Vízvédelem. Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák. Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák

Átírás

1 Vízvédelem AJNB_KMTM_ /2019-es tanév II. félév Szennyvíztisztítás: Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák a szerves anyag lebontása energiaigényes levegőbevitel nélkül, a természetes öntisztulási folyamatokra alapozva valósul meg ugyanúgy mikroorganizmusok végzik a lebontást oxigén utánpótlás lassúbb: diffúzió algák fotoszintézise makrofitonok fotoszintézise hosszabb tartózkodási idő nagyobb helyigény Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák beruházási, működési költségük kisebb, mint az eleveniszapos technológiáké működtetésükhöz különösebb szaktudás nem kell energiaigényük csekély zömében környezetbe illő, környezetbarát technológiák korábban a biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítására eleveniszapos biológiai fokozat kiváltása házi szennyvíztisztítás háztartási szemétlerakó helyek csurgalékvizének tisztítása Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Szilárd hordozójú rendszerűek: szennyvízszikkasztás szennyvízöntözés homok- vagy talajszűrés gyors beszivárogtatás gyökérzónás/növényágyas szennyvíztisztítás az üzemi vízszint a felszín alatt van eljárások közti különbség: makrofitonok részvétele, megengedhető fajlagos terhelés nagysága Szennyvízszikkasztás a világon a legelterjedtebb természet-közeli módszer USA: 20 millió db családok, kisebb közösségek szennyvizének kezelése csatornázatlan területeken a szerves anyag, lebegő anyag és a foszfor eltávolítása közel 100%-os, az ammónium teljes mértékben nitrifikálódik, az összes nitrogén eltávolítása kb. 40% helytelenül megépített szennyvíztároló aknák (szikkasztóként működnek) talajvíz szennyezése 3 rész: előülepítő biológiai tisztítást biztosító egység felszín alatti elosztó csőhálózat Szennyvízöntözés oxidációs tavakban vagy más módon biológiailag tisztított szennyvizet haszonnövény kultúrák öntözésére használják a száraz területeken elterjedt utótisztítási eljárás (nagy párolgás miatt azonban talaj elszikesedhet!) hidegebb éghajlaton: szennyvíztározó tó szükséges nehezen szabályozható a növények tényleges tápanyagszükségletének fedezése is, ezért fennáll a talajvíz szennyezés veszélye (főként a nitrát szennyezés) a nyitott rendszer miatt a tisztított víz minősége nem ellenőrizhető elterjesztését nem javasolják, csak egyedi specifikus alkalmazások hazánk: nyárfás szennyvíz elhelyezés 1

2 Magyarországi gyakorlat Árkos elosztás Drénhálózat Talajszűrés és lassú homokszűrés Gyors beszivárogtatás az öntözéses szennyvíztisztításhoz hasonló kis terhelésű módszer különbség: legfontosabb cél a szennyvíztisztítás száraz területeken a talajvízhiány pótlása is kiegészítő cél a talaj vízvezető képessége határozza meg az alkalmazható legnagyobb hidraulikai terhelést talajszűrés: nyitott rendszer, a tisztítás hatékonyságáról kevés adat lassú homokszűrés: zárt rendszer (homokszűrő árok vagy mező) a lassú homokszűréstől csak a hidraulikai terhelésben tér el a nagy hidraulikai terhelhetőség miatt helyigénye kicsi tisztítási mechanizmus hasonló szennyvizet egy homokkal töltött földmedencébe engedik, az átszivárgás során tisztul meg vegetáció jelenléte nem szükségszerű, de ha van, jelentősége a tápanyag eltávolításban sokkal kisebb, mint a homokszűréses eljárásban szakaszos üzemeltetés (terheléses és száraz periódusok szűrőágy eltömődésének veszélye csökken) talajvíz felé általában nyitott (megsüllyesztik vagy drénezik a talajvíztükröt) hatékonyság megfelelő, így ha szigetelés vagy pl. vízzáró altalaj biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítása ülepített szennyvíz tisztítása Gyökérzónás/növényágyas tisztítás az egyik legelterjedtebb természet-közeli szennyvíztisztítási technológia földmedencében lévő szilárd hordozóra (talaj, homok, sóder, kő) vízi-, mocsári növényeket telepítenek ülepített vagy biológiailag tisztított szennyvizet vízszintes vagy függőleges irányban átvezetik a szűrőágyon a tisztított szennyvizet összegyűjtik, elvezetik növényzet szerepe: oxigénutánpótlás a talaj vízvezető képességének megőrzése a talajpórusok elzáródásának megakadályozásával (megnövekedett baktérium tömeg elzárja a pórusokat) a tápanyagfelvétel kevésbé fontos talajbaktériumok élettevékenysége a fő alkalmazás: LE, elválasztott csatornahálózat kiszolgálása egyedi szennyvíztisztító kisberendezések (50 LE, kb. 8 m 3 /nap) 2

