Membrántechnika alkalmazási lehetőségei ipari szennyvíztisztításban

Átírás

1 VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 Membrántechnika alkalmazási lehetőségei ipari szennyvíztisztításban Tárgyszavak: szennyvízkezelés; ipari szennyvíz; membrántechnika; víztakarékosság A szerves anyagokkal szennyezett ipari és háztartási szennyvizeket az előírásoknak megfelelően biológiai úton tisztítják. Az eljárások célja a szennyvíztisztításra vonatkozó törvényes követelmények teljesítése és a káros környezeti hatások megakadályozása. A szennyvíz kibocsátására vonatkozó követelmények szigorodása miatt a szennyvíztisztítási költségek növekednek, és ez különösen jelentős az ipari szennyvizeknél. Ugyancsak emelkedik az ivóvíz ára és ezért fontos a víztakarékosság és a vízvisszanyerés, amelyek céljai: a környezetvédelem, a vízkészletek védelme, a termelés gazdaságossága. Az ismertetésre kerülő membrántechnika nagyüzemi alkalmazásával a jövőben a keletkező évi m 3 szennyvíz 90%-a recirkulálható és a termeléshez felhasználható. A megtakarítás az ivóvíznél és a szennyvíznél kb. évi 1,5 M DEM. A berendezés elve, az eljárás leírása Az 1. ábra ismerteti az üzemi szennyvíz tisztítására biológia derítőberendezést üzemeltető vegyi üzem szennyvíz-visszanyerésére és újrafelhasználására szolgáló kombinált koncepciót, amelyet a különböző műszaki területekre fejlesztettek ki. Az utóderítő medencéből távozó vízből első lépésként ultraszűréssel (UF) a kb. 0,01 µm pórusméretű UF-szűrő eltávolítja a szilárd anyagokat, baktériumokat és egyéb részecskéket. A szűrhetőség javítására flokkulálószert adagolnak a szűrendő vízhez, ennek mellékhatásaként foszfát válik ki. Az átbocsátóképesség fenntartására a membránokat meghatározott időközökben öblítik, illetve vegyi úton tisztítják. Az ultraszűrés után aktív szenes szűrővel eltávolítják az oldott szerves vegyületeket. Ezzel a művelettel csökkenteni kell a KOI-értéket, hogy a következő,

2 fordított ozmózis művelet maradékában minimális legyen a KOI-terhelés. Az aktív szenes szűrő mint biológiailag aktív szűrő működik, ezáltal az elvezetett vízben nagy lehet a csiraszám. Ezt követően a baktériumok eltávolítására UI-csírátlanítást (ultraibolya) végeznek, amire azért van szükség, hogy baktériumtelepek kialakulása ne akadályozza biológiai bomlás miatt a fordított ozmózist. tisztítóberendezés kémiai tisztítás ultraszűrés öblítővíz ultraszűrés-szürletének befogadója visszaöblítő víz aktív szén UI-csírátlanítás lerakódásgátlás kémiai tisztítás fordított ozmózis fordított ozmózis szűrletének befogadója vízelvezető üzemvíztartály levegőztető regeneráló vegyszerek vízlágyítás kazántápvíz termék 1. ábra Általános folyamatábra A szennyvíz sótartalmának csökkentésére kétfokozatú fordított ozmózis berendezés alkalmazását irányozzák elő, amely max. 16 bar üzemi nyomással

