Lakossági szennyvizek tisztítása

Átírás

1 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Lakossági szennyvizek tisztítása 2014.

2 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Lakossági szennyvizek tisztítása - anyag, energia, költség. Dr. Kárpáti Árpád Bevezetés A kommunális szennyvíz a lakosság döntően táplálkozási, s kisebb mértékben egyéb hulladékainak az ivóvízzel azok eredeti térfogatához viszonyítva sokszorosára hígított változata. Elkerülhetetlenül tartalmaz háztartási kemikáliákat, mosogató, mosószereket, esetenként a helyi ipari tevékenység révén bekerülő egyéb szennyezőket. A szennyvíz tisztítása a fenti hulladékok mindenkori igény szerinti részleges eltávolítása a vízből. Az emberiség térségenként eltérő, ivóvíz előállítására alkalmas nyersvíz készletei, illetőleg a felszíni vizek egyre általánosabb arra történő felhasználása miatt a vízkészletek, illetőleg a befogadók biológiai öntisztító kapacitásának védelme érdekében a szennyvíztisztítás mértékének igénye is térségenként változó. A tisztítás hatékonyságában és költségében a szennyvízbe juttatott anyagok mennyiségei, sőt azok összetétele is meghatározó. Éppen ezért a kapcsolat pontosítása a hulladék termelése és a tisztítás költsége között a lakosság /egyén/ szempontjából nem érdektelen. Ha egy fő naponta liter csapi vizet használ el, annak a tisztítással együtt a költsége csupán forint. Ezzel szemben az a kereskedelmi forgalomból vásárolt 1-2 liter, amit eredeti, vagy széndioxiddal dúsított ásványvízként, netán cukrosított, ízesített egyéb folyadékként elfogyasztunk, ennek a többszöröse költség. Iparosított szennyvíztisztítás A lakossági hulladék, szerves széntartalma igen sokféle vegyület formájában, lebegő és oldott állapotban egyaránt előfordul a szennyvízben. A sejtjeink biokémiai átalakításaiban hasonló fontosságú nitrogén ammóniummá, a foszfor ortofoszfáttá hidrolizálva, döntően oldott formában érkezik a tisztítótelepre. A szerves tápanyag mennyisége / szerves széntartalom/ hagyományosan a biológiai oxigénigénnyel /BOI/ jellemezhető. A mikroorganizmusok átalakításaikhoz oxidálószerként csak a vízben oldott oxigént tudják hasznosítani ezért azt mesterséges levegőztetéssel kell beoldani a vízbe. A biológiai folyamatok egyebekben megegyeznek a talaj, vagy az élővizek természetes, anaerob és aerob lebontási, öntisztulási folyamataival, mintegy azok iparosított, intenzifikált változatai. A szennyezések döntő részének eltávolítására az ilyen biológiai megoldások messze a legolcsóbb lehetőség.

3 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A mikroorganizmusok az általuk hasznosítható tápanyag /szén -C-, nitrogén -N-/ egy részét gázhalmazállapotú termékké, széndioxiddá és nitrogénné alakítják, míg a többi részből a foszfortartalommal egyetemben szilárd formájú sejtanyagot, szervetlen csapadékot (lebegő anyag) termelnek, amely egyszerű ülepítéssel elválasztható a víztől. A tisztított szennyvíz azonban mindig tartalmaz kevés oldott szerves anyagot, amely egyrészt a biológiailag nehezen bontható szennyezőanyag rész, másrészt magának a lebontásnak a nehezen bontható oldott terméke. A keletkező szilárd hulladék a szennyvíziszap, amely a részben elhalt sejtek felületén a biológiailag bonthatatlan szennyezések döntő részét is megköti, adszorbeálja. A víz alapvető komponens minden élőlény tevékenységéhez. A szennyvíztisztítást végző mikroorganizmusokban a biológiai átalakítások a sejten belül jól behatárolt koncentrációjú vizes oldatban folynak le, mint ahogy ez az ember sejtjeiben, vagy akár a talaj baktériumaiban is történik a döntően energianyerés céljából történő anyag-átalakítás. A biológiai átalakítás segítője azonban a nagyobb molekulák sejten kívüli kémiai felaprítására, amelyet a sejtben termelt, s onnan a környezetbe kibocsátott enzimek (exo-enzimek) végeznek. A mikroorganizmusok ugyanakkor vízben szuszpendált, vagy hordozófelülethez tapadt biológiai film formájában is végezhetik tevékenységüket. Az áramló víz szállítja a mikroorganizmusok képezte iszappelyhekhez, vagy iszapfilmhez a szaporodáshoz szükséges valamennyi tápanyagot. Ezeken belül azonban a diffúzió az anyagforgalom meghatározója. Részben igaz ez a sejt membránjára, valamint a sejtközi állományra is. A biokémiai átalakítások termékei ugyanígy jutnak vissza a vízfázisba. A keletkező sejttömeg életciklusa során folyamatosan elhalt sejtek lassan bontható sejtfal és egyéb maradványaivá alakul. A tápanyaggal kellően ellátott mikroorganizmusok ugyanakkor a rendszer biológiai tisztító kapacitását folyamatosan újratermelik. Ehhez a lebegő formában történő szaporításuk (eleveniszapos szennyvíztisztító) esetén az 1. ábrán egyszerűsítve látható folyamatkialakítás szükséges. Levegôztetô Ülepítô Szennyvíz Tisztított elfolyóvíz Iszaprecirkuláció Fölösiszap 1. ábra : Az eleveniszapos szennyvíztisztítás legegyszerűbb változata. A biofilmes rendszerek kialakítása ma már nagyon hasonló az 1. ábrán láthatóhoz, csuán nincs azokban iszaprecirkuláció. Korábban, a csepegtetőtestek időszakában a vizet felülről locsolták a hordozó felületére

4 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért az oxigén és tápanyagellátáshoz szükséges gáz és folyadékáramlás kialakítására. Napjainkra a vízfázisban működő, s az eleveniszapos rendszerekhez hasonlóan levegőztetett biofilmes megoldások váltak általánossá, ami gyakorlatilag megfelelő levegőztető reaktorokat és azt követő iszapülepítőt igényel. Az utóbbi akár lehet a napjainkban rohamosan terjedő membránszeparáció is. A folyadékfázisban rögzített, vagy mozgó biofilm hordozón (eltérő anyagú, méretű és kialakítású töltet) szaporodik ilyenkor a biomassza döntő része. Az időszakosan leszakadó biofilm részek pedig felaprózódva lebegve is tovább szaporodhatnak, de a folyadékáramlás ütemében folyamatosan kimosódnak a rendszerből. Iszaprecirkuláció esetén vegyes (eleveniszapos-biofilmes) rendszer is kialakítható, amit hibrid rendszernek neveznek. A keletkező szennyvíziszap sorsát, újrahasznosítását ez az áttekintő nem tárgyalja. Biológiai öntisztítás a befogadókban - tápanyag egyensúly A biológiai tisztítás a kommunális szennyvízből a befogadókban nem kívánatos anyagokat kell, hogy eltávolítsa, mivel azokban káros folyamatokat, a hosszú távú biológiai egyensúlyban kedvezőtlen eltolódást, visszafordíthatatlan károsodást okozhatnak. A befogadókba kerülő biológiai oxigénigény azok oldott oxigén tartalmát fogyasztja, ami viszont a vízfelszínen keresztül csak korlátozott sebességgel jut be a levegőből a vizek belsejébe. Az élővizek biológiai lebontó kapacitását ilyen értelemben mindig azok természetes oxigénfelvétele /levegőzése/ fogja behatárolni. Elvileg maguk a befogadók is korlátozott kapacitású szennyvíztisztítók. A keletkező szennyvíziszap elhelyezési helye a vízfenék. Túlterhelés esetén azonban mind a keletkező szennyvíziszapnak, mind az oxigénellátás romlásának, mind a nitrogén és foszfor befogadóban történő akkumulációjának, s ennek eredményeként az algásodásnak, eutrofizációnak alig visszafordítható káros következményei is lehetnek. Kezdetben csak az oxigénhez kötött egyéb vízi élet károsodik, később a befogadó pihenési igényeink biztosítására is alkalmatlanná válik, hosszabb távon algás tóvá, annak berothadása esetén bűzlő víztömeggé, jóval később feltöltődő mocsaras, lápos területté is alakulhat. Szerencsére a folyamatok csak kivételes esetekben ennyire gyorsak. Gondos ellenőrzésük esetén az élővizek állapota stabilizálható, és éppen ez a befogadók terhelés-szabályozásának alapvető feladata. A Balaton példája élő bizonyíték a környezetszabályozás szükségességére, ugyanakkor bonyolultságára. Mindezeknek a problémáknak az alapvető oka a lokális túlnépesedés, az emberiség életformájának gyökeres átalakulása, az agglomeráció. Az emberek városokba költözésével az élelmiszerfogyasztás hulladékai is ott koncentrálódnak. A lakosság nagyobb térség, többnyire felszín alatti vízadó rétegek vizét gyűjti össze és szennyezi el, ugyanakkor a tisztított vizet felszíni vízfolyásokba vezeti, lehetőleg minél messzebb távolítja el környezetéből. A nagy higiénés felfedezés, a vízöblítéses toalett, valamint a hozzá kapcsolódó települési szennyvíztisztítás elősegíti ugyan, hogy a befogadók szerves anyag és bakteriális terhelése csökkenjen, ugyanakkor nem biztosítja, hogy a tápanyagokkal a városokba vitt szerves szén, s különösen a nitrogén és foszfor /illetőleg maga a legnagyobb tömegben felhasznált víz is/ a származási helyére vissza is kerüljön. Ez lett az oka a mezőgazdasági területeken jelentkező tápanyaghiánynak, majd ez eredményezte a termőföldek műtrágyázását, bizonyos értelmű túltrágyázását /nitrát/, ami azután a felszíni, majd a mélyebb rétegek vizeinek elnitrátosodásához is vezetett.

5 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Sajnos a nitrát-tartalom adott koncentráció felett a csecsemőkre mérgező. Erősen nitrátos talajvizek esetén ezért a csecsemők vízellátását egyéb forrásból, esetleg nitrát-mentesített ivóvízzel kell megoldani. A városok alatti, majd a város közeli talajvizek ammóniás, nitrátos vagy egyéb, esetlegesen toxikus elszennyezése is az ivóvíz egyre nagyobb távolságról történő beszerzését, vagy költségesebb előkészítését teszi szükségessé. A tápanyagokon túl persze /mint már az említésre került/ maga a víz sem kerül vissza eredeti helyére, ami területenként a talajok vízkészletének csökkenését, a talajvíz szintjének jelentős süllyedését is okozhatja. Ezt a tisztított szennyvíz visszatáplálásával lehetne javítani, ez viszont jóval szigorúbb tisztítási követelményeket igényelne. Nitrogén és foszfor többlet a szennyvíztisztító telepen A szennyvíztisztításnak, mint a bevezető is rögzítette, a mindenkori igényeket kell kielégíteni. Ezek rendszerint a befogadók védelmére készített elírásokban rögzített határértékek. A nitrogén- és foszforvegyületek eltávolításának növelése a szennyvíztisztítást számottevően drágítja. Megjegyzendő, hogy a nitrogéntartalom döntő része, de a foszfornak is több mint a fele a vizelettel kerül a szennyvízbe. A szerves széntartalom oxidációjával keletkező fölösiszap / biomassza / a teljes nitrogén és foszfortartalom felvételére a hagyományos technológiáknál nem alkalmas. A kommunális szennyvíz a fölösiszaphoz szükséges nitrogénmennyiség mintegy háromszorosát, és a foszforigénynek is a többszörösét tartalmazza. A tudományos és műszaki fejlődés mára olyan biotechnológiák kialakítását eredményezte, melyek a kívánt mértékig biztonsággal el tudják távolítani ezeket a komponenseket is a szennyvizekből. Az ammóniát előbb nitráttá oxidálják, ami persze további 0-40 % oxigén-, illetőleg energiatöbbletet igényel, de a nitrát egy következő lépcsőben elemi nitrogénné redukálható, amivel egyben az ammónia oxigénigényének 6 %-a visszanyerhető. A nitrogén és foszforprobléma megértéséhez hasznos talán emlékezni az ember tápanyagátalakítási folyamataira. A felvett tápanyagnak csak a széntartalma az, amit a szervezet ʺ elégetniʺ képes. A nitrogén és foszfor hosszabb időátlagban változatlan mennyiségben ürül a szervezetből. A mikroorganizmusok hasonlóan, a szerves szén oxidációjával jutnak energiához, de egyes csoportjaik az ammónia ʺ égetéséreʺ, mások a keletkezett nitrát oxigéntartalmának újrahasznosítására is képesek. Megint más mikroorganizmusok a többségnél sokkal nagyobb foszformennyiség betárolására képesek, ami lehetővé teszi, hogy tudatos hasznosításukkal, elszaporításukkal a szennyvíz teljes foszfortartalma egy adott határig, magával a szennyvíziszappal is kellőképpen eltávolítható legyen (Kárpáti et al, 1995). A többletfoszfor eltávolítása korábban egyébként csak vas és alumíniumsók adagolásával volt lehetséges. Fémsókkal történő foszforeltávolítás esetén azonban a fölösiszap mennyisége 20-0 %- kal nő, a vegyszer fémtartalma a szennyvíziszapban marad, szulfát vagy klorid tartalma pedig a tisztított elfolyó vízbe kerül.

6 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Összességében megállapítható, hogy a nitrogén forráshelyére történő visszaforgatása a jelenlegi szennyvíztisztítással elvileg is csak kis hányadában lehetséges. A foszfor esetében kedvezőbb a helyzet. A hasznosítás lehetőségének meghatározója azonban minden esetben a keletkező szennyvíziszap újrafelhasználásra történő megfelelő előkészítése, illetőleg a mezőgazdasági hasznosításnál annak a nehézfém (Zn, Cu, Cr, Ni szennyezettsége). Biológiailag inert /át nem alakítható/ anyagok Napjainkban a termelés és fogyasztás átalakulása folytán egyre több nem természetes eredetű, biológiailag bonthatatlan vagy nehezen bontható szerves anyag kerül szennyvizeinkbe. Ezek a természet körfolyamataiban szükségszerűen zavarokat eredményeznek. Közülük a biológiailag nehezen lebontható, átalakítható anyagok a veszélytelenebbek. Ma már ezek közé sorolják a lakosság által felhasznált gyógyszereket is. Ezek és biológiailag átalakított származékaik ugyanis hosszú távon igen káros lehetnek a víz újrafelhasználásakor a lakosságra. Egyéb hasonló hatású anyagok lehetnek a háztartáshoz tartozó növényvédő-, rovaritó-, gombaölőszerek és más toxikus anyagok, melyek egyes csoportjairól köztudott, hogy rákkeltő, genetikai, illetve fejlődési rendellenességet is okozhat. Ezek származékai a talajból a növényeken keresztül is hatással lehetnek a lakosságra, az ember természetes védelmi rendszerére, egészségére. A toxikus szennyezők jelenléte a szennyvizekben nem csak az előzőek miatt jelent gondot. Magát a biológiai tisztítást is gátolják, lassítják, esetlegesen teljesen le is állíthatják. A mikroorganizmusokra ugyanis hasonlóan toxikusak lehetnek, mint a bonyolultabb szervezetekre. A biológiailag le nem bontható szennyezőanyagok elleni védelmet elsődlegesen az üzemi szennyvíz előtisztításnak kell biztosítani, valamint a lakosságnak kell a tisztításra veszélyes anyagok felhasználására, hulladékainak elhelyezésére fokozottan ügyelni. Élelmiszerfogyasztásunk és hulladékai, energia- / költségvonzataik A lakosság az élelmiszerekkel magához vett energiának csak mintegy 85 százalékát hasznosítja. A többi rész a szennyvízbe kerül. Ez szolgál a mikroorganizmusok energiaforrásául. Elvileg még az utóbbinak is jó része hasznosítható lenne, ha a hulladékot levegőtől elzártan /anaerob úton/ metán termelésére lehetne hasznosítani. Technikai problémák, elsősorban a nagy hígítás miatt ez a megoldás közvetlenül alig jöhet szóba. A gyakorlatban a koncentrált élelmiszeripari, cukoripari szennyvizek, technológiai folyadékok esetét kivéve, csak a sokkal töményebb, ugyanakkor kisebb térfogatú szennyvíziszap feldolgozására alkalmazzák. A lakossági szennyvizek tisztítása ezért döntően a korábbiakban bemutatott biológiai oxidációval történik. Érdemes megvizsgálni, hogy ennél a tisztítási folyamatnál mennyi külső energia befektetése

7 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért szükséges a szennyvízbe került, adott belső energiatartalmat képviselő szennyezés biológiai átalakításhoz, eltávolításához. Milyen formájú különböző, fajlagos hulladékmennyiségek keletkeznek, s milyen energiavagy költségigények merülnek fel az egyes tisztítási lépéseknél. Energiára a szükséges oxigénmennyiség bevitelén túl az anyag /szennyvíz és szennyvíziszap/ mozgatásához, szivattyúzásához, a szennyvíziszap víztelenítéshez, valamint elhelyezéséhez, szállításához, talajba juttatásához van szükség. A lakosonként naponta szennyvízbe kerülő szennyezőanyag mennyiségek, energiatartalmak, valamint a tisztítás költségei az összehasonlíthatóság érdekében sorban kiszámolhatók és az alábbiaknak megfelelően összevethetők. (Fajlagos mutatók - anyag, energia, költség (az adatok egy lakos napi fajlagos mutatói.) Élelmiszerfogyasztás -energia igény egy lakos által fogyasztott napi tápanyag kalóriaértéke átlagosan: 1700 kcal 7100 kj 2 kwh (tömege az élelmiszerek kalóriatáblázataiból visszaszámolható, Ezeket a mennyiségeket azért célszerű feltűntetni energia-egyenértékekben, hogy jobban kiemelkedjen a különböző igények költségeinek eltérése. Az ember napi tápanyag szükségletének energiatartalma az élelmiszerek helyett gázolajból mintegy két deciliter (maximum 20 Ft), villamos energiával pedig 2 kwh (mintegy Ft) felhasználásával biztosítható lenne. Sajnos az ember, a tápláléklánc csúcsfogyasztója, képtelen ezeknek az energiaformáknak a hasznosítására. A ma legolcsóbbnak tűnő energiát, a napfényt is döntően a növényzet segítségével hasznosítja. Marad hát a költségesebb, de kivitelezhető táplálkozás. Szennyvízbe kerülő hulladék /lakosonként naponta/: / 150 liter szennyvízben hígítva lakosonként / energiatartalom: 400 kcal 0,48 kwh, villamos energia egyenértéke 12,5 Ft, anyagmennyiségként közelítőleg a kis kalóriaértékű táplálék fajlagosával /4000 kcal/kg / számolva 100 gramm,

8 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért oxigénigénye (BOI) : gramm oxigén - közelítőleg ennyi oxigén kell a fenti szennyezés sejtanyaggá történő átalakításához-, a levegőztetés energiaigényében /0,5-1 kwh/kg oxigén/ 0,05-0,01 kwh, ami csak 1,5- Ft lakosonként naponta Láthatóan a mikroorganizmusok hulladékunk energiatartalmát ötöde energiaigénnyel képesek immobilizálni, szennyvíziszappá alakítani. Napjainkban a levegőztetés költséghányada a szennyvíztisztításnál jócskán visszaesett, elsősorban a többi kapcsoló költség emelkedése miatt (műszerezés, folyamatszabályozás, iszapvíztelenítés, komposztálás, iszapszállítás, injektálás, iszapelhelyezés). A keletkező, ülepített szennyvíziszap igen híg szuszpenzió. Szárazanyag tartalma /105 C-on történő szárítás/ jó esetben is csak 1-2 százalék. Ilyen víztartalommal az iszap elhelyezése, szállítása irreális, hiszen az eredeti szennyvízmennyiség mintegy két százalékát teszi ki. Tartós ülepítés, úgynevezett sűrítés révén is csak 4-5% víztartalomig koncentrálható. Ez az anyag már sűrűn folyós, esetleg közvetlenül is elhelyezhető, főleg talajfelszín alá történő besajtolással, injektálással a mezőgazdaságilag hasznosított, vagy éppen pihentetett területeken. Az úgynevezett nyers iszapok esetében a víztelenítéssel alig lehet 20 %osnál nagyobb szárazanyag tartalmú iszapot előállítani, ugyanakkor a rothasztott iszapoknál ez csaknem 0%-ig is lehetséges. Keletkező nyers iszapmennyiségek /lakosonként naponta/: iszapmennyiség a biológiai átalakítás után: gramm szárazanyag /1 gramm BOI-ből 0,8 gramm fölösiszap termelést számolva/ amiben 7-11 % nitrogén és 2 % foszfortartalomra számíthatunk, ülepített iszap / 1,5 % / mennyisége /főxd úgynevezett híg, szekunder iszap, sűrített iszap / 4% / mennyisége 1,5 kg talajba injektálható iszap, víztelenítetve / 20% / mennyisége 1/4 kg komposztálandó iszap /a kiindulási 150 liter/fő napi szennyvízből/ A már említett anaerob rothasztással a nyers iszapból lehet energiatartalmának egy részét visszanyerni, metán termelésével hasznosítani. Egyidejűleg a sejtek nagy részének szétesése és az oldott sejtközi állomány átalakulása következtében az iszap vízteleníthetősége kedvezően változik. A

9 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért víztelenítéshez egyszerű mechanikus berendezéseket, centrifugát, szűrőket, préseket lehet használni. A keletkező iszapok már félszilárdak, elhelyezésük célszerűen csak a talajfelszínre lehetséges. Mivel még viszonylag sok fertőző mikroorganizmust tartalmaznak, megfelelő utókezelésük ajánlatos. A termikus vagy vegyszeres kezelés, meszes fertőtlenítés viszonylag drága, ezért a biológiai megoldás itt is előtérbe kerül. A megfelelő összetételű földnedves iszap-hulladék keverék az úgynevezett komposztálás során a nagyobb hőmérsékletet kedvelő mikroorganizmus fajok tevékenysége eredményeként tartósan C közelébe melegszik, aminek hatására a patogén -fertőző- szervezetek többsége elpusztul: Az összeérő, jelentős talajtápanyag értéket képviselő termék közvetlenül felhasználhatóvá válik. Szilárd maradék rothasztás után - tápanyagtartalom energiatartalom: iszap mennyiség rothasztás után: 25 gramm szárazanyag, 0 % nedvességtartalomra víztelenítve az iszapmennyiség: 0,1 kg / mintegy 50% iszap szárazanyag maradékkal számolva / -amiben a nitrogéntartalom lényegesen kisebb, 2-4 % körüli, -míg a foszfortartalom korábbi mennyisége változatlan, koncentrációja ennek megfelelően a nyers iszapénak kétszerese, 4% energiatartalom: 0,1-0,1 kwh energia az iszapban marad, ill. metán lesz, ami metánként 1 Ft értékű energiahordozót képvisel A szennyvíztisztítás maradékai közül csak a metán hasznosítható, ha egyáltalán olyan a technológia hogy metán keletkezhet. A hazai gyakorlatban az anaerob iszaprothasztók veszélyességük és költségigényük miatt évtizedekig nem kerültek kiépítésre. Üzemeltetésük kis telepek esetén egyébként sem javasolt. Azoknál olcsóbb a nyers iszap mezőgazdasági elhelyezése a rothasztók és metánhasznosítás nagy fajlagos beruházási, amortizációs költsége miatt. Mint a felsorolás legutolsó adatsorából látható, a metán energiahozama viszonylag kevés, 1 Ft naponta lakosonként. Ez az érték a rothasztás és égetés kiépítésének amortizációját, és üzemeltetésének fajlagos költségét csak nagyobb /20000 tisztításra bekötött lakos/ tisztítóknál közelíti meg. Az ilyen üzemméretre a szennyvíztisztítás egy főre számított fenti fajlagosait a 2. ábra próbálja összegezni. Ebben külön oszlopban láthatók az anyag, az energiamennyiségek és alakulásuk, valamint a keletkező termékek víztartalmai. A szennyvíziszap esetében 70% víztartalmú anyagról lévén szó a nedvességtartalom elpárologtatása az energianyereséget, vagy legalább is az önfenntartó égetést csak igen bonyolult berendezések teszi lehetővé. Egyéb esetben magához az égetéshez is külső segédenergia /további tüzelőanyag/ szükséges. Az iszapégetésnek a keletkező füstgáz vonatkozásában is vannak komoly hátrányai, illetőleg gáztisztítási költségvonzatai.

10 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Error! Objects cannot be created from editing field codes. 2. ábra: A szennyvíztisztítás egy főre számított fenti fajlagosai. A lakossági szennyvíz tisztításának költségei Az üzemeltetési költség számításánál ma még a villamos energia árát mint meghatározót célszerű figyelembe venni, ugyanis ezt az energiaformát igénylik a folyékony hulladék feldolgozásának különböző műveletei, a keverés, levegőztetés, víztelenítés. A szállítás esetében ezzel szemben az üzemanyagárak a meghatározók. Országoktól függően a munkabérköltség igen változó hányad, az automatizáltsággal csökkenthető, ami viszont növeli a beruházási, illetőleg amortizációs költséget. Az oxigénbevitel levegőztetési költségét /üzemeltetési költség 1,5- Ft / fő naponta- összevetve a jelenlegi szennyvíztisztítás lakosokra számítható mintegy Ft / fő napi összes üzemeltetési költségével, megállapítható, a költségarányokban igen jelentős eltolódás következett be. Nem a levegőztetés energiaköltségei a meghatározóak, noha még így is számottevőek, hanem az egyebek. A területvásárlás, üzemeltetés irányítás, szabályozás, iszapkezelés, elhelyezés és a beruházás amortizációjának a járulékos költségei. Talán elég ennek szemléltetésére végiggondolni, hogy a tisztítókiépítés fajlagos költségének ( 6000 ezer Ft minden köbméter napi tisztítandó szennyvízre számolva, ami közelítőleg ezer Ft lakosonként), valamint a közcsatorna kiépítése ennek is 2-4-szeresét kitevő kiépítési költségének a mai kamatfeltételek mellett naponta esedékes amortizációs vonzata ennek a döntő része. A gyakorlatban ez a központi támogatás, kölcsön kedvezmények révén jóval kisebb volt eddig. Támogatásra került az üzemeltetési költség is, ami azonban a jövőben megszűnik. Ezeket az összegeket vethetjük össze a jövőre nézve a napi táplálkozási kiadásainkkal, s azon belül is a vízbeszerzés, ívó vízbeszerzés költségeivel. A tisztításról szükségszerűen nem mondhatunk le, hiszen ez biztosítja a másik oldalon befogadóink, s helyenként nyersvízforrásaink minőségét, pihenési, szórakozási igényeink azokkal történő kielégítését is.

11 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A szennyvíztisztítás biokinetikai problémái a gyakorlatban. Kárpáti Árpád - Hajós Gábor Bevezetés A szennyvíz termelése mindennapi életünk része. Igaz ez a lakossági mindennapi létfenntartására, életére, de igaz az ehhez szükséges legkülönbözőbb anyagok napjainkra iparosodott előállítására, s így az ipari szennyvizekre is. A velük valamilyen mértékben elszennyezett vizet a természeti körforgásába önmagunknak, s a környező természetnek egyaránt problémamentesen kell visszajuttatnunk. Ezt végzi a különböző szennyvizek gyűjtése, és a befogadókba történő kijuttatás előtti tisztítása. A szennyezőanyagok vízből történő eltávolítása ma még döntően aerob folyamat, amely oxigént fogyaszt a biológiai átalakítási folyamataihoz. Az anaerob folyamatoknak ugyanakkor komoly szerep jut a jól bontható szerves anyagokat nagy koncentrációban tartalmazó ipari szennyvizek metanizációjában, valamint az aerob úton közvetlenül nem bontható komponensek bonthatóvá tételében. A két átalakítási út eltérő körülményeket, s ahhoz szükséges segédanyag ellátást igényel. Az aerob oldalon törvényszerűen a mindenkori oxigénkoncentráció a meghatározó. Rajta kívül azonban maga a tápanyag (esetlegesen rosszul bomló, toxikus anyagok) is meghatározó az átalakítási folyamatok sebességére. Ez a gyakorlatban a tápanyag átalakítását végző mikroorganizmusok szaporodási sebességével jellemezhető. Az előadás az aerob biológiai szennyvíztisztítás környezeti körülményeinek, s kiemelten az oxigénellátottságnak és a toxikus anyagoknak a zavaró hatását elemzi. A lakossági szennyvíz fajlagos mennyisége és szennyezettsége Településeink szennyvizei, mint már a bevezető is említette, részben a lakossági, részben az ipari jellegű vízfelhasználásból keletkeznek. Az ipari szennyvizeknél mérgező anyag tartalmuk esetén az előtisztítást vagy teljesen szeparált tisztítást preferálják. Ez a lakossági szennyvíztisztítókat hivatott megvédeni az ipari szennyezések káros hatásától. Részben a biológiai folyamatok védelmét, részben a keletkező iszap elszennyeződésének az elkerülését is szolgálja. A lakosság élelmiszer előállítása kapcsán is keletkeznek iparinak minősülő szennyvizek, melyek azonban sokkal kisebb veszélyt jelentenek a lakossági szennyvíztisztítóra. A közcsatorna határérték előírása esetükben inkább a biológiai túlterhelés minimalizálására szolgál. Napjainkban ezért a szabályozás az üzem költségkompenzációja (megegyezés) esetén a határértékek túllépését is lehetővé teszi.

