Pannon Egyetem. Környezetmérnöki Intézet. Környezetmérnöki szak DIPLOMADOLGOZAT

Átírás

1 Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézet Környezetmérnöki szak DIPLOMADOLGOZAT A bólyi szennyvíztisztító telep rekonstrukciójának és kapacitás bővítésének tervezése Botlik Dezső Témavezető: Dr. Kárpáti Árpád egyetemi docens Külső konzulens: Csánk Zoltán 2008

2 DIPLOMAMUNKA FELADAT KÖRNYEZETMÉRNÖK SZAKOS HALLGATÓK RÉSZÉRE Szakirány Környezettechnológiai Tanszék Környezetmérnöki Intézeti Diplomamunka pontos címe: A bólyi szennyvíztisztító telep rekonstrukciójának és kapacitás bővítésének tervezése Témavezető: dr. Kárpáti Árpád Jelölt: Botlik Dezső A kidolgozás helyszíne: Környezetmérnöki Intézet Az elvégzendő feladat: A bólyi szennyvíztisztítóban egy A 2 /0-s kialakítású kombinált műtárgyban, hagyományos eleveniszapos rendszerű tisztítás folyik. Nemcsak Bóly, hanem Szajk és Babarc települések szennyvizét is fogadja, ezt további települések bekötésével kívánják gyarapítani, így kistérségi feladatot látna el. A telep jelen állapotában képtelen az időszakos befogadója miatt megállapított szigorú határértékeket tartani. A téli hónapokban az ammóniumion a szennyvíz alacsony hőmérséklete és a nem megfelelő levegőztetés miatt rendszeresen határértéken felüli. A telep műtárgyai és gépészeti berendezési igen elöregedtek már, jelentős fejújításra, illetve az új települések bekötése miatt a kapacitás növelésére lenne szükség. A Jelölt feladata a hőmérséklet és az oldott oxigénszint ismeretében az ammóniumion alakulásának modellezése. Az eredmények alapján, az új szennyvíztisztító telep megtervezése, szem előtt tartva a már meglévő műtárgyak minél nagyobb kihasználásának lehetőségét. Speciális követelmények: Önállóság a technológiai számítások elvégzésében. Részfeladatok teljesítésének határideje: 1. Szakirodalom áttekintése, rendszerezése. 2. Szükséges technológiai számítások elvégzése. Diplomadolgozat elkészítése 2

3 Nyilatkozat Alulírott Botlik Dezső diplomázó hallgató, kijelentem, hogy a diplomadolgozatot a Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézetében készítettem Környezetmérnöki diploma (Master of Environmental Engineering) megszerzése érdekében. Kijelentem, hogy a diplomadolgozatban foglaltak saját munkám eredményei, és csak a megadott forrásokat (szakirodalom, eszközök stb.) használtam fel. Tudomásul veszem, hogy a diplomadolgozatban foglalt eredményeket a Pannon Egyetem, és a feladatot kiíró szervezeti egység saját céljaira szabadon felhasználhatja. Veszprém, december 15. Hallgató aláírása Alulírott dr. Kárpáti Árpád témavezető kijelentem, hogy a diplomadolgozatot Botlik Dezső a Pannon Egyetem Környezetmérnöki Intézetében készítette Környezetmérnöki diploma (Master of Environmental Engineering) megszerzése érdekében. Kijelentem, hogy a diplomadolgozat védésre bocsátását engedélyezem. Veszprém, december15. Témavezető aláírása

4 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Ez úton is szeretnék köszönetet mondani témavezetőmnek, dr. Kárpáti Árpádnak a dolgozat elkészítésében nyújtott szakmai tanácsaiért, az irányításért és építő jellegű kritikáiért, valamint Somogyi Violának a modellezés terén nyújtott segítségéért, aki szintén nagyban segítette munkámat. Vajda Balázsnak és Pitás Viktóriának, akik a tervezés terén segítettek. Csánk Zoltánnak, külső konzulensemnek is szeretnék köszönetet mondani, aki szívesen szánt rám az idejéből, és akihez bármikor bizalommal fordulhattam kérdéseimmel. Továbbá köszönet illeti szüleimet, akik lehetővé tették egyetemi tanulmányaimat, támogattak és ösztönöztek. 4

5 KIVONAT Diplomadolgozatomban a bólyi szennyvíztisztító telepre váró feladatok és problémák megoldásával foglalkoztam. Jelenleg a két legnagyobb probléma, hogy télen nem megfelelő a nitrifikáció, az alacsony hőmérséklet és a nem megfelelő levegőztetés miatt, valamint csapadékos időszakban a megnövekedett hidraulikus terheléssel a rendszer nem tud mit kezdeni. A telep műtárgyai és gépészeti berendezései igen elöregedtek már, jelentős fejújításra lenne szükség. Továbbá azt tervezik, hogy a szennyvíztisztító a jövőben nemcsak Bóly, Szajk és Babarc települések szennyvizét fogadná, hanem kistérségi feladatot látna el, 5 környező új település bekötésével, ami a csapadékos időben jelenleg is szűkös kapacitás, növelését követeli meg. Az elérhető szakirodalom feldolgozása után, átterveztem az eleveniszapos szennyvíztisztítót hibrid rendszerré, biofilmhordozó töltet alkalmazásával. Ezzel elsősorban a téli nitrifikációt kívántam javítani. Továbbá a modellezés segítségével megvizsgáltam a jelenlegi telepet, hogy több információhoz jussak az elvégzendő átalakítások megtervezéséhez. Az üzemeltető már elkészített két tervezetet a szükséges beruházás megvalósítására. Ezeket összehasonlítva az általam tervezettel megpróbáltam választ adni arra a kérdésre, hogy vajon melyik alternatíva lenne a legmegfelelőbb a jelenlegi rendszer kiváltására az üzemeltetést, a tisztítás hatásfokát és az anyagi szempontokat figyelembe véve. Kulcsszavak: bólyi szennyvíztisztító, téli nitrifikáció, hibrid rendszer tervezése 5

6 ABSTRACT In this dissertation, I would like to present the issues of sewage works of Bóly, and try to find possible solutions for them. The two main problems are that during winter the nitrification level is not satisfactory enough due to low temperature and unsuitable airflow system. The other one is the extended hydraulic load caused by heavy rains, and snow melting. The machine park is getting old and an urgent replacement would be necessary. The city council plans an increase in the numbers of settlements connected to the sewage works. With 5 new villages, connected to the system, the capacity of the plant would need an enlargement. Therefore Bóly would become an important small regional city, serving public interests. After consuming the reachable literature, I retrofitted the activated sludge using municipal sewage works into a plant that applies hybrid technology, by using moving bed bioreactor. This way I would like to improve the nitrification rate in the winter. By modelling the sewage works I ve obtained more comprehensive information, which can help me in the transformation that needs to be done. The operating company made two project plans already. One of them is going to be brought into effect in the needful investment. Comparing these projects to my own, I tried to answer the question of which alternative would be the most suitable to replace the present system regarding such aspects as the effectiveness of cleaning, money matters along with the operation. Keywords: Sewage Works of Bóly, winter nitrification, planning hybrid system 6