3 és kb. 85%-os kitermelési hatásfokkal működik. A membránokat időszakonként tisztítják. Az átbocsátott víznek egy részáramát a termelés célját szolgáló 3 gőzkazán tápvizeként hasznosítják. Az üzembiztonság javítására levegőztető és a maradék keménység eltávolítására ioncserélő berendezés használatát irányozzák elő. A tisztított szennyvíznek a gyártási folyamatban történő újrahasznosítása céljából az ultraszűrésből és a fordított ozmózisból távozó vizet meghatározott keverési arányban adagolják a gyártási folyamathoz használt vízhez. Az egyes műveletekben olyan kémiai fizikai folyamatok mennek végbe, amelyek a semleges sók koncentrációjának növekedését okozzák, és ezért nem lehetséges a teljes vízmennyiség újrahasznosítása. A rendszer károsanyag-tartalmának csökkentésére a fordított ozmózis maradékot a vízelvezetőbe bocsátják. Az újrahasznosító berendezésben keletkező egyéb szennyvizeket az üzemi tisztítóberendezésbe vezetik vissza. Az újrahasznosító berendezés alkalmazásával jelenleg a szennyvíznek kb.10%-a kerül kibocsátásra. Lényegesen csökken a KOI-, a nitrogén- és foszfortartalom és a maradék szilárd anyagot nem tartalmaz. Üzemi kísérletek Tisztítási célok Az elérendő tisztítási értéket mint célértékeket, az üzem vízrendszerének a jellemző adatai alapján állapítják meg, kiegészítve a sószegény kazántápvíz követelményeivel. A kísérleti berendezés 5 hónapi működése alatt elért tisztítási teljesítményt az 1. táblázat ismerteti. Minden paraméterben az előirányzottnál lényegesen kedvezőbb tisztító hatást értek el. A tisztítás célja és hatásfoka 1. táblázat Paraméter Egység Bevezetés Elvezetés Célérték Hatásfok KOI mg/l % TOC mg/ll % Foszfor mg/l 1,55 0,01 0,1 99% Nitrogén mg/l 38 4 <10 89% Vas mg/l 0,14 0,01 0,5 0,1 93% Összes keménység (német) k 11 0,02 0,03 99% Vezetőképesség µs/cm % SAK 254 m % Zavarosság FNU 12 nem mérhető

4 Eredmények Az üzemi kísérlet folyamán vizsgálták az eljárás összesített eredményét és rendszer egyes részfolyamatainak tisztítási teljesítményét a következő célok figyelembevételével: a folyamat szükségessége a cél teljesítéséhez, a berendezés bemérésének optimalizálása, az üzemanyag-fogyasztás minimalizálása. A 2 4. ábrák szemléltetik az eljárási folyamatok tisztítási teljesítményét az előirányzott minőségi paraméterekre vonatkoztatva. A tisztítási hatásfok adatok az eljárási művelethez bevezetett koncentrációkra vonatkoznak. Az ultraszűrés (2. ábra) teljesen eltávolítja az oldhatatlan anyagokat, ezek a csirák és paraziták, a zavarosság paraméter teljesen megszűnik. A szilárd anyagokhoz kötött oldhatatlan szerves anyagoknak, amelyek mennyiségét a KOI, TOC és SAK paraméterek jellemzik, kb. 50%-a kerül eltávolításra. Az előzetes flokkulálószer-adagolás a foszfáttartalmat kb. 70%-kal csökkenti. Az ultraszűrés nem változtatja meg a víz keménységét és vezetőképességét. Az ultraszűrés átbocsátási sebessége 60 l/(m 2 h), a nyomásveszteség 0,3 0,5 bar. Az aktív szenes szűrő (3. ábra) feladata az oldott szerves vegyületek redukálása az ultraszűrés és a fordított ozmózis között. Az aktív szenes szűrő a TOC 15%-át, a KOI kb. 22%-át és a SAK kb. 37%-át adszorptív, illetve biológiai lebontással eltávolítja. Az 1,2 m töltetmagasságú aktív szenes szűrő tisztítási teljesítménye 6 m/h átbocsátási sebességnél a kísérlet időtartama alatt állandó volt tisztítási hatásfok, % KOI TOC P N összes keménység vezetőképesség SAK zavarosság paraméter 2. ábra Ultraszűrés

5 tisztítási hatásfok, % KOI TOC P N összes keménység vezetőképesség SAK zavarosság paraméter 3. ábra Aktív szenes szűrő tisztítási hatásfok, % KOI TOC P N összes keménység vezetőképesség SAK zavarosság paraméter 4. ábra Fordított ozmózis A vezetőképesség a fordított ozmózisnál 96%-kal csökken (4. ábra) és a víz összes keménysége közel teljes mértékben eltávolításra kerül. A nitrogéntartalom az első két műveletnél 14%-kal a fordított ozmózisnál további 76%-kal csökken. A kis nyomású membránokkal működő kétfokozatú fordított ozmózis átbocsátási sebessége 30 l/(m 2 h), a nyomásveszteség 8 11 bar.