3 Gyökérzónás/növényágyas tisztítás (folyt.) Előtisztítás (ülepítő-, oldómedencék) (feliszapolódás, szagártalom, elosztó kavicsréteg eltömődése) Növényágy talajtest: homokos kavics, áteresztő képesség: k= m/s vízzáró szigetelés a növényágy fenekét a legmagasabb ismert vízszint sem érheti el vízszintes átfolyású növényágy: 50 cm talajtest függőleges átfolyású növényágy: 80 cm talajtest vízszintes felület fagyvédelem Kacorlak: nádágy Zalakaros, Zalakomár: nemes-nyáras Vízszintes felszín alatti átfolyású gyökérmező hosszmetszete mechanikailag tisztított szennyvíz, 2. elosztó zóna nagyméretű kövekkel, 3. szigetelő fólia, 4. töltet (talaj, kavics, homok, vagy zúzott kő), 5. növényzet, 6. az elfolyó víz gyűjtőcsöve, 7. gyűjtő zóna nagyméretű kövekkel, 8. a vízszint a túlfolyó magasságának állításával szabályozható, 9. elfolyó víz A leggyakrabban ültetett növényfajok: nád (Phragmites australis), pántlikafű (Phalaris arundinacea), vízi harmatkása (Glyceria maxima), gyékény (Typha sp.), sás, káka, kardliliom, békalencse 8 Nád-gyökérzónás, függőleges átfolyású tisztító szerkezete SZAKASZOS BETÁPLÁLÁS A TELJES FELÜLETEN KEMÉNY CSŐ PERFORÁLT CSŐ durva homok 25 cm 6 mm mosott kavics 12 mm mosott ~ 8 cm kavics ~ 15 cm mm mosott kavics ~ 10 cm ~ 15 cm GRAVITÁCIÓS VÍZELVEZETÉS 1 %-OS LEJTÉS DRAIN CSŐ LDPE SZIGETELŐ HÁLÓZAT NAGY KÖVEK tisztítás szakaszos ütemben talaj pórustere újra megteljen levegővel Gyökérzónás/növényágyas tisztítás korábban nem voltak egységes tervezési és működési irányelvek működtetési paraméterek közt jelentős különbség szennyvíz tartózkodás ideje: 1 nap - 2 hónap fajlagos felületigény: 0,9 m 2 /LE - 23 m 2 /LE eltávolítási hatásfokukra vonatkozóan is elég szélsőségesek az adatok BOI 5 : 51-96% LA: 60-98% N: 10-88% P: 11-94% 3

4 X. VII.-IX. balról jobbra IV.-VI. balról jobbra I.-III. balról jobbra Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Vizes rendszerűek: csörgedeztetéses rendszer (overland flow) szennyvíztisztító tavak - ülepítő (anaerob) tavak - nem levegőztetett (fakultatív tavak) - levegőztetett (aerob) tavak - utótisztító tavak úszó- vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás természetes vagy mesterséges nádastó (wetland) üzemi vízszint a felszín felett vízinövények (algák, makrofitonok) aktív részvétele Csörgedeztetéses rendszer átmenetet képez a szilárdalapú és vízalapú rendszerek között általában teraszos vagy lejtős terepadottságok esetén alkalmazzák a szennyvíz a talaj fölött vékony rétegben lefelé folyva tisztul meg különböző folyamatok révén: kiülepedés, adszorpció, szűrés, koprecipitáció (több komponens együttes leválása, kicsapódása), mikrobiális átalakulás és lebomlás a terület aljára érkező szennyvizet összegyűjtik és elvezetik hazánkban nem alkalmazzák Tavas szennyvíztisztítás Alkalmazás: házi szennyvíz v. ahhoz hasonló ipari szennyvíz tisztítására tápanyag eltávolításban fő szerep: algák A szennyvíztavak előnyei: Csörgedeztetés tájba illő kialakíthatóság egyszerű, költségkímélő építési mód kevés gépi szükséglet csekély karbantartási költség a rendszeres üzemeltetési ellenőrzés mellett évente v. többévente jelentkező iszapeltávolítási igény nagy pufferkapacitás lehetőség csapadékvíz együttes kezelésére is 4