12 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Igen egyszerű a lakossági szennyvíz összetételének a behatárolása az átlagos vízfelhasználásból és a közcsatornába juttatott kiválasztási maradékokból. Az első nálunk mintegy l/főxd tartománnyal és 120 l/főxd átlagos értékkel jellemezhető (Krempels, 2006). A szennyező anyagokat KOI, BOI5, lebegő anyag, összes-nitrogén-, foszfor-, és kéntartalom jellemzőkkel adhatjuk meg. Csaknem valamennyi a szennyvízbe juttatott szerves anyag (élelmezésre felhasznált alapanyagok, ételek, illetőleg azok emberi kiválasztási maradékai) következménye. Egyedül a foszfor esetében jelentősebb a mosószerekből származó terhelés. A szennyezők döntően természetes, illetőleg természetes úton átalakított, döntően szerves anyagok (cukrok, fehérjék és zsírok). Közülük a fehérjék a nitrogén és kén kizárólagos forrásai. A foszfor a foszfo-lipidekkel (zsírok)és az energiahordozó ADP-ATP-vel kerül a szervezetbe. A mosószerek foszfortartalma a kiválasztási foszforterhelést meg is duplázhatja. A nitrogénről a lakos-egyenérték fajlagosnál pontosítják, hogy g/főxd mennyiségben kerülhet a lakossági szennyvízbe. Ugyanilyen adatot a kénről már alig ismertek, pedig annak fajlagos mennyisége átlagosan csaknem eléri a személyi foszforterhelést (1-1,5 g/főxd) (Koppe, et al., 1999). Az ipari szennyvizek esetében a kérdés a mindenkori gyártási szerkezet, amely behatárolja, milyen szennyezőanyagok kerülhetnek az elfolyó vízbe. Élelmiszeripari üzemek esetében ezek közel hasonlóak mint a lakossági szennyvízé, de még kevésbé megdolgozott, átalakított formában, hiszen a személyi fogyasztás (átalakítás) során a szerves anyag mintegy három-negyede oxidálódik, alakul át széndioxiddá, vízzé és energiává. Ugyanezt az átalakítást végzik nagyjából a mikroorganizmusok is. Számukra a nyers tápanyag ezért még jobb energiaforrás, mint az emberek által már döntően hasznosított anyag maradéka. A szerves anyagokból az emberek a nitrogént és foszfort csak időlegesen használják, döntő részét a kiválasztással a szennyvízbe juttatják. Hasonlóan vannak ezzel a mikroorganizmusok is, azonban azok a nagyobb fajlagos szaporodásuk révén viszonylag sokkal többet építenek be sejtanyagként a szilárd végtermékükbe (nem oldható forma), fölösiszap hozamukba. Ezzel együtt a lakossági szennyvizek ehhez az elsődleges produkcióhoz mindig túlzott mennyiségben tartalmaznak nitrogént és foszfort, amit azután különleges nitrogén és foszfor eltávolító biológiai folyamatokkal kell kivonni a szennyvízből. A többletfoszfor biológiai eltávolítása mellett a vegyszeres kicsapásának is komoly szerep jut napjaink szennyvíztisztításában. Az arra alkalmas vegyszer nem túlzottan drága, s kis üzemméretben mindenképpen versenyképes lehet a biológiai többletfoszfor eltávolítással. Az ammónium esetén is fennáll egy esetleges ioncsere, vagy kicsapatás lehetősége (MAP), azonban ezek a megoldások túlzottan költségesek, s a gyakorlatban nem realizálhatók. A lakossági és élelmiszeripari eredetű kén, illetőleg annak a szulfid formája a biológiai szennyvíztisztítóban ugyan komoly kárt okozhat, de mivel rendszerint megfelelő előlevegőztetés után kerül csak be oda a szennyvíz, melynek során a közcsatornából érkező szennyvíz mikroorganizmusai annak a szulfid tartalmát igen gyorsan szulfáttá oxidálják, ott már nem zavarja, gátolja (mérgezi) az aerob átalakítási folyamatokat. A szulfát limitációjának a tisztított szennyvízben nincs is különösebb értelme. Mégis van ilyen limitáció (szulfát határérték) a közcsatornába bocsátott szennyvizekre, mert a túlzott szulfát-tartalom közismerten a betoncsövek károsodását eredményezheti, még a szennyvíztisztítást megelőzően.

13 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A veszélyesebb ipari üzemektől a lakossági szennyvíztisztítókba kerülő szennyvizekből rendszerint az üzemek megfelelő előtisztítói távolítják el a biológiára káros komponenseket. Ilyenek a határérték feletti olaj és nehézfém tartalom, de elvileg igaz ez igen sok egyedi szerves anyagra is, melyet a határérték rendelet részletesen kilistáz. Ezeket a komponenseket rendszerint fizikai-kémiai módszerekkel (kicsapatás, desztilláció, adszorpció, oxidáció, redukció, stb) távolítják el a vízből, vagy alakítják abban nem veszélyes formájúvá. Az ilyen szennyezőanyagok mennyisége és eltávolíthatósága határozza meg, milyen megoldást választ az adott szennyező üzem az előtisztításra. A limitáló listán szereplő szerves anyagok közül számos persze megfelelő körülmények között biológiailag bontható, eltávolítható a szennyvízből, ami rendszerint olcsóbb, mint a fizikai-kémiai elválasztás, módosítás. Ilyenkor az üzem biológiai, vagy kombinált fizikaikémiai, s azt követő biológiai szennyvíz előtisztítást, vagy akár élővíz befogadóra történő tisztítást is végezhet. Az ilyen biológiai tisztításnál azonban a környezet (üzemi paraméterek) fokozott hatására minden esetben számítania kell az üzemeltetőnek. A szennyvíz biológiai tisztítási folyamatai A lakossági, vagy a vegyesen érkező lakossági és ipari szennyvizek aerob tisztítása esetén a biológiai átalakítás fő folyamatai megegyezőek. A szerves anyag oxidációja és hasznosítása a leggyorsabb folyamat, melyet az ilyen tápanyagra specializálódott heterotrof mikro-organizmusok végeznek. Ezzel egyidejűleg (a megfelelő oxigén ellátottságú levegőztető medencében kerülhet sor a keletkező fölösiszapba felvételre nem kerülő nitrogén (többlet - a szerves anyag eredetű gyakorlatilag mindig redukált-n) oxidációjára az autotrof mikroorganizmusok révén. Az eleveniszapos rendszerekben mellettük ugyancsak szimultán nitrát redukció is bekövetkezhet a heterotrof szervezetek nagyobb hányada által, de csakis az iszappelyhek belsejében, hiszen annak előfeltétele a minimális (< 0,5 mg/l) oxigén-koncentráció. A heterotrofok ugyanis az oxigént hasznosítják elektron-akceptorként mindaddig, amíg annak hiánya, vagy szűkössége nem készteti őket a nitrát, mint oxigénforrás felhasználására. A szennyvíz biológiai tápanyag-eltávolításában a többletfoszfor immobilizálását, sejtbe történő akkumulálását ugyancsak a heterotrofok különleges fajtái végzik, melyet ehelyütt ugyan megemlítünk, s a hozzá szükséges rendszerkialakítást is bemutatjuk, de működésük további részletezésétől eltekintünk. A fentieknek megfelelően mutatja be az 1. ábra a korszerű, szerves anyag és növényi tápanyag eltávolítására is alkalmas szennyvíztisztítás alapvető átalakítási folyamatait, majd a 2. ábra a technológiai folyamatábráját. Biológiai átalakítás Szerves anyag beépítés és oxodáció Mikroorganizmus fajok

14 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. I BOI5 + O2 TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért (MOH ) MOH + CO2 + H2O az átalakításokat végző MO-k (heterotrofok-h-) Többletnitrogén eltávolítás II/a NH4++O2 +CO2 (MOA ) MOA + NOx + 2 H+ az átalakításokat végző MO-k (autotrofok-a-) II/b NOx + BOI5 + H+ (MOH ) MOH + N2 + CO2 az átalakításokat végző MO-k (heterotrofok-h-) Többletfoszfor eltávolítás III/a PO4- + O2 (MOPAH ) (MOPAH P ) + CO2 Δ többletfoszfor akkumuláló heterotrof (-PAH-) III/b acetát (MOPAH P ) (MOPAH ) + PO4Δ 1 ábra Az eleveniszapos szennyvíztisztítás szerves anyag és növényi tápanyag (többlet nitrogén és foszfor) eltávolítási folyamatai és az átalakításokért felelős mikroorganizmus csoportjai. Biológiai átalakítás Fázis szeparáció MO-k elválasztása a vizes fázisból, recirkuláltatása anaerob anoxikus oxikus reaktorok Qbe utóülepíto Tisztított elfolyó belso recirkuláció iszaprecirkuláció fölösiszap

15 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. III/b TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért II/b I + II/a + III/a Foszfor denitrif., BIO5 nitrifikáció összes MO szeparáció leadás / NOx red./ beépítés NH4+ a vizes fázisból acetát BOI5 be- sejtekbe oxidáció felvétele felvétel építés oxigénnel +CO2 polifoszfát beépítés energiával (PHB) foszfát 2. ábra Az eleveniszapos biológia szennyvíztisztítás napjainkban legelterjedtebben alkalmazott folyamatkialakítása. Az átalakítási folyamatok kinetikája Az 1 ábrán bemutatott valamennyi mikroorganizmus csoport szaporodásának leírására ma még általánosan a Michaelis-Menten féle kinetikát alkalmazzák. Ez, a más néven Monod-kinetikaként is ismert összefüggés a kis tápanyag-koncentráció tartományban elsőrendű, a nagyobban koncentráció-független (tápanyagkoncentrációtól független) szaporodási sebességgel (telítési érték, vagy maximális szaporodási sebesség) jellemzi valamennyi felsorolt faj szaporodását. Ezt az 1 egyenlet írja le, grafikus formája a. ábrán látható. Az 1 egyenletben szereplő Ks értéket (fél-telítési állandó) a ábra magyarázza. Az a tápanyag koncentráció, amelynél a fajlagos szaporodási sebesség a maximálisnak a felére csökken. A felsorolt folyamatoknál a maximális szaporodási sebességek természetesen jelentősen eltérnek. A heterotrofok maximális fajlagos szaporodási sebessége csaknem egy nagyságrenddel nagyobb, mint az autotrofoké, illetőleg szaporodásukkor a keletkező mikroorganizmus tömeg is többszörös a heterotrofoknál. Ezek tehát az eleveniszapos rendszerek domináns fajai, mindaddig, amíg tápanyag limitációjuk eredményeként az autotrófok is versenyképessé nem válhatnak az adott rendszerekben.

16 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért ábra: A fajlagos szaporodási sebesség [µ] és a rendelkezésre álló tápanyag koncentrációja közötti összefüggés Az 1 egyenlet azonban csak az adott faj meghatározó tápanyagát szemlélteti, mint limitáló tényezőt, pedig az aerob rendszerben az oxigén is ilyen. Mellettük nem hanyagolható el a mikroorganizmusok sejtanyaga kiépítésében meghatározó nitrogén és foszfor sem, melyek szárazanyagra vonatkozó hányada a sejtekben 4-9, illetőleg 1,5-6 % között is lehet. Hiányuk esetén a sejtek megfelelő kiépítése (asszimiláció), szaporodása szükségszerűen korlátozott. Szaporodásuk fajlagos sebességét ilyenkor az utóbbiak is a fő tápanyagokéval azonos kinetikai összefüggés szerint lassítják. Az alapegyenlet tehát minden esetben a másik három tápanyag hatását is érvényesítő három további tényezővel bővül. A meghatározó tápanyagokon túl a szaporodás sebességére minden esetben a környezet is hatással van. Ez a hőmérséklet, a kémhatás, valamint az adott folyamatokra káros, mérgező anyagok hatásában, az úgynevezett toxicitásban jelentkezik. A teljes szaporodási sebességet leíró egyenlet tehát a következő formára bővül: Si µ = µmax x x f (T) x f (ph) x f (toxicitás) (2) Ksi +Si A fenti összefüggésben a három utolsó tényező hatását is igyekeztek a kutatók a korábbi időszakban kellő formulával számszerűsíteni. A hőmérséklet csökkenésével a szaporodás sebessége is exponenciálisan csökken. A ph esetében ez a hatás már nem ilyen egyértelmű. Ekkor ugyanis többféle hatás is érvényesül. A rendszer kémhatásának a rendszer szinte valamennyi komponensének az állapotára, oldódására, disszociációjára, s ezen keresztül esetleges toxicitására is hatása van. Köztudottan az ammónium lúgosabb

17 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért ph-n kevésbé disszociál, s a szabad ammónia ilyenkor a toxicitást okozó hatóanyag. A savas ph-nál ugyanakkor a nitritből kialakuló salétromos-sav fejt ki hasonló hatást. Toxicitást ugyanakkor az eredeti szennyező anyagok, illetőleg azok átmeneti termékei is okozhatnak. Bonyolultabb ennek a pontosítása az összetettebb szerves molekulák esetében. Ezeknél a lebonthatóság a szén-szén kötések jellegétől, a toxicitás pedig a heteroatomok jelenlététől, kötéstípusától is függ. A toxicitást ezért esetükre olyan kinetikával próbálták leírni, amely az átalakulásaiktól függetlenül is jellemző lehet. Ilyen a Haldene-kinetika. Formuláját tekintve a Monod-féle képlet telítési jellegét egy nagyobb toxikus anyag koncentrációknál a nullához tartó módosítással realizálták ( egyenlet). Ezt a toxicitást mutatja be szemléletesen a 4. ábra. S µ= µmax () 2 KS + S + (S /Ki) Az egyenletben KS az egyes tápanyagok féltelítési állandója, Ki az inhibiciós konstans. Ennek értékétől függ, hogy a mérgező anyag koncentrációjának növekedésével milyen ütemben mérgeződik le a rendszer. 4 ábra: A toxikus anyagok koncentrációjának hatása a fajlagos szaporodási sebességre. A különböző fajok szaporodását a környezeti hatások eltérő mértékben befolyásolják. A heterotrófok a legellenállóbbak a környezet hatására, az autotrofok a legérzékenyebbek. Ennek az az oka, hogy az utóbbiaknak sokkal kisebb az energianyeresége az oxidációból (Hanaki et al, 1980). Ez azt jelenti, hogy a nitrifikáció az a folyamat, amely leginkább ki van téve a befékezés veszélyének. A heterotrofok esetén ugyanakkor az oxigén az, ami zavarja a denitrifikációt. Ezért korlátozott az egyetlen medencés, vagy anoxikus tér nélküli eleveniszapos rendszereknél a denitrifikáció. A múlt század hatvanas éveinek elején azonban az elő, vagy utódenitrifikáció bevezetésével, majd az SBR rendszerek ismételt terjedésével, a ciklikus levegőztetéssel, anoxikus szakaszok időszakos beiktatásával ezt a problémát megoldották. Nagyobb

18 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért gond ugyanakkor a kellő mértékű denitrifikáció biztosításánál a szerves tápanyag hiánya, melyet az előülepítés még tovább súlyosbít. A primer iszap rothasztása ugyanakkor energia újrahasznosítását jelentheti a nagyobb tisztítóknak, ezért alkalmazzák. A denitrifikációt azután végül külső tápanyag adagolásával, vagy bonyolult technológiai kombinációkkal kell a megfelelő mértékre beállítani. A nitrifikáció különleges környezet-érzékenysége A nitrifikálók szaporodására vonatkozóan az ammónium féltelítési állandója (KNH) értékére 1-6 mg/l NH4-N közötti értékeket adtak meg a különböző szerzők, de a gyakorlatban az 1 mg/l elfolyó víz koncentráció is könnyen tartható, így ez az érték a valószínűbb. Ilyen értéket használ az ASM 1 modell is a dinamikus szimuláció céljára (Henze et al., 1987). A nitrifikáció ennek megfelelően gyakorlatilag nullad-rendű kinetikával rendelkezik az ammónium tartalmat illetően. Elvileg ilyenkor, ha a többi tényező is kedvező, maximális szaporodási sebességgel mehetne a nitrifikáció az eleveniszapos rendszerekben. Az egyenletben szereplő többi tényező, oldott oxigén koncentráció, ph és a toxicitás azonban azt erősen zavarhatja. A foszfor általában a féltelítési állandóját (0,15-0,2 mg P/l - Kárpáti et al., 2001) jóval meghaladó koncentrációban marad a tisztított vízben, ezért nem okoz limitációt. Az oldott oxigénre vonatkozóan a féltelítési állandót 1 mg/l körüli értéknek vehetjük. Ez azt jelenti, hogy 2 mg/l DO koncentráció körül a nitrifikációnak már kellő sebességgel kell mennie. Ilyenkor inkább az iszappelyhekben történő anyagtranszport, az oxigén diffúziója, illetőleg az iszap autotróf mikroorganizmus hányada (iszapkor) határozza meg a nitrifikáció mértékét. Kisebb iszapkornál nagyobb oxigénkoncentráció tartandó (nagyobb relatív iszapterhelés), hogy az iszappelyhek belső terei is megfelelő mennyiségű oxigénhez jussanak. Ugyanez igaz a lökésszerű terhelésnövekedések esetére is. Az EPA (199) 2 mg/l feletti DO koncentrációt javasol, de nagyobb iszapterheléseknél ennek a kétszeresére is szükség lehet. A hazai gyakorlatban a Műszaki Irányelvek (1984) is az utóbbihoz közeli oxigén koncentráció tartását javasolják. Az oxigén koncentrációjának kellő biztosítása a teljes levegőztetett térfogatra nézve igény. Esetenként a levegőztetés helytelen kialakítása is eredményezheti, hogy még az elvileg levegőztetett térben is kialakulhatnak olyan térrészek ahol a megkívánt koncentráció alá csökken az oxigénellátottság. Itt előbb szimultán denitrifikáció alakul ki, ha arra van lehetőség, majd a berothadás révén szulfid képződhet. Már az oxigén hiánya is a nitrifikálók lassúbb szaporodását eredményezi, melyet tovább fokozhat a keletkező szulfid toxikus hatása. Ilyen levegőtlen zónákkal rendelkező eleveniszapos rendszerekben ezért szükségszerű a nitrifikálók folyamatos csökkenése, kimosódása, illetőleg súlyosabb oxigénhiánynál azok kialakulása is kérdéses lehet. Tökéletesen kevert, levegőztetett medencék esetén a mindenütt kis tápanyag koncentráció (NH4-N) kedvezőtlenebb, mint a kaszkádszerű, vagy árkos rendszerű kialakításnál. Persze az utóbbiaknál is feltétel a kaszkád megfelelő elemeiben, vagy a csatornahossz mentén szükséges egyenletes oxigénkoncentráció biztosítása. A korszerű, többlet-tápanyag eltávolítást is biztosító rendszerekben ugyanakkor az utóülepítő

19 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért iszapzónáján túl az anaerob és anoxikus terekben is oxigénhiányos környezet alakul ki. Általános vélemény szerint az utóbbiakban 1,5, illetőleg néhány órás tartózkodási idő sem bizonyul károsnak a nitrifikálók számára. Az EPA (199) ajánlása szerint az anaerob tartózkodási időt azonban mindenképpen célszerű -4 óra alatt tartani, az anoxikusat pedig mintegy 5 óra alatt. Ha azt is figyelembe vesszük, hogy az utóülepítő iszapzónájában is kialakul 2- órás tartózkodási idő, a nitrifikálók túlélését meglehetősen stabilnak tekinthetjük. Saját tapasztalataink szerint azonban 19 órás 0, mg/l alatti oxigén koncentráció a levegőztető medencékben már a nitrifikáló biomassza teljes lemérgezését eredményezheti (Kárpáti, 2004). A 2. táblázatból láthatóan a nitrifikációnál 2 mól sav keletkezik minden mól ammónium oxidációjakor. Ebből ugyan a denitrifikációnál egy mól újra felhasználásra kerül, a nitrogén eltávolítás mégis összességében savtermelést jelent. A savtermelés, illetőleg a szennyvíz puffer-kapacitásának hiánya következtében a nagyobb ammónium tartalmú szennyvizek nitrifikációjánál jelentős elsavanyodás is bekövetkezhet. Ez mészhidrát adagolással ellensúlyozható. A kétféle nitrifikáló mikroorganizmus-csoport közül a Nitrobakter fajok érzékenyebbek a lúgos ph-ra (disszociálatlan ammónium mérgező hatása). Ennek az eredménye a nitrit-felhalmozódás 8,2 fölötti ph tartományban. A kisebb ph-knál a disszociálatlan salétromossav jelent toxicitást nitrosomonas és nitrobakter fajokra egyaránt. A 4. ábra a ph hatását mutatja a nitrifikációra Anthonisen et al. (1876) alapján. A hazai gyakorlatban a szennyvíz csatornahálózatban történő hosszabb tartózkodási ideje eredményeként is jelentős savanyodás következik be (ph 6,5-7,1), ami önmagában is kedvezőtlen a nitrifikációnak. Korábbi méréseink során az ATEV üzemek szennyvizénél a 6,8-as ph-t találtuk kritikusnak (Kárpáti et al., 2000). A kommunális szennyvíztisztítás gyakorlatában ugyanakkor az ilyen szennyvizeknél nagy mennyiségű szulfid is érkezik a szennyvízzel, amely hasonló toxicitást jelent a nitrifikációra. Láthatóan a kettő egyenlet ezt e két tényezőt külön hatásként értékeli, pedig végeredményben a ph hatása is a nitrifikációnál a toxikus ammónia, vagy salétromos-sav hatásán keresztül érvényesül. 5. ábra A nitrifikációra kedvező ph tartomány (Anthoisen, 1976)

20 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A nitrifikálók szaporodásának hőmérséklet-függésével nagyon sok közlemény foglalkozott. Közöttük részletes hazai elemzés, értékelés is található (Oláh és Mucsy, 200). A sebességfüggés leírására többféle o egyenlet is választottak, melyek egyaránt nagy szaporodás-növekedést jósolnak a C közötti o o hőmérséklet-tartományban. Bizonyosnak látszik, hogy 10 C-ról 20 C-ra történő hőmérséklet-növekedés 2-4szeres sebességnövekedést eredményez (Oláh és Mucsy, 200). Általánosnak érvényesnek tekinthető talán o az is, hogy minden 7 C hőmérséklet növekedés a nitrifikációs sebesség megduplázódását eredményezi. A nitrifikáció ugyanakkor a mezofil tartomány felső határánál (40-41 oc) a tapasztalatok szerint az eleveniszapos rendszerekben leáll. Egy adott eleveniszapos rendszerben tehát meghatározó, hogy az adott időpontban és hőmérsékleten a szennyvíziszapban mekkora az autotróf nitrifikálók részaránya a teljes iszaptömeghez képest. Ez azt is jelenti, hogy a hőmérséklet csökkenésével és növekedésével azonos hőmérsékleteknél (az átmeneti tartományban) nem várhatunk a szennyvíziszaptól azonos nitrifikációs teljesítményt. Ettől függetlenül a szennyvíz hőmérséklete és a teljes nitrifikáció közötti kapcsolatra Rich (1980) a szükséges iszapkort,5 x e1,127(20-t) összefüggéssel adta meg. Ebből következik, hogy a nagyobb szerves anyag terheléseknél az eleveniszapos rendszerek jóval érzékenyebbek a hőmérséklet hatására. Mint már korábban is említettük, a nitrifikálók kis enerigianyereségük kapcsán különösen érzékenyek a toxikus anyagokra is (Henze et al a ). A gátlás mértéke egyrészt a mérgező anyag koncentrációjától, másrészt a behatási idejétől függ. Számos szennyező anyag ugyanakkor toxicitása ellenére biológiailag bontható is éppen a mérgezésre kevésbé érzékeny heterotróf mikroorganizmusok révén. A nitrifikációra mérgező vegyszerekről részletes információt tett közzé az EPA (199). A városi szennyvizek mérgező anyagaival Oláh és Mucsi (200) foglalkozott részletesebben. Az ipari szennyvizek esetében még nagyobb a veszélye a nitrifikáció lemérgezésének. Részben a már említett ph hatás (NH és HNO2), részben egyéb toxikus szennyezők ph függő hatása következtében. Mérgező hatása van a nitrifikációra a cianátoknak, fenoloknak, policiklikus aromás vegyületeknek, és hasonló nitrogéntartalmú vegyületeknek is. Ezzel szemben az ammónium koncentrációnak (megfelelő ph tartományban) 2000 mg ammónium-n/l koncentrációnál sem tapasztalták gátló hatását (van Dongen et al., 2001). A hatékony nitrifikáció biztosítása ezért mindig komoly feladat a kommunális és ipari tisztítóknak egyaránt. A környezeti paraméterek megfelelő szabályozásán túl a kellő iszapkor beállítása is elengedhetetlen feladat. Összefoglalás Az eleveniszapos szennyvíztisztítás biológiai folyamatai közül a nitrifikáció amely különlegesen érzékeny a környezeti hatásokra. Közülük a hőmérséklet rendszerint adott, hatását megfelelő tervezéssel, méretezéssel kell ellensúlyozni. Az ammónium oxidációjakor keletkező sav hatását lúg, mészhidrát adagolással kompenzálhatjuk. A megfelelő oxidációs sebességhez mindenkor biztosítani kell a kellő oxigénellátottságot (oxigénkoncentráció) és a biomassza autotróf egyedeinek a kellő arányát (iszapkor). A toxikus hatásokat sokkal nehezebb kivédeni a tisztításnál. A hosszú szennyvízcsatorna hálózatban keletkező szulfid még csak-csak ellensúlyozható előlevegőztetéssel (szulfid előzetes oxidációja), vagy vas-sókkal történő kicsapatással, az egyéb mérgező anyagok esetében azonban csak azok előzetes eltávolítása lehet a

21 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért megoldás. Hiányában a biológiai tisztítás több lépcsőben történő kialakításában érdemes gondolkodni, hiszen a második iszapkörben már kisebb a lökésszerű lemérgezések, nagyobb a kellő környezet biztosításának, a kialakuló nitrifikáló biomassza adaptációjának lehetősége. Hivatkozások Antonisen, A. C., Loerhr, R. C., Prakasam, T. B. S., Srinath, E. G. (1976) Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid. Journal of Water Poll. Control Fed. 48 (5) 85. EPA (199) MANUAL NITROGEN CONTROL United States Environmental Protection Agency, Epa/625/R9/010. Hanaki, K., Wantawin, C. and Ohgaki, S, (1980) Effects of the activity of heterotrophs on nitrification in a suspended growth reactor. Wat. Res. 24 () o Henze M., Grady C. P. L., Gujer W., Marais G. v R. and Matsuo T. (1987) Activated sludge model N. 1, IAWQ Scientific and Technical Report No. 1, IAWQ, London Henze, M., Harremoes,P., Jansen, J. and Arvin, E.(1995) Wastewater Treatment Biological and Chemical Processes, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York. Kárpáti Á. - Kiss J. - Balaskó L. (2000) Nitrogéneltávolítás növelése kis KOI/TKN arányú szennyvíz tisztításánál. MHT XIII. Vándorgyülése, július 5-6, Veszprém, Kárpáti, Á. (2004) A debreceni szennyvíztisztító ellenőrző vizsgálata. Nem publikált jelentés. Koppe, P. - Stozek, A. - Neitzel, V. (1999) "Lakossági szennyvíz és szennyvíziszap" (Wastewater Treatment (Rehm, H. J. and Reed G.: Biotechnology, V. 11a. p. 7-) Krempels G (2006) Merre tart a hazai csatornázás és szennyvíztisztítás. Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai műszaki-gazdasági kérdései VII. előadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május 911. Műszaki Irányelvek (1984) MI /5-84. Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: Biológiai tisztítás. Oláh, J. - Mucsy, Gy. (200) A tápanyag-eltávolítási és az utóülepítési folyamatok hatásfoka a téli üzemi viszonyok között XX. MHT Vándorgyülés előadása (CD publikáció) Rich, L.G.(1980) Low maintenance, mechanically simple wastewater treatment systems. Mc. Graw-Hill series in Water Resources and Environmental Engineering. USA pp van Dongen, L. G. J. M., Jetten, M. S. M. van Loosdrecht, M. C. M. (2001) The combined Sharon/Anammox process. IWA Publishing pp. 61.

