és veszélyforrás a csecsemőkre. A második leállíthatja a nitrifikációs folyamatokat. A pH visszaállításáról, illetőleg az eleveniszapos, vagy filmes rendszer neutralitásáról ezért gondoskodni kell azokban az esetekben, amikor a szennyvíz puffer-kapacitása a keletkező sav semlegesítésére nem elegendő. Maguknak a nitrifikáló / denitrifikáló rendszerek denitrifikációs kapacitásának a becslése az elődenitrifikációs változatra a 6. ábrán összefoglalt elveknek megfelelően történhet.

Page 97: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

97

Előfeltétele technológiában: NH4-N oxidációja (nitrifikáció)

Anoxikus térfogat keveréssel, vagy cikl. levegőztetéssel Térben cikl. rendszereknél nitrátos víz recirkulációja (Rb) Előfeltétel a paraméterekben: Vanox / Vox ~ 0,3-0,45 Θc ~ 14-15 d Rb(max) ~ 4-5 LV

sp ~ 4-5 LE / m3 összes medencetérfogat * d ~ 0,7-0,8 m3 szvíz / m3 összes medencetérfogat * d Hatásfok: (magában az oxikus részben is rendszerint mintegy 15-20%) Ri + Rb ηden = ------------------- + 15 (%) 1 + Ri + Rb ahol Ri az iszapracirkulációs arány (Qi / Qbe) Rb a belső recirkulációs arány (Qb / Qbe) Denitrifikáció a levegőztető medencében ciklikus levegőztetés esetén:

ekkor Rb = 0

t (anox)

ηden = ------------------- + 15 (%) t (teljes ciklus)

Az elődenitrifikációnál a denitrifikáció általában 70-80 % -os, ami részben a nyers szennyvíz tápanyag összetételének is függvénye (BOI5 : TKN arány)

Elárasztott hibrid rendszereknél a becslés alapelvei megegyeznek a fentiekkel

Eleveniszapos és hibrid rendszerek hidraulikai terhelése kisebb fajlagos vízfogyasztású vidéki térségekben csak a feltüntetett érték kétharmadára tervezhető.

6. ábra: NO3- eltávolító kapacitás becslése egy iszapkörös kommunális tisztítóknál

A heterotróf mikroorganizmusok hatékony denitrifikációjának alapfeltétele a 6. ábrában is feltüntetett megfelelő szerves tápanyag ellátottság, továbbá az oxigén hiánya a denitrifikáló térben, vagy ciklusban. Megfelelő mennyiségű tápanyag hiányában a denitrifikáció csak az igen lassú endogén lizis sebességével lehetséges, mivel az biztosít csak szerves tápanyagot a nitrát redukciójához.

Page 98: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

98

Biológiai foszfor-eltávolító kapacitás becslése A 2. ábra is mutatta, hogy hatékony biológiai foszforeltávolítás csak a medencesor elején kialakított anaerob reaktorterek esetén biztosítható. A 7. ábra ennek előfeltételeit tovább pontosítja, illetőleg megadja, hogy anaerob reaktorszakasz nélkül és azzal kiegészítve egy eleveniszapos rendszer milyen foszformennyiség eltávolítására képes.

Biológiai foszfor eltávolítás Előfeltétele: az anaerob reaktor, vagy medenceszakasz a reaktorsor elején

Lehet független a nitrifikáció / denitrifikációtól! (csak szerves anyag eltávolítás)

Biztosítható a szakaszos betáplálású (SBR) rendszereknél is.

A hagyományos biológia iszapjának 1,5 %-os foszfor tartalmával szemben (ami a hazai szennyvizek foszfortartalmának csak a harmadát viszi magával) az anaerob / anoxikus / oxikus terek kombinációjánál a keletkező iszap 4-6 % foszfortartalma 1-2 mg határértékig biztonsággal eltávolítja a szennyvíz foszfor tartalmát. Az utóülepítés meghatározó a lebegőanyaggal történő foszforkihordás miatt!

Hatékonysága: az anaerob térfogat arányának és a tisztítandó szennyvíz acetát vagy

kis móltömegű illósav tartalmának függvénye Vana / Vox ~ 0,1 Iszapkor igénye: Σ Θc ~ 17-20 d (+ nitrifikáció és denitrifikáció esetén) Lsp ~ 0,06-0,08 kg BOI5 / kg iszap sz.a. * d (ana+anox +ox) ~ 5-6 LE / m3 összes eleveniszapos medencetérfogat * d ~ 0,8-1 m3 / m3 összes eleveniszapos medencetérfogat térfogat * d Σ Θc ~ 5-6 d (csak BOI és foszfor eltávolítás esetén) Lsp ~ 0,2-0,25 kg BOI5 / kg iszap sz.a. * d (ana+anox +ox) ~ 13-14 LE / m3 összes eleveniszapos medencetérfogat térfogat * d ~ 2-2,5 m3 / m3 összes eleveniszapos medencetérfogat térfogat * d Eleveniszapos és hibrid rendszerek hidraulikai terhelése kisebb fajlagos vízfogyasztású vidéki térségekben csak a feltüntetett érték kétharmadára tervezhető.