5 Tavas szennyvíztisztítás A szennyvíztavak hátrányai: viszonylag nagy területigény ingadozó tisztítási teljesítmény az évszak- és időjárásfüggő változások miatt szagártalom lehetősége alkalmanként nagy algafejlődés, nemkívánatos algaelúszás eltávolítási hatásfok: BOI 5,KOI: 80% körüli, a szezonális ingadozás kicsi N, P: 40-50%, a szezonális ingadozás nagy A szennyvíztavak típusai Ülepítő (anaerob) tavak: Heréd község (Hatvan közelében) összegyűjtött szennyvizének megtisztítását egy természetközeli, oxidációs tavas tisztítórendszer végzi nyers szennyvízből ülepíthető anyagok leválasztása, leülepedett iszap rothasztása csapadékvíz kezelés is tófenék mélypont felé lejt (h 1,5 m) rézsűburkolás bevezetéshez: elosztó berendezések (merülőfal, terelőfal) rács és homokfogó előtte 50%-os szerves szennyeződés csökkenés iszap kitermelés: rendszerint évente altalaj védelme, szigetelés átfolyási idő: legalább 1 nap V LE 0,5 m 3 /LE A szennyvíztavak típusai Nem levegőztetett (fakultatív) szennyvíztavak nagy kiterjedés, csekély mélység (kb. 1 m) 1000 LE alatt A LE 15 m 2 /LE biológiai tisztítás; csapadékvíz kezelése is O 2 bevitele csak természetes folyamatok által (klíma-függő) felső vízréteg rendszerint aerob fenekén ill. bevezetésnél: anaerob lehet 2-3 egységből álljon bevezetéseknél elosztó berendezések kifolyásoknál merülőfalak, szűrőgátak: úszó- és lebegő anyagok visszatartása átfolyási idő: 20 nap összekötő- és kifolyási berendezések: hetente ellenőrzés, tisztítás iszapeltávolítás: több évente 5

6 A szennyvíztavak típusai Levegőztetett (aerob) szennyvíztavak nyers v. mechanikailag tisztított szennyvízzel táplálják biológiai tisztítás műszaki levegőztető berendezés területigény csökken 5000 LE alatt célszerű két egymás után kapcsolt egység vízmélység: 1,5-3,5 m átfolyási idő: legalább 5 nap tisztító és fenntartási munkák iszapeltávolítás: 4-10 évente A szennyvíztavak típusai Utótisztító tavak biológiailag tisztított szennyvizekkel táplálják lebegő anyagok, maradék szerves terhelés, szervetlen tápanyagok, higiéniai állapot javul rendszerint mesterséges levegőztetés nélkül 1-2 m-es vízmélység holt terek ne legyenek (alga-elszaporodás) célszerű a tófelületet több független tóra osztani 1-5 napos átfolyási idő 5-10 évente iszapeltávolítás Úszó- vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás tápanyag eltávolításban fő szerep: makrofitonok vízililiom,úszó kagylótutaj, papagájfű, békelencse, süllőhínár, aprólevelű átokhínár, kanadai átokhínár stb. a növények sűrű gyökérzetén rögzül a baktériumtömeg növényeket rendszeresen aratják előny, hogy a hidraulikai terhelésingadozásokra kevésbé érzékeny, az eltömődés veszélye nem áll fenn ha a növényfedettség 100%-os, algásodás nem jelentkezik hátrány: vízinövények felszíni vizekbe is szétterjedhetnek ülepített és biológiailag tisztított szennyvíz tisztítására is vízililiom Piscia Tratiotes (úszó kagylótutaj) Alternanthera sp. (papagájfű) 6

7 Élőgépes szennyvíztisztítási technológia (Living machines) Lemna sp. (békelencse) Myrophyllum heterophyllum (süllőhínár) Elodea nutallii (aprólevelű átokhínár) Elodea canadensis (kanadai átokhínár) Élőgépek-metszet (sorba kapcsolt reaktorok, mindben más típusú baktériumok más-más szennyeződéstől tisztítanak: aerob, anaerob, anoxikus körülmények) Élőgépek rendszer technológiai ábrája. 1. szennyvíz bevezetés, 2. anaerob reaktor, 3. anoxikus reaktor, 4. zárt aerob reaktor, 5. nyitott aerob reaktor, 6. nyitott aerob reaktor, 7. ülepítő, 8. levegőztetett biológiai szűrők, 9. fúvó, levegőztető vezetékek, 10. fölösiszapelvétel és iszaprecirkuláció, 11. tisztított szennyvíz Az élőgépek biotikus közösségének eloszlása Élőgépek (Harbor-Park, Nagytétény, Mo.) Magyarországon működő élőgépek szennyvíztisztítási technológia helyei 7

8 Noszvaj - két település szennyvizét kezelő tisztító a dél-pesti szennyvíztisztító telep részeként Nádastó felépítésben hasonló a gyökérzónás telephez különbség: a vízszint a talaj felett van vízmélység: cm a tisztítási folyamat nagy része a víztérben folyik, és nem a talajban a telepített növények is hasonlóak a kétféle rendszerben meglévő természet-közeli és mesterséges nádastavakat is használnak szennyvíztisztításra biológiai tisztítás után alkalmazzák általában, de ülepített szennyvizek tisztítására is alkalmas BOI 5, LA: megfelelő eltávolítási hatásfok ÖN, ÖP: 50% körüli eltávolítási hatásfok 8

9 9