22 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Oxigénhiány okozta problémák a szennyvíz gyűjtése és kezelése során. Kárpáti Árpád Bevezetés A szennyvíz termelése mindennapi életünk része. Ez a természetből kölcsönvett, valamilyen mértékben módosított (elszennyezett) olyan anyag, melyet a természeti körforgásába önmagunknak, s a környező természetnek egyaránt problémamentesen kell visszasegíteni. Ezt végzi tulajdonképpen a szennyvíz gyűjtése és a befogadókba történő kijuttatás előtti kezelése. Szennyezőanyagainak természetbaráttá alakítása döntően aerob folyamat, amely oxigént fogyaszt a biológiai átalakítási folyamataihoz. A folyamatok alakulását tehát törvényszerűen a mindenkor rendelkezésre álló oxigén mennyisége (koncentrációja) határozza meg. Hiányában a folyamatok kedvezőtlen irányt vehetnek, s kellemetlen szagú melléktermékek (kénhidrogén, egyéb kéntartalmú, szagos gáztermékek, illó savak) keletkezhetnek, melyek a lakossági környezetet irritálják. A kénhidrogén jó vízoldhatósága eredményeként a vizes fázisban is olyan koncentrációban lehet jelen, amely már a szennyvíztisztítás biológiai folyamatait is zavarhatja. Ezekről a hatásokról, a valamint kedvezőtlen jelenségek minimalizálásának lehetőségeiről próbál áttekintőt adni a következő előadás. A szennyvíz fajlagos mennyisége és szennyezettsége Településeink szennyvizei részben a lakossági, részben az ipari jellegű vízfelhasználásból keletkeznek. Az utóbbi a nehezebben pontosítható. Ugyanakkor a lakosság élelmiszer előállítása kapcsán is keletkeznek gyakorlatilag iparinak minősíthető szennyeződések. Egyszerűbb a lakosság szennyvize összetételének a behatárolása, amely az átlagosan felhasznált vízmennyiségből és a közcsatornába juttatott kiválasztási maradékokból számítható. Általánosan elfogadott a lakos-egyenérték megnevezéssel közismert paramétereknek a figyelembevétele. Ez a lakosonkénti vízfelhasználásra Magyarországon mintegy l/főxd tartománnyal és 120 l/főxd átlagos értékkel jellemezhető (1). A szennyező anyagokat KOI, BOI5, lebegő anyag-, összes-nitrogén-, foszfor-, és kéntartalom jellemzőkkel adhatjuk meg. Laikusoknak nem mondanak sokat ezek a paraméterek, ugyanakkor mindenki érzi, hogy valamennyi, a szennyvízbe juttatott szerves anyag következménye. Ez a szerves anyag adódhat a lakossági élelmezésre felhasznált alapanyagokból, ételekből, illetőleg azok emberi kiválasztási maradékaiból, no meg az egyéb ipari, vagy iparszerű tevékenységből is. A szennyezők döntően természetes, illetőleg természetes úton átalakított, döntően szerves anyagok (cukrok, fehérjék és zsírok). Közülük a fehérjék a nitrogén és kén

23 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért forrásai. A nitrogénről a lakos-egyenérték fajlagosnál pontosítják, hogy g/főxd mennyiségben kerül a lakossági szennyvízbe. Ugyanilyen adatot a kénről már alig adnak meg, pedig annak fajlagos mennyisége átlagosan csaknem eléri az összes foszfor mennyiségét, amit viszont a nitrogénhez hasonlóan egyértelműen pontosítanak. Az utóbbi általában a nitrogén mennyiségének az ötöde, tizede, a lakosság mosószerrel felhasznált foszfor mennyiségének függvényében. A lakossági kénterhelés tehát valahol 1 g/főxd körül alakul átlagosan (2). Azért nem foglalkozik a tudományos szakirodalom a lakossági kénterheléssel, mert a szennyvíztisztításnál a kéntartalom az aerob folyamatok során igen gyorsan oxidált formává, szulfáttá alakul. Kiszámítható ugyanakkor, hogy az 1 g/főxd összes kén a napi 100 l/fő fajlagos mennyiségű szennyvízben 10 mg/l kén koncentrációt jelent. Ez a kén azonban soha nem elemi kénként, hanem kénhidrogénként (szulfidként), vagy szulfátként lesz jelen. Az előző formája gyakorlatilag megegyező szulfidtartalmat, az utóbbi számszerűen háromszor akkora koncentrációt jelent szulfátban, de megegyezőt a szulfát-kén tartalomban. Megállapítható ebből, hogy a lakossági szennyezésből eredő szulfát-tartalom az aerob tisztításon átesett szennyvízben általában kisebb, mint az ivóvízzel abba bekerült szulfát mennyisége. Éppen ezért a szulfát limitációjának a tisztított szennyvízben nincs különösebb értelme. Mégis van ilyen limitáció (szulfát határérték) a közcsatornába bocsátott szennyvizekre, mert a túlzott szulfát-tartalom közismerten csatornakárosodást eredményezhet a szennyvízgyűjtő rendszerben. Ilyen koncentráció felett a szulfát már kölcsönhatásba lép a cementcsövek Ca-tartalmával, azok lyukadását eredményezve. A szennyvíz biológiai átalakulása a közcsatornában és annak hatásai A bevezető megemlítette, hogy a szennyvíz kezelése meghatározóan oxidatív átalakítás, melynek során az előbb számolt szulfát koncentráció a tisztított szennyvízben kialakulhat. Nem mondható el ugyanez a közcsatornáról. Ezt ugyanis a szennyvíztisztítóval szemben hagyományosan csak spontán levegőzéssel tervezik, ami gyakorlatilag minimális. Napjainkra idehaza az ivóvíz árának növekedésével a fajlagos vízfelhasználás erősen csökkent, s a szennyvíz koncentrációja emelkedett. Ezzel párhuzamosan a szennyvízgyűjtő rendszerek (regionalitás) hossza is általában nőt. Ez a szennyvíz tartózkodási idejének növekedését jelenti a közcsatornában. A biológiai folyamatok pedig abban is lehetőségeiknek megfelelően folyamatosan lejátszódnak, legnagyobb sebességgel az, melynek a környezeti feltételei a legkedvezőbbek. Elégtelen oxigénellátás esetén az anaerob átalakulások lesznek a közcsatornában a meghatározók. Ez pedig a kénvegyületek redukcióját, kénhidrogénné alakítását jelenti. Kénhidrogén lesz azonban a szennyvízcsatornában nemcsak a szerves anyag kéntartalma, hanem az ivóvízből származó szulfát kéntartalma is. Ezért nőhet meg napjainkban a közcsatornák vízében több 10 mg/l koncentráció értékig a kénhidrogén koncentrációja. Alig csökkenti ezt a szennyvizek vas-tartalma (FeS kicsapódás). A kénhidrogén a mindenkori ph-nak és hőmérsékletnek megfelelően egyensúlyban van a szulfiddal, s így a közcsatorna gázfázisába kerül (,4). Ez a gázfázis azután divatos szóval kommunikál a csatornaszemeken, átemelőkön keresztül a környezettel. A lakosság ezt megfelelő szaghatásként érzékeli. A közcsatornák rothadó szennyvizében kialakuló kénhidrogén koncentráció, illetőleg annak a gáztérbe, majd a környezetbe

24 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért jutása ezért talán az elsőszámú probléma a lakóterületeknek. Természetesen ebben a szagban nemcsak a kénhidrogén, hanem egyéb kéntartalmú illó lebomlási (hidrolízis) termékek is közrejátszanak. A kénhidrogén egyidejűleg a nedves csőfalon beoldódik a folyadékfilmbe, biofilmbe, s a gáz oxigéntartalmával szulfáttá oxidálódik folyamatos csőfal károsítást eredményezve. Ez azonban szaghatásként nem szennyezi a környezetet. Napjainkban a szulfid ezek mellett egyértelműen káros hatással van a szennyvíztisztító nitrifikációs folyamataira is. A szennyvíztisztítók körbeépítésével az érkezési pontjuknál jelentkező kénhidrogén emisszió (közcsatorna szennyvizéből) legalább olyan mértékben zavarhatja a lakosságot, mint a közcsatornák kilégzései. Ennek megfelelően a szennyvíztisztítók átemelőit rács és szűrőgépházát, homokfogóját, előülepítőjét ma már igen gyakran elszívással, és az elszívott gáz biológiai tisztításával kell kiegészíteni. Az utóbbi két egységnél persze nem egyértelmű ez az igény, ha az érkező szennyvíz nem túlzottan berothadt, a levegőztetett homokfogó biztosíthatja a műtárgy, valamint az előülepítő minimális szaghatását. Ez azonban egyértelműen a közcsatornából érkező szennyvíz szulfid-tartalmától függ. A homokfogó szulfidoxidációs biológiai kapacitása ugyanis meglehetősen limitált, részben a rövid hidraulikus tartózkodási idő, részben a nem erre tervezett levegőbevitel elégtelensége miatt. A szennyvíz szaghatásának változása, csökkentése a közcsatornában A szaghatás intenzitása általában szezonálisan változó. A magasabb hőmérséklet biológiai folyamatok sebességét növelve nagyobb kénhidrogén koncentrációt, emissziót eredményez. A A szerves anyagok hidrolízise a ph csökkenését is eredményezi, ami ugyancsak a kénhidrogén gázfázisba kerülésének kedvez. Természetesen ugyanilyen hatású a szennyvíz szerves anyag koncentrációjának növekedése és a közcsatornában tartózkodási idejének növekedése is (,4,5). A nyári időszak ennek megfelelően sokkal nagyobb szaghatást produkálhat, mint a tél. Bár az utóbbinál a tartózkodási idő csökkenhet is, ami kedvezőtlen, a többi tényező ellentétes hatása ezt kompenzálja. Kedvező hatása van ugyanakkor a téli hóolvadások, illetőleg a nagyobb záporok közcsatorna átöblítő hatásának. Debreceni megfigyelések alapján a nagy esőzések alkalmával a város közcsatornáiban leülepedett iszap jelentős része kimosódik, s bizonyára igaz ez a csatornák falán kialakuló biofilmre is. Az ilyen alkalmakat követően több hét kell a gyorsabb anaerob lebontást biztosító környezet ismételt kialakulásához, a szaghatás ismételt jelentkezéséhez (6). A ciklikus csatornaöblítést ezért egyes országok szennyvízgyűjtőiben tudatosan be is tervezik. A nagyobb városok szennyvízgyűjtő rendszeréről egyébként elmondható, hogy hosszú csatornahálózattal készültek, amelyek viszonylag nagy lefolyási időt eredményeznek a szennyvíztisztítóig. Az egyes átemelőknél külön levegőbevitel nem történik, csak amennyit a szivattyú kifolyópontján a folyadékáram

25 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért felvesz, az kerül a következő lépcsőbe. Ha a csatornarendszer gáztere oxigénszegény, az ilyen oxigénbevitel is csökken. Szükségszerű tehát, hogy a kénhidrogén emisszió és hatása a nagyobb városainknál, valamint a hasonlóan hosszú gyűjtőcsatornákkal kialakított regionális rendszereknél jelentkezzen. Az előzőekre példa Budapest, Győr, Debrecen, az utóbbiakra a szombathelyi és a hasonló nagyságú regionális szennyvízgyűjtő és tisztítórendszerek, valamint a kisebb, de hasonlóan hosszú csatornahálózattal összekötött falusi rendszereink. A szennyvízgyűjtésnek ugyanakkor napjainkban részben a szállítási idő csökkentése érdekében a műanyagcsöves rendszerei is terjedőben vannak. Ezek között megkülönböztethetők a vákuumrendszerek, és a nyomott szennyvízcsatornák. Az elsőben szükségszerűen levegő kerül a szennyvízcsőbe, amely valamilyen mértékű oxigénbevitelt is jelent (7). Ugyanilyen hatása van a nyomott csövek esetében a vízárammal történő levegőbeszívásnak is. Hasonlóan levegőbevitelt jelent a lefúvatásos nyomott folyadékszállítás is, amelyet a Pannonvíz szakemberei alkalmaznak néhány telepükön, éppen a szennyvíz berothadásának csökkentésére (8). Ezek a megoldások azonban kivétel nélkül a levegő oxigénjének segítségével érik el a kívánt hatást. Más megoldás a nyomott szennyvízvezetékekbe történő tiszta oxigén bevitele az átemelő állomásokon, szivattyúknál. Pontosabban tervezhető megoldást a vas és nitrát adagoláshoz (4,5) hasonlóan éppen az ilyen tiszta oxigénbevitel jelenthet. Az oxigén az anaerob folyamatok megakadályozása mellett a szulfid oxidációját is lehetővé teszi, csökkentve a szennyvíz szulfid koncentrációját, valamint a szaghatást a nyomott szennyvízvezeték kilépési pontján. Az oxigén jelenléte egyértelműen visszaszorítja az anaerob folyamatokat, és ezzel a kénhidrogén keletkezésének sebességét is. Más kérdés, hogy a hidrolízis és savasodás során keletkező illó savak gyors beépítésével a szennyvíztisztító rendszer biológiai többletfoszfor és denitrifikáló kapacitása ellen dolgozik (5). Az oxigén adagolását tehát semmiképpen nem szabad túlzásba vinni (hasonlóan a nitrát adagolásához). Azt a mindenkori kénhidrogén koncentrációnak megfelelően kell végezni. Ennél is szerencsésebb lenne, ha az oxigént, vagy akár a nitrátot (ami ugyancsak oxigén) a szennyvízvezeték több pontján is be lehetne juttatni. Ez elvileg ugyan egyszerűen kivitelezhető a többpontos adagolással, az egyes dózisok szabályozása ugyanakkor külön-külön nagyon költséges. Egyszerűbb ilyenkor is az átemelő szivattyúnál mért kénhidrogén koncentráció alapján adagolni a segédanyagokat, a több pontos bevitel ellenére. A hazai tapasztalatok alapján a nitrát-adagolás szabályozására a redox-potenciál nem bizonyult megfelelőnek. A kénhidrogén, illetőleg az illó savak mennyisége alkalmasabb szabályozó jel az adagoláshoz (5). Az oxigén esetében a kénhidrogén-tartalom alapján is jó eredményeket értek el az angyalföldi átemelőnél, illetőleg az északpesti fogadópontnál, bár az üzemeltető állítása szerint ugyanezen a csőszakaszon nitrát adagolása is történt. Az érkezési pont nyitott tereit is ma már megszívás alatt tartják, hogy az esetenként jelentkező szag-anyagokat a levegőztető medencébe vezetve biológiai gáztisztításnak vessék alá.

26 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Mindezektől függetlenül megállapítható, hogy a tiszta oxigén bevitele kellő szabályozással, önmagában is hatékony megoldás a szennyvízcsatornák szaghatásának csökkentésére. Ez jelenleg Angyalföldön az utolsó átemelési ponton történik, de elvileg nincs akadálya, hogy bármely nagyobb átemelő egység esetén kisebb dózisban, és az átemelőhöz hangolt vezérléssel alkalmazható legyen (9). Ugyanez a hosszabb, nyomott műanyagcsöves szállításnál is szóba jöhet, elsősorban a vastagabb csövek és nagyobb vízáramok esetén, ahol gyakorlatilag teljes mennyiségében hasznosulhat a szennyvízben. Az oxigénellátottság és hatása szennyvíztisztítás átalakítási folyamatainál A szennyvíztisztítóba érkező szennyvíz rendszerint mind oxigént, mind nitrátot minimális mennyiségben tartalmaz. Ez szükségszerű is, hiszen a szennyvízcsatornában mindkét komponens eleve minimális mennyiségben kerül bele, és az is elfogy belőle a szennyvíz szállítás folyamán. Nitrát a talajvíz beszivárgásával is kerülhet ugyan a régebbi gravitációs csatornákba, ha a szennyvízcsatorna a talajvízszint fölött van. Általában ez is elfogy a szennyvíztisztítóig a szennyvízből. A tisztítóba érkező szennyvíz a rácson és finomabb szűrőkön sem jut különösebb oxigénmennyiséghez. Ugyanez igaz a tangenciális homokfogókra is. Ezzel szemben a levegőztetett homokfogóban, az érkező szennyvíz szulfid tartalmának komoly hányada, akár teljes mennyisége szulfáttá oxidálódhat. Nélküle ugyanakkor a szulfid tartalmú szennyvíz közvetlenül a levegőztető medencébe kerül. A nagyobb szennyvíztisztítókban rendszerint levegőztetett homokfogókat építenek, hiszen azokat követően még a szennyvíz előülepítésére is sor kerül. Az előülepítőben pedig további szulfid keletkezésre van mód a mintegy 1-1,5 órás átlagos tartózkodási idő alatt. Ugyanez igaz a korábbi típusú kétszintes előülepítőkre is, amelyeknél a fölösiszapot az ülepítő elé is visszavezethetik. Éppen a fokozott berothadás megakadályozására ilyenkor az ilyen ülepítést megelőzően az iszap és nyersvíz keverékét rövid ideig levegőztetik is, hogy a kétszintes ülepítő felső zónájában ne alakuljon ki jelentős berothadás. Napjainkban azonban az előülepítők, kétszintes ülepítők építése, különösen a kisebb szennyvíztisztítóknál, nem gyakorlat. Részben a kétféle iszap kezelési igénye miatt, részben a jobb denitrifikáció és biológiai többletfoszfor eltávolítás elérése érdekében. Az egy iszapkörös eleveniszapos rendszerekben ugyanakkor a szennyvízzel érkező szulfid, különösen nagyobb koncentrációja esetén, igen káros a nitrifikáló mikroorganizmusokra, biomasszára. Toxikus hatásával az autotróf nitrifikálók aktuális fajlagos szaporodási sebességét jelentősen csökkenti, megnövelve ezzel a tisztító levegőztetett medencetérfogat-, vagy iszapkor igényét. Ez azt is jelenti, hogy az adott iszap nitrifikáló teljesítménye jelentősen csökken. Ez a mérgező hatás azonban annak is függvénye, hogy az iszap autotróf szervezetei milyen időtartamban vannak kitéve a szulfid hatásának. Ha tehát a szulfidot a szennyvíz belépési pontján igen gyorsan sikerül oxidálni, vagy csak a recirkuláltatott iszap kisebb hányada van kitéve a szulfid mérgező hatásának, a nitrifikáció kevésbé károsul az adott rendszerben. Természetesen fontos ilyenkor, hogy a szulfidos víz belépési pontján a jó oxigén-ellátottság mellett gyors szulfid oxidáció alakulhasson ki.

27 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A mai többletfoszfor eltávolítást biztosító rendszerekben ugyanakkor a nyers szennyvíz egy anaerob zónába érkezik, melyben az említett iszap jelentős szulfid-toxicitásnak van kitéve. Kedvezőbbek lehetnek ezért azok a technológiai kialakítások, melyeknél a recirkuláltatott iszapnak csak egy kisebb hányada forog vissza közvetlenül az anaerob reaktorzónába, s jelentősebb része a denitrifikáló reaktoron keresztül jut vissza oda, hígítva ezzel az anaerob tér szulfid-koncentrációját, az anoxikus zóna nitrátos szulfid oxidációja eredményeként. Igen kevés információval rendelkezünk ugyanakkor a nitrifikáló mikroorganizmusok szulfidhoz történő adaptálódásának mértékéről, módozatáról. Pedig ez az adaptáció is tény. Saját kísérleteink (10) bizonyították, hogy a veszprémi szennyvíztisztító iszapja sokkal kevésbé reagált a nitrifikációt illetően a szulfiddal történő lemérgezésre, mint az écsi egység második iszaplépcsőjének az iszapja. Tisztázandó kérdések ennek megfelelően bőven vannak az adott kérdéskörben, ezt azonban csakis pénzzel finanszírozott kutatásokkal lehet pontosítani. A két iszapkörös eleveniszapos rendszerekben a fentiektől egyébként is lényegesen eltérő a helyzet. Ezeknek az első lépcsőjében nem várunk nitrifikációt. Rendszerint mégis van kismértékű nitrifikáció, hiszen a második iszapkörből a lényegesen (csaknem egy nagyságrenddel) nagyobb nitrifikációs kapacitású iszap fölöslegét az első iszapkörbe szokásos visszajuttatni. Ez abban a persze a szulfid aktuális mérgező hatása, az oxigénhiány és a hatalmas heterotróf szaporulat mellett csupán minimális nitrifikációt biztosíthat. Ez a nitrifikáció ugyanakkor respirációs mérésekkel és a rendszer anyagmérlege alapján is egyértelműen bizonyítható (10,11,12). A második iszapkörben ezzel szemben a szulfid már nem jelenhet meg, így toxicitása sem érvényesül. Az egy iszapkörös eleveniszapos tisztítók általában 0,1-0,15 kg/m d ammónium oxidációs kapacitásával szemben itt annak csaknem a tízszeres értéke is kialakulhat. Ehhez természetesen kellő oxigénkoncentráció (oxigén-ellátottság) biztosítása is elengedhetetlen mindkét iszapkörben. Az elsőben rendszerint 0,5 mg/l körüli oxigénkoncentráció is elég. A másodikban ezzel szemben -4 mg O2/l bizonyult célszerűnek az eddigi tapasztalatok alapján. Ilyen oxigénkoncentrációnál a második iszapkörben 1,1 kg ammónium-n oxidációja is kialakul, miközben az első iszapkör akár napi 7-8 kg BOI/m d szerves tápanyag eltávolítást is biztosíthat (1,14). A nitrifikáció sebessége ugyanakkor a második lépcsőben is változatlanul érzékeny a hőmérsékletre o o C körül a nitrifikáció már számottevően lassul, és 10 C körül a tizedére csökken. Az adott rendszerben ennél alacsonyabb hőmérséklet nem alakul ki, azonban ez a lassulás már messze az ammónium határérték túllépését eredményezi. Ezzel szemben üzemi tapasztalataink szerint egy iszapkörös eleveniszapos o szennyvíztisztító rendszerekben is kialakulhat kellő nitrifikáció még akár 6-7 C esetén is kellően nagy iszapkor, különösen jó oxigén-ellátottság, és feltehetően a szulfid és egyéb toxikus szennyező anyagok kellő hiánya esetén. A szulfid tekintetében mindig a megfelelő levegőztetés (oxigénbevitel) a megoldás. Az egyéb, rendszerint ismeretlen nitrifikációs inhibitorok hiánya legtöbb esetben szerencse kérdése. Pontosabban nem igazán tudjuk, hogy ezekben a hihetetlen teljesítményt nyújtó egy iszapkörös rendszerekben miképpen alakulhat ki teljes nitrifikáció ilyen alacsony hőmérsékleten.

28 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A két iszapkörös rendszerek elképzelhetetlenül nagy terhelésű első lépcsőjében ugyanakkor az oxigénellátás jelent alapvető problémát. Mivel a hazai gyakorlatban az ilyen rendszerekben sem alkalmaznak tiszta oxigénbevitelt, arra vonatkozó tapasztalattal sem rendelkezünk, hogyan alakulhatna a tisztítás nagyobb oxigénkoncentráció esetén. A már említett 7-8 kg BOI/m d tápanyag eltávolítás legalább 6 7 kg/m d oxigénbevitelt jelent. Az utóbbi érték mintegy 250 mg/lxóra oxigén bevitelnek felel meg, ami még az aktuális 0, mg/l-es oxigénkoncentráció mellett is hatalmas érték. Kérdés lehet, hogy ezt a teljesítményt tiszta oxigénnel lehetne-e még fokozni. Amerikai közlemények alapján a termofil aerob eleveniszapos szennyvíztisztításnál mintegy 00 mg/l óra oxigén-felhasználás is elérhető a tisztítás során, levegő, vagy tiszta oxigén bevitelével, ami még az előzőnél is nagyobb fajlagos szerves anyag lebontást, eltávolítást jelent. Ilyenkor az iszaphozam is kisebb a közlemények adatai szerint, mint a hagyományos eleveniszapos tisztításnál. Sajnálatos azonban, hogy hazánkban erre vonatkozóan sem rendelkezünk tapasztalatokkal, hiszen nem épült ilyen üzem az országban, még kísérleti jelleggel sem, pedig az ATEV már hónapok óta fontolgatja a kérdést a forró kondenzvízének a tisztítására. Illik talán azt is megemlíteni, hogy a nitrifikáció ipari szennyvíztisztítóknál is meghatározó feladat lehet, olyan esetekben is, amikor egyértelmű a szerves szennyezőanyagok toxikus hatása erre a részfolyamatra. Ilyen esetben végképpen fontos lenne az oldott oxigén koncentrációjának a megfelelő értéken tartása, hiszen azzal a toxicitás talán valamelyest kompenzálható. Ilyen szennyvizeknél persze a rossz oxigénbevitel oka lehet maga a felületaktív szennyezőanyag is, amely az oxigénátadást a buborékfilmben nagyon lelassítja. Ilyenkor a tiszta oxigén beviteli minőségi oxigénellátás változást eredményezhet, hiszen az ilyen oxigén beoldódást alkalmas berendezéssel jelentősen intenzifikálni lehet. Tulajdonképpen hasonló bevitel szükséges a termofil aerob eleveniszapnál is, hogy a 00 mg/lxóra oxigénbevitelt megvalósíthassák. Összefoglalás A fentiek alapján egyértelműen megállapítható, hogy az oxigénellátottság mind a közcsatornában, mind a szennyvíztisztítóban a biológiai átalakítások sebesség meghatározó tényezője. Ennek megfelelően esetenként a tiszta oxigén bevitelével a folyamatokat kisebb beruházással, energia és szabályozásigénnyel is a helyes irányba lehet terelni még ennek a terméknek a viszonylagosan nagyobb ára ellenére is. Hivatkozások

29 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért 1. Krempels G (2006) Merre tart a hazai csatonázás és szennyvíztisztítás. Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai műszaki-gazdasági kérdései VII. előadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május Koppe, P. - Stozek, A. - Neitzel, V."Lakossági szennyvíz és szennyvíziszap" ( Wastewater Treatment (Rehm, H. J. and Reed G.: Biotechnology, V. 11a. p. 7-). Somodi F. - Radács A. - Kárpáti Á. (200) Szagok és keletkezésük a közcsatornákban. Eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek és ellenőrzése. Ismertgyűjtemény No. 8. p Somodi F. - Radács A. - Kárpáti Á. (200) Csatornaszag megszüntetése a szennyvíz gyűjtésénél. Eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerek és ellenőrzése. Ismertgyűjtemény No. 8. p Jobbágy A (2006) Spontán és irányított biodegradáció a szennyvízelvezető rendszerekben. Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai műszaki-gazdasági kérdései VII. előadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május Ditrói J (2006) Személyes információ 7. Rokob Á (2006) Vákumos rendszerű csatornázás hatásainak elemzése. Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai műszaki-gazdasági kérdései VII. előadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május Spissich Á. (2006) Szennyvíz nyomóvezetékben lévő szennyvíz berothadásának megakadályozása a vezeték lefúvatásával. (ugyanitt) 9. Garai Gy (2006) Szagképződés csökkentése tiszta oxigén adagolásával. Csatornázás és szennyvíztisztítás európai és hazai műszaki-gazdasági kérdései VII. előadóülés, MASZESZ, Lajosmizse, 2006 május Pulai J Kárpáti Á (1998): Kétlépcsős, két iszapkörös kommunális szennyvíztisztító nitrifikációs és denitrifikációs folyamatainak vizsgálata respirációs mérésekkel. MHT XVI. Országos Vándorgyűlés, 1998 júl. 8-9, Kecskemét, Kiadványkötet Pulai, J. Kárpáti, Á. (2004) Hazai adatok, ismeretek a kétlépcsős eleveniszapos szennyvíztisztításról. XIII. Országos Környezetvédelmi Konferencia, szeptember Siófok, Kiadványkötet, Pulai J Egyed J Sipőcz E Kárpáti Á (1998): A denitrifikáció növelése két iszapkörös (2AB típusú UTB) szennyvíztisztítóban. XII. Országos Környezetvédelmi Konferencia és Szakkiállítás, Siófok, szeptember Kiadványkötet, Thury, P., Fodor, M., Kárpáti, Á (2005) Nitrogén eltávolítás a kétlépcsős szennyvíztisztításban, XIX. Országos Környezetvédelmi Konf. és Szakkiállítás, 2005 október Siófok, Konferencia kiadvány Thury P., Fodor M., Kárpáti Á. (2005) N-eltávolítás egy magyarországi kétlépcsős szennyvíztisztítóban, XI. Nemzetközi Vegyészkonferencia, 2005 november Kolozsvár, Konferencia kiadvány old.