7 Tartalomjegyzék KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS... 4 KIVONAT... 5 ABSTRACT... 6 BEVEZETÉS IRODALMI RÉSZ A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSRÓL ÁLTALÁBAN MECHANIKAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁS Rács Homokfogó Zsírfogó Ülepítő BIOLÓGIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁS Szerves anyag eltávolítás Nitrifikáció Denitrifikáció Foszfor eltávolítás A CSAPADÉK ÉS A CSATORNAHÁLÓZAT HATÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSRA ELEVENISZAPOS RENDSZER BIOFILMES RENDSZEREK A MOZGÓÁGYAS BIOFILMES TECHNOLÓGIA AZ ELEVENISZAPOS TISZTÍTÓK INTENZIFIKÁLÁSA MODELLEZÉS A számítógépes modellezés jellemzői Az ASM2d modell GPS-X GYAKORLATI RÉSZ A BÓLYI TISZTÍTÓ BEMUTATÁSA A természeti környezet jellemzése A befogadó vízfolyás jellemzése Technológiai sor Csatornahálózat Határértékek

8 A Nyers szennyvíz mennyisége és minősége Az elfolyó tisztított szennyvíz minősége A telep jelenlegi tisztítási hatásfoka MODELLEZÉS TECHNOLÓGIAI JAVASLATOK A TELEP BŐVÍTÉSÉRE, INTENZIFIKÁLÁSÁRA Javaslat # Javaslat # Javaslat # KÖVETKEZTETÉSEK ÖSSZEFOGLALÁS... 7 IRODALOMJEGYZÉK

9 BEVEZETÉS A víz felhasználása során megváltoznak a fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai. Általában idegen anyagokkal dúsul fel és az összetétele, úgy változik meg, hogy az eredeti célra már nem használható fel, szennyvízzé válik. A kommunális szennyvíztisztítók feladata a lakosság által elszennyezett vizek megfelelő minőségű tisztítása után a befogadóba vezetni azokat. A szennyvízzel a befogadóba kerülhető szennyezőanyagok mennyiségét egyrészt az üzemméret, másrészt a befogadó környezet érzékenysége határozza meg. Egy nagyobb tisztítótól jobb tisztítási hatásfokot várnak el, mint egy kisebbtől. Az évek alatt nagyon sokféle tisztítási módszert dolgoztak ki kommunális szennyvizek tisztítására, melyek kombinációit is lehet alkalmazni. Fontos tulajdonságaik azonban, hogy ne legyenek érzékenyek a szennyvíz mennyiségi és minőségi váltakozására, tolerálják a hirtelen hőmérsékletváltozásokat és lehetőleg alacsony fajlagos tisztítási költséggel, rendelkezzenek. Napjainkban világszerte megfigyelhető, hogy az elfolyó nitrogén határértékeket egyre szigorítják. Főleg az ammóniumra hoznak szigorú határértékeket, mivel a vízi élőlényekre már kis koncentrációban is mérgező. A régebben épített kis kapacitású eleveniszapos szennyvíztisztító telepek ezt már nem bírják biztosítani, főleg a téli időszakban, ezért fejleszteni kell őket. Sok esetben nem fejlesztést valósítanak meg, hanem növelik a medencék térfogatát. Azonban ennél léteznek jóval könnyebben kivitelezhető, kevesebb átalakítással járó, takarékosabb megoldások is. Egy eleveniszapos rendszer intenzifikálására kitűnő megoldás lehet fix- vagy mozgóágyas biofilmes hibrid rendszer kialakítása. Mivel a biofilmben nagyságrendileg nagyobb a mikroorganizmus-koncentráció, mint az eleveniszapban, ezért előszeretettel alkalmazzák az eleveniszapos/biofilmes hibrid rendszereket. Ilyen technológiát alkalmazva a nagy fajlagos felülettel rendelkező tölteteken kialakul a biofilm. A biofilmben kialakulhatnak anaerob, anoxikus és oxikus körülmények is, a vastagságától függően. A filmréteg vastágságának szabályozásával a számunkra fontosabb folyamatokat tudjuk előtérbe helyezni. Ilyen hibrid rendszer alkalmazásával a medencetérfogatok növelése nélkül az iszaphozam csökkenésé és jobb ülepedése mellett lehet megvalósítatni a telep intenzifikálását. 9

10 1. IRODALMI RÉSZ 1.1. A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSRÓL ÁLTALÁBAN A szennyvíztisztítás célja a befogadók védelme, a gondot jelentő szennyezés szükséges mértékű visszatartása, majd annak szennyvíziszap formában történő elkülönítése. Ezután gondoskodnunk kell az így kapott iszapmaradék minimális környezeti szennyezést eredményező, biztonságos feldolgozásáról, újrahasznosításáról, elhelyezéséről. Mindezeket a környezetbe illeszthető módon a szennyezés maximális ártalom mentesítésével, minimális anyag/energia ráfordítással, optimálisan kellene biztosítani. Ezt az optimumot, mindig az adott helyhez kell igazítani, az ott érvényes vízigények és a hulladék-elhelyezés egyensúlyának figyelembevételével, a biztonságos környezet és fenntartható vízgazdálkodás elérése érdekében. [1] A felszíni és felszín alatti vizeink rohamos elszennyeződése, fokozottabban ráirányította a figyelmünket a vízzel való takarékosságra, a szennyvíztisztításra azon belül is a biológiai szennyvíztisztításra. Ahhoz, hogy hatásosabb tisztítást érjünk el a mechanikai tisztításon túl, a biológiai tisztítási folyamat előbb szerves anyag-, majd a tápanyageltávolításának bevezetése vált szükségessé. A környezetvédelemre fordított figyelem növekedésével, az egyre szigorúbb szennyvíztisztítási határértékek mellet a keletkező szennyvíziszappal szemben is fokozottabb követelményeket támasztanak. Több feltétele is van annak, hogy a tisztított szennyvizet befogadóba vezethessük, először is nem tartalmazhat toxikus anyagokat, az ott élő növényeket és állatokat nem mérgezheti le, nem lehet káros hatással a befogadóra, valamint az ott végbemenő öntisztulási folyamatokat nem akadályozhatja. [2] 1.2. MECHANIKAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁS A mechanikai előtisztításnak a feladata a darabos, durva szennyeződéseket, a homokot illetve homokszerű anyagokat, zsíros szennyezéseket eltávolítani, hogy ezek ne veszélyeztessék a szivattyúk és más tisztítóberendezések működését. [] A mechanikai tisztítóberendezések az alábbi műtárgyakat foglalják magukba: 10