6. ábra: Biológiai foszfor eltávolítás becslése az eleveniszapos rendszereknél.

Page 99: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

99

A foszfor bőséges felvételét az anaerob szakasz után tulajdonképpen már az anoxikus szakaszban megkezdik a mikroorganizmusok, de az csak az aerob szakaszban válik teljessé. Azt is megfigyelték, hogy a csak anaerob / oxikus rendszer másfélszer annyi foszfort tud eltávolítani a fölösiszap mennyiségére számítva, mint az anoxikus szakasszal, vagy ciklussal is rendelkező. Ezt a közelítő becslésnél nem érdemes figyelembe venni, hanem eleve a kisebb iszap foszfortartalomra kell tervezni a biztonság érdekében. Abban az esetben, ha szerves tápanyag (megfelelő részarányú acetát) hiányában, vagy technológiai hiányosságok miatt (mint például sok nitrát visszaforgatása az anaerob térbe) a foszforeltávolítás nem megfelelő, a szimultán vegyszeradagolás a legegyszerűbb korrekciós lehetőség. Ilyenkor a 4. ábrának megfelelően valamelyest nő az iszaphozam, de a tisztított víz foszforkoncentrációja a határérték alá szorítható. A vegyszeres foszforkicsapatás vegyszerigényének becslése A biológia foszforeltávolítás mellett - vagy azt követően - is szükség lehet a foszfor vegyszeres kicsapatására. Ezért a szükséges vegyszermennyiség számítása is fontos igényként jelentkezhet. Ez a korábban már említett egyenértéksúly aránynak megfelelően lehetséges. Egy mól PO4

3- eltávolítására, ami 32 g P eltávolítását jelenti, elvileg egy mól Fe3+,, vagy Al3+ szükséges. A vas és alumínium azonban a foszfát mellett hidroxid csapadékot is képez, ezért célszerű 100 % reagens felesleggel végezni a kicsapatást. Ez azt jelenti, hogy például a vas-III-klorid esetében 32 mg P eltávolításához 325 mg kristályvízmentes vegyszer szükséges, tehát 1 mg P eltávolításához csaknem 10 mg. Vas-III-szulfát esetében ez az arány még valamivel nagyobb. Alumínium szulfát esetén 1mg P eltávolításához elméletileg ugyancsak 10 mg körüli, míg poli-alumínium-klorid esetén ennek csak mintegy 40%-ának megfelelő vízmentes vegyszerre van szükség. A gyakorlatban persze a hazai határérték eléréséhez nem kell 100 % vegyszerfelesleget használni, így a fenti vegyszerdózis igény valamelyest csökken. A keletkező foszfát és hidroxid csapadék stöchiometrikus mennyiségeit figyelembe véve a kicsapatáskor keletkező iszapmennyiség is számítható. Mint látható ez mindig a vegyszerrel kicsapott foszfor mennyiségével, illetőleg a felhasznált vegyszerdózissal arányos. Pontosítható ez a mennyiség arra az esetre is, amikor a foszfor kicsapatása az utóülepített vízből történik, s a keletkező iszapot ismételt fázis szeparációval, esetleg homok-, vagy egyéb szűréssel távolítják el. Reális felmérés lehetősége a hazai szennyvíztisztítási helyzetéről Mint a 4. ábra is mutatja, az ammónium, a nitrát és a foszfát eltávolításának biológiai módszerét - attól függetlenül, hogy azt korábban az utótisztítás, s ilyen értelemben a III fokú tisztítás kategóriájába sorolták - kategóriába sorolás nélkül, biológiai tisztításként célszerű tárgyalni. Ennek megfelelően felül kell vizsgálni, hogy az egyes hazai szennyvíztisztító telepeinken a „biológiai tisztítás” megnevezés mit is takar. Külön-külön célszerű megadni a tisztítórendszer pontos típusát, vagy kiépítettségét, és hozzá az egyes reaktortérfogatokat, hogy ne legyen félreértés a kapacitás behatárolásában. A rendszer hatékonyságának megadása az egyes komponensek eltávolítását illetően (befolyó és tisztított víz koncentrációk), különösen a téli időszakra vonatkozóan, ugyanúgy jellemezheti a rendszert. Az eddigi hazai felmérések mindig a tisztítók névleges hidraulikai kapacitása és tényleges hidraulikai terhelése megadásával minősítették a leterheltséget. Az EU vizsgálatok ilyen tekintetben nem a hidraulikai, hanem a biológiai terhelést, illetőleg tisztítókapacitást tekintik