30 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A Messer Hungária Kft. Szervezésében és MAVIZ támogatással megrendezésre került Ipari gázok a víz- és szennyvízkezelés hatékonyságának növeléséhez szakmai nap előadásanyaga Budapest, május 18. Fajlagos iszaphozam alakulása nagyterhelésű kétlépcsős rendszerekben Thury Péter - Pulai Judit - Szentgyörgyi László - Molnár Ferenc- Oláh József - Palkó György - Kárpáti Árpád Bevezetés A lakossági szennyvizek tisztítására legelterjedtebben alkalmazott módszer az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás. Ennek során az adott műtárgyakban szuszpendált formában elhelyezkedő mikroorganizmus-közösségek lebontó és felépítő tevékenységének hatására a vizek szennyezőanyagai gázokká és iszapmaradékká alakulnak. A lebontás során a bonyolultabb szerves vegyületek előbb exoenzimek hatására rövidebb szénláncú, kisebb molekulákká alakulnak, amelyet a mikroorganizmusok már tovább bontani, hasznosítani képesek. Ez a hasznosítás a szerves anyag egy részének a széndioxiddá történő oxidációja, más részének újabb szerves anyaggá történő asszimilálása. Részben hasonló a szennyvíz redukált nitrogén tartalmának az átalakítása is, melynek során az ammóniumon keresztül nitrát és elemi nitrogén keletkezik, míg a nitrogén egy része hasonlóan asszimiláció révén az iszapmaradékba kerül. A szennyvíz foszfor tartalma egy részében foszfátként az iszapba kerül, más része oldott formában a tisztított vízben marad (hacsak vegyszerrel nem csapatják azt ki a vizes fázisból). Ennek megfelelően a tisztítás iszaphozama mindhárom fő szennyező komponens következménye, de hozzáadódik ehhez a szennyvíz eredeti inert lebegőanyaga is, valamint az iszap által adszorbeálódó korábban inert oldott szerves anyag rész is. Valamely szennyvíz iszaphozama ennek megfelelően a szennyvíz eredeti összetételétől, s a tisztítás szennyezőanyag eltávolító képességétől is függ. Az utóbbi az alkalmazott technológia és üzemeltetésének függvénye. A mikroorganizmusok szaporodása, iszaphozama ugyanakkor nemcsak a specifikus faji jellemzőktől, hanem a környezeti paraméterektől is függ. Az éhező mikroorganizmustömeg önmagát is részben felemészti. Az iszaphozamot meghatározó legfontosabb paraméterek közé sorolható a szubsztrát ellátás, a hőmérséklet, a ph és a toxicitás, de számos mikroelem és a víz egyéb kémiai, fizikai jellemzői is meghatározók.

31 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A mikroorganizmusok élettevékenysége következtében a biológiai szennyvíztisztítás során olyan biomasszafölösleg keletkezik, amelynek megfelelő ütemű elvételével a tisztítás szabályozható, optimalizálható. Az elvett iszap a fölösiszap, amely megfelelő fizikai, biológiai és kémiai stabilizálás után ártalmatlanításra, vagy újrafelhasználásra kerül (Thury Kárpáti, 2004). A szennyvíztisztítás költségeinek ma már csaknem felét kitevő iszapkezelési költségek csökkentése ezért nemcsak az üzemeltetésnek, de a tervezésnek is sarokpontja. Új beruházások esetén mindenképpen célszerű az iszapkezelési technológiát a helyi adottságokhoz és a kezelt iszap majdani felhasználáshoz megválasztani (Kárpáti Juhász, 2000). Az iszaphozam pontos ismerete hiányában az iszapvonal műtárgyainak tervezés során fennálló bizonytalanságok a tervezés során megnehezítik a megfelelő technológiák kiválasztását, az üzemeltetés során pedig a telep költségminimalizálását hátráltatják. A tisztítói műtárgyak méreteinek meghatározásához, illetve az iszapvonal optimális méretezéséhez szükséges iszaphozam számításokhoz számos elméleti összefüggés áll rendelkezésre (Thury Kárpáti, 2004). Ezek közös tulajdonsága, hogy átlagos jellemzőkre épít, az adott szennyvizek helyi specifikusságát, valamit a szintén meghatározó paraméternek számító tisztítási technológiai kialakítást nem veszik figyelembe. Az iszaphozam számítására alkalmas összefüggések bemutatásával és értékelésével a nagyterhelésű rendszerek esetén tapasztalható kulcskérdésekre és gyakorlati felhasználásuk nehézségeire kívánunk rámutatni. Tapasztalataink alapján a nagyterhelésű, kis iszapkorral üzemelő rendszerek fajlagos iszaphozamának számítása nagyfokú bizonytalanságot rejt magában. A tervezési szabványok, például ATV11A csak 4 nap feletti iszapkor esetén alkalmazható megfelelő biztonsággal. Mivel az ennél kisebb iszapkorral üzemelő rendszerek tervezéséhez jelenleg nem áll rendelkezésre megfelelő összefüggés, a szakemberek az új technológiák tervezéséhez a gyakorlati adatok alapján próbálnak iszaphozamot hozzárendelni. A továbbiakban ehhez próbálunk segítséget nyújtani, nem elhallgatva az egyik közepes méretű, kétlépcsős tisztító estében tapasztalt anomáliát sem. A vizsgált telepek legfontosabb adatai Esettanulmányunkban különböző méretű, kétlépcsős (két-iszapkörös) rendszerben keletkező, illetve számítható fajlagos iszaphozam értékek összehasonlításával kívánjuk ráirányítani a figyelmet az ilyen rendszerek, a hagyományos A/O vagy A2/O telepektől különböző, sokszor annál kedvezőbb specifikus iszaphozamára és egyéb fajlagos értékeire. Az összehasonlításként vizsgált hagyományos eleveniszapos telep (Dél-Pesti) mérettartomány és kiépítettség tekintetében is eltér a két iszapkörösöktől, viszont annak első tisztítási fokozata szintén nagyterhelésű, kizárólag szervesanyag eltávolító rendszernek tekinthető. Az utóbbinál előülepítés után kerül a szennyvíz az A/O fokozatra, míg a kétlépcsős tisztítóknál előülepítés nélkül kerül a víz az első iszapkörre. A két tisztítótípus esetén az utónitrifikáció iszaphozama az első lépcsőé mellett gyakorlatilag elhanyagolható. Ahol a biológiai folyamatok iszaphozama mellett a P eltávolítás szervetlen iszaphozamát is figyelembe kell venni (mint például Écsen) a második lépcső és a vegyszeres foszforeltávolítás iszaphozam körülbelül a teljes iszaphozam 10-15%-át adja.

32 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Meg kell jegyeznünk, hogy a kis szennyvíztisztító telepekről kevés mérési adat állt ugyan rendelkezésre, az iszaphozamuk azonban éppen az iszapfeldolgozás egyszerűsége miatt biztonsággal mérhetőnek bizonyult, még ha az csak az éves kiszállított szennyvíziszap mennyisége alapján történt is. A kétlépcsős (két-iszapkörös) technológiákban a tisztítást két aerob műtárgyban valósítják meg, azonban minkét műtárgy után ülepítő van kapcsolva. Az aerob reaktor-ülepítő egységek soros kapcsolásúak, tehát az első lépcső (iszapkör) iszapja normál üzemi körülmények között nem kerül át a második iszapkörre, nem keveredik azzal. A második iszapkörben, ennek köszönhetően, a hagyományos A/O, A2/O rendszerek iszapjához képest az iszap nagyobb részarányban tartalmazhat autotróf nitrifikáló szervezeteket. Ennek következtében az ilyen rendszerek második lépcsőjében, a fixfilmes nitrifikáló szűrők teljesítményéhez hasonló nitrifikáló kapacitás is kialakulhat (Thury Fodor Kárpáti 2005). A Magyarországon kiépítésre került kétlépcsős telepek első lépcsője jellemzően nagy terhelésű lépcsőként működik (2-4. táblázatok), második lépcsőjének KOI terhelése, azonban minimális. A klasszikus kétlépcsős kialakítás jellemzője az ülepítők tervezéskori relatív túlméretése és többszörös (200 % körüli) iszaprecirkuláció alkalmazása az első lépcsőben, melynek következtében ott az eleveniszap jelentősebb hányada nem a levegőztetett medencékben, hanem az ülepítőben található. Az ilyen szennyvíztisztítók közös jellemzője, hogy az első lépcsőjükben nitrifikálóktól gyakorlatilag mentes hetertróf iszap működik. Ennek köszönhetően ott gyakorlatilag csak szerves-c eltávolítás folyik, melynek hatásfoka azonban 90% feletti (Thury Fodor Kárpáti 2005). A befolyó összes nitrogén mennyiségének első lépcsőben mérhető csökkenése, az iszap által felvett mennyiségből adódik (Thury Fodor Kárpáti 2005). A kialakuló kis iszapkor miatt ugyanitt nitrifikáció nem lehetséges, annak ellenére, hogy a második lépcsőből szakaszosan, vagy folyamatosan visszavezetett fölösiszapnak elvileg lehetne ilyen hatása. Az első lépcső nagy iszapterhelése miatt ott annyira kis DO szint tud csak kialakulni, hogy az lehetetlenné teszi a nitrifikációt. Respirációs méréseink során nagy oxigénkoncentráció mellett ugyanakkor ki tudtunk mérni ilyen ammónium oxidációt. Dél-pesti szennyvíztelep A teljes tisztítótelep tulajdonképpen kétlépcsősnek tekinthető, mert a nagyterhelésű eleveniszapos részt (aerob reaktor+ülepítő) utónitrifikáló bioszűrő, majd denitrifikáló szűrő követi. A tisztító első lépcsőjének főbb üzemi paramétereit az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat A Dél-Pesti tisztító főbb üzemi paraméterei Aerob lépcs ő x DO Ülepítő reaktor m g/l mg/l m Rb % VLRBOI5 VLRN Mx kg BOI5/ kg NH4-N/ kg MLSS/ HRT óra Θ nap m nap m nap nap 1,67 0, * ,7-0, *2750 1,52

33 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A tisztító telepen, méreténél fogva nagyon jónak minősíthető az analitikai ellenőrzés. Az első lépcső 9000 m reaktortérfogata (6 db tisztító soron) biztosítja a BOI mintegy 90%-os eltávolítását. A telepi adatokból megbízhatóan számítható a rendszerből elvett fölösiszap mennyisége. A rendszer biológiai terhelése a folyamatosan mért vízmennyiségből (befolyó) és az előülepítőről elfolyó szennyvíz BOI5 koncentrációjából számolható. A telepen az elvett fölösiszap mennyiségét (m ) mind a 6 tisztítósoron rögzítik, az iszap koncentrációját naponta mérik, így megadható a naponta elvett iszap tömege is (1. ábra). Az 1. ábrán látható, hogy a rendszerből elvett fölösiszap mennyisége több mint a rendszer BOI5 terhelése, vagyis a rendszerben az iszap fajlagos érték egynél nagyobb (1,7 kg MLSS/kg BOI5). Ha az iszapkort a rendszerben lévő iszap mennyisége és a ténylegesen elvett iszapmennyisége (1. egyenlet) alapján határozzuk meg, az iszaphozam visszaszámolva 1,5 kg MLSS/ kg BOI5. tts = M TS VBB TS BB VBB TS BB = = ÜSd ÜSd QÜS,d TSÜS + Qd X Ts, AN 1 2. táblázat Az 1. egyenlet paramétereinek magyarázata tts d Az eleveniszpos medencére vonatkoztatott iszapkor MTS m /h Szárazidei befolyó szennyvízáram ÜSd kg/d Napi iszapprodukció VBB m Az eleveniszapos medence térfogata (VBB=Vsel+VN+VD) TSBB kg/m QÜS,d m /h TÜS kg/m Qd m /h Szárazidei befolyó szennyvízáram mg/l A 0,45 µm szűrőn fennmaradó szilárd anyag koncentrációja 105 o C szárítás után XTS,AN AN Az eleveniszapos medence szárazanyag tartalma Napi fölösiszap elvétel A fölösiszap szárazanyagtartalma Utóülepítőből elfolyó víz Összefüggés figyelhető meg a mérési adatokból számolt fajlagos iszaphozam és az eleveniszapos medence hőmérséklete között is, amelyet a 1. ábra mutat. A görbék alakja a tervezési szabványéval összehasonlítva nehezen magyarázható, hiszen azoknál a hőmérséklet emelkedésével csökken az iszaphozam, mi viszont ennél a rendszernél éppen fordítva tapasztaltuk.

34 2,5 2,0 TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért fajlagos iszaphozam hı mèrsèklet 1,5 1,0 0,5 0,0 05.jan. 05. pr. 05.j l. 05.okt jan. Hı mèrsèklet, C Fajlagos iszaphozam, kg MLSS/kg BOI 5 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. 1. ábra: A Dél-pesti szennyvíztisztító telepen a fajlagos iszaphozam és a hőmérséklet kapcsolata évben Hódmezővásárhelyi telep Hódmezővásárhely városának lakossága mintegy 46 ezer fő körül ingadozik. A telepre befolyó napi szennyvízmennyiség a 2005 éves adatok átlaga alapján m körüli. A napi térfogati terhelés körülbelül 5-10 %-át adó ipari létesítmények átlagos üzemi körülmények között nem befolyásolják számottevően a befolyó szennyvíz minőségét. A vízminőségi paraméterek így egy átlagos kommunális szennyvíz jellemzőihez hasonlóak (KOI 1500 mg/l, BOI5 750 mg/l, NH4-N 70 mg/l, 85 TN mg/l TSS 1000 mg/l). A telep térfogati terhelése megépítése óta folyamatosan növekedett, de az évek során a megváltozó körülményekhez a telep technológiáját nem igazították hozzá. Ennek következtében a telep mára hidraulikusan és biológiailag is túlterhelté vált. Az esőzések okozta lökésszerű hidraulikus túlterhelések az első ülepítőből a heterotróf iszap kis egy részét átmossák a második lépcsőre, aminek egyenes következménye ott ilyenkor a nitrifikáció hatékonyságának csökkenése. A tisztítás hatásfoka, azonban néhány nappal a lökésszerű esőzések után helyreáll. A szennyvíztisztító első lépcsőjében a biomassza csaknem egészét hetertróf mikroorganizmusok alkotják. Ennek köszönhet itt gyakorlatilag csak szerves-c eltávolítás folyik, melynek hatásfoka 90% felettinek mondható. A befolyó összes nitrogén mennyiségének első lépcsőben mérhető csökkenése kizárólag az iszap által felvett nitrogénből adódik. A kialakuló kis iszapkor miatt ugyanitt nitrifikáció nem lehetséges, annak ellenére, hogy a második lépcsőből visszavezetett fölösiszap is ide kerül. Az általunk végzett légzési intenzitás (OUR) mérések szerint lehetőség van nitrifikációra (van kis részarányú autotróf biomassza), azonban az első iszapkör levegőztetőjének a 0, mg/l közötti oldott oxigén koncentrációja ezt lehetetlenné teszi. A tisztító 2005 évi jellemző üzemi paraméterei mellett (. táblázat) az üzemeltető becslése szerinti 250%-os recirkuláció számításaink szerint azt eredményezi, hogy átlagosan óránként 1150 köbméter iszapos (7 g

35 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért 2 MLSS/l-es koncentrációval) víz kerül a közbülső utóülepítőkre (720 m felület és 2160 m térfogat). A fenti adatokból adódik, hogy az 1150 m /h-s átlagos folyadékterhelés 1,6 m vízoszlopmagasságnak felel meg az utóülepítőben, amelyből 0,62 m magasságú vízoszlop/h kerül résztisztított vízként elvezetésre a második lépcsőre (460 m /h), és 0,98 m magasságú vízoszlop/h recirkulációra ez első lépcső levegőztetőjébe (1150 m /h). Mért adatok hiányában feltételezve azt, hogy a közbülső ülepítőből elfolyó víz TSS koncentrációja 0 mg/l (KOI-ból kikövetkeztetve), az elfolyó víz óránként mindösszesen 14 kg MLSS/h-t tartalmaz, amely a második lépcsőre jut át. Így ez a mennyiség elhanyagolható, de a fenti számításból egyértelműen látszik, hogy a két közbülső ülepítőben 8 tonna (1150 m * 7 g/l) iszap szárazanyag van. Ezzel szemben az első lépcső levegőztető medencéiben 800 m * 7 kg/m = 5600 kg = 5,6 tonna iszap van csak. Amennyiben a fenti 250%-es recirkuláció felfelé módosul az ülepítőben valószínűsíthető iszap mennyisége is nagyobbnak adódik.. táblázat A Hódmezővásárhelyi tisztító főbb üzemi paraméterei Aerob lépcs ő x Ülepítő Rb g/l mg/l 2 m /m VLRBOI5 VLRN Px kg BOI5/ kg NH4-N/ kg MLSS/ HRTox reaktor m (a) DO % óra m nap m nap nap 0, *400 7~ 0,-0,6 2*60/2* , *00 ~,5-4 2*600/2* ,5 (a) 0,7 (a) 1,1 (a) 600 (a) adatai a második lépcső befolyó adataiból Écsi szennyvíztisztító telep Az écsi szennyvíztelepre érkező mintegy 2100 m -nyi szennyvíz a korábbi aerob iszapstabilizáló (495 m ) biológiai reaktorrá történő átalakítást követően a 700 m térfogatú első lépcsőbe kerül (4. táblázat). 4. táblázat Az Écsi tisztító főbb üzemi paraméterei Aerob lépcs ő x DO Ülepítő reaktor m g/l mg/l m Rb % VLRBOI5 VLRN Mx kg BOI5/ kg NH4-N/ kg MLSS/ HRT óra , , Θ nap m nap m nap nap 1,5 0, ,75 (a) 0,52 (a) 210 (a) 44,5 11 (a) (a) adatai a második lépcső befolyó adataiból A nyarán történt átalakítást az indokolta, hogy a tervezési határhoz (2500 m /d) közelítő befolyó szennyvízmennyiség, valamint a tervezési határt (50 mg/l) meghaladó 450 mg/l es BOI5 koncentráció

36 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért miatt a telep a túlterheltté vált. A tervezési érték duplájára emelkedett, átlagosan 80 mg/l ammóniumnitrogén koncentráció előírt értékre csökkentését az eredetileg épített kétlépcsős rendszer nem tudta biztosítani. A szennyvíztisztító telep elfolyó vízének az ammónium koncentrációja folyamatosan romlott. Az iszapkor számítását a megnövelt levegőztető térfogat figyelembe vételével végeztük el. Amennyiben a korábban rendelkezésre álló reaktor térfogattal számoltunk, az iszapkor 2 napnak adódott. A telepen naponta mintegy 5 m víztelenített iszap keletkezik, amely körülbelül 18%-os szárazanyag tartalmú, így a napi iszaphozam 900 kg körüli. Ennek megfelelően a fajlagos iszaphozam 0,95 kg TSS/kgBOI5-nak adódik. Jánossomorjai szennyvíztisztító telep A Jánossomorjai telepen az 1000 m /d 600 mg/l-es BOI5 koncentrációban érkezik a mintegy 150 m -es első lépcsőbe, amelynek biológiai terhelése 600 kg BOI5/d (5. táblázat). 5. táblázat A Jánossomorjai tisztító főbb üzemi paraméterei Aerob lépcs ő x DO Ülepítő reaktor m g/l mg/l m VLRBOI5 VLRN Mx kg BOI5/ kg NH4-N/ kg MLSS/ HRT óra ,7 Θ nap m nap m nap nap 4 0, ,54 (a) 0,8 (a) 2046 (a) 2,5 20 (a) (a) adatai a második lépcső befolyó adataiból Az első lépcsőben a heterotróf mikroorganizmusok tevékenységének köszönhetően a szerves anyag lebontás 80-90%-os hatásfokkal végbemegy (2. ábra). A 2. ábrán látható, hogy a közbenső ülepítőről elfolyó víz KOI-e átlagosan 200 mg/l körüli, így a második lépcső BOI5 terhelése minimális, ami kedvez az autotrófok elszaporodásának. A második lépcsőben számolt iszapkor is a tervezési érték (10 nap) feletti, amely a téli üzemmenetnél biztonságot jelent. Más kérdés, hogy a kis tisztítók vízhőmérséklete a téli időszakban 5-6 fok közé is lecsökkenhet, ami miatt a nagy iszapkor ellenére sem tudnak nitrifikálni. Az egyes lépcsőkben kialakult mikroorganizmus szelekció mindegyik kétlépcsős technológiának a jellemző tulajdonsága.

37 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft KOI, mg/l 1500 TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért befolyû kˆ zbensı elfolyû dec. 05. pr. 05.aug. 05.dec. 06. pr. 06.aug. 2. ábra: A KOIk paraméter alakulása a Jánossomorjai telepen A telepen az egy év alatt keletkezett szennyvíziszap 1796 m volt, amelynek napi átlaga 4,85 m. A centrifugált iszap átlagosan 18%-os iszap szárazanyag tartalmával számolva 850 kg a naponta keletkező iszap. Figyelembe véve a rendszer biológiai terhelését a fajlagos iszaphozam 1,2 kg MLSS/ kg BOI5 körüli értéknek adódik. Fontos megjegyezni, hogy a telep levegőztető medencéiben a normál üzemi paramétereknél nagyobb iszapkoncentrációt tartanak, aminek oka az iszapvíztelenítő centrifuga szűkös kapacitása. Amennyiben a -5 kg/m iszapkoncentrációt kívánnának tartani, akkor az elvett iszap mennyisége (fajlagos iszaphozama) is nagyobbnak adódna. Tapasztalati összefüggésekkel számított és mért fajlagos iszaphozam A tervezési irányelvekben (ATV 11A 1999, ATV ), az irodalmi hivatkozásokban található (Pöpel, H. J. 1994), a szennyvíztisztítás iszaphozamának becsléséhez használatos összefüggéseket a 2-4. egyenletek mutatják. Látható (2-4. egyenletek), hogy mindegyik összefüggés a terhelés, a hőmérséklet és az iszapkor hatásával számol. Az ATV-11a (1999) tervezési irányelveiben az iszaphozam számítása a biológiai és vegyszeres iszapra (foszforeltávolítás) külön történik ÜS d = ÜS d,c + ÜS d, P ) A szerves anyag lebontásából eredő iszap mennyisége a következő egyenlettel számolható: X (1 0,2) * 0,17 * 0,75 * tts * FT ÜS d,c = Bd,BSB * 0,75 + 0,6 * ( TS,ZB ) CBSB,ZB 1 + 0,17 * tts * FT 2 a hőmérséklet hatását számításba vevő FT függvény (-): FT = 1,072T 15 A 2-. egyenletekben felhasznált paraméterek magyarázatát a 6. táblázat tartalmazza. 6. táblázat A német tervezési irányelvben használt jelölések (ATV 11a)

38 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. Bd,BSB TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért kg TS/d Napi BOI5 terhelés FT - Az endogén légzés hőméréskleti faktora Qd m /h Szárazidei befolyó szennyvízáram tts d Az eleveniszpos medencére vonatkoztatott iszapkor ÜSd kg/d Napi iszapprodukció ÜSd,C kg/d A szervesanyag eltávolításból származó napi iszaphozam CBSB mg/l Homogenizált mintában a BOI5 koncentrációja XTS mg/l 0,45 µm-os szűrőn fennmaradó anyag (105 C-on szárítva) o Eleveniszapos medencébe (biológiára) érkező víz ZB Pöpel 1994-es munkájában valamint az ATV (1999) tervezési szabványban található a biológiailag bontható anyagok fajlagos fölösiszap-hozam számítására használatos másik összefüggés (4. egyenlet). TS 0,072 * 0,6 * ft ÜS BSB = 0,6 * WB + o 1 S o + 0,08 * ft tts 4 A 4. egyenletben felhasznált paraméterek magyarázatát a 7. táblázat tartalmazza. 7. táblázat Pöpel 1994-es munkájában használt jelölések kg TS/kg BOI5 fajlagos iszaphozam TSo mg/l a biológiára belépő szennyvíz lebegőanyag koncentrációja So mg/l a biológiára befolyó víz BOI5 koncentrációja tts d iszapkor WB - %-os BOI eltávolítási hatásfok, amely közelítőleg 1, ft - a hőmérséklet hatását számításba vevő függvény ÜSBSB A 8. táblázatból látható, hogy a tapasztalati összefüggésekkel (2-4. egyenletek) számított fajlagos iszaphozam-iszapkor értékek közötti kapcsolatot tekintve megállapítható, hogy két szennyvíztisztító telepen (Dél-Pest, Jánossomorja) a gyakorlatban tapasztalt érték nagyobbnak adódott, mint amit a

39 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért két tervezési segédlet által megadott egyenlettel számolva. Ez különösen igaz az első telepre, ahol magasabb hőmérsékleten 1, körüli fajlagos értékek a jellemzőek. A vizsgált telepe közül Écs esetében nagyon jól összevethetők a tapasztalt és a számított értékek. Ez feltehetően a magasabb iszapkorral magyarázható, ekkor a szabvány számítása már megbízhatóan felhasználható tervezésre. A gyakorlati hódmezővásárhelyi telep esetén azonban többszörös eltérés mutatkozik. A üzemeltetők gazdasági helyzetét tekintve még a fentiekben leírt 10-20%-os eltérés is komoly iszap-elhelyezési költségeket jelent, melyet a mindenkori lakosságnak kell megfizetnie, de az mindenképpen látszik, hogy a tervezés időszakában ezzel a bizonytalansággal is mindenképpen számolni kell. A számított és mért értékek összefoglalását a 8. táblázat tartalmazza. 8. táblázat A gyakorlatban tapasztalt és a fenti összefüggésekkel számolható fajlagos iszaphozamok ATV 11a ( 99) 0 0 Pöpel ( 94) 0 0 gyakorlat C-on 2 C-on 15 C-on 2 C-on 15 C-on 2 C-on DP 1,1(1,5) 1,02(1,5) 0,99(1,5) 0,96(1,5) 0,9-1(1,5) 1,(1,5) HM 1,57*(2,) 1,56**(1,9) 1,5*(2,) 1,**(1,9) 0,41*(2,) 0,49**(1,9) É 0,91(4,9) 0,8(4,9) 0,89(4,9) 0,82(4,9) 0,86(4,9) JS 1,08(2,5) 1,01(2,5) 1,0(2,5) 1,01(2,5) 1,2(2,5) DP: Dél-Pesti, HM: Hódmezővásárhelyi, É: Écsi, JS: Jánossomorjai szennyvíztisztító. * iszaphozam a 10 C-on ** iszaphozam a 20 C-on ()-ben a telepek első lépcsőinek iszapkora szerepel Az iszaphozam fenti alakulásának az okait vizsgálva úgy találtuk, hogy az adott üzem első lépcsőjében alkalmazott mintegy 200 %-os és iszaprecirkuláció és a nagy iszapkoncentráció lehet ennek oka. Hódmezővásárhelyen ezt a közbülső ülepítő esetenként iszapáthordást okozó nagy hidraulikus terhelése miatt állították így be. Ennek eredményeként ugyanakkor nagyobb lett az első iszapkörben az iszaphányad a közbülső ülepítőben, mint magában a levegőztetőben. Mivel a levegőztetőben az iszap átlagos tartózkodási ideje 0, mg/l oldott oxigén koncentráció mellett átlagosan kevesebb, mint 2/ óra, s a gyakorlatilag oxigénmentes ülepítőjében mintegy 1-1,5 óra, az iszapban jelentőssé válhatnak az anaerob folyamatok. Ez