11 Kő és kavicsfogók, szennyvízrácsok, szűrők és aprító szűrők, ahol a nagyméretű úszó és lebegő szilárd anyagokat távolítják el szűrőhatás és aprítás révén. Homokfogók, melyben a nagyrészt kisméretű ásványi anyagok gravitációs esetleg centrifugális elven történő eltávolítását oldják meg. Ülepítők, nagyrészt kisméretű úszó és lebegőanyagok gravitációs esetleg centrifugális erő segítségével oldják meg a tisztítást. Hidrociklonok, nagyrészt kisméretű úszó és lebegő szilárd anyagok centrifugális erőhatás illetve kisebb mértékben gravitációs erő hatására távolítják el. Úsztató berendezések, flotációs medencék, sűrítők és oldó medencék, ahol a kisméretű úszó és folyékony, esetleg szilárd anyagok eltávolítását általában gravitációs erő hatására vagy flotációval illetve sűrítéssel oldják meg. [4] RÁCS A szennyvízrácsok feladata a szennyvízben található nagyobb méretű úszó és lebegő szennyeződések valamint hordalékanyagok eltávolítása, amely akadályozza a szennyvizek átemelését, elvezetését és későbbi kezelését. Rácsokat kell alkalmazni a szennyvíztisztító telepek homokfogó és előülepítői előtt. A rácsok pálcáinak távolsága alapján beszélhetünk finom és durva rácsokról. Durva rácsot elsősorban egyesített rendszerű csatornahálózatban kell betervezni és megvalósítani. A finom rács pálcaköze 10 és 50 mm között van. Durva rács (gereb) 50 mm fölötti úszó lebegő hordalék leválasztására alkalmas, 2:1 arányú hajlásszöggel beépített pálcás rács. A rácsok tisztítása kézi, vagy gépi úton végezhető el. Kézi rácsot általában kis terhelésű tisztítóknál használnak, itt az egyszerű síkrácsról a szemetet kézzel távolítják el. A nagyobb méretű rácsokat, amelyeken napi 0,5-1,0 m nél nagyobb mennyiségű rácsszemét gyűlik össze, gépi úton kell tisztítani. A rácsok által visszatartott BOI 5 szerves anyag csökkenés 6-7 %-ra tehető. [5] A rácsszemét könnyen rothadó, erős szaghatással bíró anyag, amely külön kezelést igényel. A rácsszemét prések feladata a víztartalom és a továbbkezelési költségek csökkentése. [6] 11

12 HOMOKFOGÓ A homokfogó feladata a 0,2 mm-nél nagyobb szemcseátmérőjű anyagok szennyvízből történő eltávolítása, egyben ezeknek a rothadó szerves anyagoktól való elválasztása, gépi berendezések kopás elleni védelme. A homokfogót mindig a rács után kell telepíteni. Alkalmazási területe: egyesített és vegyes rendszerű csatornahálózat esetén, elválasztott rendszerű hálózatnál, ha Q d > 1000 m /nap, illetve ha a biológiai egység kialakítása azt indokolja. A homokfogók lényegében ülepítőknek tekinthetőek, amelyek elsődlegesen szemcsés ásványi anyagok eltávolítását végzik. A homokfogó működési elve ennek megfelelően a Stokes-féle, ülepedésre vonatkozó képlettel határozható meg: [4] v ü 2 g d ρ sz ρ f = 18 ν ρ f Ahol: v ü : ülepedési sebesség; m/s g: gravitációs gyorsulás; m/s 2 d: az ülepedő szemcse átmérője; mm υ: kinematikai viszkozitás; m 2 /s ρ sz : lebegő anyag sűrűsége; kg/ m ρ f : folyadékfázis sűrűsége; kg/ m A homokfogók szerkezetét, méreteit, gép berendezéseit a hozzá csatlakozó csatornahálózat által levezetett mértékadó vízhozam óracsúcsára kell méretezni. A homokfogók fajtáik szerint lehetnek: vízszintes átfolyású, függőleges átfolyású, 12

13 légbefúvásos, forgólapátos, tangenciális típusúak. A típus megválasztását az építési (helyigény, talaj, talajvíz, magassági elhelyezés, gépészeti kialakítás) szempontok, továbbá az üzemeltetés (szennyvízhozam, szennyvízminőség, érkező szemcsés anyag mennyisége és szemcseátmérők eloszlása, kiemelésének és elszállításának módja, az elhelyezés vagy hasznosítás lehetősége) feltételei határozzák meg. [5] ZSÍRFOGÓ A zsírfogó berendezések célja a szennyvízben levő és a víznél kisebb fajsúlyú anyagok visszatartása. Kialakításukat tekintve olyan medencejellegű műtárgyak, amelyekben az érkező szennyvíz sebessége 5-10 mm/s értékre csökken. Így a műtárgyon átfolyva a könnyebb fajsúlyú anyagoknak van elegendő idejük a víz felszínére felúszni. A műtárgy rendszerint téglalap alakú 1:1,5-2 szélesség-hosszúságaránnyal. [5] Légbefúvásos zsírfogó műtárgy: A víz egyenletesebb szétosztására a műtárgy elején, valamint a felúszott zsiradék visszatartására a műtárgy végén terelőfalak szolgálnak. A zsíranyagok bomlásként keletkező zsírsav korróziós hatása miatt a medence teljes belső felületét célszerű mészszegény cementtel készült vízzáró vakolattal ellátni. A visszatartott zsírréteg magasságában saválló lapburkolat (csempe) vagy védőbevonat elhelyezése szükséges, a vízszint felett és alatt 20-0 cm távolságig: A műtárgy lefedését vagy előre gyártott, kiemelhető lapokkal, vagy pedig kiemelhető fedlapos (a lebúvónyílás fölött elhelyezve) monolit vasbeton födémmel oldják meg. A műtárgy fenekén a perforált csövön befújt levegő buborékai felfelé terelik a zsiradékot. A víz bevezetése a vízszint fölött, az elvezetése, pedig az üledék eltávolítása végett a fenékről történik. [4] ÜLEPÍTŐ Az ülepítők feladata a szennyvízből az ülepíthető rácsok és homokfogók által el nem távolított finom szemcsék, úszó és lebegő anyagok visszatartása. 1

14 Alkalmazási területei: önálló mechanikai tisztító berendezésként, szennyvízöntözés előtti előtisztításként, biológiai szennyvíztisztító rendszerben elő-és utótisztítóként, kémiai tisztítórendszer elő-és utóülepítőjeként. [5] Léteznek egy és kétszintes ülepítők is. A szennyvíztisztításban általában az egyszinteseket alkalmazzák, az ilyen típusok feladata elsősorban a mechanikai tisztítás. Mivel csak ülepítő terük van, ezért a leülepedett szennyvíziszap eltávolításáról gondoskodni kell. A szennyvíztisztítási gyakorlatban három típusát alkalmazzák. Függőleges átfolyású tölcséres ülepítők (dortmundi típusú): A több lépcsőben épülő kis-és közepes tisztítótelepek gyakran alkalmazott utóülepítő műtárgyai a függőleges átfolyású tölcséres formájú ún. dortmundi ülepítők, melyeket egyéb helyeken vegyszeres kezelés derítőjeként is alkalmaznak. A műtárgy rendszerint vasbetonból készül, belső felületét vízzáró vakolattal kell ellátni a szennyvíz káros hatása ellen. Elsősorban a kör alakú típust alkalmazzák (D max =6m). Egy telepen legfeljebb 4 db ülepítőt célszerű párhuzamosan összekapcsolni. Négyszög alaprajzú ülepítőt csak különleges helyi körülmények mellett javasolt létesíteni. [5] A műtárgy hasznos térfogata ne haladja meg a 100 m -t. A tartózkodási idő, ha csepegtetőrendszer előülepítője, akkor 2 óra, ha az eleveniszapos rendszer utóülepítője, akkor 2,5 óra. A szennyvíz vízszintes csövön keresztül érkezik, majd a középen elhelyezkedő csillapítóhengerben lefelé áramlik. A henger alsó peremét megkerülve érkezik az ülepítő térbe. A medence működése a lebegő iszapfelhő szűrő hatásán alapul. A szennyvíz felfelé haladva az iszappelyheket is magával ragadja. A pelyhek növekvő méretük és súlyuk miatt lebegő állapotba kerülnek. Az alulról felfelé áramló pelyhek a felhőhöz érve növelik az ott lévő pelyhek méretét, ezáltal szűrőhatást is kifejtenek. A bizonyos méretnél nagyobb pelyhek kiválnak a lebegő iszapfelhőből és a tölcséres medencefenékre, süllyednek. Az ülepített szennyvíz végül a bukóélen átbukva távozik. A medence alsó kúpos felületén leülepedett iszap lecsúszik a tölcsérbe, ahonnan iszapelvezető csövön keresztül vezethető el az iszaprothasztóba. [7] 14