Page 100: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

100

irányadónak. Eszerint állapították meg a tisztítók besorolását s a tisztítás határértékeit is. A javasolt határértékeket az 1. táblázat, várható hatását a hazai tisztítóknál a 8. ábra mutat be. 1. táblázat: Az EU irányelvei a kommunális szennyvíztisztítók hatékonyságára (határértékek a tisztított szennyvízre)

Lakos egyenérték osztály /LE - 60/ 1 2 3

EK 271/91 Kategória Jellemzõk (mg/l) < 10 000 LE 10 000 – 100 000 LE >100 000 LE BOI5 25 25 25 KOI 125 125 125 Összes lebegő anyag -TSS 60 35 35 Összes nitrogén -TN* - 15** 10 Összes foszfor -TP - 2 1 * - TN = TKN + NO3-N + NO2-N ahol TKN = szerves N + NH4-N

** - vízhőmérséklet > 12 °C esetén ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tisztítási igények Magyarországon az EU 271/91 sz. javaslat elfogadásakor Nagy települések: Teljes BOI eltávolítás / nitrifikáció / denitrif. / P eltávolítás mindig mindig mindig mindig Kis települések:

Teljes BOI eltávolítás. / nitrifikáció / denitrif. / P eltávolítás mindig csak nyáron/ csak nyáron / csak érzékeny területen egyedi igény Hogyan érinti ez a hazai szennyvíztisztítás korábbi szereplőit Eddig kedvezmény volt a nagy tisztítóknak a kicsik rovására (III-VI kat.) Jövőben Szigorítást jelent a nagy tisztítókat illetően, bár a legnagyobbak (50 ezer LE feletti terhelésűek)

erre elég jól rá vannak készülve Szigorítás lesz a közepes telepeken(10 – 50 ezer LE közöttieknek –

~ 1,5 – 6 ezer m3/d - terhelésűek) de csak 12 °C vízhőmérséklet meghaladása esetén, nitrifikáció / denitrifikáció tekintetében, amikor < 15 mg ÖN /l lenne a határérték 2 mg összes P/l ezeknél mindenhol javasolt! Könnyítés lesz a kis tisztítóknál (kisebb 1,5 e m3/d) (ahol a különleges érzékenység miatt nem lesz egyedi határérték) egyébként KOI < 125 mg/l kell legyen és

nitrifikációra, ill. összes foszforra nem lesz határérték

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7. ábra: Az EU ajánlat bevezetésének következményei hazánk szennyvíztisztításnál

A 8. ábra megállapításai azonban csak tendenciájukban érvényesek. Számos hazai tisztítómű esetében a pontatlan számítás pontatlan kapacitás megadást eredményezett. Igen sok tisztítónk esetében az 1999 végén készített statisztikai felmérés biológiai tisztítókapacitás adatánál nem tisztázható, mit is takar. Különösen igaz ez azokban az esetekben, ahol III. fokozatú tápanyag

Page 101: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

101

eltávolító kapacitásként nincs semmi jelölve, pontosabban nullának tekinti azt, ugyanakkor az üzemeltetési adatok szerint esetenként teljes nitrifikáció, egészen hatékony denitrifikáció, sőt számos esetben nem csak jelentős, de szinte teljes mértékű foszfor eltávolítás tapasztalható. A hiányosság megszüntetésére, a jelenlegi szennyvíztisztítás helyzetének pontosabb megítélésére mindenképpen célszerű lenne egy újabb, a fenti szempontokat is figyelembe vevő felmérés készítése hazánkban. Ennek elkészítése a 2. táblázatban feltüntetett adatlap telepenkénti kitöltésével, s az adatlapok megfelelő feldolgozásával kivitelezhető lenne.

2. táblázat: Aktuális üzemi kapacitások felmérésének minimális adatszükséglete a

szennyvíztisztításnál ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Üzem neve: ……………………………………………………………………………… Telephelye: (helység): ……………………………………………………………… A tisztítás technológiai sémája: Határérték a befogadójukra: kategória, vagy egyedi határértékek: …… kat. /……………….. Befolyó szennyvíz átlagos napi mennyisége (m3/nap): ……………… A befolyó szennyvíz ipari részaránya (%): ………. A tisztítóba érkező szennyvíz és annak tisztított elfolyó vízének az átlagos jellemzői (mg/l): Érkező Tisztított

KOI ……….. ……….. BOI5 ……….. ……….. NH4-N ……….. ……….. NO3

- ……….. ……….. Összes P ……….. ………..