40 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért egyébként a közbülső ülepítő felszínére felúszó nagy mennyiségű buborék alapján is valószínűsíthető. A fajlagos iszaphozamnak ezt a meglepő csökkenését talán ezzel a folyamattal lehet magyarázni. Összefoglalás Vizsgálataink alapján a nagyterhelésű eleveniszapos szennyvíztisztító esetén az általános tapasztalattól eltérő iszaphozamot tapasztaltunk. Ennek pontosítására ellenőriztük a hasonló működésű telepek iszaphozamait is, s összehasonlítottuk azt az általánosan használat összefüggésekkel számítható értékekkel. Az anomália okait nem sikerült egyértelműen pontosítani, de feltehető, hogy a közbülső ülepítőben beinduló nagyon gyors anaerob iszaphidrolízis lehet az anomália magyarázata. Mivel a folyamat kedvező az iszaphozam és feldolgozási költség kapcsán, a jelenség pontosabb vizsgálatára a jövőben mindenképpen sort kell keríteni. Irodalomjegyzék ATV 11a (1999) Eleveniszapos szennyvíztisztítók tervezési irányelvei, ATV, (MASZESZ, 2001.) ATV 11 (1991) Eleveniszapos szennyvíztisztítók tervezési irányelvei, ATV Pöpel, H. J. (1994) Szennyvizek eleveniszapos tisztítása - tervezési példák -. Előadás-kézirat TH Darmstadt, WAR Veszprémi Egyetem, Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék, 1994 p. 64 /duplaoldal/ Juhász E. Kárpáti Á. (2000) Szennyvíziszap hosszú távú kezelése és biztonságos elhelyezése. Vízügyi Közlemények, LXXXII. évf. (1) Thury, P. Kárpáti, Á. (2004) Iszaphozam számítása az eleveniszapos szennyvíztisztításnál, MASZESZ Hírcsatorna, (május-június) Kárpáti Á., Thury P. (2004) Szennyvíziszap keletkezése és hasznosításának lehetőségei, Vízmű panoráma, XII. évf., 4. sz., old. P, Thury, M., Fodor, Á., Kárpáti, (2005) Autotrophic Nitrogen Removal in Combination or Separately from Organic Carbon Removal, 10th EuCheMS-DCE International Conference on Chemistry and the Environment, Abstract book, pp 149., abstract

41 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Nitrifikáló, utónitrifikáló egységek szezonális teljesítménye. Thury Péter - Pulai Judit - Schmalcz Béláné Szentgyörgyi László - Molnár Ferenc-Kárpáti Árpád Bevezetés A nitrifikáció a kommunális szennyvíztisztítóknál is meghatározó folyamat. Ezeknél azonban csak a víz berothadásából származó nitrifikáció gátlással (toxicitás) kell alapvetően számolni. A nitrifikáció azonban ezen túl is sok paraméter függvénye, melyek közül legfontosabb az oxigénellátottság, a kellő hőmérséklet, és az iszap megfelelő szerves anyag, valamint redukált nitrogén terhelése, illetőleg az első által behatárolt szükséges iszapkor biztosítása a nitrifikálók kellő mértékű elszaporodása érdekében. Utónitrifikáció esetén (szeparált iszapkör, vagy bármilyen filmes rendszer) a szerves anyag terhelése bár továbbra is fontos tényező, meghatározóbb a szennyvízhőmérséklet. Ilyen megoldásoknál az oxigénkoncentráció biztosítása rendszerint nem okoz problémát. Ezzel szemben a legújabb granulált iszapos nitrifikálás eredményei szerint az ammónium oxidációja, illetőleg a nitrogéneltávolítás a nitrogénéhez hasonló szerves anyag terhelés esetén oxigén-limitált környezetben kedvezőbb, mint bőséges oxigénellátottság mellett. Az eleveniszapos rendszerekben ilyenkor is más iszapösszetétel, biocönózis alakul ki, mint a granulált aerob iszapnál amely eltérő denitrifikációt eredményez abban, de nem zárja ki az anaerob ammónium oxidáció lehetőségét sem az iszappelyhek belsejében. Vizsgálatainkkal mindkét nitrifikáció típus alakulását értékeltük, ebben az anyagban azonban csak a nitrifikáció technológia és terhelésfüggéséről mutatunk be adatokat. A környezeti tényezők hatása a nitrifikációra A nitrifikáció oxigénigénye Valamennyi mikroorganizmus csoport szaporodásának leírására a kommunális szennyvizek tisztításánál a Michaelis-Menten féle kinetika alkalmas. Ez, a más néven Monod-kinetika néven is ismert összefüggés a kis tápanyag-koncentráció tartományban elsőrendű, a nagyobban koncentráció-független (tápanyagkoncentrációtól független) szaporodási sebességgel (telítési érték, vagy maximális szaporodási sebesség) jellemzi a különböző mikroorganizmus fajok szaporodását. Ezt az 1 egyenlet írja le, grafikus formája a 1.

42 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért ábrán látható. Az 1. egyenletben szereplő Ks értéket (fél-telítési állandó) a 1. ábra magyarázza. Az a tápanyag koncentráció, amelynél a fajlagos szaporodási sebesség a maximálisnak a felére csökken. A felsorolt folyamatoknál a maximális szaporodási sebességek természetesen jelentősen eltérnek. A heterotrofok maximális fajlagos szaporodási sebessége csaknem egy nagyságrenddel nagyobb, mint az autotrofoké, illetőleg szaporodásukkor a keletkező mikroorganizmus tömeg is többszörös a heterotrofoknál. Ezek tehát az eleveniszapos rendszerek domináns fajai, mindaddig, amíg tápanyag limitációjuk eredményeként az autotrófok is versenyképessé nem válhatnak az adott rendszerekben. 5 ábra: A fajlagos szaporodási sebesség [µ] és a rendelkezésre álló tápanyag koncentrációja közötti összefüggés Az 1 egyenlet azonban csak az adott faj meghatározó tápanyagát szemlélteti, mint limitáló tényezőt, holott ez az összefüggés egyidejűleg valamennyi meghatározó tápanyag hatására (a nitrifikálóknál értelemszerűen az ammónium, oxigén, hidrogénkarbonát, foszfát) egyidejűleg érvényes. (A heterotrofok szaporodásához a szerves anyag a szénforrás, s egyben meghatározó tápanyag.) Hiányuk esetén a sejtek megfelelő kiépítése (asszimiláció), szaporodása szükségszerűen korlátozott. Szaporodásuk fajlagos sebességét ilyenkor az utóbbiak is a fő tápanyagokéval azonos kinetikai összefüggés szerint lassítják. Az alapegyenlet tehát minden esetben a másik három tápanyag hatását is érvényesítő három további tényezővel bővül. Az oxigénen és foszforon túl ez a heterotrofoknál az ammónium, autotrófoknál a hidrogén-karbonát szene ez a tényező. Mint már utaltunk arra, a meghatározó tápanyagokon túl a szaporodás sebességére a mikroorganizmusok anyagát képező fenti tápanyagokon túl minden esetben a környezet is hatással van. Ez a hőmérséklet, a kémhatás, valamint az adott folyamatokra káros, mérgező anyagok hatása, az úgynevezett toxicitás. A teljes szaporodási sebességet leíró egyenlet tehát a következő formára bővül: Si µ = µmax x x f (T) x f (ph) x f (toxicitás) (1)

43 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Ksi +Si A fenti összefüggésben a három utolsó tényező hatását is igyekeztek a kutatók a korábbi időszakban kellő formulával számszerűsíteni. A hőmérséklet csökkenésével a szaporodás sebessége is exponenciálisan csökken. A ph esetében ez a hatás már nem ilyen egyértelmű. Ekkor ugyanis többféle hatás is érvényesül (Anthonisen et al., 1876). A toxicitás még összetettebben értékelhető csak, részben a szennyezőanyagok közvetlen hatása, részben lebomlási termékeik hasonló hatása következtében. Bár a nitrifikálók nagyságrenddel jobban érzékenyek a toxicitásra, mint a heterotrófok, jelentős nitrifikáció gátlásról a jól levegőztetett lakossági eleveniszapos rendszerekben nem beszélhetünk. A városi szennyvizek mérgező anyagaival egyébként Oláh és Mucsi (200) foglalkozott részletesebben korábban közreadott anyagukban. A nitrifikálók szaporodására vonatkozóan az ammónium féltelítési állandója (KNH) értékére 1-6 mg/l NH4-N közötti értékeket adtak meg a különböző szerzők, de a gyakorlatban az 1 mg/l elfolyó víz koncentráció is könnyen tartható, így ez az érték a valószínűbb. Ilyen értéket használ az ASM 1 modell is a dinamikus szimuláció céljára (Henze et al., 1987). A nitrifikáció ennek megfelelően gyakorlatilag nulladrendű kinetikával rendelkezik az ammónium tartalmat illetően. Elvileg ilyenkor, ha a többi tényező is kedvező, maximális szaporodási sebességgel mehetne a nitrifikáció mind az eleveniszapos,. Mind a biofilmes rendszerekben. Az egyenletben szereplő többi tényező, oldott oxigén koncentráció, ph és a toxicitás azonban azt erősen zavarhatja a szaporodási sebességet. A foszfor általában a féltelítési állandóját (0,15-0,2 mg P/l - Kárpáti et al., 2001) jóval meghaladó koncentrációban marad a tisztított vízben, ezért nem okoz limitációt. Az oldott oxigénre vonatkozóan a féltelítési állandót 1 mg/l körüli értéknek vehetjük. Ez azt jelenti, hogy 2 mg/l DO koncentráció körül a nitrifikációnak már kellő sebességgel kell mennie. Ilyenkor inkább az iszappelyhekben történő anyagtranszport, az oxigén diffúziója, illetőleg az iszap autotróf mikroorganizmus hányada (iszapkor) határozza meg a nitrifikáció mértékét. Kisebb iszapkornál nagyobb oxigénkoncentráció tartandó (nagyobb relatív iszapterhelés), hogy az iszappelyhek belső terei is megfelelő mennyiségű oxigénhez jussanak. Ugyanez igaz a lökésszerű terhelésnövekedések esetére is. Az EPA (199) 2 mg/l feletti DO koncentrációt javasol, de nagyobb iszapterheléseknél ennek a kétszeresére is szükség lehet. A hazai gyakorlatban a Műszaki Irányelvek (1984) is az utóbbihoz közeli oxigén koncentráció tartását javasolják. Az oxigén koncentrációjának kellő biztosítása a teljes levegőztetett térfogatra nézve igény. Esetenként a levegőztetés helytelen kialakítása is eredményezheti, hogy még az elvileg levegőztetett térben is kialakulhatnak olyan térrészek ahol a megkívánt koncentráció alá csökken az oxigénellátottság. Itt előbb szimultán denitrifikáció alakul ki, ha arra van lehetőség, majd a berothadás révén szulfid képződhet. Már az oxigén hiánya is a nitrifikálók lassúbb szaporodását eredményezi, melyet tovább fokozhat a keletkező szulfid toxikus hatása. Ilyen levegőtlen zónákkal rendelkező eleveniszapos rendszerekben ezért szükségszerű a nitrifikálók folyamatos csökkenése, kimosódása, illetőleg súlyosabb oxigénhiánynál azok kialakulása is kérdéses lehet.

44 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Tökéletesen kevert, levegőztetett medencék esetén a mindenütt kis tápanyag koncentráció (NH4-N) kedvezőtlenebb, mint a kaszkádszerű, vagy árkos rendszerű kialakításnál. Persze az utóbbiaknál is feltétel a kaszkád megfelelő elemeiben, vagy a csatornahossz mentén szükséges egyenletes oxigénkoncentráció biztosítása. A korszerű, többlet-tápanyag eltávolítást is biztosító rendszerekben ugyanakkor az utóülepítő iszapzónáján túl az anaerob és anoxikus terekben is oxigénhiányos környezet alakul ki. Általános vélemény szerint az utóbbiakban 1,5, illetőleg néhány órás tartózkodási idő sem bizonyul károsnak a nitrifikálók számára. Az EPA (199) ajánlása szerint az anaerob tartózkodási időt azonban mindenképpen célszerű -4 óra alatt tartani, az anoxikusat pedig mintegy 5 óra alatt. Ha azt is figyelembe vesszük, hogy az utóülepítő iszapzónájában is kialakul 2- órás tartózkodási idő, a nitrifikálók túlélését meglehetősen stabilnak tekinthetjük. Saját tapasztalataink szerint azonban 19 órás 0, mg/l alatti oxigén koncentráció a levegőztető medencékben már a nitrifikáló biomassza teljes lemérgezését eredményezheti (Kárpáti, 2004). A nitrifikáció hőmérsékletfüggése A nitrifikálók szaporodásának hőmérséklet-függésével nagyon sok közlemény foglalkozott. Közöttük részletes hazai elemzés, értékelés is található (Oláh és Mucsy, 200). A sebességfüggés leírására többféle o egyenlet is választottak, melyek egyaránt nagy szaporodás-növekedést jósolnak a C közötti o o hőmérséklet-tartományban. Bizonyosnak látszik, hogy 10 C-ról 20 C-ra történő hőmérséklet-növekedés 2-4szeres sebességnövekedést eredményez (Oláh és Mucsy, 200). Általánosnak érvényesnek tekinthető talán o az is, hogy minden 7 C hőmérséklet növekedés a nitrifikációs sebesség megduplázódását eredményezi. A o nitrifikáció ugyanakkor a mezofil tartomány felső határánál (40-41 C) a tapasztalatok szerint az eleveniszapos rendszerekben leáll. A nitrifikáció egy iszapos rendszerekben Egy adott eleveniszapos rendszerben tehát meghatározó, hogy az adott időpontban és hőmérsékleten a szennyvíziszapban mekkora az autotróf nitrifikálók részaránya a teljes iszaptömeghez képest, illetőleg mekkora a rendszer redukált nitrogén terhelése. Ez azt is jelenti, hogy a hőmérséklet csökkenésével és növekedésével azonos hőmérsékleteknél (az átmeneti tartományban) nem várhatunk a szennyvíziszaptól azonos nitrifikációs teljesítményt azonos iszapkoncentráció mellett. A lakossági szennyvíz hőmérséklete és 1,127(20-T) a teljes nitrifikációja közötti kapcsolatra Rich (1980) a szükséges iszapkort,5 x e összefüggéssel adta meg. Ebből következik, hogy a nagyobb fajlagos szerves anyag terheléseknél az eleveniszapos rendszerek jóval érzékenyebbek a hőmérséklet hatására. A fajlagos szerves anyag terhelés csökkentése, illetőleg az iszapkor növelése a levegőztetett iszaptömeg növelésével biztosítható. Ez vagy a reaktortérfogat növelésével, vagy adott reaktortérfogat esetén az iszapkoncentráció növelésével biztosítható. Az utóbbi viszont a reaktortérfogat nagyobb fajlagos oxigénigénye következtében a levegőztetés növelését teszi szükségessé. Ha ezt nem biztosítják, az oldott oxigén koncentrációja az iszapközi térben, s magukban a pelyhekben is csökken, a nitrifikálók

45 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért szaporodásának csökkenését eredményezve. Ez rövid távon iszapduzzadáshoz, hosszabb távon a nitrifikálók részarányának csökkenéséhez, kimosódásához vezet, ami más és más üzemeltetési problémát, de mindenképpen üzemzavart eredményez. Ennél is gondot jelent a szennyvízhőmérséklet a szennyvíztelepek nitrifikációjánál, ami különösen a kis telepeken érezteti hatását hazánkban a szennyvíz jelentős téli lehűlése következtében. Amely telepen a szennyvíz hőmérséklete télen is 1-14 fok fölött marad, s kellő biztonsággal tervezték az aerob iszaptérfogatot, rendszerint nem jelentkezik a hideg időszakban sem a nitrifikáció leállása. A kis telepeken azonban ennél jóval kisebb a vízhőmérséklet, így az ammónium határérték teljesítése problémát okozhat. Sok ilyen telep persze nem is igazán ismerheti ezt a problémáját, mert a kis kapacitásra való tekintettel a technológiai üzemellenőrzés ahhoz túlzottan ritka, a hatósági pedig évi egy-két alkalommal ha sorra kerül. A meglehetősen ritka üzemi ellenőrző adatok átlagértékei is mutatnak azonban valamit erre vonatkozóan, de nagy figyelemmel kell ehhez tanulmányozni az adatokat. Példaképpen egy korábbi felmérésünk ilyen adatsora látható az 1. táblázatban, melyek kivétel nélkül folyamatos levegőztetésű, A2/O típusú ( medence teres anaerob, anoxikus, oxikus) üzemekre vonatkoznak. Ezeknél az üzemeknél a szennyvíz átlagos tartózkodási ideje az iszapos medenceterekben iszapmunka - rendszerint fél és egy nap közötti, amelynek több mint fele, inkább a kétharmada oxikus környezetben folyik. A táblázat ugyan csak a nyers / tisztított víz vizsgált időszakra számított átlagos szennyezettségét adja meg, abból is látható, hogy kellően a négy telep közül akkor csak a zalaszentgróti működött a téli időszakban. Az átlagértékek a teljes évre vonatkoznak, így télen átlagosan is nyilvánvalóan az elfolyó ammónium átlagérték legalább kétszeresével távozott a tisztított szennyvíz a szennyvíztelepekről. Ez pedig a mai 10 mg/l határértéket is meghaladja, akkor pedig az egyes kategóriában ennél is jóval szigorúbb volt az előírás. Látható a táblázatból az is, hogy a herendi és zirci telep nagyobb volt a zalaszentgrótinál, de az utóbbi esetében a rövidebb csatornarendszer, helységhez közeli szennyvíztisztító nagyobb téli vízhőmérsékletet eredményezett a telepen. Ezen túl a zalaszentgróti akkor a három telep közül a legjobban levegőztetett és legkisebb relatív iszapterheléssel (legnagyobb oxikus iszapkorral) üzemelő egység is volt. 1. táblázat: Néhány kisebb település szennyvíztisztítójának főbb technológiai jellemzője és tisztítási hatékonysága folyamán. Megnevezés Eplény Zala- Herend Zirc szentgrót Levegőztetett térfogat, m Napi vízhozam, m /nap Napi terhelés, kg BOI5/ nap Összes reaktortérfogat, m

46 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Relatív iszapterhelés, kgboi5/kgiszap szárazanyag 0,04 0,05 0,08 0, , / 9,9 51,7 / 0,9 47 / 15, 44, / 6,4 5-6 > Oxikus iszapkor, d Nyers / tisztított víz vizsgált + időszakra számított átlagos NH4 koncentrációja, mg/dm Téli vízhőmérséklet, C Más térség telepeinek a vizsgálatából is hasonló következtetésre juthattunk. A Pannon-víz egy iszapos, ciklikus levegőztetésű oxikus/anoxikus, egy iszapteres OMS- telepeinek a hasonló adatai egy későbbi időszakra a 2. táblázatban láthatók. Ezeknél az üzemeknél is a szennyvíz átlagos tartózkodási ideje az iszapos medenceterekben iszapmunka - hasonló, mint Az előbbiekben bemutatott A2/O. Ennek itt is több mint fele, inkább a kétharmada oxikus környezetet jelent. 2. táblázat: A Pannon-víz vizsgált térségi eleveniszapos tisztítóik biológiainak a nitrifikációja. Térségi szennyvíztisztítók Jellemzők Tét Bezenye Kunsziget Kapacitás Kiépített (LE) Üzemeltetett (LE) Tényl. terhelés LE) Tisztított elfolyó víz minősége (Vizsgált időszak átlaga + mg/l)nh4 (mg/l) A Győr-térségi tisztítók adataiból is az látszik, hogy a tervezett, vagy azt 10 %-al meghaladó terhelés esetén a téli nitrifikáció már nem megy az előírásoknak megfelelően. Itt is igaz, hogy a téli átlag az éves átlag kétszerese az elfolyó víz ammónium koncentrációját illetően. Ez pedig a táblázat utolsó sorának adatai szerint igen nagy érték. Ezt pontosítandó, ezeknek a telepeknek a nitrifikációját részletesebben bemutattuk a szennyvízhőmérséklet függvényében. Ezek az adatok a 2. ábrán láthatók.

47 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Az adatokból megállapítható, hogy az egy iszapkörös szennyvíztelepek a vízhőmérékletre rendkívül érzékenyek. Ez nem csak a ciklikus levegőztetésű, de az A2/O típusú telepekre is igaznak bizonyult. víz hőmérséklet Kunsziget Q=1000m /nap iszapkor=7-8 nap 90 tisztított víz ammónium koncentrációja Érték (fok Celsius) nyers NH4-N koncentráció átlag=90mg/l Érték (mg/l) A mérés időpontja (nap) 25 Tét Q=500m/nap iszapkor=8-10 nap 90 víz hőmérséklet tisztított víz ammónium koncentrációja nyers NH4-N koncentráció átlag=80 mg/l Érték (mg/l) Érték (fok Celsius) A mérés időpontja (nap) Bezenye Q=500m /nap iszapkor =7-8 nap 25 víz hőmérséklet 90 tisztított víz ammónium koncentrációja nyers NH4-N koncentráció átlag =6 mg/l Érték (fok Celsius) Érték (mg/l) A mérés időpontja (nap) 2. ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása a ciklikusan levegőztetett egy reaktorteres üzemek esetén években. Nitrifikáció kétiszapos, utónitrifikáló rendszerekben.

48 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Ezeknél a megoldásoknál az első iszapkör a szerves anyag terhelés döntő részét eltávolítja a vízből, s a második lépcsőbe közel 1:1 arányú KOI és ammónium-nitrogén koncentrációval rendelkező előtisztított víz kerül. A nitrifikáció az ilyen vizekből biofilmes és eleveniszapos megoldással egyaránt lehetséges. Nyilvánvalóan alkalmas arra a granulált eleven iszap is, de ezt a megoldást második lépcsőben nem vizsgálták eddig, mert azt közvetlen, egy lépcsős tisztításként akarják hasznosítani. Ugyanakkor nagy ammónium koncentrációjú és kevés szerves anyagot tartalmazó ipari szennyvizeknél a granulált aerob iszappal tízszer nagyobb (16 kg N/m d) térfogati teljesítményt is mértek már, mint az eleveniszapos utótisztításnál (Tsuneda és társai, 2006). A hazai gyakorlatban mind eleveniszapos, mind biofilmes utónitrifikációra van példa. Az elsőre a két iszapkörös UTB telepek adatai, az utóbbira a dél-pesti nitrifikáló bioszűrő eredményei adnak információt. Az UTB telepek közül az écsit mára már átépítették, sőt a jánossomorjai is rekonstrukció előtt áll, korábbi adataik mégis hasznos információt nyújtanak a kisebb telepeken várható téli nitrifikációt illetően.. táblázat: A Pannon-víz vizsgált térségi eleveniszapos tisztítóik biológiainak a nitrifikációja. Térségi szennyvíztisztítók Paraméterek Écs Jánossomorja Kiépített (LE) Üzemeltetett (LE) Tényl. terhelés LE) Tisztított elfolyó víz minősége + vizsgált időszak átlaga -NH4 mg/l 0, Kapacitás 25 víz hőmérséklet Écs Q=1000m /nap iszapkor az 1.levegőztetőben =10 nap iszapkor a 2. levegőztetőben =45 nap 90 tisztított víz ammónium koncentrációja nyers NH4-N koncentráció 40 mg/l A mérés időpontja (nap) Érték (mg/l) Érték (fok Celsius) 20

49 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Jánossomorja Q=900m /nap iszapkor az 1. levegőztetőben=5 nap 2. levegőztetőben=21nap 25 nyers NH4-N koncentráció átlag=55 mg/l víz hőmérséklet tisztított víz ammónium koncentrációja Érték (mg/l) Érték (fok Celsius) A mérés időpontja (nap). ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása kétlépcsős két iszapkörös üzemek esetében A táblázat és ábrák jól mutatják, hogy a fajlagos terhelés mennyire meghatározó a téli nitrifikációt illetően. A jánossomorjai telep leterheltsége viszonylagosan jóval nagyobb, mint az écsié, s talán az utóbbinál a téli vízhőmérséklet is magasabb 1-2 fokkal mint a másik telepen. Ez a nitrifikációban igen jelentős különbséget eredményez télen a két telepnél. Mind az écsi, mind a jánossomorjai szennyvíztisztítóból későbbi adatokkal is rendelkezünk, melyek elvileg ugyanazt bizonyítják, mint a. ábrán látható. A 4 ábrán láthatóan a jánossomorjai telepen folyamán is hasonló volt a szezonális nitrifikáció, mint korábban, holott közben a telep biológiai terhelése gyakorlatilag megduplázódott.

50 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Az elfolyó víz ammónium koncentrációja és a vízhőmérséklet alakulása a 2. levegőztetőben SZV2 NH4-N... SZV17 Hőmérsékle érték (mg/l) /9/04 2/17/05 5/28/05 9/5/05 12/14/05 /24/06 7/2/ /10/06 mérés dátuma (nap) 4. ábra: A szennyvíz hőmérséklet és a tisztított víz ammónium koncentrációjának alakulása a jánossomorjai kétlépcsős szennyvíztisztítónál az utóbbi időszakban. A 4. ábra adatsorának értékeléséhez azonban tudni kell, hogy Jánossomorján a napi 1000 köbméter, mintegy LE terhelésű szennyvizet az első és második iszapkörben is csak 150 köbméternyi eleveniszapos medencében levegőztetik. Ez az első lépcsőben 2,5 napos iszapkort alakít ki, ami a nitrifikációhoz kevés. Nincs is mérhető nitrifikáció az első iszapkörben. A második iszapkörben az iszapkor nehezen becsülhető, hiszen a közbülső ülepítőből történő iszapáthordástól is nagymértékben függ. Iszapkortól függetlenül nyáron rövid időre teljessé válik a második lépcsőben a nitrifikáció, télen viszont gyakorlatilag leáll. Ez utóbbi bizonyára a vízhőmérséklet eredménye. Fontos kiemelni, hogy a kétlépcsős eleveniszapos tisztítók előnye az egylépcsősökéhez képest éppen a nitrifikálók lehetséges koncentrálása a második iszapkörben, lehetővé téve ezáltal az egy iszaposakhoz viszonyítva az első iszapkörben a nagyobb szerves anyag lebontási, míg a másodikban a lényegesen nagyobb nitrifikációs sebességet. Ez így a mikroorganizmus fajok megfelelő szelekciójának a következménye. Mind az egy, mind a két iszapkörös eleveniszapos szennyvíztisztítóknál egyértelműen megfigyelhető az iszap nitrifikációs teljesítményét és a hőmérséklet alakulását jelző görbék maximum és minimum értékeinek a jelentős, több hónapos időbeni eltolódása (4. ábra). Ez egyértelműen a nitrifikálók heterotrofokéhoz képest lassú szaporodásának és kis fajlagos iszaphozamának a következménye. Az iszap a tavaszi vízhőmérséklet

51 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért emelkedéssel csak lassan dúsul fel a nitrifikáló mikroorganizmusokban, ősszel ugyanakkor meglepően lassan veszti el a kialakult nitrifikációs képességét. Ez a heterotrófok nagy fajlagos szaporodása mellett csakis úgy lehetséges, ha a nitrifikálók a lassú őszi lehűlés során mintegy adaptálódnak a hidegebb körülményekhez, fenntartva korábbi, magasabb hőmérsékleten tapasztalt fajlagos szaporodási sebességüket. A maximális fajlagos szaporodási sebességnek ezt a hőmérséklettel történő változását ugyanakkor csakis számítógépes szimulációval lehetséges nyomon követni, figyelembe véve az iszap folyamatos összetétel változását is. Ilyen adatokat eddig a szakirodalomban nem találtunk. Az écsi szennyvíztisztító relatív terhelése az utóbbi években is lényegesen kisebb volt, mint a jánossomorjaié, ennek megfelelően annak a második lépcsőjében nyáron hosszabb időre kialakulhatott a teljes nitrifikáció (5. ábra). Látható azonban, hogy a korábbihoz képest (. ábra) a téli nitrifikáció az utóbbi időszakban gyengébb volt az időközben jelentősen növekedett relatív terhelés következtében. Az 5. ábrán az is megfigyelhető, hogy az écsi telep második lépcsőjében a nitrifikáció és a hőmérséklet maximumainak az időbeni eltolódása kisebb, gyakorlatilag alig tapasztalható. Ez feltehetően a már korábban is említett mintegy két Celsius fokkal nagyobb téli vízhőmérséklet minimum érték, s a kisebb relatív iszapterhelés, illetőleg nagyobb második lépcsőbeni oxikus iszapkor következménye. Nyilvánvaló, hogy ezen a telepen is a nitrifikáció gyakorlatilag a második lépcsőben kell történjen, hiszen az első lépcső iszapjának az oxikus iszapkora ezt elvileg nem teszi lehetővé. Az elfolyó ammónium koncentráció és a 2. lépcső hőmérséklete között ammónium hőmérséklet érték (mg/l) hőmérséklet (C) mérés dátuma(nap) 5. ábra Az écsi két iszapkörös szennyvíztisztító tisztított elfolyó vízének (2. lépcső elfolyó vize) az ammónium koncentrációja a hőmérséklet függvényében. Az 5 ábra adatsorainak értékeléséhez tudni kell, hogy a napi 2000 köbméter, mintegy 20 ezer LE terhelésű szennyvizet az első és második iszapkörben is csak 210 és 285 köbméternyi eleveniszapos medencében levegőztetik. Ez az első lépcsőben 1,5-2 napos iszapkor alakulhat csak ki, ami a nitrifikációhoz kevés.