15 Hosszanti átfolyású ülepítők gépi kotró berendezéssel (lipcsei típusú): Alkalmazható önálló mechanikai tisztítóberendezésként, öntözés előtti előtisztításhoz, biológiai elő-és közbenső, illetve utóülepítőként, csapadékvíz ülepítőként. Az ülepítő fenekét rézsűsen alakítják ki, hogy az iszap könnyebben bekerüljön a zsompba. Innen történik az iszap elvétele. A felszínen egy láncos kotró távolítja el a felúszott réteget. [5] Sugárirányú átfolyású ülepítők gépi kotróberendezéssel (Dorr típusú): Alkalmazható előülepítő- illetve utóülepítőként a szennyvíztisztításban. A radiális átfolyású ülepítők egyszintű kör alaprajzú, sugár irányú átfolyású rendszerekhez tartoznak, amelyeket általában lakos egyenérték felett alkalmaznak. A tisztítandó szennyvizet a műtárgy alatt vagy a műtárgy fenékbetonjában elhelyezett csövön keresztül vezetik be, a cső a medence központjában lévő vízelosztó műhöz csatlakozik.[5] A vízelosztó mű feladata a műtárgyat terhelő vízhozam egyenletes bevezetése és elosztása. A bevezetett víz sugárirányban halad végig a medencén, majd a műtárgy kerülete mentén elhelyezett fogazott bukóéllel ellátott gyűjtővályúba jutva hagyja el a műtárgyat. A műtárgy fenékrésze kis hajlásszöggel lejt a középpont felé, így a leülepedett anyag összegyűjtéséről kotrókkal kell gondoskodni. A kotró a leülepedett anyagot folyamatosan bekotorja a vízbevezető műtárgy alatt lévő tölcsérbe, ahonnan folyamatosan vagy szakaszosan a zsompba juttatható. [7] 1.. BIOLÓGIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁS Célja a nem ülepíthető, lebegőanyagok, kolloid és oldott formában előforduló szerves anyagok, nitrogén- és foszforvegyületek eltávolítása a szennyvízből biotechnológiai módszerekkel. Az ilyen biológiai rendszerekben a mikroorganizmusok irányított tevékenysége hasznosul. Biológiai szennyvíztisztítási folyamatok akkor jöhetnek létre, ha a mikroorganizmusok számára a szennyvízben jelenlévő anyagok táplálékul és energianyerésre szolgálnak. Ezáltal testtömegük növekedhet, valamint képesek szaporodni. A szennyezőanyagokat csoportosíthatjuk tulajdonságaik, illetve megjelenési formájuk szerint: fizikai forma szerint: darabos, kolloid, oldott fizikai viselkedés szerint: ülepíthetőek, felúszásra hajlamosak 15

16 fizikai-kémiai tulajdonság alapján: koagulálhatók, adszorbeálhatók kémiai tulajdonság szerint: szerves, szervetlen biológiai tulajdonság alapján: lebontható, nem lebontható, oxigénfogyasztók, eutrofizációt előidézők, szerves eredetű tápanyagok, lebontást gátlók, toxikusak, kórokozóak, paraziták. [] SZERVES ANYAG ELTÁVOLÍTÁS A szerves szén-vegyületek lebontását heterotróf mikroorganizmusok végzik, oxikus vagy anoxikus körülmények között. A szén-vegyületeket kétféleképpen tudják hasznosítani, lebontják, vagy beépítik testanyagaikba. A folyamat eredményeként a víz szervesanyag-tartalma lecsökken, a mikroorganizmusok populációja, pedig növekszik. A lebomlás, illetve a baktériumszaporodás reakciósebessége a tápanyagkínálattól, a tápanyag kémiai minőségétől és összetételétől, a hőmérséklettől, turbulenciától, az oldott oxigén mennyiségétől, a megfelelő ph-tól, a baktérium fajtájától és adaptációjuk mértékétől függ. Nagy mennyiségű, könnyen lebontható szerves anyag, mind a biológiai foszforeltávolításban résztvevő, mind a denitrifikációban résztvevő baktériumok számára nélkülözhetetlen. Ebből adódóan lakossági szennyvíz esetében általában a nyers szennyvíz előtisztítását a rácsszemét és a homok eltávolításán túl nem indokolt végezni, mert különben nem lesz elegendő könnyen bontható szerves anyag a hatékony tisztításhoz Levegőztetés A levegőztető medencében a szükséges O 2 -koncentráció általában 0,5 1,5 mg/l, nitrifikáció esetén legalább 2,0 mg/l. A levegőztető medencét hidraulikailag úgy kell kiképezni, hogy holt tér ne keletkezzen a nyers szennyvíz és a recirkulációs iszap, jól keveredjen. Biztosítottak legyenek a gépészeti és automatizálási berendezések beépítési feltételei, gépcserék és egyéb karbantartási feladatok, mintavételi lehetőségek. A levegőztetés az oldott oxigén bevitelén túl az eleveniszapot mozgásban, szuszpendált állapotban tartja. A levegőztetőknek három csoportját különböztetjük meg, a felületi levegőztetést, a légbefúvást és a kombinált levegőztetést. 16

17 Felületi levegőztetés Ilyen levegőztetésnél az összefüggő vízfelszínt megbontják és a szétszóródó folyadékcseppek, oldják be az oxigént. Két típusa terjedt el, a vízszintes tengelyű forgókefés és a függőleges tengelyű rotor. Melyek a levegőztetés mellett a szennyvízeleveniszap elegy áramoltatását is biztosítják. Légbefúvásos levegőztetés A légbefúvás esetén a rendszerbe befújt levegőbuborékok végzik az oxigénbevitelt. Az oxigén beoldódásának mértékét a buborékok mérete, mennyisége, a befúvás mélysége, az áramlási viszonyok, és a szennyvíz összetétele határozza meg. A levegőbuborékok méretétől függ a levegő és a szennyvíz közötti határfelület nagysága, mellyel egyenesen arányos az oxigénbevitel mértéke. Tehát a finomabb buborékok több oxigént képesek beoldani a szennyvízbe, a hőmérséklet csökkenésével, nő a szennyvíz oxigén telíthetőségének értéke. A bevitt levegő mennyisége egyenes arányosságban van a bevitt oxigén mennyiségével, de finombuborékos rendszernél egy bizonyos határon túl, a finom buborékok naggyá álnak össze, csökkentve ezzel az anyagátadási határfelületet. Vizsgálatok alapján megállapították, hogy a szennyvízben található sótartalom pozitív, míg a detergensek negatív hatással vannak az oxigénbevitelre. Kombinált levegőztetés Ilyenkor úgy történik meg az oxigénbevitel, hogy a nyomás alatti levegőt bevezetik a medencében lévő kevertetőbe és az igen finom buborékokra, aprítja azt. Ilyen berendezés például az invent hiperbolid keverő, nagy előnye, hogy meghibásodás esetén egyszerűen kiemelhető a levegőztetett medencéből és így könnyen elvégezhetőek a javítási munkálatok.[] NITRIFIKÁCIÓ A nitrifikáció az a folyamat, melynek során a szennyvíz ammónium-ion tartalmát az autotróf szervezetekhez tartozó mikroorganizmusok nitráttá alakítják. Ez oxikus folyamat, tehát oxigénre van szükség a lejátszódásához. A nitrifikáló 17

