VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK

Átírás

1 VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK Szivárgó víz biológiai kezelése Tárgyszavak: hulladéklerakó; hulladékkezelés;aerob; anaerob; kémiai oxigénigény; biológiai oxigénigény; membrán; bioreaktor. A hulladéklerakók szivárgó vizeinek vizsgálata és kezelése mindössze 40 éves múltra tekint vissza. Az új és régi lerakókból származó szivárgó vizek biológiai ammóniamentesítésének hatásfoka meghaladja a 95%-ot. A KOI (kémiai oxigénigény) csökkentése már nehezebb feladatot jelent. A szivárgó víz korától és összetételétől függően 20 90%-os csökkenésről számolnak be. Gyakran alkalmazzák a biológiai fizikai és/vagy kémiai eljárások kombinációját a szivárgó víz szerves anyag terhelésének és a HRT (hydraulic retention time - hidraulikus retenciós idő) ismeretében. A szivárgó vizek jellemzésére általában a BOI/KOI (BOI biológiai oxigénigény) hányadost alkalmazzák. Emellett gyakran megadják a kezelési fokozatok számát, a HRT értéket és a szerves anyag terhelést (TOC total organic content). A BOI/KOI hányados jellemzően 0,05 0,8 között mozog, és szoros összefüggést mutat a lerakó korával, valamint a szennyező anyagok biológiai lebonthatóságával (1. táblázat). A szerves anyag és ammóniatartalom a különböző helyszíneken nagy eltérést mutatott (2. táblázat). 1. táblázat A szivárgó vizek főbb jellemzői A szivárgó víz jellege Kora BOI/KOI arány Régi > 5 év 0 0,03 Közepes korú 1 5 év 0,3 0,6 Friss 3 12 hónap 0,6 1,0

2 A szivárgó vizek összehasonlítása 2. táblázat Jellemzők Olaszországi felmérés Szingapuri felmérés Angliai felmérés < 2 év >6,5 év <2 év >10 év friss régi közepes korú Hely megjelölése nélkül BOI (mg/l) KOI (mg/l) TOC (mg/l) n.a. n.a BOI/KOI 0,39 0,05 0,05-0,67 0,04-0,1 0,5 0,2 0,24 0,09 N-NH 4 (mg/l) ph 5,8 8 4,5 7,5 6,6 7,5 6,2 7,5 5,6 7,3 7,9 8,1 régi a mintaszám nem szerepel n.a. nincs adat A szivárgó vizek kezelésénél alkalmazott eljárások megoszlása a több mint 150 eset vizsgálata alapján azt mutatta, hogy a biológiai módszerek abszolút elsőbbséget élveznek Az esetek kevesebb mint 30%- ában alkalmaznak kémiai eljárásokat. A fizikai eljárások (szűrés, levegőztetés) aránya pedig még a 10 %-ot sem éri el (3. táblázat). Szivárgó víz kezelési módszerei 166 üzemben 3. táblázat A kezelési módszer Előfordulás gyakorisága (%) Biológiai kezelés 72 Flokkulálás/kicsapás 11 Szűrés 5 Levegőztetés 4 Kémiai oxidáció 4 Aktív szenes kezelés 2 Ioncsere 2

3 A biológiai kezelésen belül az aerob derítőtó, az eleveniszapos eljárás és az UASB (upflow anaerobic sludge blanket) teszi ki a biológiai eljárások 60%-át (4. táblázat). A szivárgó víz biológiai kezelési módszerei 120 üzemben 4. táblázat A kezelési módszer Előfordulás gyakorisága (%) Aerob derítőtó 21 UASB 1 18 Eleveniszapos kezelés 17 SBR 2 15 Anaerob szűrés 11 MBR 3 8 Nádas/vizes élőhely 4 Anaerob derítőtó 3 Kezelés anaerob szuszpenziós tenyészettel 3 1 UASB felfelé áramló anaerob iszapréteg (upflow anaerobic sludge blanket) 2 SBR szakaszos reaktorok sorozata (sequencing batch reactor) 3 MBR membrán bioreaktor A különböző módszerek hatékonysági vizsgálatából kitűnt, hogy legjobb eredmény a kombinált eljárásokkal érhető el (5. táblázat). Újabban az eleveniszapos eljárást membrán bioreaktorral egészítették ki. Az MBR eljárással kombinált biológiai kezeléssel eredményesen csökkenthető a KOI. A folyamat vázlata az 1. ábrán látható. A kezelés után tisztított szennyvíz és nagy iszaptartalmú melléktermék keletkezik. A módszer előnye, hogy a szuszpendált szilárd anyag teljes mennyisége visszanyerhető térfogatnövekedés és kimosódás veszélye nélkül. A membrán a tartályon belül és kívül egyaránt elhelyezhető. A hagyományos és membránnal kombinált eljárás összehasonlítását a 6. táblázat foglalja össze.