52 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A legnagyobb hazai két iszapkörös eleveniszapos szennyvíztisztító a hódmezővásárhelyi szennyvíztelep. Ennek az egyes iszapköreiben van jelenleg a legnagyobb fajlagos szerves anyag, illetőleg ammóniumterhelés. Ez az első iszapkörben egy napos oxikus iszapkor kialakulását sem teszi lehetővé, míg a másodikban mintegy 4 naposra becsülhető az. A napi vízhozam a településen napjainkra átlagosan 11 ezer köbméterre nőtt, amihez mindössze 800 m -es első levegőztető medence, s 600 m -es utónitrifikáló medence tartozik. Az első lépcső szerves anyag eltávolítása mintegy 8 kg BOI5/m d, míg a második lépcső maximális nyári nitrifikáló teljesítménye 1,1 kg ammónium-n oxidáció/m d. A telep ilyen terhelés mellett persze rendkívül érzékeny a nagyobb esőzések alkalmával érkező csapadékvízre, valamint a hőmérsékletre. Szárazabb, zavarmentesebb időszak adatait mutatja a 7. ábra. Sajnos 2006 tavasza-nyara nagyon csapadékos volt, ami a telep nitrifikációját stabilizálhatatlanná tette. A nitrifikáció 2006-ban a bemutatott első hónap kivételével minimális volt, ami viszont nem a hőmérséklet hatására, hanem a folyamatos iszapátmosás és nitrifikáló iszap tönkremenetel miatt alakult így. Érték (mg/l, C) 100 Kimenő Ammónia-ammónium /10/028/17/0 4/2/0412/29/04 9/5/05 5/1/06 7. ábra A hódmezővásárhelyi két iszapkörös szennyvíztisztító tisztított elfolyó vízének (2. lépcső elfolyó vize) az ammónium koncentrációja a hőmérséklet függvényében. A hódmezővásárhelyi telep adatai (7. ábra) jól mutatják, hogy a hidraulikus és szerves anyag terhelés folyamatos növekedésével tél végére, s kora tavaszra a második lépcső nitrifikáló kapacitása a kisebb telepekéhez hasonlóan kimerül a viszonylag magasabb szennyvízhőmérséklet ellenére. A nitrifikáció azonban 2002/200 fordulóján ilyenkor is 50 % körüli maradt. 200/2004 fordulóján a nitrifikáció hatásfoka már % közé csökkent, 2006 telének végére, tavaszára pedig ez is minimálisra csökkent. Az utóbbi két iszapkörös telep iszapja mutatta a nyári időszakban a legnagyobb nitrifikációs teljesítményt, iszaptömeg fajlagosra vonatkoztatva a másik két telepének a többszörösét. Ez talán a kisebb iszapkoncentrációjának és a jó levegőellátottságának (átlagosan 4 g/l, illetőleg -4 mg/l) volt a következménye. (A másik két telep kétszer ekkora iszapkoncentrációval üzemelt). A hódmezővásárhelyi egységben a stabil üzemeltetés eredményeként egyéb vonatkozásban is különleges képességekkel

53 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért rendelkező iszap alakult ki. Minimális szerves anyag ellátás mellett (120 mg KOI és 60 mg ammónium a második lépcső befolyó vízében) is mintegy %-os szimultán denitrifikáció volt stabilan mérhető abban. Időnként ugyan az elfolyó vízében a nitrit koncentráció több 10 mg/l értékre is megnőtt, de általában hamarosan visszaállt az átlagos 5-10 mg/l közötti értékre. Mindezek a második lépcső iszapjának a különleges összetételét és képességét igazolják (Thury Kárpáti, 2005a és b). Konkluzió Az egy iszapkörös és két iszapkörös rendszerek nitrifikációját összehasonlítva azt állapíthattuk meg, hogy mindkettő egyaránt nagyon érzékeny a hőmérsékletre. Az oxigénellátottságra nyilvánvalóan ugyanígy, de erre az üzemi adatokból nehéz volt bármilyen következtetést levonni a nem kellően szabályozott levegőbevitel miatt. Megállapítható ugyanakkor, hogy a kétlépcsős eleveniszapos rendszerekben a második lépcsőben kialakuló iszap az egylépcsősénél tízszer nagyobb térfogati-, vagy tömeg-fajlagos nitrifikáló kapacitást is biztosíthat, ami az abban kialakuló nagy nitrifikáló iszaphányad következménye. Ez az iszap ugyanakkor speciális denitrifikációra is képes lehet a szerves tápanyaghiány mellett is, mintegy %-os szimultán denitrifikációt eredményezve. Ez csakis az Anammox folyamatok eredménye az eleveniszap pelyheiben, hasonlóan a granulált aerob iszapokban tapasztalható denitrifikációhoz. Köszönetnyilvánítás: Az anyagban található korábbi adatok, s a legutóbbi eredmények rendelkezésre bocsátásáért köszönet illeti a Bakony-Karszt Zrt., a Pannon-Víz Zrt és a Zsigmondy Béla Zrt. illetékeseit. Hivatkozások Antonisen, A. C., Loerhr, R. C., Prakasam, T. B. S., Srinath, E. G. (1976) Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid. Journal of Water Poll. Control Fed. 48 (5) 85. EPA (199) MANUAL NITROGEN CONTROL United States Environmental Protection Agency, Epa/625/R9/010. Henze, M., Harremoes,P., Jansen, J. and Arvin, E.(1995) Wastewater Treatment Biological and Chemical Processes, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York.

54 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Kárpáti Á. - Kiss J. - Balaskó L. (2000) Nitrogéneltávolítás növelése kis KOI/TKN arányú szennyvíz tisztításánál. MHT XIII. Vándorgyülése, július 5-6, Veszprém, Kárpáti, Á. (2004) A debreceni szennyvíztisztító ellenőrző vizsgálata. Nem publikált jelentés. Műszaki Irányelvek (1984) MI /5-84. Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: Biológiai tisztítás. Oláh, J. - Mucsy, Gy. (200) A tápanyag-eltávolítási és az utóülepítési folyamatok hatásfoka a téli üzemi viszonyok között XX. MHT Vándorgyülés előadása (CD publikáció) Rich, L.G.(1980) Low maintenance, mechanically simple wastewater treatment systems. Mc. Graw-Hill series in Water Resources and Environmental Engineering. USA pp Tsuneda, S; Ogiwara, M; Ejiri, Y; Hirata, A (2006) High-Rate Nitrification Using Aerobic Granular Sludge. Water Sci. and Technol. 5 () Thury, P. Kárpáti, Á. (2005a) Autotróf nitrogéneltávolítás lehetőségei az iszaprothasztás vízéből, valamint a szennyvíztisztítás főáramából. Műszaki Információ / Környezet-védelem, (9-10) Thury, P. Kárpáti, Á. (2005b): Újabb N-eltávolítási lehetőségek a Környezetvédelem, Műszaki Információ / Környezetvédelem, (21-22) szennyvíztisztításban.

55 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Csatornázás és a záporvizek hatása a kétlépcsős eleveniszapos szennyvíztisztításnál. Thury Péter - Kárpáti Árpád - Rédey Ákos - Szentgyörgyi László - Molnár Ferenc Bevezetés A szennyvízkezelési eljárások között az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás a legelterjedtebben alkalmazott technológia. Lényege, hogy a víz biológiailag hasznosítható szennyező anyagait a tisztítást végző mikroorganizmusok számára kedvező oxigénellátás mellett levegőztető és iszapülepítő egységekben, a mikroorganizmusokkal távolítják el a vízből. Tevékenységük maximalizálására az eleveniszapot folyamatosan visszaforgatják a levegőztetőbe, s csak annyi iszapot vesznek el a rendszerből, hogy a biológiai tápanyag eltávolító kapacitása stabil maradjon. Ezt a levegőztető medencében fenntartott iszapkoncentráció állandósításával érik el. A foszfor és nitrát jobb eltávolítására is alkalmas korszerű megoldásokban a levegőztetett iszaptér mellett anaerob és anoxikus tereket is üzemeltetnek. A különböző feltételeket teremtő környezetet vagy térben, vagy időben történő ciklizálással lehet megvalósítani. A mai technikával legegyszerűbb a levegőztetés ciklizálása, az oxikus medencében fenntartott oxigénkoncentráció szabályozása. A tisztítást végző mikroorganizmusok a medencékben kialakuló koncentrációját, s ezzel a tisztítás hatékonyságát csakis a keletkező iszap megfelelő szeparációjával, ülepítésével, recirkulációjával lehet biztosítani. Az ülepítés lehetősége, hatásfoka ugyanakkor a kialakuló iszapnak az ülepedési jellemzőitől függ. Az iszap recirkulációjával kialakítható biomassza koncentráció és iszapkor a tisztítás két alapvetően szabályozott paramétere, melyek megfelelő értéken tartását a tisztítás során folyamatosan biztosítani kell. Különösen igaz ez a nagyobb esőzések alkalmával, amikor az üzemeltetőknek gondoskodni kell a tisztítóban található iszaptömeg védelméről. A megfelelő védelem megoldható gondos tervezés és kivitelezés esetén elegendő méretű puffer-medencék, vagy az adott telep egyes műtárgyait elkerülő vezetékek kiépítésével. Amennyiben erre nincs mód, az esőzések alkalmával lehulló csapadék okozta többlet terhelés következtében az eleveniszap nagyobb hányada kerül át az ülepítőbe, illetőleg jelentős hányada mosódhat ki abból a tisztított vízbe. Ezt a jelenséget iszapkihordásnak is nevezik. Két iszapkörös tisztításnál az első lépcső iszapja a második lépcsőbe kerülhet, hígítva annak a lényegesen eltérő képességre, adottságokra adaptálódott tenyészetét. Az iszapkihordás mindkét esetben a tisztítás hatékonyságának romlását eredményezi. A biomassza elvesztésének megakadályozása ezért az üzemeltetés egyik kritikus pontja. Ezt kívánjuk részleteiben bemutatni a kétlépcsős hazai szennyvíztelepek ilyen irányú tapasztalatainak összegyűjtésével.

56 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A kétlépcsős szennyvíztisztítás legfontosabb tulajdonságai A kétlépcsős (két-iszapkörös) szennyvíztisztításban jellemzően két sorba kapcsolt lépcsőben valósítják meg a szerves szén, majd a szennyvíziszapba be nem épülő ammónium oxidációját. A kétlépcsős rendszerek jellemzően a szennyezők egymást követő aerob eltávolítására optimalizált technológiai megoldások. Ezekben ugyanakkor a kellő denitrifikáció, illetőleg a biológiai többletfoszfor eltávolítás elvileg is gondot jelent. Magyarországon ma is ilyen technológiai kialakításban működő telepeken jellemzően vegyszeres foszforeltávolítással és a tisztított víz egy részének a nyers szennyvízhez történő visszavezetésével küszöbölik ki, vagy mérsékelik ezt a problémát. Azokon a kisebb telepeken, ahol az utóbbiak alkalmazására a kibocsátási határértékek miatt nincs szükség, vagy a helyi adottságok miatt nincs lehetőség, a tisztítás az 1. ábrán látható séma szerint működik. 1. ábra A kétlépcsős szennyvíztisztítás technológiájának sematikus ábrája A denitrifikáció maximálására a nyers szennyvíz lebegőanyagait sehol nem különítik el előülepítéssel. Ezeknél a rács után levegőztetett homokfogó távolítja el a durvább homokfrakciót. A homokfogó után következnek a biológiai lépcsők, melyek aerob reaktorokból és hazánkban hosszanti átfolyású ülepítőből állnak. A tisztítási lépcsők sorban kapcsolt üzemben működnek és a második lépcsőről elfolyó ülepített víz kerül a befogadóba. Az iszaprecirkulációt lépcsőnként külön-külön kell biztosítani, így a második lépcsőre optimális üzemmenetnél nem jut át az első lépcső iszapja. A második lépcső fölösiszapja, ugyanakkor az első lépcső recirkulációs vályújába kerül vissza. Fölösiszap-elvétel ilyen értelemben csak az első lépcső iszapjából történik. A fentieknek megfelelően az első lépcsőben igen kevés autotróf mikroorganizmust tartalmazó, gyakorlatilag csak a szerves anyag széndioxiddá és szennyvíziszappá alakítására képes heterotróf mikroorganizmusokat tartalmazó iszap alakul ki. A második lépcső eleveniszapja ugyanakkor az első szerves anyag oxidációs hatékonyságától függően már jóval kisebb részarányban heterotróf szervezetek is tartalmaz. A második lépcsőben kialakuló zömében autotróf biomassza, így a hagyományos eleveniszapos A/O, A2/O rendszerek iszapjához képest nagyobb fajlagos térfogati nitrifikációs kapacitásra lehet képes. A magyarországi kétlépcsős szennyvíztisztítók első lépcsőinek terhelése jellemzően a nagy terhelési kategóriába esik. A évi adatok alapján ez 1,5-2 kg BOI5/m *d, de a hódmezővásárhelyi tisztító hasonló üzemi paramétere ~9 kg BOI5/m *d. Ilyen terhelések mellett tartják fent a rendszerekben a szerves-

57 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért szén oxidációt még biztosító 1-4 napos iszapkort. Meg kell jegyezni, hogy az eredeti tervezés szerint az ilyen telepeknél az iszapkor csak a 2-4 napot érhette el. Más kérdés, hogy az alulterhelt beüzemelésük során nagyobb iszapkorok is kialakulhattak az első lépcsőben is. Ezt az üzemidőszakot, azonban semmiképpen nem tekinthettük mértékadónak, ezért nem is értékeltük. Az első lépcsőben kialakuló iszapkorok mellett nincs lehetőség arra, hogy ott az autotróf nitrifikálók megfelelő mértékben elszaporodjanak. Itt a szennyvíz nitrogén tartalma ennek megfelelően csak annyival csökken, amennyi a keletkező iszapba beépül. A többi ammónium oxidációja a második, nagyobb iszapkorú iszapkörre marad. A kétlépcsős tisztítók ülepítőit tervezéskor jelentősen túlméretezték. A kivitelezések, azonban már nem feltétlenül a terveknek megfelelően alakultak. A mértékadó vízhozamokkal számolva még így is 0,6-0, 2 m /m *h felületi terheléssel üzemelnek. A rendszerek kialakításához hozzátartozik, hogy az első lépcső medence-térfogatai a másodikénál kisebbek mind a bioreaktor mind, pedig az ülepítő tekintetében. Így alakulhat ki a jelenleg működő rendszerek első lépcsőjénél az átlagos 0,4-0,6 a második lépcsőknél pedig a 2 0,-0,5 m /m *h felületi folyadékterhelés. Ebből ugyan az látszik, hogy egyes telepek ülepítő rendelkeznek tartalékokkal, azonban némelyek esetében az átlagosnál nagyobb vízhozam a közbülső ülepítők esetén az iszap átmosódását, a második lépcső ülepítői esetén, pedig az iszap kimosódását is okozhatja. A csapadék és a csatornahálózat hatása a kétlépcsős szennyvíztisztításra A szennyvíztisztítók térfogati terhelése szétválasztott rendszerű csatornázás esetén az átlagos vízbebocsátások (lakások, intézmények, ipari létesítmények) napi ingadozásának megfelelően alakul. A terhelés természetesen szezonálisan is változik, ami az ilyen vízfelhasználás változás (kevesebb fürdővíz, stb), valamint a település lakosságszáma hasonló változásának (üdülőhely jelleg) is lehet a következménye. Ezek, azonban még mindig kisebb vízhozam ingadozást okoznak, mint a talaj és esővíz jelentkezése a szennyvízgyűjtő rendszeren. Az egyesített csatornarendszer esetén az utóbbiak hatása nyilvánvalóan felerősödik. Ennek megfelelően kell a szennyvíztisztítót hidraulikailag tervezni. Lényegesen meg kell növelni ilyenkor az átemelő és ülepítő kapacitásokat. A csapadékvíz hatása ilyen tekintetben különösen kritikus. Ezt ugyanis a helyi adottságok, csapadékviszonyok pontos figyelembevételével kell figyelembe venni. Ilyen tisztítók esetén a csapadékhullás eloszlásától, intenzitásától, illetve a csatornarendszer hosszától, s számos egyéb tényezőtől is függ a csatornahálózatban összegyűlő, s valamiképpen tisztítandó víz mennyisége. Ha ezt nem sikerül kellően figyelembe venni, az itt bemutatásra kerülő problémák sorával találja magát szemben a szennyvíztisztító üzemeltetője. A szennyvíztisztítás korábbi gyakorlatából jól ismert az a megoldás is, amikor a rendkívüli csapadékvízterhelések esetén a híg, mechanikailag, vagy biológiai résztisztításnak kitett szennyvizet a befogadóba vezetik. Bizonyított, hogy a szennyvíztelepre az ilyen csúcsterhelésekkor a csatornából kimosódó szennyvíz és szennyvíziszap az első 1-2 órában érkezik. Ezt követően már csak a csapadékvízzel hígított lakossági szennyvíz terheli a telepet, minimális szerves-anyag, N és P terheléssel.

58 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Tudjuk azonban, hogy nagyobb esők alkalmával az egyesített műtárgyakban a tisztítókra érkező higított szennyvizek szennyezettségéhez hozzáadódik az utakról (szénhidrogének, gumi, ülepedő anyagok, stb.), háztetőkről (ülepedő anyagok, nehézfémek, stb.) a rendszerbe kerülő szennyezés is. Ez azon túl, hogy többlet tápanyag terhelést jelent, számos esetben, a tisztítóban lejátszódó folyamatokat gátolja, így csökkenti a tisztítás hatásfokát. Anyagunkban azonban a kétlépcsős tisztítókat érő térfogati terhelés ilyen ugrásszerű növekedéseinek hatását kívánjuk értékelni anélkül, hogy a szennyvíz-minőségi változását a csapadéklefolyás során vizsgáltuk volna. Az olyan két iszapkörös tisztítókban, ahol a szennyvíz megkerülési lehetősége nem került kiépítése, illetve a hatóság annak indokolt használatát a vízjogi engedélyben nem hagyta jóvá komoly üzemviteli problémákkal 2 kell szembe néznie, ha a hidraulikus terhelés adott értéket túllép. Ez maximálisan mintegy 2 m /m h fajlagos terhelés a nagy vízhozamoknál (1. táblázat). Függ, azonban a megengedhető terhelés a nagy vízhozam tartósságától is. A gyakorlati tapasztalatok alapján a közbülső ülepítő maximális térfogati terhelését meghaladó vízmennyiségek esetén az első lépcső iszapja átmosódik a második iszapkörbe. Ezzel megnövel a második iszapkör BOI5, valamint lebegőanyag terhelését időszakosan lecsökkentve annak iszapkorát. Az első lépcső iszapjának átmosódása, illetőleg a második kör iszapja kimosódása függvényében a második lépcsőben az autotrófok részaránya, s ezzel az iszap nitrifikációs kapacitása ugrásszerűen csökkenhet, elvesztheti fajlagos nitrifikáló kapacitásának jelentős részét. Ennek következtében az ammónium és összes nitrogén koncentráció rövidebb hosszabb időtartamra megemelkedik a tisztító elfolyó vízében, ami időszakos határérték túllépést is eredményezhet. A gyakorlati tapasztalatok szerint a nitrifikáció hatékonysága további lökésszerű hidraulikus terhelés, nagyobb csapadékvíz terhelés nélkül néhány nap leforgása alatt helyreáll. A fentieken túl az első lépcsőből átmosódott iszap az első iszapkörből így hiányzik, tehát a szerves-c oxidációja is lelassulhat. A heterotrofok szaporodása, azonban rendkívül gyors, ami a szerves anyag lebontását nagyon gyorsan helyreállítja. Elméletileg a heterotrófok maximális szaporodási sebessége -6-1 nap. Az első iszaplépcsőben rendszerint kialakított 7 g/l körüli iszapkoncentrációt figyelembe véve ez kg MLSS/m d jelent. Ennek pedig, a legnagyobb szerves anyag terhelésű kétlépcsős rendszer első lépcsőjében is csak a negyede, fele a jellemző. Elvi kérdés az iszapülepedés alakulása ilyen nagy fajlagos iszapterhelésnél. Nos az üzemi tapasztalatok alapján az első lépcsőben ilyenkor még nem alakul ki pin-point flokkuláció, s az elfolyó vize csak minimális lebegőanyag tartalommal rendelkezik. A víz tehát az ilyen flokkulációtól eltérően nem marad zavaros a finom kolloid iszaprészecskéktől. Normál esetben ezért a kiülepedő iszap recirkulációja a levegőztetőbe megfelelően biztosítható az egyébként alkalmazott nagy iszaprecirkulációs hányaddal. A rendszer szűk keresztmetszete az ülepítő hidraulikus túlterhelése, ami az iszapot átmoshatja a második lépcsőre, vagy különösen nagy terhelésnél akár a befogadóba is. A lökésszerű térfogati terhelések azonban nemcsak a záporok esetén fordulhatnak elő, hanem a téli-tavaszi hóolvadások időszakában is. Ha a téli hólé, hidegebb esővíz, hasonlóan lökésszerűen érkezik a

59 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért szennyvíztisztítóba, a hidraulikus túlterhelés részletezett hatásán túl sokkal tartósabb károsító hatást is eredményezhet a nitrifikációnál. A szennyvizet annyira lehűtheti, hogy a nitrifikáció ugrásszerűen le is állhat. Ez a nagyobb veszély, mert az ilyen nitrifikáció befagyasztásnál a nitrifikálók annyira kipusztulhatnak a rendszerből, hogy csak hetek hónapok múlva lehet a korábbi összetételig visszaszaporítani őket a második iszapkör biomasszájában. Sajnos nagyon jellemző példa erre a hódmezővásárhelyi szennyvíztelep 2006 évi tavaszi üzeme, amikor a sorozatos záporvíz terhelések hatására ciklikusan minimálisra csökkent második lépcső iszapjának a nitrifikáló kapacitása. Ezek a ciklikus záporvíz hozamok az adott telep közbülső ülepítőjében 4-5 m/h fajlagos felületi terhelést is eredményeztek. Ilyenkor az iszapkihordás már ennél az egységnél elkerülhetetlen. Az 1. táblázatból egyértelműen látszik, hogy a hazai két-iszapkörös tisztítók többségének ülepítője a tervezési irányelvekben meghatározott optimális paraméterekkel üzemel. Az egyes telepek még tartalékokkal is rendelkeznek. Az átlagos befolyó szennyvízmennyiség akár megduplázódása esetén is az ülepítőik képesek ellátni feladatukat. Látható (1. táblázat) azonban, hogy a hódmezővásárhelyi telep közbülső ülepítője már az átlagos vízterhelések esetén is túlterhelten működik, így az üzemeltetők már kisebb csapadékcsúcsok esetén is rendszeres üzemi problémákkal küzdenek. A hidraulikus terheléseket szemügyre véve látható, hogy némely telep ülepítője a lenti tervezési irányelv értékeihez mérten igazán alulterhelten működik. A lebegőanyag terhelés tekintetében egyértelműen látszik hogy a hivatkozott műszaki irányelv meghatározott paraméterénél többnyire nagyobb értékek számíthatók. 1. táblázat A hazai kétlépcsős szennyvíztisztítók ülepítőinek 2005 évi jellemző terhelés-adatai felületi terhelés, 2 m /m h Hódmezővásárhely MI /4:1984 ATV 11A max. 0,7 0,5, max m m 2 Écs 165 m 2 Jánossormorja 180 m m 2 15 m 0,6 0,4 0,5 0,5 0,4 0, min., max. 6 5,2 8,5 5,5 6 7,9 9,7 felületi TSS 2 terhelés, kg/m h max. 4,1 1,4 5, 5,4,8,1 bukóélterhelés, m /m h max ,4 6,4 n.a. n.a. n.a. n.a. HRT, h 2 Fontos megfigyelés a hódmezővásárhelyi telepen, hogy itt a második iszapkörben korábban kialakult, stabil nitrifikációt és denitrifikációt is biztosító iszap olyan mértékben módosult, hogy nyár közepére végére sem sikerült visszaállítani annak a korábbi képességeit. Mindezek a hatások attól függetlenül kialakultak, hogy a telep második iszapköre levegőztető medencéjében változatlanul biztosítani tudták a -4 mg/l oxigénkoncentrációt, illetőleg az első lépcső levegőellátása is megfelelő volt. Az első lépcsőben egyébként ez 0,-0,6 mg/l oxigénkoncentráció bizonyult az eddigi üzemeltetés során megfelelőnek.