18 mikroorganizmusok 2mg/l oldott oxigénkoncentrációnál érik el a szaporodási maximumot. Az ammónia biológiai oxidációja két lépésben játszódik le. Első lépésben a nitrosomonas nemzettségbe tartozó baktériumok nitritté oxidálják az ammóniát. NH ,5 O2 2H + H 2O + NO2 A második szakaszban a nitrit, nitráttá alakul át a nitrobacter nemzettségbe tartozó baktériumok segítségével: NO 2 + 0, 5 O2 NO Mind két folyamat energiatermeléssel jár, de csak elég kicsivel, így az autotrófok sejtszaporulata elég kicsi. Amíg az oxikus környezetben jelen vannak a heterotrófok, addig a nitrifikálók nem igen tudnak elszaporodni. A Nitrosomonas és a Nitrobacter szervezetek környezeti optimuma, növekedési sebessége hasonló, ezért legtöbb esetben technológiai szempontból egységesen, mint nitrifikálók kezelhetőek. Azonban a Nitrobacter érzékenyebb a környezeti változásokra, mint a hirtelen ph, nagy hőmérsékletváltozás, az alacsony hőmérséklet, terhelésnövekedés esetén előfordulhat a nitrit megjelenése. Mivel a nitrit erős méreg ezért lemérgezheti az egész rendszerünket. Tehát megállapítható, hogy a nitrifikálók az eleveniszapos rendszer gyenge pontja. A nitrifikáló baktériumok legfontosabb tulajdonsága a növekedési sebességük mellett a hőmérsékletfüggésük. Az optimális hőmérsékletük 0 C, ez alatt az aktivitásuk jelentősen lecsökken, 12 C alatt szinte teljesen megszűnik.[8] 1... DENITRIFIKÁCIÓ Denitrifikációnak a nitrát energiatermelés érdekében történő redukcióját nevezzük. A denitrifikációs folyamatokat általában heterotróf mikroorganizmusok végzik, amelyek elektronakceptorként kizárólag szerves anyagot képesek hasznosítani. A nitrát redukciója a sejten belül több termék képződésén át vezet nitrogéngázig: NO NO2 NO N 2O N 2 18

19 Bizonyos szervezetek ezen reakcióút egy részét képesek csak véghezvinni, ezért denitrifikálóknak azokat a baktériumokat nevezzük, melyek megfelelő körülmények között (ph, hőmérséklet, szerves anyag) nitrogén gáz végtermékig végzik a redukciót. A denitrifikáció feltétele az anoxikus körülmény és a szerves anyag jelenléte. A szennyvíztisztításban a denitrifikáció C-forrása lehet a befolyó szennyvíz szerves anyag tartalma, a sejtek (endogén) szerves anyag tartalma és külső szénforrás, például metanol. A denitrifikálás sebességét, amennyiben az egyéb környezeti tényezők megfelelőek (ph, hőmérséklet, anoxikus körülmény, nitrát jelenléte) a denitrifikálás sebességét a rendelkezésre álló szénforrás típusa, mennyisége és bonthatósága határozza meg. Legnagyobb sebességgel a gyorsan bontható, külső szénforrás (metanol, acetát, etanol) felhasználásával folyik a denitrifikáció. [8] A denitrifikáció folyamata az anoxikus medencében játszódik le. Az anoxikus terekben nulla, vagy csak egy-két tized mg/l az oldott oxigén koncentrációja. A medencénél a mélységi korlátozás nem áll fenn, a telepeket azonban az egyszerűbb kiépítés miatt célszerű azonos mélységű medencékkel építeni. Az anoxikus medencékben az iszapos víz folyamatos mozgásban tartása, keverése elengedhetetlen. Léteznek autotróf denitrifikálók is ezek CO 2 -ot használnak a sejtfelépítéshez, valamint hidrogént vagy redukált kén-vegyületeket használnak elektrondonorként a nitrát redukciójához. Meg kell még említeni még a szimultán denitrifikációt is, ami az oxikus medencében lévő pelyhek belsejében mehet végbe, ha ott anoxikus körülmények alakulnak ki. Tehát az ilyen pelyhek külsején nitrifikáció, míg a belsejükben denitrifikáció zajlik.[] FOSZFOR ELTÁVOLÍTÁS A foszfor nem mérgező, de fölös mennyisége a természetet károsítja, oly módon, hogy a befogadóba kerülve a növények, algák túlburjánzásához, eutrofizációhoz vezet. Az emberi kiválasztás naponta, személyenként 2g foszfort eredményez, ez mellett még a hagyományos mosószerek fokozzák jelentősen a vizek foszfor terhelését. A természetben kőzetek mállásterméke és bomlásaként is keletkezhet oldható foszfor. [9] A foszfort a szennyvízből csak szilárd formában tudjuk eltávolítani, ami ülepítéssel oldható meg. De előtte az oldott foszfort szilárd formába kell hoznunk, ami történhet biomasszába való beépítésével, vagy vegyszeres kicsapatással. 19

20 A foszfor biológiai eltávolításának alapja, hogy az eleveniszap sejtjei a szükséges foszfort a környezetükből veszik fel és beépítik testükbe. A fölösiszap eltávolításakor így ez, a sejtekben tárolt foszformennyiség is eltávozik a rendszerből. Az eleveniszapos eljárásnál, az anoxikus medence elé kapcsolt anaerob térben adják le a polifoszfátbaktériumok az aerob térben akkumulált foszfátot, és helyette tápanyagot vesznek fel. Minél több tápanyagot tárolnak be az anaerob zónában, annál hatékonyabb lesz a foszforeltávolítás az aerob medencében. Tehát ahhoz, hogy hatékony biológiai foszforeltávolításunk legyen elengedhetetlen a könnyen hasznosítható tápanyagellátás az anaerob zónában. Az eljárást lényege, hogy az anaerob reaktorban oldatba ment összes foszfor eltűnik az eleveniszapos reaktor oldatából és az eleveniszapban összegyűlve, majd az utóülepítőben kiülepedve foszforban gazdag fölösiszapként távozik a rendszerből. Általában a biológiai foszforeltávolítás nem elég hatékony a határérték tartásához, ezért vegyszeres kicsapatást is alkalmazni kell. A kémiai foszfor-eltávolításnál oldhatatlan vegyületeket eredményező kicsapást végeznek. Ezek a vegyületek azonban a redoxpotenciál növekedésekor átalakulhatnak oldható módosulattá. Fontos a humin anyagok, humin savak hatása is, ugyanis a kicsapásnál jelenlevő humin anyagok rengeteg Fe(III)- at kötnek meg és ezzel késleltetik a foszforkicsapást. Másrészről a huminsavak is képesek az oldhatatlan foszfátot visszaoldódásra késztetni. A szennyvizek vegyszeres foszfor kicsapatásánál, tisztításánál általában a többértékű fémionok, mint vas, alumínium vagy kalcium ionokat használják.[8] 1.4. A CSAPADÉK ÉS A CSATORNAHÁLÓZAT HATÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSRA Ezt a fejezetet a [2] hivatkozás alapján készítettem el. Az olyan szennyvíztisztító telepeken, ahol szétválasztott rendszerű csatornát építettek ki az átlagos vízbebocsátások a napi vízfogyasztásoknak megfelelően alakulnak. Az ilyen típusú csatornahálózatok esetén is jelentkezik a térfogati terhelés ingadozása, azonban nem annyira erőteljesen, mint az egyesített rendszereknél. A fő ingadozást a talaj és esővíz jelentkezése okozza, de szezonális is változik a vízhasználás (évszak, üdülőhely). Egyesített csatornarendszernél a csapadékok hatása erőteljesebben jelentkezik többlet víz formájában. Az ilyen településeken a szennyvíztisztító méretezésénél oda kell 20