4 Kezelési módszer Nagyüzemi eljárások 5. táblázat A hagyományos kezelési módszerek és hatásfokuk Fokozatok száma BOI/KOI KOI (mg/l) KOI-csökkenés (%) Szűrés ásványi és kavicságyon + három anaerob derítőtó 5 0, ,7 Mesterséges levegőztetés és szikkasztás 2 0, Derítőtavak és vizes élőhely 4 0, Mesterséges levegőztetés és vizes élőhely 2 0, SBR 1 0, SBR 1 0, SBR 1 0, SBR 1 0, SBR 1 0, Félüzemi eljárások Szűrés, ózon és eleveniszap 3 0, UASB 1 0, UASB 1 0, UASB 1 0, UASB, levegőztetés, levegőztető tartály, vegyszeres kicsapás 4 0, visszavezetett anyagáram elvezetés membrán bevezetés levegő levegő bioreaktor elvezetés 1. ábra A membrán bioreaktor folyamatábrája

5 6. táblázat Fiatal és régi lerakók szivárgó vizeinek kezelésénél alkalmazott hagyományos és MBR kezelés összehasonlítása Alkalmazott módszer Fokozatok száma KOI mg/l Terhelés (KOI/m 3 nap) Derítőtó, nedves élőhely n.a. Aerob/anaerob derítőtó ,25 Mesterséges levegőztetés, nedves élőhely ,02 Anaerob szűrés n.a. Aerob kezelés, ülepítés, flokkulálás-kicsapás ,1 SBR n.a. MBR (HF) MBR n.a. MBR (SS), aktív szén n.a. MBR (SS), aktív szén n.a. MBR (HF) HF üreges szál (hollow fibre) SS oldaláram (sidestream) A KOI-csökkenés mértéke általában a BOI/KOI növekedésével arányosan javul. 0,4 0,8 BOI/KOI mellett a HRT emelkedésével fokozódik a KOI-csökkenés mértéke. Ezzel szemben a régi lerakók szivárgó vizeinél nincs összefüggés a KOI-csökkenés és a BOI/KOI között HRT nap esetén. Nem találtak különbséget az aerob és anaerob kezelés között azonos HRT mellett. Aerob körülmények között 88%-os, anaerob körülmények között 83%-os volt a csökkenés 5 20 nap HRT mellett. Ugyanakkor fel kell hívni a figyelmet arra is, hogy mivel az ammónia anaerob kezeléssel nem távolítható el, a szivárgó víz utólagos levegőztetéséről vagy nitrifikálásáról gondoskodni kell. A nagyüzemi kezelés legalább kétlépcsős, és a fokozatok száma a szerves anyag terhelés emelkedésével növekszik. A kezelés utáni vízminőség elsősorban a kiinduláskor mért BOI/KOI értéktől függ. Friss szivárgó víz esetében háromfokozatú anaerob derítőtavas kezelés és ásványi anyag, majd kavicságyon végzett szűrés kombinációjával 99,7%- os KOI-csökkenést értek el. Régi lerakók szivárgó vizeinél alkalmazott kétlépcsős kezeléseknél 88%-os csökkenést mértek. A kezelés két lé-