60 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Hódmezővásárhelyen a csapadékvíz és csapadékvíz gyűjtés szennyvíztisztítóra gyakorolt hatása az adott telepen más módon is jelentkezett. A magas talajvízszint és egyéb csapadékvíz elvezetési lehetőség miatt a lakosság valamiképpen az átlagosnál, s a telepi vízfelhasználásnál folyamatosan nagyobb vízhozamot is produkált. Ez a talajvíz viszonylag folyamatos jelentkezését jelentette a szennyvízben, ami elvileg a szennyvíz hígulását kellett volna, hogy eredményezze. Ezzel szemben a szennyvíz maradt a kisebb településekre jellemző szennyezettségű. Sajnos ez valamilyen szennyezőanyag bekerülés kapcsán alakulhat csak így, melynek forrását, azonban eddig még nem sikerült pontosítani. Összefoglalás A vizsgálatok alapján egyértelmű, hogy a kétlépcsős szennyvíztisztítók gondos tervezés és megfelelő kivitelezés esetén alkalmasak a szerves anyag és nitrogénterhelés elkülönített fokozatban, s összességében kisebb medence, vagy iszaptérfogattal (tömeggel) történő tisztítására. Megfelelő nagykörös tisztított víz visszavezetésével a rendszer elejére, valamint vegyszeres foszforeltávolítás kiépítésével a különösen szigorú határértékek biztosítására is megfelelő lehet. A már kiépített ilyen telepen jelentkező üzemelési problémák megoldását mindenképpen a közbülső ülepítő megfelelő méretezésében látjuk. A túlméretezés által jelentkező problémákat esetleg el lehet kerülni tartalék közbülső ülepítő építésével, amely csak akkor működik, amikor a rendkívüli vízterhelés jelentkezik. Ennek az elfolyóvize a biológiai résztisztítás és az eső által okozott hígítás következtében egyébként a második iszapkör megkerülésével is időszakosan a befogadóba vezethető lenne. A második lépcső lassan szaporodó autotróf nitrifikáló biomasszájának a hidraulikus túlterhelés elleni védelme ezzel kellőképpen biztosítható. Nem jelent ugyanakkor megfelelő biztonságot ez sem a téli hideg esőkkel, olvadt hólével szemben, amely a nitrifikáló iszapot 10 fok alatt tartósan károsíthatja. A második lépcső fajlagos nitrifikáló kapacitása ugyanakkor meleg szennyvíz (20-25 o C) esetén tízszer nagyobb is lehet (1 kg NH4-N oxidáció/m d), mint a hagyományos eleveniszapoké. Aerob szennyvíztisztítás iszapgranulációval. Scheffer Renáta Thury Péter - Kárpáti Árpád Bevezető A szennyvíztisztítás intenzifikálásának kézenfekvő módszere lenne az arra alkalmas biológiai megoldások (aerob és anaerob szerves anyag, nitrogén és foszforeltávolítás) térfogati teljesítményének, pontosabban a biológiai folyamataik fajlagos (egységnyi mikroorganizmus tömegre vonatkoztatott) sebességének a maximálása. Gondot jelent azonban, hogy a különböző tápanyagok megkívánt eltávolítási hatásfoka az arra

61 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért alkalmas mikroorganizmus csoportok kellő összetételű kevert kultúráinak a kialakítását igénylik. Ugyanakkor ezek a csoportok maximális teljesítményre csak meglehetősen eltérő környezeti feltételek (oldott oxigén ellátás, hőmérséklet) mellett képesek. Tovább bonyolítja a megvalósítást, hogy a mikroorganizmusok, illetőleg csoportjaik mindig a környezeti feltételekhez igazodó együttélésben működnek szabadon úszó sejt, vagy kis számú sejt együttese, aggregátuma, továbbá az ezekből kialakuló, mikron méretű, folyamatosan megújuló összetételű, állandó vázszerkezettel nem rendelkező iszappehely, valamint ezekből megfelelő folyadék-konvekció esetén alkalmas hordozófelületen biofilmmé fejlődő, a pelyheknél egyértelműen strukturáltabb együttélés formájában. Évtizedekkel ezelőtt felismerték, hogy az egyes mikroorganizmus fajok optimális összetétele mellett az iszap, vagy biomassza-koncentráció növelése a tisztítás intenzifikálásának az útja. Ez vagy az iszap sűrűségének, ülepíthetőségének a növelésével, vagy a szűréssel történő visszatartásával érhető el. Az anaerob rendszerekben történt előbb áttörés (a múlt század hetvenes éveiben) az ilyen iszapok granulálásának a biztosításával, ahol az iszapsűrűség a reaktorban így az eleveniszapos reaktorokénak a tízszeresére (60 kg lebegőanyag /m ) volt növelhető, hasonló arányban növelve ezzel a technológia térfogati teljesítményét is. Az iszapgranulációt az aerob rendszerekben ezzel szemben csak 1991-ben tapasztalták először, de sikeres ipari méretű megvalósításáról talán máig sem beszélhetünk. Éppen ezért a membránszeparáció utóbbi évtizedekben történt fejlesztése következményeként az eleveniszapos tisztításnál az iszapülepítés membránszűréssel történő helyettesítése tekintetében is jelentős eredményeknek lehettünk tanúi. Az iszapkoncentrációt a levegőztető medencékben ezzel a módszerrel kg/m értékre sikerült növelni, bár meglehetősen drága kiegészítéssel. Kézenfekvő lenne az aerob megoldásnál is az iszapgranuláció hasznosítása, de ennek ma még úgy tűnik nehezen átléphető korlátai vannak. A fenti megoldások mellett meg kell említeni a biofilmes módszerek fejlesztését is, hiszen szigorú értelemben maga a granulált iszap is valamiképpen biofilm, működjön az anaerob, vagy aerob környezetben. Az utóbbi esetén egyébként a limitált oxigénpenetráció eredményeként (csupán mikrométer a biofilm víz felőli rétegében) aerob és anaerob folyamatok szimultán kialakulására is lehetőség van. Ilyen szimultán folyamat a nitrifikáció és denitrifikáció tekintetben az iszappelyhekben, biofilmben, aerob körülmények között granulál iszapban is egyaránt lejátszódik. A CANON eljárás az utóbbi legfényesebb bizonyítéka, bár a gyakorlat ennek az iparosításával is ugyanúgy adós, mint az aerob granulált iszapos technológiáéval. A granulált aerob iszappal szemben a hordozós biofilmes megoldások üzemesítése egyszerűbbnek tűnik. Ezeknél ugyanakkor éppen a hordozó miatt nehéz az aerob biomassza hányad, illetőleg koncentráció, s vele a térfogati teljesítmény túlzott növelése. Márpedig a nitrogéneltávolítás tekintetében mindenképpen ez utóbbi a meghatározó, hiszen a nitrifikálók a leglassabban szaporodó és legérzékenyebb fajok a kevert biomasszában. Ezek speciális (nagy szaporodási sebességű) fajainak a dominanciája ugyanakkor bármelyik megoldásnál ugrásszerűen növelhetné az adott megoldás térfogati teljesítményét, történjen a szerves anyag és a nitrogénformák eltávolítása egy vagy két iszapkörös kialakítással is. Iszapgranuláció kialakulása aerob rendszerekben

62 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Az eleveniszap granulálódásáról először 1991-ben adtak hírt japán kutatók (Mishima and Nakamura (1991). Ilyen granulációt bizonyára korábban is megfigyeltek mások is, de azt nem minősítették eltérő iszapformának, csupán a rendszerből kiülepedő speciális iszapképződménynek. Ezt bárki természetesnek tekintheti, hiszen a szennyvíz gyűjtőcsatorna rendszerének felületén folyamatosan keletkezik biofilm, amely arról leszakadva iszappehelyként, iszapcsomóként viselkedik. Ez a zsír és homokfogón átjutva, valamilyen mértékben felaprózódva, majd az iszappelyhekbe beépülve, nagyobb csomókba is összeállva jelenik meg az eleveniszapban. Különös adottsága az eleveniszapos rendszereknek a ciklikus aerob és anaerob környezet, ami éppen a rendszer fajlagos biológiai terhelésének és levegőellátottságának a függvénye. A kis terhelésű, jól levegőztetett aerob tisztítóknál elegendő oxigén, és nitrát kerül át a kevert iszappal az utóülepítőbe, s így annak az iszaprétegében csak rövidebb ideig lesz anaerob a környezet. A nagy terhelésű, szűkös oxigén ellátottságú egységeknél ez meghatározóvá is válhat. Köztudott az is, hogy az iszap még több órás levegőztetés szünetet is képes túlélni különösebb károsodás nélkül. Az aerob és anaerob folyamatok tehát (anaerob hidrolízis mindenképpen) az iszapban ciklikusan lejátszódhatnak. Különösen nagy iszapterhelések (iszapkoncentrációk) esetén ennek a valószínűsége nő. Az oxigén heterotrófokra vonatkozó féltelítési koncentrációját alig meghaladó levegőztető medence oxigén koncentrációknál pedig különösen érdekesen alakulhat. Az ilyen rendszereknél az utóülepítés térfogatigénye miatt a teljes iszaptömeg sokkal nagyobb hányada lesz az oxigénhiányos fenékiszapban, mint a kis terhelésű eleveniszapos rendszerek esetén. Ennek a hatásáról jelenleg igen kevés információ található a közleményekben, szakirodalmakban. Fölfokozott ugyanakkor az érdeklődés az aerob granulált iszap kialakítása kapcsán. Sajnálatos azonban, hogy ilyen iszapot eddig még csak ciklikus betáplálású, hasonló levegőztetésű, úgynevezett SBR reaktorokban sikerült előállítani. Bebizonyosodott, hogy a granuláció széles terheléstartományban is biztosítható, azonban éppen a speciális rendszer miatt jelentősebb térfogati terhelés a viszonylag híg lakossági szennyvizeknél nem realizálható. Aerob iszapgranuláció SBR üzemmódban Az aerob granulált iszap viszonylag nagy sűrűségű, gömbszerű, 1- mm átlagos átmérőjű részecskékből áll. Szemcséi milliós nagyságrendben tartalmaznak különböző mikroorganizmusokat, így a hagyományos eleveniszaphoz hasonlóan kevert kultúrák, vagy mikroorganizmus együttesek. Egyedei fajtájuknak megfelelő úton és aktivitással bontják le a szennyvízben található szennyező komponenseket. Iszapszemcséi ugyanakkor rendezett, sűrű, erős szerkezettel és jó ülepedési tulajdonsággal rendelkeznek. Jelenleg csakis SBR reaktorokban (ma már széles körben elterjedt a városi és ipari szennyvízkezelésben) alakítható ki. Más típusú berendezésekben a baktériumok maguktól nem aggregálódnak a közöttük fellépő taszító elektromos erőhatások és a nagymértékű hidratáció miatt. Aerob granulált iszapos SBR reaktoroknál a szennyvíz kezelése négy fő lépésből áll: szennyvíz beadagolás, levegőztetés, ülepítés, tisztított víz elvezetése (Liu, Wang and Tay, 2005). Az ülepedési idő és térfogatcsere

63 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért arány, valamint a tisztított víz elvételi ideje jelentik a legfontosabb szelekciós hatásokat az ilyen rendszerben, mely jól látható az alábbi két diagrammon. 1. ábra A granulált iszap az ülepedési idő és a kicserélődési arány függvényében (Liu, Wang and Tay, 2005) A fent említett három paraméter megfelelő szabályozásával érhetjük el, hogy megfelelő mikroorganizmusok szaporodjanak el a rendszerben és ezáltal jó minőségű aerob iszapot állíthassunk elő. Az aerob iszapgranulációt befolyásoló főbb tényezők Tápanyag-összetétel hatása: Az aerob granulált iszap sikeresen alkalmazható számos tápanyag-típusnál, mint a glükóz, acetát, fenol, etanol stb. (Beun et al., 1999; Peng et al., 1999; Tay et al., 2001a; Tay et al., 200b; Moy et al., 2002; Jiang et al., 2002; Yang et al., 200a and Schwarzenbeck et al., 200). A granulátum szerkezetét és mikroorganizmusok összetételét azonban nagymértékben befolyásolja a szénforrás típusa. Az elsősorban glükózt fogyasztó granulált iszap fonalas szerkezetű (ilyen formában szaporodó mikroorganizmusok dominálnak abban), míg az acetát fogyasztó granulált iszap nem fonalas, nagyon tömör szerkezetű, melyben a pálcika alakú baktériumok vannak túlsúlyban (Liu and Tay, 2004). Granulált aerob iszapot nitrifikáló / denitrifikáló rendszerekben is sikerült kialakítani szervetlen szénforrás felhasználásával (Tay et al., 2002b and Tsuneda et al., 200). Az ilyen aerob granulált iszapok igen jó nitrifikációs képességgel rendelkeznek (nitritációs sebesség). Az aerob iszapgranuláció ugyanakkor sikeresnek bizonyult lebegő anyagban gazdag szennyvizek szerves anyag tartalmának a laboratóriumi SBR reaktorban történő eltávolításánál is (Schwarzenbeck et al., 200).

64 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Szerves anyag terhelés hatása: Aerob granulált iszap nagy szerves anyag terhelés mellett is jól alkalmazható ( kg KOI/m d) (Moy et al., 2002 and Liu et al., 200a), pontosabban ilyen terheléstartományban is stabil granuláció biztosítható. Az iszapterhelés nem befolyásolta a kialakuló szemcsék alakját, sűrűségét, száraz iszaptömeg sűrűségét. Az ülepedésekor mérhető iszapindex is egyformán kicsi, mintegy 50 ml/g körüli volt, ami nagyon jó ülepedést biztosít. A terhelés növekedésével azonban a szemcsék mechanikai stabilitása csökkent, könnyebben szétesővé váltak, illetőleg a folyamatos terhelésnél megfelelő idő után szét is estek kisebb részekre. Az SBR tisztítónál a szerves anyag terhelést a hidraulikus terhelés, illetőleg az azt meghatározó ciklusszám, vagy ciklusidő határolja be. Mindig jó és kellő mértékű kiülepedés esetén a tiszta fázissal ciklusonként a reaktortérfogat adott százalékát kitevő tiszta rész távolítható el. Ez a hagyományos eleveniszapos SBR megoldásnál 0-40 % között alakul, a granulált iszapnál biztonsággal 50 %-on tartható. Ez azt jelenti, hogy a teljes reaktortérfogat térfogati terhelése a ciklusszámmal arányosan változik. A granulált iszapnál napi két ciklus esetén a HRT éppen 1 nap, s a biológiai terhelés ennek megfelelő értékű. Négy ciklus esetén minkét fenti értékek a duplájára nőnek. Látható azonban, hogy adott szennyvíz esetében a terhelés csak viszonylag szűk tartományban változtatható. A hagyományos, folyamatos betáplálású eleveniszapos rendszerrel összehasonlítva annak a órás hidraulikus tartózkodási idejének megfelelő lesz. Ez a lakossági szennyvíz esetében mindössze 1-2,5 kg KOI/ m d térfogati terhelést jelent. Nagyobb térfogati terhelések csakis nagy szennyezőanyag koncentrációjú ipari szennyvizek esetén képzelhetők el. Bebizonyosodott, hogy a granulált iszap szerkezetét elsősorban a reaktorban kialakult nyírófeszültség határozza meg (Shin et al., 1992 and Tay et al., 2001a). Az exracelluláris poliszacharidok (polielektrolit jellegű képződmény) meghatározó szerepet játszanak a sejtek összetapadásánál, és a szemcsében történő tartós rögzítésénél. Ezek a ragasztó anyagok ugyanis biológiailag kellően stabilisak a tartós hatás kifejtéséhez. A nagy nyírófeszültséget tűrő mikroorganizmusok több poliszacharidot választanak ki (szelekció). Következésképpen a fokozott poliszacharid termelés csak nagyobb nyírófeszültséget eredményező berendezés kialakításnál, levegőztetésnél eredményezheti tömörebb és erősebb szemcseszerkezet kialakulását az aerob granulátumnál (Liu and Tay, 2004). Ülepedési idő: Az SBR reaktorokban a szennyvíz kezelése több egymást követő műveletből tevődik össze. Ezek az ülepítés, tiszta rész elvétel, fölösiszap iszapelvétel, friss szennyvíz feltöltése, levegőztetés, keverés. Ezek közül több egyidejűleg is mehet, pontosabban a megkívánt vezérlés, vagy szabályozás (levegőztetés) szerint történik. Közülük az ülepítés időtartamát az ülepedés határolja be. Ezt kell a granulációval

65 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért felgyorsítani. A többi művelet időigényét a segédberendezések (szivattyúk, levegőztető) kapacitása, valamint a rendszer fajlagos hidraulikus terhelése (ciklusszám) határolja be. Az ülepedési idő rövidítésével a biomasszában levő mikroorganizmusok összetétele változtatható, s a granulált iszap képződése fele tolható el. A jól ülepedő granulálódó részek a rendszerben maradnak, míg a nehezen ülepedő, pelyhes frakció folyamatosan kimosódik. A granulált iszap kialakításánál így az ülepedési sebességen alapuló szelekció kerül hasznosításra. Ebből adódóan lényeges a stabil üzemeltetés ülepedési idejének az optimális megválasztása is. A kellően érett szemcsék általában 1-2 perc alatt kiülepednek a laboratóriumi egységekben, s felül tiszta folyadékfázis alakul ki (Beun et al., 2000). A könnyen visszatartható biomassza gyors és hatásos szennyezőanyag eltávolítást tesz lehetővé a reaktorban. A kiváló ülepedési tulajdonságokkal rendelkező granulált iszap fontos az eredményes biológiai szennyvíztisztításhoz. Hidraulikus terhelés, tartózkodási idő: Az ülepedési sebességen túl az SBR reaktor feltöltési és levegőztetési, valamint a leürítési ciklusideje is megszabja a hidraulikus szelekciót a mikroorganizmus csoportok között. Ha a levegőztetés ciklusideje kisebb, mint óra a lakossági szennyvíz esetén, a nitrifikálók a túlzott fajlagos szerves anyag terhelés miatt (kis iszapkor) kimosódnak a granulálódó iszapból. Ezzel szemben a túlzott ciklusidő, mint a 24 órás ugyan a terhelésben jó lenne, de ennél a hidraulikus szelekció elégtelen az iszapgranulációhoz. Jól nitrifikáló granulált iszap 6 és 12 óra közötti ciklusidő esetén tud megfelelő mértékben kialakulni. A rövid ciklusidő általában nagyobb mikrobiológiai aktivitást és poliszacharid termelést eredményez, valamint javítja a sejtek, illetőleg az iszaprészecskék hidrofóbitását (Liu and Tay, 2004). Látható tehát, hogy a lakossági szennyvíz esetében a terhelés csak viszonylag szűk tartományban változtatható. A hagyományos eleveniszapos rendszerrel összehasonlítva annak a órás hidraulikus tartózkodási idejének megfelelő lesz. Ez a lakossági szennyvíz esetében mindössze 1-2,5 kg KOI/ m d térfogati terhelést jelent. Aerob éhezési szakasz: Az SBR reaktorban a szennyvíz beadagolás, levegőztetés, ülepítés és a tisztított víz elvétel szakaszos üzemben valósul meg. Ebből következik, hogy a mikroorganizmusok szaporodása alárendelt a reaktor periodikus környezet-változásának. A szennyvíz tisztításának időtartama csökkenthető a műveleti ciklusok számának növelésével (Liu and Tay, 2004). Illetőleg azon belül az egyes szakaszok időtartamának a csökkentésével. A nyers szennyvíz bevitele a levegőztető térbe rendszerint közvetlenül a tiszta víz elvétele után történik minél rövidebb idő alatt (kiegyenlítő, előtározó medence és szivattyúkapacitás függvényében).

66 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A levegőztetés a folyadékfeladás alatt már működhet, bár esetenként speciális okokból (többletfoszfor eltávolítás, denitrifikáció) csak valamivel később indítják. A levegőztetési fázis általában két szakaszból áll. A bevezető első szakaszában a vizes fázisban levő tápanyag (oldott szubsztrát) mennyisége a minimális értékre csökken. Ezt követően ebben a szakaszban nem történik tápanyag utánpótlás. Így az éheztetés következtében megnő a baktériumok hidrofóbitása, ezzel elősegítve a jobb tapadásukat (Tay et al., 2001a). Ezzel a szelekcióval is pozitív hatás biztosítható a granulálódáshoz. A kezelés során alkalmazott tápanyagellátás szabályozással jobb mechanikai stabilitású granulátumok nyerhetők. Természetesen a reaktor már korábban említett többi műveleti ciklusa is fontos szerepet játszik az aggregátumok képződésében. Az SBR reaktorban az aerob granulált iszap 0,7 és 0,1 mg/l oldott oxigén koncentrációnál kialakul, valamint 2 mg/l oldott oxigén koncentráció felett is sikeresen fejlődik. Következésképpen a DO koncentrációja nem döntő fontosságú a granulátum kialakulásában. A ph, illetve hőmérsékletet illetően hiányosak az információk. A hidraulikus szelekció kapcsán szükségszerű, hogy az SBR egység nagy magasság/átmérő aránnyal épüljön, hogy az iszaprészek ülepedése során érvényesülő szelekció kellő mértéket érjen el. Ez egyben kis fajlagos alapterület igényt is eredményez, amit persze nagyobb szabályozásigény kompenzál (Liu and Tay, 2004). Nincs azonban szükség iszapülepítőre, amely a hagyományos rendszerek térfogatigényének a felétnegyedét is jelentheti. Szaporodás-gátlás (inhibició): Granulált iszap csak akkor alakul ki, ha a szabad ammónia a koncentráció 2.5 mg/l érték alatt van. Egyébként a nitrifikáció már teljesen gátolt 10 mg/l szabad ammónia koncentráció felett is. A heterotróf és nitrifikáló baktériumok fajlagos oxigén felhasználási sebessége (SOURs) harmadára-negyedére csökken, ha a szabad ammónia koncentrációja 2,5 mg/l-ről 9,6 mg/l-re nő. A nagy szabad ammónia koncentráció következtében a sejt hidrofóbicitása, valamint az extracelluláris poliszacharid termelése is lecsökken. Valószínűsíthetően a hidrofóbitás és a poliszacharid termelés megváltozása a felelős az aerob granulált iszap hiányának a nagy szabad ammónia tartalmú vízben (Liu and Tay, 2004). A szabad ammónia a granulált iszap képződését a mikroorganizmusok energia anyagcseréjének gátlásával akadályozza meg (Yang et al., 2004b). Levegőztetés:

67 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Az aerob granulált iszap tömör struktúrájú, mérete 0.5 és 2 mm között változik, az anyag átvitel nehézkes, különösen az oxigén transzport, ezért a hagyományos iszappal szemben ez különösen fontos a granulált iszap esetén. Alacsony oxigén ellátás anyagátviteli korlátozást és a granulált iszap instabilitását, granulátumot körülvevő membrán vastagságának növekedését okozhatja. A levegőbuborékok nagyobb feláramlási sebessége okozta nyíróhatás növekedés a a laboratóriumi levegőztetett oszlop-reaktorokban kompaktabb, tömörebb iszapgolyókat eredményezett. 1,2 cm/s alatti gáz feláramlási sebességnél nem is granulálódott az iszap, de még 1,4-2,0 cm/s gáz feláramlási sebességnél is széteső, kis mechanikai stabilitású részecskék keletkeztek. Ezért kell nagyobb levegő feláramlást biztosítani a jó granulációhoz. A legtöbb közlemény 1.2 cm/s-nál nagyobb gázsebességet említ. A nagyobb levegőbevitellel ugyanakkor megnő az energiaigény is (Liu and Tay, 2005) Az aerob granulált iszap tulajdonságai Összehasonlítva a laza, pelyhes, szabálytalan, hagyományos iszap flokkulátummal, az aerob granulált iszap: sűrűbb és erősebb mikrobiológiai szerkezettel rendelkezik szabályos, tiszta, sima, gömbölyű felületű kontrasztosabbak a szilárd részecskéi mind a kevert, mind az ülepedési időszakban nagy iszap visszatartással és kiváló ülepedési tulajdonságokkal rendelkezik ellenálló az elfolyással szemben jobban elviseli a nagy szerves anyag terheléseket (terhelésingadozást) kevésbé érzékeny a toxikus szerves anyagokkal és nehézfémekkel szemben A kiváló ülepíthetősége révén könnyebb a tisztított elfolyó víz és a granulált iszap elválasztása a technológiai folyamat végén (Liu and Tay, 2004). Mikrorganizmusok elhelyezkedése a granulátumon belül A vizsgálatok alapján az ammónium-oxidáló baktérium, a Nitrosomonas spp. általában a granulátum belsejében µm-es mélységben található, a granulátum járatokat és pórusokat tartalmaz, amelyek akár 900 µm-es mélységbe benyúlhatnak. Ezek a csatornák és pórusok elősegítik az oxigén és a tápanyag bejutását a granulátum belsejébe, valamint a bomlástermékek kijutását azokból. Az anaerob baktériumok µm-es mélységben találhatok, ahol, már megfelelően kis koncentrációban van jelen oxigén (Tay et al., 2002e).

68 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Az aerob iszap ideális átmérője kevesebb, mint 1600 µm µm-es mélységben már elhalt sejteket is találhatunk (Toh et al., 200). Következésképpen a kisebb granulátumok eredményesebbek a szennyvíztisztítás szempontjából, mivel kevesebb elhalt mikroorganizmust tartalmaznak. A szerves anyag oxidációja és a nitrifikáció szempontjából lényeges az oxigén eloszlása a granulátumon belül. Az oxigén penetráció fokozatosan csökken a granulátum méretének növekedésével, természetesen lokális oxigénbevitelre is mód van az ilyen granulumokban az említett belső csatornák révén. Aerob granulált iszap alkalmazása A szennyvíztisztítás teljesítménye nagymértékben függ a reaktor biomassza koncentrációjától, konfigurációjától, az oxigénellátottságától és a szennyezőanyag terhelésétől. A granulált iszap tulajdonságainál fogva képes nagy mennyiségű biomasszát visszatartani, ami az erősen szennyezett ipari elfolyó vizek esetén nagy térfogati terhelések alkalmazását is lehetővé teszi az aerob tisztításnál is. A lakossági szennyvizek esetén a térfogati, vagy iszapterhelés fokozása az SBR rendszerben láthatóan jelenleg még korlátokba ütközik, de nem kizárt, hogy éppen a lakossági tisztítók iszapvízének a tisztítása területén lehet a megoldással gyorsabb sikereket elérni. Ha nem is a szerves anyag, de nitrogéneltávolítás intenzifikálásában ez mindenképpen elképzelhető. Sikeresek a tapasztalatokról a fenol tartalmú szennyvizek tisztítása kapcsán is beszámoltak. A fenol bizonyos koncentráció felett toxikus a mikroorganizmusokra, ugyanakkor azoknak szénforrásként is szolgál. Kis koncentrációban (<1 g/l) így biológiailag bontható, nagy koncentrációban azonban mérgező (Liu and Tay, 2004). Az ipari szennyvizek, mint a kokszolók, olajfinomítók, gyógyszeripari üzemek szennyvizei jelentős fenol tartalommal rendelkezhetnek. A kokszolóknál ez a fenti határértéket gyakran meghaladhatja, a többieknél inkább a hirtelen mérgezés veszélye áll fenn. A granulált iszap kevésbé érzékeny a toxicitásra, hiszen csak a külső részek iszapja kitett a mérgező hatásnak, illetőleg a nagyobb mérgezőanyag koncentrációnak. Az aerob granulált iszap így kiválóan alkalmas a fenol bontására. A granulált aerob iszap nagy ellenálló képességet tanúsít a nehézfémekkel szemben is. A nehézfémek vonatkozásában is egyre szigorúbb előírások születnek, ezért szükséges azok minél nagyobb hatásfokú eltávolítása. A granulált iszap fizikailag erős, nagy felülettel és porozitással rendelkezik a nehézfémek adszorpciójához (Liu and Tay, 2004). Még kedvezőbb lehet a hatása, ha olyan segédanyagokkal, adszorbensekkel, hordozókkal kombináltan alkalmazzák, melyek ezt a hatását fokozni is képesek. Összefoglalás

69 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A szennyvíztisztítási gyakorlatban mind az aerob, mind az anaerob granulált iszap fejlődése számottevő. Az aerob granulált iszap számos pozitív tulajdonsága ellenére a gyakorlatban még nem olyan elterjedt, mint anaerob változata. Az aerob granulációt jelenleg csak SBR reaktorokban alkalmazzák hatékonyan, mivel más típusú berendezésekben nem állnak rendelkezésre az aggregációhoz szükséges feltételek. Az aerob granulált iszap számos kedvező tulajdonsággal rendelkezik, ellenálló az elfolyással szemben, jobban elviseli a nagy szerves anyag terhelést, kevésbé érzékeny a toxikus szerves anyagokkal és nehézfémekkel szemben, nagy iszap visszatartással és kiváló ülepedési tulajdonságokkal rendelkezik. Utóbbi tulajdonságánál fogva az SBR reaktorban az ülepedési periódus időtartama lecsökkenthető, így a műveleti ciklusok száma növelhető. A granulált iszap képes nagy mennyiségű biomasszát visszatartani, következésképpen jól alkalmazható nagy térfogati terhelésű rendszereknél. Több paraméter azonban károsan hathat a granulátum fejlődésére. A nagy szabad ammónia tartalom a hidrofóbitás és a poliszacharid termelés megváltozása miatt gátolja a granulált iszap kialakulását. Minél nagyobb, vastagabb a granulátum, annál kisebb mértékű lesz az oxigén penetráció a szemcsékben, valamint az alacsony oxigén ellátás anyagátviteli korlátozást és a granulált iszap instabilitását okozhatja. A levegőztetés mértékének növelésével javítható az oxigén ellátás, ezzel párhuzamosan azonban megnő az energia ráfordítás is. Ezért fontos az üzemelés során az optimális viszonyok beállítása. Irodalomjegyzék Beun, J. J., Hendriks, A., van Loosdrecht, M. C. M., Morgenroth, E., Wilderer, P. A., Heijnen, J. J. (1999) Aerobic granulation in a sequencing batch reactor, Water Res Beun, J. J., van Loosdrecht, M. C. M., Heijnen, J. J. (2000) Aerobic granulation, Water Sci. Technol. 41, pp Ettere, T., Wilderer, P. A. (2001) Generation and properties of aerobic granular sludge. Water Sci. Technol. 4, pp Heijnen, J. J., van Loosdrecht, M. C. M. (2001) N-removal in a granular sludge sequencing batch airlift reactor, Biotechnol. Bioeng. 75, pp Hibiya, K., Nagai, J., Tsuneda, S., Hirata, A. (2004) Simple prediction of oxygen penetration depth in biofilms for wastewater treatment Biochemical Engineering Journal, Volume 19, Issue 1, pp Jang, A., Yoon, Y. H., Kim, I. S., Kim, K. S., ishop, P. L. (200) Characterization and evaluation of aerobic granules in sequencing batch reactor. J. Biotechnol. 105, pp

70 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Jiang, H. L., Tay, J. H., Tay, S. T. L. (2002) Aggregation of immobilized activated sludge cells into aerobically grown microbial granules for the aerobic biodegradation of phenol. Lett. Appl. Microbiol. 5, pp Jiang, H. L., Tay, J. H., Tay, S. T. L. (2004) Changes in structure, activity and metabolism of aerobic granules as a microbial response to high phenol loading. Appl. Microbiol. Biotechnol. 6, pp Liu, Y. Q., Tay, J. H. (2006) Variable aeration in sequencing batch reactor with aerobic granular sludge, Journal of Biotechnology, In Press, Corrected Proof Liu, Y., Tay, J. H. (2004), State of the art of bio-granulation technology for wastewater treatment, Biotechnology Advances, Volume 22, Issue 7, pp 5-56 Liu, Y., Wang, Z. W., Tay, J. H. (2005) An unified theory for up-scaling aerobic granular sludge sequencing batch reactors Biotechnology Advances, Volume 2, Issue 5, pp 5-44 Liu, Y., Yang, S. F., Liu, Q. S., Tay, J. H. (200) The role of cell hydrophobicity in the formation of aerobic granules. Curr. Microbiol. 46, pp Liu, Y., Yang, S. F., Tay, J. H. (2004) Improved stability of aerobic granules through selecting slow-growing nitrifying bacteria. J. Biotechnol. 108, pp Meyer, R. L., Saunders, A. M., Zeng, R. J., Keller, J., Blackall, L. L. (200) Microscale structure and function of anaerobic aerobic granules containing glycogen accumulating organisms. FEMS Microbiol. Ecol. 45, pp Mishima, K. and Nakamura, M., Self-immobilization of aerobic activated sludge a pilot study of the aerobic upflow sludge blanket process in municipal sewage treatment. Water Sci. Technol. 2, pp Moy, B. Y. P., Tay, J. H., Toh, S. K., Liu, Y., Tay, S. T. L. (2002) High organic loading influences the physical characteristics of aerobic sludge granules. Lett. Appl. Microbiol. 4, pp Peng, D., Bernet, N., Delgenes, J. P. and Moletta, R. (1999) Aerobic granular sludge a case report. Water Res., pp Qin, L., Tay, J. H., Liu, Y. (2004) Selection pressure is a driving force of aerobic granulation in sequencing batch reactors. Process Biochem. 9, pp Shin, H. S., Lim, K. H., Park, H. S. (1992) Effect of shear stress on granulation in oxygen aerobic upflow sludge reactors. Water Sci. Technol. 26, pp Toh, S. K., Tay, J. H., Moy, B. Y. P., Ivanov, V., Tay, S. T. L. (200) Size-effect on the physical characteristics of the aerobic granule in a SBR. Appl. Microbiol. Biotechnol. 60, pp Tsuneda, S., Nagano, T., Hoshino, T., Ejiri, Y., Noda, N., Hirata, A. (200) Characterization of nitrifying granules produced in an aerobic upflow fluidized bed reactor. Water Res. 7, pp

71 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Yang, S. F., Tay, J. H., Liu, Y. (200) Effect of substrate N/COD ratio on the formation of aerobic granules. J. Environ. Eng. [in press].