21 figyelni a hidraulikus terhelésre. Ilyenkor lényegesen meg kell növelni az átemelő és ülepítő kapacitásokat. Különösen kritikus a csapadékvíz hatása, ezért a helyi adottságokat és csapadékviszonyokat is feltétlenül figyelembe kell venni. Ha a tervezésnél ezt nem sikerült kellőképpen figyelembe venni, akkor az üzemeltetés során súlyos problémák léphetnek fel. A korábbi gyakorlatban kénytelenek voltak a telep üzemeltetői rendkívüli csapadékvízterhelések esetén a híg részlegesen tisztított szennyvizet egyenesen a befogadóba vezetni. Bizonyított tény, hogy az ilyen csúcsterhelésekkor kimosódó szennyvíz és szennyvíziszap az első 1-2 órában érkezik. Ezután minimális szerves-anyag, nitrogén és foszforterheléssel, a csapadékvízzel hígított lakossági szennyvíz jelentkezik. Azonban az igazsághoz hozzá tartozik, hogy az ilyen nagy esőzések alkalmával a hígított szennyvizek szennyezettségéhez hozzáadódik az utakról (CH-ek, gumi, ülepedő anyagok, stb.), háztetőkről (nehézfémek, ülepedő anyagok, stb.) a rendszerbe kerülő szennyezés is. Ezekkel nem is az a nagy gond, hogy többletterhelést jelentenek, hanem számos esetben megváltoztatják a tisztítóban lejátszódó folyamatokat, és ez által csökkentik a tisztítás hatásfokát. Nagy lökésszerű térfogati terhelések azonban nemcsak a heves esőzések esetén fordulhatnak elé, hanem abból is eredhetnek, hogy az időjárás hirtelen melegedésével a télen leesett hó elolvad. Ez a rosszabb, mert ilyenkor nemcsak a hidraulikus terhelés jelent gondot, hanem egy tartós károsító hatás jelentkezhet a nitrifikációnál. Ez a beérkező hideg hólé a szennyvizünket annyira lehűtheti, hogy nitrifikáció teljesen le is állhat, ez nagy veszélyt jelent, mert ilyenkor a nitrifikálók annyira kipusztulhatnak a rendszerből, hogy csak hetek-hónapok múlva állhat vissza az eredeti állapot. Súlyosbítja a helyzetet, ha egylépcsős eleveniszapos rendszerről van szó és az utóülepítője többszörösen túlterheltté, válik a dinamikus terhelés hatására, mert ilyenkor az eleveniszap egy része kimosódik és nehezebb a nitrifikálókat újra elszaporítani. [2] 1.5. ELEVENISZAPOS RENDSZER Napjainkban a legelterjedtebben alkalmazott szennyvízkezelési eljárás az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás. Az ilyen rendszerek lényege, hogy a nyers szennyvízben lévő hasznosítható szennyező anyagokat, a tisztítást végző mikroorganizmusok megfelelő oxigénellátottságú és iszapülepítő egységekben, távolítják el a vízből. Az 21

22 eleveniszapot folyamatosan recirkuláltatják a levegőztetőbe és mindig csak annyi iszapot vesznek el az utóülepítőből, hogy a biológia tápanyag eltávolító hatása stabil maradjon. Ezt úgy tudják elérni, hogy a levegőztetett térben az iszap koncentrációját állandó értéken, tartják. A korszerű megoldásokban a levegőztetett tér mellett anoxikus és anaerob tereket is alkalmaznak, hatékonyabb nitrát és foszfor eltávolítás érdekében. Az így szükséges különböző feltételeket vagy térben való elkülönítéssel, vagy időben történő ciklizálással lehet elérni. A legegyszerűbb megoldás a levegőztetés ciklizálása az aerob medencében lévő oldott oxigénszint szabályozásával. A tisztítás hatásfokát nagyban befolyásolja a tisztítást végző mikroorganizmusok koncentrációja a medencékben, hogy a kellő koncentrációhoz és a hatékony tisztításhoz szükséges recirkuláltatott iszapot biztosítani tudjuk, szükségünk van az iszap megfelelő szeparációjára, ülepítésére. Az ülepítés hatásfoka ugyanakkor a kialakuló iszap, ülepedési jellemzőitől függ. Az ilyen rendszerek két alapvetően szabályozott paramétere az iszap recirkulációjával kialakuló biomassza koncentráció és az iszapkor. Melyeket a tisztítás során folyamatosan biztosítani kell. Ezen paraméterek különösen nagy esőzések alkalmával vannak kitéve veszélynek. Gondoskodnunk kell az iszaptömeg védelméről. A védelem könnyen megoldható, ha a telep tervezése és kivitelezése során kellő térfogatú puffer medencéket alakítottak ki, vagy ha a biológiát elkerülő vezetéket építettek ki. Ha a telepünk nem rendelkezik ilyen védelmi rendszerrel, akkor erősen csapadékos időben az eleveniszap jelentős hányada kerülhet át az ülepítőbe, illetve mosódhat ki a befogadóba. Ezt a jelenséget iszapkihordásként is szokták emlegetni. Az iszapkihordás következtében a tisztítási hatékonyságunk leromlik, mivel a biomassza egy részét elveszítettük. Ezért az üzemeltetés egyik fontos feladata, a biomassza kimosódásának megakadályozása. [] Kis kapacitású eleveniszapos szennyvíztisztítók Alacsony téli szennyvízhőmérséklet Az ilyen kisméretű telepeknél a legnagyobb gondot általában az alacsony téli hőmérséklet jelenti. Ezért ilyen kisméretű tisztítóktól nem várhatunk el, olyan tisztítási hatásfokot, mint egy nagyvárosi teleptől, mert a kisebb kapacitású üzemek kisebb helységekben épülnek ki, melyek nem olyan sűrűn lakottak, s ezzel a szennyvíz téli lehűlése esetükben lényegesen jelentősebb, mint a sűrűn lakott városoké. 22