6 Az üzemi kísérletek alapján megállapítható, hogy az eljárással műszakilag megvalósítható a szennyvíz újrahasznosítása, és ehhez a tisztított víz minőségi követelményei miatt valamennyi tisztítási eljárási műveletre szükség van. A tisztítási hatásfok minden paraméternél több, mint 80% volt. A berendezés összes műveletének tisztítási hatásfoka az 1. táblázat látható. Az eljárás gazdaságossága Az üzemi kísérletek alapján megállapították, hogy az eljárással elérhető az előirt vízminőség és egy 70 m 3 /h teljesítményű nagyüzemi berendezés üzemköltségei kedvezőek lesznek. A kísérlet folyamán különös jelentősége volt a membránok tisztítási intervalluma és a nyomásveszteség kedvező kialakításának. A membránok tisztítási intervalluma a vegyszerköltséget, a nyomásvesztesége az energiaigényt jelentősen befolyásolja. A költségszámítás nem tartalmazza a munkadíjat és a beruházási költséget (2. táblázat). Üzemköltségek 2. táblázat Üzemeltetési eszközök DEM/év DEM/m 3 Energia ,05 Vegyszerek ,07 Anyagok (aktív szén, membrán tartalék alkatrész) ,26 Üzemeltetési költségek ,38 Az előirányzott alkalmazás esetén az ivóvíz-felhasználás és a szennyvíz mennyisége évi m 3 -rel csökken, és ennek megfelelően csökken a vizdíj és a szennyvízdíj. Ez az újrahasznosító berendezés üzemköltségének a figyelembevételével évi 1,5 M DEM megtakarítás eredményez. Az ismertetett szennyvíz-recirkulációs koncepcióval, amelynek a megvalósítását támogatja az EU-LIFE program Európai Bizottsága, a szennyvíz 90%-át termelési célra vissza lehet nyerni. Ez elősegíti a környezet és az ivóvízkészletek védelmét és csökkennek az üzemköltségek. (Dr. Balázs Ádám) Lenski, H.; Sauer, U.; Staud, E.: Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten der Membrantechnik in der weitergehenden Reinigung eines Industrieabwassers. = Das Gasund Wasserfach Wasser-Abwasser, 142. k. 7. sz p Zoh, K. D.; Stenstrom, M. K.: Application of a membrane bioreactor for treating explosives process wastewater. = Water Research, 36. k. 4. sz febr. p Moulin, P.; Allouane, T. stb.: Treatment and valorisation of an industrial effluent by pervaporation. = Journal of Membrane Science, 197. k sz márc. 15. p

7 EGYÉB IRODALOM Béres Gy.: A legújabb fejlesztésű Uponor termékrendszerek és technológiák alkalmazása a szennyvízcsatorna építés és rekonstrukció területén. = Magyar Építőipar, sz. p Molnár F.: Magyarország vízellátásának helyzete, figyelemmel az EU csatlakozásra. = Magyar Építőipar, sz. p Vágás I.: Az ezredforduló árhullámai a Tiszán. = Magyar Tudomány, 46. k. 8. sz p Hamar D.; Nemere P.: Korszerű szennyvíztelepi megoldás. = Műszaki Magazin, 11. k. 10. sz p Székely T.; Boholt O.: Az Aranyos folyó szennyeződési problémái. = Természet Világa, 132. k. 10. sz p Hajtó Ö.: Települési csapadékvíz elvezetés. = Magyar Építőipar, sz. p Kiss I.; Bihari Z. stb.: Különösen veszélyes ipari szennyvizek hasznosítása értékes biomaszsza termelésére. = Technika, 44. k. 9. sz p Tervezet a vízszennyező források kibocsátási határértékeiről. = Bőr- és Cipőtechnika, 51. k sz p Hajós B.: A vízgazdálkodás országos koncepciója = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k sz p Váradi I.: A vízkárelhárítás stratégiája a XXI. század kezdetén. = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k sz p Horváth Lné.: A vízközmű-szolgáltatás jelene és jövője Magyarországon. = Ökológia Környezetgazdálkodás Társadalom, 11. k sz p Bíróné, Szilágyi E.; Turnerné, Tomena O.: Ipari szennyvízkezelők korrózióvédelme. = Korróziós Figyelő, 41. k. 5. sz p Somlyódy L.: A hazai vízgazdálkodás stratégiai kérdéseinek összefoglalása. = Vízügyi Közlemények, 82. k sz p Simonffy Z.: A hazai vízigények és vízkészletek áttekintése stratégiai szempontból. = Vízügyi Közlemények, 82. k sz p Somlyódy L.: A jelenlegi vízgazdálkodásról. = Vízügyi Közlemények, 82. k sz p Somlyódy L.: A víz és a vízgazdálkodás. = Vízügyi Közlemények, 82. k sz p