Térfogatok (m3): ……… ………. ………. ……….. ……….. Levegőztető / anoxikus / anaerob / oxikus iszapstabilizáló / anaerob iszaproth.

Előülepítő / utóülepítő …………. / ………….. Technológiai paraméterek:

Átlagos iszapkor nyáron / télen (d): ………../………. Maximális levegő / oxigén beviteli kapacitás (kg O2 /d): ………… Oldott oxigén koncentráció-szabályozás a levegőztetőben (mg DO/l): ……-……. Iszap és belső recirkulációs arány, ha ilyenek vannak: Ri= …….; Rb= ……. Levegőztetés ciklizálás megoldása, ha ilyen van (időciklusok, vagy mód):

Téli minimális vízhőmérséklet a medencékben (ºC): …….. Egyéb információ:

Jelentkezik-e téli nitrifikációs hiányosság? ……………………… Denitrifikációs probléma van-e az üzemben?…………………… Biológiai többletfoszfor eltávolítási probléma van-e az üzemben? Iszapvízből foszforkicsapatás van-e az üzemben?………………… Iszap víztelenítés típusa és a víztelenített iszap koncentrációja (% sza.): Anaerob iszaprothasztás gázának hasznosítása – típusmegjelölés: Komposztálás van-e az üzemben? ……………………… Komposzt értékesítésének módja? ………………………

Az adatmegadás dátuma: A közeljövő feladatai közé tartozik az EU irányelvvel harmonizáló szennyvíz befogadó határérték hazai rendszerének kidolgozása, a rendelkezésre álló tisztító kapacitások és üzemeltetésük pontos felmérése, majd azt követően a reális fejlesztési-, és költségigény behatárolása. Valamennyi nagyságkategóriába tartozó szennyvíztisztítónk esetében hiányos a jelenleg rendelkezésre álló felmérés. Ezzel tisztítókapacitásunk hazai és külföldi megítélése is negatív irányban tolódhat el, ami napjainkban egyáltalán nem lehet kedvező.

Page 102: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

102

Tartalomjegyzék

Eleveniszapos szennyvíztisztítási technológiák és szabályozás-igényük fejlődése 1

(Pulai J. - Kárpáti Á.) (Publikációra a Vízügyi Közleményeknél elfogadva)

Bevezetés 1 A kommunális szennyvizek teljes tápanyag-eltávolításának kialakítása 2 Nitrifikáció 3 Denitrifikáció 3 Az iszapelhelyezés korlátjai 4 Energia- és költségkímélés metanizációval 4 Csökkentett energia és szerves tápanyag igényű nitrogén eltávolítás 5

Nitrogén eltávolítás nitrit redukciójával 5 Nitrogén eltávolítás autotróf mikroorganizmusokkal történő nitrit redukcióval. 6

Szabályozás igény 6 Irodalomjegyzék 8 On-line ellenőrzés és szabályozás a szennyvíztisztításban. 10

(Pulai J. - Kárpáti Á.) (Előadás a VEAB Vízkémiai Szakbizottságában 1998 március 31.-én)

Bevezetés 10 A biológiai szennyvíztisztítás 10 Az üzemeltetés ellenőrzése, szabályozása 11 Összefoglalás 14 Köszönet 14 Irodalomjegyzék 16 Szennyvízhőmérséklet és nitrifikáció kapcsolata eleveniszapos rendszereknél. 18

(Lakicsné Molnár E. - Sulák V. - Tőzsér B. - - Kárpáti Á.) (XI. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, 1997. október 14-16. Kiadványkötet, 55-64.)

Bevezetés 18 Falusi körzeteink vízfelhasználása és vízszennyezése 19 A szennyezők átalakítása a biológiai szennyvíztisztításban 19 Téli NH4

+ oxidáció a kisebb helységek szennyvíztisztítóinál 21 Összefoglalás 27 Irodalomjegyzék 27

Page 103: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

103

Nitrifikáció javításának a lehetőségei kommunális és ipari vegyes szennyvíz többlépcsős tisztításánál. 28

(Kárpáti Á. - Pulai J.) (Nitrifikáció javításának a lehetőségei kommunális és ipari vegyes szennyvíz többlépcsős tisztításánál XV. Országos Környezetvédelmi Konferencia, 2001. Szept. 11-13. Siófok, Kiadványkötet, 94-103)

Bevezető 28 A tisztító kiépítése és működe 28 Nitrifikáció a tisztításnál 31 A korábbi jobb hatásfokú nitrifikáció okai 32 Jobb oxigénellátás várható hatása a jelenlegi technológiánál 33 Nitrifikáció javításának lehetősége az egyes iszapkörök terhelésének a módosításával 34 Összefoglalás 37 Nitrogéneltávolítás növelése kis KOI/TKN arányú szennyvíz tisztításánál 38

(Kárpáti Á. - Kiss J. - Balaskó L.) (MHT XIII. Vándorgyülése, 2000. július 5-6, Veszprém, 204-216.)