6 pésből derítőtó és nedves élőhely állt, fokozott levegőztetéssel és nedves élőhelyek sorozatával. A régi és közepes korú lerakók szivárgó vizeinek kezelésénél eredményesnek bizonyult a levegőztetett derítőtó és nedves élőhely, illetve az SBR rendszer és nedves élőhely kombinációja. Régi lerakókból vett mintáknál az egyfokozatú SBR rendszer önmagában 0 70%-os KOI-csökkenést eredményezett. A félüzemi kísérletekben egyfokozatú kezeléssel 78%-os, kétfokozattal már 80% feletti KOI-csökkenést értek el. Az eredményekkel kapcsolatban érdemes megjegyezni, hogy a kezelés hatásossága szempontjából a módszerek sorrendje döntő. Példaként említhető, hogy a régi lerakókból származó szivárgó víz esetében, melynek BOI/KOI értéke 0,1 0,7 volt, az aerob kezelést követő kémiai biológiai oxidáció és a kémiai kicsapás 87%-os KOI-csökkenéshez vezetett. Valamivel gyengébb eredményt kaptak, ha a kémiai lecsapást követően végeztek oxidálást. Az MBR eljárást az 1990-es évek elejétől vezették be Nyugat- Európában, de még ma sem tekinthető általánosan alkalmazott módszernek. A membrán bioreaktor technikát kidolgozó cégek közül hármat érdemes megemlíteni: Wehrle Environmental (német), Degremont (francia) és Zenon (kanadai). Ezeknek a rendszereknek kétségtelenül nagy a beruházási költsége, viszont az üzemeltetés számtalan előnnyel jár. A gazdaságos működés egyik oka az, hogy igen nagy szilárd anyag tartalmú szuszpenziók kezelésére is alkalmas, és ez a hagyományos eljáráshoz képest csökkentett iszaptérfogattal jár. Lényegesen jobb a tisztítás hatásfoka, aminek köszönhetően az elfolyó víz minősége a szigorúbb előírásoknak is megfelel. A hagyományos és a membrán bioreaktor módszer összehasonlításakor azt találták, hogy átlagosan 80%-os KOI-csökkenést lehetett elérni az utóbbi módszerrel 0,03 0,16 BOI/KOI mellett, míg hagyományos módszerrel a csökkenés 63%-os volt 0,21 0,3 BOI/KOI mellett. Ezzel kapcsolatban feltétlenül meg kell jegyezni, hogy ez a hatásfok kisebb HRT mellett érhető el, ami nagyobb terhelést jelent (1 3 kg KOI/m 3 nap) szemben a hagyományos terheléssel (kevesebb mint 0,25 KOI/m 3 nap). Az MBR eljárás segítségével valamennyi szilárd komponens eltávolítható a szuszpenzióból, így a másodlagos ülepítés elhagyható. Újabban vizsgálták az MBR és nanoszűrés (NF), valamint aktív szenes (AC) kezelés kombinációját. Kiinduláskor a szivárgó víz KOI-értéke 5000 mg/l volt, kezeléssel 92 93%-os csökkenést értek el. Az egyes módszerekkel önmagukban alkalmazva a következő eredményt kapták: AC derítéssel 70 90%, MBR módszerrel 60 76%. Az MBR eljárás és a nanoszűrés kombinációja azért mondható sikeresnek, mert a membrán-

7 ról lejövő szűrlet igen jó minőségű, és közvetlenül alkalmas a nanoszűrésre. Végezetül megállapítható, hogy a hulladéklerakók szivárgó vízének kezelésénél alkalmazott módszer elsősorban a lerakó életkorától függ. A KOI-érték csökkentésénél jó eredményt értek el a különböző biológiai kezelések kombinációjával, különösen az 5 évnél fiatalabb lerakókból származó és nagy HRT értékű vizek esetén. Az 5 évnél öregebb és 0,3- nál kisebb BOI/KOI arányú vizek esetében a hagyományos többlépcsős biológiai kezelések hatásfoka nem érte el a 60%-ot. A nitrátmentesítés, különösen asszimilálható szén jelenlétében még a 95%-ot is meghaladhatja. A membrán bioreaktor egyik előnye, hogy még kevés biológiailag lebontható anyagot tartalmazó vizeknél is kielégítő hatásfokkal dolgozik. A szűrlet kiváló minősége lehetővé teszi a nanoszűréssel kombinált további tisztítást, ami hagyományos eljárásnál csak előzetes mikroszűrés után alkalmazható. Az MBR/AC/NF háromfokozatú eljárással a régi lerakókból származó szivárgó vizeknél (BOI/KOI 0,1-0,2) olyan jelentős KOIcsökkenés érhető el, amit a többfokozatú hagyományos eljárások nem tudnak nyújtani. Összeállította: Haidekker Borbála Alvarez-Vazquez, H.; Jefferson, B.; Judd., S. J.: Membrane bioreactors vs conventional biological treatment of landfill leachate: a brief review. = Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 79. k. 10. sz p Lonkidon, M. X.; Zombonlis, A. J.: Comparison of two biological treatment processes using attached-growth biomass for sanitary landfill leachate treatment. = Environmental Pollution, 111. k. 2. sz febr. p

8