23 A tisztítás hatékonyságát ezen kívül, még nagymértékben befolyásolja a telep megfelelő tervezése és üzemeltetése. Ezért feltétlenül figyelembe kell vennünk a várható hidraulikai terhelést, amely főleg az utóülepítő esetében lehet kritikus. Sajnos most az látszik, hogy a megépített szennyvíztisztítókat különböző okok miatt nem a terveséskor javasolt terhelés-tartományban üzemeltetik, hanem lényegesen alul, vagy túlterhelten. Mindkét esetben romlik a tisztítás hatásfoka. Részben ennek a kompenzálására alkalmaznak párhuzamos tisztítósorokat, hiszen ezekkel kedvezőbb üzemeltetés valósítható meg. [11] A tisztító telep általános folyadék-kormányzása A korszerű szennyvíztisztítók ma már rendszerint rendelkeznek anaerob és anoxikus terekkel, máskülönben nem tudnának eleget tenni az egyre szigorodó minőségi előírásoknak. Az ilyen tisztítók tehát anaerob, anoxikus és oxikus terekre különülnek el a nitrát és foszfor eltávolítás érdekében. Ehhez gondoskodni kell a medencék közötti recirkulációk kialakításáról. Az oxikus medencében keletkező nitrátot recirkuláltatni (belső recirk.) kell az anoxikus medencébe, amely nincs levegőztetve, csak kevertetve a denitrifikáció érdekében. Ez a belső recirkuláció nagysága a szennyvízhozam 1,5- szorosra kell, legyen. Minél kisebb az elfolyó tisztított víz nitrát határértéke és minél töményebb a tisztítóba érkező szennyvíz, annál nagyobb lesz a nitrát recirkulációs folyadékáram hányad. Az utóülepítőből elvett szekunder iszapot a megfelelő ütemben vissza kell juttatni a tisztítósor elejére, hogy az többszörösen el tudja távolítani az oldott és lebegő anyagokat. Ez utóbbi 0-70%-a iszapként jelentkezik, míg a többi rész CO 2 formájában a levegőbe kerül. Rendkívül fontos, hogy a recirkuláltatott iszapot folyamatosan, vagy kellő ciklusokban keringtessük, máskülönben, ha hosszú ideig a medence fenekén tartózkodik, berothadhat (ne legyenek holtterek a rendszerben), valamint a denitrifikációs folyamatok révén a felszínre emelkedhet. Az iszaprecirkuláció térfogatáramát a szennyvízhozam 0,5-1 szeresére célszerű megválasztani. Alapvetően két tényező határozza meg a nagyságát, az iszap ülepedési és sűrűsödési sebessége. Duzzadó, rosszul ülepedő iszapoknál a recirkuláció 1,5 szeres is lehet, mert csak ilyen mennyiségű folyadékárammal lehet az iszapot visszavinni a rendszer elejére. 2

24 Az egyes reaktorterek hidraulikus tartózkodási idejét a fent említett recirkulációs áramokkal, valamint a nyersvíz árammal kell optimális értékre beállítani. Ehhez megfelelő kapacitású szivattyúkat kell beépíteni, illetve azokat az előírásoknak megfelelően üzemeltetni. Ha nem szakszerűen végzik a folydék-kormányzást akkor az anaerob és anoxikus terekben, nem alakulnak ki a szükséges körülmények. Szélsőséges esetben még az is előfordulhat, hogy ezek tervezett funkciója teljesen megszűnik. [11] Levegőztetés és szabályozása A levegőztetés nem más, mint az oxigén bevitele az iszapos vízbe a szerves anyag átalakításához szükséges segédtápanyagként. Az oldott oxigén koncentrációja a különböző kialakított terekben nem azonos, azok eltérő funkciói miatt. Az anaerob és anoxikus medencékben szinte nem lehet jelen kimérhető mennyiség. Addig az aerob térben az elérendő céltól függően különböző nagyságú kell, legyen. Ha csak a szerves anyagot és a szulfidot akarjuk oxidálni, akkor néhány tized mg/l oxigén elegendő, viszont a megfelelő nitrifikáció biztosításához körülbelül 2 mg/l oldott oxigén koncentráció szükséges. Mivel az ilyen kicsi telepek legnagyobb költségét a levegőztetés adja, ezért ha túllevegőztetjük a rendszert, akkor az csak fölösleges többletkiadás. Ezért gondoskodni kell arról, hogy a levegőztetett medencében az oldott oxigén koncentrációját, szabályozni lehessen. [11] Denitrifikáció az anoxikus medencetérben A denitrifikációt biztosító anoxikus medencében az oxigénszintnek mindenképpen 0,5 mg/l alatt kell lennie, mert ez fölött már a pelyhek belsejében sem alakulnak ki anoxikus körülmények. Ezért az oxigén jelentős mennyiségben történő visszaforgatása megzavarja a denitrifikáció folyamatát. Ezt csak egyetlen módon tudjuk elkerülni, ha a levegőztető medencében gondosan szabályozzuk a bevitt oxigén mennyiségét. Iszapkoncentráció mérése és szabályozása Mérnünk és szabályoznunk kell az iszap koncentrációját a rendszerben, az állandó iszaptömeg biztosítása és az utóülepítés folyamatosságának érdekében. Ezt a paramétert nem lehet egyértelműen jellemezni a 0 perces ülepedési térfogattal, hiszen az iszap ülepedése még sok tényezőtől függ, mint pl. a fonalasodás, iszapduzzadás. A telepeken eléggé eltérő az iszap jellege, különösen a mai többféle reaktortérrel rendelkező rendszereknél. Az iszaptömeg biztonságosabb behatárolása érdekében szükség lenne az 24

25 iszap koncentrációjának mérésére, azonban a kis telepek esetében a méréshez szükséges analitikai mérleget és szárítószekrényt az esetek többségében túl költségesnek ítélik meg. Az üzemeltető a 0 perces ülepedés alapján is érzékeli az iszapduzzadást, de az ellenkező értelmű iszapminőség változást már kevésbé érzékeli. Ez az iszaptömeg és iszapkor megnövekedéséhez vezethet. Ha az üzemeltetők mérnék az iszapkoncentrációt, akkor jobban érzékelhetnék az iszap viselkedését a tisztítás során, ami a biológiai folyamat üzemeltetésének jobb megértését eredményezhetné részükre. Túlzott iszap-tartózkodási idő az utóülepítőben Ha az utóülepítőben túlzott az iszap-tartózkodási idő, miáltal az oxigén elfogy, ami a denitrifikáció elősegítését eredményezi. Mivel ilyenkor nitrogén gáz keletkezik, előfordulhat az iszappelyhek flotációja is. Az olyan régebbi utóülepítő egységeknél, mint pl.: a Dortmundi típusú utóülepítő, a felületi forgó kotróhíd hiányában vastag iszapréteg állhat össze a felszínen. Ha ezt a felúszó iszapréteget csak ritkán távolítják el, a pangó iszap hidrolizál. Így a visszaoldódó részekkel megnő a tisztított víz ammónium, szerves nitrogén és oldott foszfortartalma is. Ez a felszínre felúszó iszap egy idő után szétesik, és egy része elkezd ülepedni, amelyet az elfolyó víz magával ragad növelve ezzel a befogadó terhelését. Ezért az újonnan kialakított utóülepítőket már mindig ellátják felszíni iszapkotróval. Azonban a kis telepeken, ahol még nem ilyen ülepítők vannak, az iszap rendszeres eltávolításával törekedni kell a visszaszennyezés csökkentésére. [11] 1.6. BIOFILMES RENDSZEREK Folyamatos átfolyású reaktorokban a biomassza visszatartásának egy lehetséges megoldása a mikroorganizmusok immobilizálása. Amely a lassan szaporodó mikroorganizmusok esetében különösen fontos lehet. Ehhez ki kell alakítanunk egy megfelelő biofilmhordozó felületet, amin a baktériumok meg tudnak tapadni és váltakozó vastagságú biológiai hártyát, alakítanak ki. [12] Az ilyen biofilmekkel történő biológiai tisztítás meghatározója, a film felszíni rétegeiben található baktériumok és protozoák intenzív szaporodása és anyagcseréje. Az ilyen típusú rendszerek a szennyvíztisztítás legősibb formái.[1] 25