Összefoglalás 38 1. szennyvíztisztítás a korábbi években 38 1.4. Relatív iszapterhelés és tápanyag-ellátottság 39 1.5. Nitrifikáció az üzemeltetésnél 40 1.6. Savtermelés és semlegesítés 41 1.4. Denitrifikáció 41 2. A rekonstrukció utáni helyzet 42 2.1. Az elődenitrifikáció hatása a tisztítóban 42 2.2. Nitrifikáció és denitrifikáció az új üzemeltetésnél 44 2.3. Foszfor adagolás és esetleges utódenitrifikáció 46 Konkluzió 47 Irodalomjegyzék 47 Eleveniszapos lépcső kiépítése csepegtetőtestek után a hazai és európai normák teljesítése érdekében. 48

(Pulai J.- Kovácsné Benkó Zs. - Rajhona J. - Kárpáti Á.)

(XIV. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, 2000 szept. 19-21 Kiadványkötet)

Bevezetés 48 A szennyvíztisztító telep átalakítás előtti állapota 48 A rekonstrukció 49 A csepegtetőtest recirkulációja módosításának hatása 52 Az eleveniszapos rész bekötésének hatása 52 Az előlevegőztető és a csepegtetőtestet követő eleveniszapos rész respirációs vizsgálata 54 A Dortmundi - medence oxigén felvételi sebességének vizsgálata 54 Előlevegőztető medence vizsgálata 56 Irodalom 57

Page 104: 04-KárpátiÁ_A szennyvíztisztítás szabályozás igénye

104

A szennyvíztisztítási igény változása Magyarországon az EU harmonizációval 58 (Pulai J – Egyed J – Kárpáti Á.)

(Harmonisation of the Hungarian discharge limits with the EU Guidelines – Sewage treatment capacity and actual loads in Hungary in year 2001. J. EWPCA, 4(2)1-9.)

Kivonat 58 A tisztítási igény szabályozása és várható hatása 58 A pannonvíz-rt. kis kapacitású szennyvíztisztítói és üzemeltetésük. 61

Ciklikusan levegőztetett, egy reaktorteres rendszerek 63 Kétlépcsős, két iszapkörös szennyvíztisztítás 65

SBR típusú tisztító 65 A vizsgált kis kapacitású telepek üzemeltetési tapasztalatai 67 Nagy kapacitású hazai szennyvíztisztítóink hatékonysága 69 Összefoglalás 73 Köszönet 73 Hivatkozások 73 A szennyvíztisztítás környezetbarát lehetőségei ritkábban lakott térségekben 74

(Kárpáti Á.) (VÍZMŰ Panoráma VIII. (3) 9-15.)

Bevezetés 74 1. A szennyvíz elhelyezése környezetünkben 74 2. Szennyvíztisztítás csatornázott területeken és közvetlen környezetükben. 75 3. Nem csatornázott területek szennyvizei tisztítási és elhelyezési lehetőségei 76 4. Az elöntözhető víz mennyiségének a számítása 77 5. A tápanyagterhelés számítása 78 6. Az öntözés, elszivárogtatás szabályozása 79 7. A szennyvíztisztítás kiegyenlítése, szabályozása 79 8. A tisztítás térfogatigénye 82 Összefoglalás 83 A hazai szennyvíztisztító kapacitás reális felmérésének problémái 84

(Kárpáti Á.) (VÍZMŰ Panoráma VIII. (3) 9-15.)

Összefoglalás 84 A klasszikus megnevezések és kialakulásuk. 84 Mechanikai tisztítás 85 Biológiai úton történő szerves anyag eltávolítás 87 Nitrogén és foszfor eltávolítása a szennyvizek tisztításánál 88

Nitrifikációs kapacitás becslése 90 Denitrifikációs kapacitás becslése 91 Biológiai foszfor-eltávolító kapacitás becslése 93

A vegyszeres foszforkicsapatás vegyszerigényének becslése 94 Reális felmérés lehetősége a hazai szennyvíztisztítási helyzetéről 94