26 Ilyen biofilmes közösségekben élő mikroorganizmusok az eleveniszapos rendszerekhez képest többszörösen nagyobb méretű kolóniákat alkotnak. Ebből kifolyólag a tápanyagfelvételük a vizesfázisból lényegesen eltérő lesz az eleveniszaposéhoz képest. Míg az eleveniszapos rendszerben jelenlévő gömbszerű, folyamatosan megújuló iszappelyhekben az anyagok konvekciója a jelentős, addig a lapszerű biofilmekben a diffúzió fogja az anyagtranszportot meghatározni. Mivel itt csak egy irányból történhet a tápanyag diffúzió, ezért ebben az irányban a tápanyag limitációja lép fel és ennek hatására a biofilm mélység szerint, mikrobiális szelekciót mutat. Időnként a biofilmből kisebb-nagyobb részek szakadnak le és így távozik a szaporulat egy része. A biofilm nem csak diffúzióval, hanem adszorpciós és szűrő hatással is magához köt a szennyvízből lebegő anyagokat, melyek ezekkel a leszakadó részekkel átalakulva vagy eredeti állapotukban távoznak. A szennyvízben lévő darabos szerves szennyeződések hidrolízise döntő mértékben, a biofilmhez kapcsolódva következik be. Amennyiben vastagabb biofilm alakul ki, a mélyen fekvő rétegekben a mikroorganizmusok már csak korlátozott mennyiségű szerves tápanyaghoz és oxigénhez jutnak. Ezekről a helyekről az oxidáló heterotrófok ki fognak szorulni és itt az anoxikus és anaerob folyamatok fognak dominálni. Melyek gyengítik a biofilm hordozóhoz való kötöttségét, így a film könnyebben leszakad, lemosódik a fellépő hidraulikus nyíróerők hatására. Ha stacioner hordozófelületet alkalmazunk, akkor a biofilm vastagságát egyértelműen a nyíróerő fogja meghatározni, vagyis a folyadék áramlási sebességével tudjuk szabályozni a film vastagágát. Ezért rögzített típusú hordozóknál gyakran szükség van a töltetek átmosására. A mozgó biofilm hordozóknál dinamikus egyensúly alakul ki a biofilm növekedése és ciklikus leszakadása között, így egy nagyjából állandó biofilm vastagság alakul ki.[12] 1.7. A MOZGÓÁGYAS BIOFILMES TECHNOLÓGIA Az eleveniszapos és biofilmes rendszerek pozitív tulajdonságainak ötvözésével hozták létre az úgynevezett MBBR (mozgó ágyas biofilm reaktor) reaktort. A többi biofilmes rendszerrel ellentétben az ilyen reaktorokban a biomassza a teljes térfogatban növekszik. Így a nagyobb térfogati kapacitásnak köszönhetően jobb teljesítmény érhető el a hagyományos biofilmes rendszerekhez képest. Az eleveniszapos rendszerekkel szemben az MBBR reaktoroknál jellemzően nincs szükség az iszap recirkulációjára. Az 26

27 ilyen reaktorok szabadon mozgó töltetekkel van megtöltve, amelyeken a biomassza növekszik és az elfolyó vízzel, nem távozik. Azért, hogy a tölteteket ne mossa ki az elfolyó víz a rendszerből, szűrőket kell felszerelni, amely gátat szab a hordozó elemek kimosódásának. Az MBBR reaktorokban kialakított körülmények lehetnek oxikusak, anoxikusak és anaerobok egyaránt. Ha aerob a reaktor, akkor nem kell külön kevertetésről gondoskodni, mert rendszerint a levegőztetés képes mozgásban tartani a tölteteket. Erre a célra egy speciális durva buborékos levegőztetőt fejlesztettek ki. A megfelelő buborék mérete fontos, mert ettől függ a kevertetés és a biofilmbe való oxigéndiffúzió. Amennyiben túl nagy méretű a buborék, úgy nem lesz megfelelő a kevertetés, rongálódhat a biofilm szerkezete és az oxigén beoldódás nem lesz elegendő, ha viszont túl kicsi a buborék az sem jó, mert nem képes mozgásban tartani a tölteteket. Tehát az aerob MBBR rendszerek optimális működésének egyik kényes pontja a levegőztetés milyensége és a megfelelő szűrő kialakítása. Míg ha anoxikus vagy anaerob a reaktorunk, akkor kevertetnünk kell a rendszert, hogy mozgásban tartsuk a biofilm hordozókat.[14] 1. ábra Aerob és anoxikus MBBR kialakítás [18] Rendkívül nagy előnye az MBBR rendszereknek, hogy olyan mértékig tölthetjük fel a reaktort (maximum 70 %), amennyi az éppen adott minőségű szennyvíz tisztításához szükséges. A biofilmbe történő anyagtranszportnak fontos szerepe van a biofilmes rendszereknél, így az MBBR-nál is. Tehát meghatározó lesz a kialakuló biofilm vastagsága, mert diffúzióval a szubsztrát µm mélységig képes behatolni a filmbe. 27

28 Ideális rendszerhez vékony és homogén biofilmet kell kialakítanunk a mozgó töltetek felületén. Ezt az áramlási sebesség, a fellépő turbulencia megfelelő értéken tartásával tudjuk elérni.[14] Mivel az ilyen MBBR rendszereknél nagyobb az iszapkor, így a tápanyagok teljesebb lebontását érhetjük el, ami kevés iszaptermeléshez és nehézkes iszapülepítéshez vezet. Ezt tovább nehezíti, hogy a töltetekről leszakadó biofilm nem alkot olyan nagy könnyen ülepíthető pelyheket, mint az eleveniszapos medencékben kialakuló mikroorganizmusagglomerátumok. Így az eleveniszapos rendszerek utóülepítőinek a méretezéséhez használt 0,6 m/h- ás feláramlási sebesség nagy az MBBR leszakadó finom iszapjának a kiülepítésére. Megoldás lehet ilyenkor az alacsonyabb feláramlási sebesség alkalmazása, vagy ha ez nem lehetséges, akkor speciális technológiát kell alkalmazni, vagy vegyszer adagolásával nehezebb pelyheket kell kialakítani. Ilyen speciális technológia lehet ultraszűrő membránok alkalmazása, amely az ülepítő helyett használható fázis szétválasztásra. Az ilyen membránok az ultraszűrés tartományánál nagyobb szemcséket visszatartják a tisztított vízáramból. [15] Nézzük meg, hogy milyen tölteteket alkalmaznak az MBBR rendszerekben. Rendkívül sokféle töltet alkalmazható, melyek nagy hatással vannak a megtapadó biofilmre ezáltal az üzemeltetésre, és jelentősen befolyásolják tisztítás végeredményét. A töltetek típusai: természetes töltőanyagú: bazalttufa, habsalak, érdes felületű szilárd kőzet mesterséges töltőanyagok: műanyagbetétes (polietilén, poliuretán habok), műanyag gyöngy, kerámia A töltetek fontosabb jellemzői a nagy fajlagos felület, méretük, alakjuk és anyaguk. A mozgótöltetek nagyobb fajlagos felületet biztosítanak a mikroorganizmusok megtapadásához, mint a fix ágyas töltetek, tehát kisebb térfogatban nagyobb teljesítményt érhetünk el. A töltetek méretét tekintve a kisebbeket szokták alkalmazni, mert ezek fajlagos felület nagyobb, így jobb lesz a tisztítás hatásfoka. Például 1mm-es nagyságú töltet alkalmazásánál japán kutatók azt találták, hogy a nitrifikáció 15kg N/m, 5mm-es töltetnél, pedig 7kg N/m naponta. [16] 28