72 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Lehetőségek a szennyvíztisztítás szimulációja terén Domokos Endre Utasi Anett Rédey Ákos Kivonat A cikk célja, hogy összehasonlítsa a jelenleg legnépszerűbb számítógépes szennyvíztisztító rendszereket. Az összehasonlítás felhasználói szemszögből történt és elsődleges célja a lehetséges hazai felhasználók közül megjelölni azokat, akik a legjobban képesek használni a termékeket. A rövid összehasonlításban az Asim, a BioWin, a GPS-X, az SzSzR és a WEST programok kerülnek áttekintésre. Bevezetés A számítástechnika fejlődése napjainkra lehetővé tette olyan bonyolult rendszerek modellezését, melyek hagyományos, papír alapú számításokkal vagy a korai elektronikus módszerekkel még nem voltak lehetségesek. A számítógép alkalmazása természetesen önmagában nem jelenti az összes felmerülő probléma megoldhatóságát, de bizonyos esetekben nagy könnyebbséget és gyorsabb eredményt jelenthet a számítások és a kiértékelések meggyorsításával. Mielőtt egy kérdés megoldásának számítógépes megvalósításába kezdünk, mindig mérlegelnünk kell az ebből származó gazdasági, technikai előnyöket és hátrányokat, hogy eldönthessük a várható eredmény megéri-e majd a belefektetett munkát. Mindazonáltal minden modell lehetőségei végesek, mindig meg kell húzni azt a határt, mely a modell által vizsgált és szimulált jelenségek, és a környezet figyelembe nem vett egyéb tényezői között húzódik. Ennek a képzeletbeli vonalnak az elhelyezkedése nagyban befolyásolja az elkészíteni kívánt modell pontosságát és felhasználhatóságát különösen a részletkérdések szimulációs vizsgálatánál és az azokra adott válaszok kiértékelésénél. A cikk célja bemutatni a jelenleg legelterjedtebb számítógépes szimulációs és modellező programokat, megismertetni azok felhasználhatóságával, előnyeivel és hátrányaival. A számítógépes modellezés általános jellemzői Mind a számítógépes, mind a hagyományos pl. szélcsatornás vizsgálatok modellezés esetén a valóság egy leegyszerűsített változatát használjuk arra, hogy jobban megértsük az adott folyamatot megvizsgálva annak dinamikáját, amiből következtetni lehet a később bekövetkező eseményekre. A modellezésnek több előnyös tulajdonsága de sajnos néhány buktatója is van. Előnyök Költségkímélés: Egy számítógépes szimulációval modellezni a szennyvíztisztító egy kritikus helyzetét lényegesen olcsóbb és egyszerűbb dolog, mint egy kísérleti vagy egy üzemi reaktorban

73 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért előidézni azt. A számítógépes modell elkészülte után egy-egy kísérlet akárhányszor lefuttatható, különösebb költségráfordítás nélkül. Gyorsaság: Ha egy napnyi folyamatot akarunk elemezni, akkor a valóságban egy 24 órás mérést kell végezni, míg egy átlagos számítógép ezt néhány perc alatt kiszámolja. Különleges helyzetek vizsgálata: Különösebb nehézségek nélkül szimulálhatók a valóságban ritkán előforduló, különleges helyzetek. Például, egy szennyvíztisztítót üzemeltető szervezet meg tudja állapítani azt, hogy egy hozzá kapcsolódni kívánó üzem milyen hatással lesz a telepe működésére. Így előre meg tudja határozni, hogy szükséges-e a telep fejlesztése, illetve milyen mértékű fejlesztése szükséges. Oktatási célokra is jól használható: A programot bármikor meg lehet állítani, hogy egy adott helyzet kielemezhető legyen, illetve bármikor vissza is lehet lépni egy korábbi állapotra és onnan más paraméterekkel folytatni a szimulációt, ami az életben nem lehetséges. Így könnyebben választ kaphatunk a Mi lett volna, ha...? kezdetű kérdésekre. Hátrányok Kisebb a pontossága: Egy modell soha nem tudja teljesen lefedni a valóságot, mivel ehhez gyakorlatilag a folyamatban résztvevő összes alkotóelem pontos ismerete szükséges lenne, ami már csak a Heisenberg-féle határozatlansági reláció miatt sem lehetséges. Nagyobb szaktudást igényel: A program pontossága nagyban függ a paraméterek pontos beállításától, ami minden tisztítóra más és más lehet. Ezek beállítását csak a mikrobiológiát és a kémiát jól ismerő szakember tudja pontosan elvégezni. Ilyen szakemberekkel jellemzően nem rendelkeznek a szennyvíztisztító telepek. A programok bemutatása A világon jelenleg közel 40 kereskedelmi forgalomban lévő termék kapható, amelyet, mint számítógépes szennyvíztisztítót modellező vagy szimulációs rendszert hirdetnek. E programok közül összesen -4 terjedt el szélesebb körben (lásd. 1. táblázat és Szimulátor ASIM BioWin GPS-X SIMBA SzSzR STOAT WEST (EFOT) Megjelenés éve Felhasználók megoszlása(%): Világszerte Világszerte Világszerte Németo., Hollandia Közép Főleg Világ- Tervező cég Üzemeltető Tud. Intézm. Más Régió Európ

74 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért a UK, US szerte MS Windows Operációs rendszer MS Windows MS Windows MS Windows MS Windows Web alapú MS Nem IAWQ modellek használhatók-e? igen Igen Igen Igen Ihen Igen Igen Eladott licencek száma >00 >00 Néhány 100 >170 n.é. >150 >150 Ár (listaár) n.e. * ** Windows * Csak saját tisztítótelepeiken használják ** A cikk megjelenéséig nem kaptunk választ (kb. 6 hét telt el) 2. táblázat). A jelenleg használt szennyvíztisztító szakértői rendszerek szinte kivétel nélkül az IAWQ bio-kinetikai matematikai modelljét használja alapként. Az IAWQ modelljeinek általános tulajdonsága, hogy a képletekben vegyesen fordul elő biológiai komponens például autotróf mikroorganizmusok, foszfor felhalmozó mikroorganizmusok, kémiai komponensek például oldott oxigén, acetát és fizikailag csoportosított részek például összes lebegő anyag. A csoportok kialakítását teljes mértékben a célszerűség vezette, így például a mikroorganizmusok által könnyen felvehető, azonnal hasznosítható tápanyagot mind az acetát osztályba sorolták (és úgy is számoltak vele). Ennek a módszernek az előnye a kevesebb változó, amit a számítások során figyelembe kell venni, a hátránya természetesen a pontatlanabb eredmény. A modellekben a fejlődés során 8-21 differenciál-egyenletet alkalmaztak, melyekben 1-19 fent részletezett változót (komponenst) és sztöchiometriai állandót alkalmaznak. A számítások ezért igen bonyolultak és csak számítógéppel végezhetőek el. A differenciálegyenletek úgynevezett mérlegegyenletek, a teljes egyenletrendszer végösszege pedig nulla. Az egyenletekben a különböző folyamatokat kapcsolótagok szabályozzák. Az IAWQ eddig négy fő modellt adott ki a No1 és a No az általános fizikai-kémiai folyamatokat és a nitrifikációt-denitrifikációt, míg a No2 és No2d a biológiai többletfoszfor-eltávolítást is tartalmazza.

75 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Szimulátor Forgalmazó Ország Honlap ASIM EAWAG (Swiss Federal Institute for Environmental Science) Svájc BioWin Envirosim Associates Ltd Kanada GPS-X Hydromantis Inc Kanada SIMBA IFAK-System Gmbh Németország simba.ifak-md.de SzSzR Pannon Egyetem Magyarország STOAT WRc Group Nagy-Britannia WEST Hemmis NV Belgium 1. táblázat Ismertebb szennyvíztisztító szimulációs szoftverek és főbb adatai Szimulátor ASIM BioWin GPS-X SIMBA SzSzR STOAT WEST (EFOT) Megjelenés éve Felhasználók megoszlása(%): Világszerte Világszerte Világszerte Németo., Hollandia Közép Főleg Világ- Európ a UK, US szerte MS Windows MS Windows MS Windows MS Windows Web alapú MS MS Windows Tervező cég Üzemeltető Tud. Intézm. Más Régió Operációs rendszer Windows

76 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Nem IAWQ modellek használhatók-e? igen Igen Igen Igen Ihen Igen Igen Eladott licencek száma >00 >00 Néhány 100 >170 n.é. >150 >150 Ár (listaár) n.e. * ** * Csak saját tisztítótelepeiken használják ** A cikk megjelenéséig nem kaptunk választ (kb. 6 hét telt el) 2. táblázat Ismertebb szennyvíztisztító szimulációs szoftverek összehasonlító táblázata A programok közös jellemzője ezen kívül még, hogy úgynevezett Petersen-mátrix rendszerben is meg lehet adni új illetve lehet módosítani a gyárilag beépített bio-kinetikai modelleket. E mátrix lényege, hogy vízszintesen a komponensek, míg függőlegesen a reakciók vannak felsorolva, míg metszéspontjaiban az adott reakció adott komponensre gyakorolt hatásának erősségét és iránya (lebontó vagy szaporító) olvasható ki. (Erre láthatunk példát a SF SNH4 SPO4 SI SALK XS XTSS 1.Aerob hidrolilízis 1-fSI + + fsi Anoxikus hidrolízis 1-fSI + + fsi Anaerob hidrolízis 1-fSI + + fsi SF SNH4 SPO4 SI SALK XS XTSS 1.Aerob hidrolilízis 1-fSI + + fsi Anoxikus hidrolízis 1-fSI + + fsi Anaerob hidrolízis 1-fSI + + fsi táblázatban).. táblázat Petersen-mátrix példa-ábra

77 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Szoftverek részletesen ismertetése A továbbiakban a hazánkban legelterjedtebb, valamint egy teljesen hazai Pannon Egyetem és Delta Electronic Kft. fejlesztésű szoftver rövid bemutatása és összehasonlítása következik. GPS-X A GPS-X az egyik legnagyobb fejlesztői gárdával rendelkező cég a Hydromantis terméke. Kiforrott, modern kezelőfelülettel rendelkezik. A klasszikus modelleken kívül számos újabb fejlesztésű modellt is tartalmaz. A termék több szabadon kombinálható egyedileg megvásárolható al-programból áll. A szimuláció során nagyszámú beépített műtárgy közül választhatunk. (1. ábra) A GPS-X rendszer optimalizációs feladatok ellátására is alkalmas, ilyenkor iterációs elv alapján vagy kézzel beállított számítási sor eredményeinek összehasonlítására van lehetőség. A szoftver kifejezetten magasan képzett szakemberek nagy vállalkozások tervezőmérnökei, és egyszerűbb kutatásokat végzők részére nyújt széles körű szolgáltatásokat. 1. ábra A GPS-X programcsomagban használható egységek

78 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért WEST (korábban: EFOR) A WEST szimulációs program rendkívül letisztult és átlátható kezelőfelületével, végletekig finom-hangolható matematikai szoftver-magjával hívja fel magára a figyelmet (). A tudományos fejlesztése a Ghenti Egyetemen, míg a kezelőfelület a Hemmis cég terméke, ami Európa egyik legnagyobb vizes célszoftverfejlesztő cégeként is ismert. A szoftver nem csak szimulációs feladatok ellátására, hanem tényleges üzemeltetésre is alkalmas, ezért a világszerte (elsősorban Európában és Ázsiában) számos helyen használják. Több mint 0 féle beépített modellje teljesen átalakítható (. ábra) és több féle optimalizációs módszert tartalmaz. A rendszer elsősorban egyetemi-akadémiai szintű kutatóknak és igen magasan képzett szakembereket foglalkoztató gépészeti kivitelezést és üzemeltetést végző cégek részére ajánlható. 2. ábra A WEST program kezelőfelülete

79 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért. ábra A WEST modellszerkesztő rendszere BIOWIN A tervezői felület A kanadai Envirosim cég terméke egyszerű kezelhetőségével és automatikus jelentések létrehozását segítő eszközök terén ér el eredményeket. Szimulációs lehetőségek terén elsősorban a ph-val kapcsolatos számításokat érdemes említeni, egyéb tulajdonságok mint például a modellek testreszabhatósága, optimalizáció, stb. inkább elmarad társaitól. Egyes felhasználók számára nagy előnye a programnak, hogy eredetileg mivel a cég gépészeti berendezésekkel is foglalkozik, így kifejezetten gépészmérnökök számára tervezték. A program tudásához képest kifejezetten drága, ezért elsősorban a fenti különlegességeket kihasználni akaró felhasználóknak javasolható.

80 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért ASIM Az ASIM program a legrégebbi alapokkal rendelkező rendszer még a 70 évek végén kezdték el fejleszteni. A szoftver fejlesztése nem haladt a korral és az idén kiadott 4-es változat sem hozott lényeges újdonságot. A rendszert ma már inkább matematikai modell-fejlesztők használják és tartják életben. Bár matematikai megoldó rutinjai ma is legjobbnak számítanak, nehézkes használata miatt csak lelkes kísérletezőknek javasolt. SzSzR A hivatalosan jövőre bemutatásra kerülő programcsomag teljesen magyar fejlesztés és elsősorban a hazai mérési eredményekre és viszonyokra épít. Különlegessége, hogy szolgáltatás alapú, azaz nem a programot, hanem egy-egy számítást vesz meg felhasználó, így gyakorlatilag mentesül a jellemzően 2- millió Ft-os induló beruházástól és nem szükséges neki magasan képzett szakembert sem alkalmaznia vagy a feladatra állítania.

81 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A szoftver másik előnye, hogy internet alapú, így teljesen rendszer-független, ugyanúgy fut Windows rendszerben, mint Machintos vagy Linux környezetben. A számítások nem a felhasználó gépén történnek, hanem a Pannon Egyetem nagy teljesítményű szerverein. A rendszer mögött az Egyetem tudósai állnak és segítik a felhasználót a számítások elvégzésében, valamint értékelésében. A rendszer számos beépített modell mellet támogatja majd a Petersen-mátrix alapú bevitelt, valamint az optimalizálási folyamatokat is. Külön érdekessége a programnak, hogy képes költség alapú optimalizálásra, azaz meghatározott kifolyó minőség biztonságos tartása mellett kiszámítja a legkisebb napi költséggel (4. ábra) járó üzemeltetési módot, illetve kiválasztja a legkisebb költséggel járó technológiát és telepjellemzőket (pl. műtárgyméretet). A szoftvert elsősorban egészen kis szennyvíz-tisztítók és szakértővel nem rendelkező önkormányzatok részére ajánlható.

82 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért 4. ábra Az SzSzR képernyőképe Összefoglalás Áttekintve a szoftver-csomagokat, jól látszik, hogy nincs jelentős átfedés a termékek optimális felhasználói köre között. A jelenleg kapható szoftverek legismertebbjei felhasználói-kör szempontjából történő elemzése az alábbi táblázatban látható. Asim BioWin GPS-X SzSzR WEST Nagy tervező cégek Nagy üzemeltető cégek Kis tervező cégek Kis üzemeltető cégek Önkormányzatok

83 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. Kutatási tevékenység TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért táblázat Felhasználói-kör szempontjából történő összehasonlítás

84 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A szennyvíztisztítás szimulációja és hasznosítása a hazai gyakorlatban Pásztor István - Kárpáti Árpád - Holenda Balázs Kivonat A szennyvíztisztítás számítógépes szimulációja oktatási, kutatási, tervezési, üzemoptimalizálási és felülvizsgálati feladatok megoldására egyaránt hasznosítható eszköz. A szimulációs feladattól függően a hozzáférhető és a szükséges alapadatok mennyisége jelentősen különbözhet. Általában a legkevesebb nyers szennyvízre vonatkozó alapadat új szennyvíztisztító telepek tervezésénél áll rendelkezésre, ilyenkor a várható szennyvízterhelés mennyisége és minősége gyakran csak becsülhető. Modell alapú eleveniszapos szennyvíztisztító telep méretezésnél a szennyvíz összetétele gyakorlati tapasztalatok, alapértelmezett szimulációs beállítások, és irodalmi értékek alapján adhatók meg. Modellezési szempontból különösen nagy a jelentősége a befolyó szennyvíz szerves anyag frakcióinak, azaz a lebegő, oldható, bontható és inert szerves komponensek KOI-ban kifejezett mennyiségének, arányának. Jelen tanulmányban összegeztük a külföldi szakirodalomban fellelhető, befolyó szennyvíz KOI frakciókat, továbbá az általunk vizsgált magyarországi szennyvizek ilyen értelmű szerves anyag frakció-összetételeit. Az így kapott különböző országokra jellemző KOI frakciókat, mint befolyó adatokat használva számítógépes szimuláció segítségével megvizsgáltuk, hogy a különböző befolyó KOI frakciók (azonos összes KOI mellett) milyen hatással vannak a szennyvíztelep méretezési eredményekre. A szimulációk eredményeként elmondható, hogy a KOI különböző frakciói jelentősen befolyásolják a térfogat- és levegőigényeket, a szükséges iszapkort és a keletkező fölösiszap mennyiségét. Meghatároztuk továbbá a magyarországi kibocsátásokra jellemző KOI frakciókat is, amelyek alapján a modell alapú szennyvíztisztító méretezések nagy biztonsággal végezhetők. 1. Bevezetés Az szennyvíztisztás számítógépes szimulációja mára már teret hódított a tervezési gyakorlatban is. A hazai tervezési munkák pontosságának növelésére célul tűztük ki, a tervezési alapadatként szolgáló befolyó

85 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért szennyvizek modell szempontú összetételének vizsgálatát irodalmi kutatások, laboratóriumi kísérletek és számítógépes szimuláció segítségével. A mérnöki és kutatási gyakorlatban leggyakrabban használt szennyvíztisztítási modellek az ASM (Activated Sludge Model) modell családba tartoznak. A modellcsalád 1986-ban elkezdődött fejlődésével a modellek egyre komplexebbek lettek, mind több biológiai folyamat, biokémiai átalakulás leírását tették lehetővé. Mivel az összes ASM modell fejletségi szintjétől függetlenül azonos elvi alapon osztja fel a befolyó szennyvíz szervesanyag- tartalmát un. KOI frakciókra, ezért a nemzetközi publikációkban fellelhető befolyó szennyvíz frakcionálások eredményei többé-kevésbé jól összevethetők egymással és a hazai, általunk végzett mérési eredményekkel. 2. KOI frakciók a szennyvíztisztítás modellezésében Az 1. táblázat és az 1. ábra bemutatja a befolyó szennyvíz szervesanyag- tartalmának az ASM modellekben alkalmazott, KOI-ban kifejezett frakcióit, azok megszokott jelölésmódját és azok egymáshoz való viszonyát az ASM modellekben. 1. táblázat KOI frakciók megnevezései és szokásos jelölésmódjuk Rövidítés Angol név Magyar név Si Soluble inert organic material Oldható, inert szervesanyag Ss Readily biodegradable substrate Gyorsan bontható szubsztrát * Fermentation products Fermentációs termékek * Fermentable readily biodegradable substrate Fermentálható gyorsan bontható szubsztrát Xi Particulate inert organic material Lebegő, inert szerves anyag Xs Slowly biodegradable substrate Lassan bontható szubsztrát XB,H vagy XHET Active heterotrophic biomass Aktív heterotróf biomassza XB,A vagy XAUT Active autotrophic biomass Aktív autotróf biomassza * Phosphate-accumulating organisms Foszfor akkumuláló szervezetek * Cell internal storage products of PAO Foszfor akkumuláló szervezetek sejten SA SF XPAO XPHA

86 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért belül tárolt termékei XSTO ** Cell internal storage products of heterotrophic bacteria Heterotróf szervezetek sejten belül tárolt termékei * csak ASM2 és ASM2d modellekben ** csak ASM modellben = Minden ASM modellben Összes befolyó KOI Bontható KOI Gyorsan bontható Lassan bonható XS = Csak ASM2 és ASM2dben Inert COD Biomassza KOI Oldható inert Lebegő inert SI XI Komplex Illó sav Autotróf Heterotróf P-akkumuláló SF SA XAUT XHET XPAO 1. ábra Szennyvizek KOI frakciói és azok egymáshoz való viszonyai az ASM modellekben A következőkben az ASM (Activated Sludege Model) modell család felosztása és nevezéktana alapján kerülnek ismertetésre a modellezés során a nyers szennyvíz összetételét jellemző KOI frakciók és azok értéktartományai. Oldható, inert szerves anyag (Si): az eleveniszapos szennyvíztisztítás során biológiailag nem bontható szerves vegyületek, amelyek nagyrészt a befolyó szennyvízzel érkeznek, és átalakulás nélkül keresztülhaladnak a szennyvíztelepen. Jó fázisszétválasztással működő legalább napos iszapkorú eleveniszapos technológiák esetén az elfolyó szennyvíz KOI-ja döntően ezen frakciótól függ. Az ASM2 és ASM modellek Si keletkezését is feltételezik a lassan bontható szubsztrát hidrolízise során, ASM1 modellben Si semmilyen átalakulási folyamatban nem szerepel. Jellemző részaránya az összes KOI-ban nyers szennyvíz esetén 2-15%, ülepített szennyvízben -14,% [5,6,18]

87 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Gyorsan bontható szubsztrát (Ss): a heterotróf sejtek számára hidrolízis nélkül felvehető gyors tápanyagforrás, amelynek mennyisége jelentős befolyással van az oxigénigényre és a denitrifikáció folyamatára. Ez a KOI frakció a foszfor eltávolítást leíró modellekben további két alfrakcióra van bontva (Ss = SA + SF), amelyek a későbbiekben kerülnek bemutatásra. Irodalom szerinti jellemző értéktartománya nyers szennyvízben -5 %, ülepített szennyvízben % [10,11,2,25]. Fermentációs termékek (SA): az ASM2 és ASM2d modellek állapotváltozója, amely elsősorban a foszforeltávolítás folyamatában nagy jelentőségű, ugyanis az anaerob térben lejátszódó foszfor visszaoldódás és tápanyag betárolás, csak un. fermentációs termékek jelenlétében megy végbe. A fermentációs termékek alatt elsősorban rövid láncú illékony savakat (Volatile Fatty Acids=VFA) értünk (ecetsav, propionsav, butánsav, izo-butánsav, stb), amelyek közül az ecetsav jelenléte a legdominánsabb. A VFA frakció nyers szennyvízben 0-8,8%, ülepített szennyvízben 7,6-16%-os hányadot tesz ki az összes KOI-ból [1,16,18,20]. Fermentálható gyorsan bontható szubsztrát (SF): olyan komplex szerves vegyületek együttese, amelyek a heterotróf baktériumok számára azonnal felvehetők, valamint gyorsan fermentálhatók fermentációs termékekké (SA). Lebegő, inert szerves anyag (Xi): a biológiai folyamatokban szerepet nem játszó, biológiailag bonthatatlan lebegőanyaghoz kötött szerves anyag frakció, amely jelentősen befolyásolhatja a keletkező fölösiszap mennyiségét. Ezen állapotváltozó szintén csak az ASM2 és ASM2d modellekben szerepelnek, meghatározásukra csak a biológiai foszforeltávolítás vizsgálatánál van jelentősége. Jellemző részaránya az összes KOI-ban nyers szennyvíz esetén 8-9%, ülepített szennyvízben 4-20% [14,7,2,19]. Lassan bontható szubsztrát (Xs): a kommunális szennyvizekben a legnagyobb mennyiségben jelenlévő KOI frakció, amely a bakteriális sejtek számára csak két lépésben hasznosítható. Először a baktériumok extracelluláris enzimekkel hidrolizálják a lassan bontható tápanyagot, ami során modelltől függően gyorsan bontható szubsztrát (Ss), vagy fermentálható gyorsan bontható szubsztrát (SF) keletkezik. Ezen KOI frakció jelentősen befolyásolja a modellezett telep oxigénigényét. Fontos megjegyezni, hogy modellezési gyakorlatban a bontható szubsztrát kolloid része is ezen frakcióhoz tartozik, tehát az Xs jelölés nem feltétlenül jelent csak lebegőanyaghoz kötött szervesanyagot. Irodalom szerinti jellemző értéktartománya (biomasszát is belemérve) nyers szennyvízben 28-7,9 %, előülepített szennyvízben 24,5-65 % [7,10,24,25]. Aktív autotróf biomassza (XB,A): obligát aerob nitrifikáló baktériumok, amelyek ammónium és nitrit oxidálásáéért egyaránt felelősek. Ezen frakciót általában nem mérik kis hányada miatt, mennyiségét befolyó szennyvízben 0,1%-ra szokás megválasztani.

88 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Aktív heterotróf biomassza (XB,H): heterotróf baktériumok, amelyek aerob, anoxikus(denitrifikáció) és anaerob(fermentáció: Xs Ss) viszonyok között egyaránt aktívak. Jellemző értéktartománya nyers szennyvízben 7-20 %, ülepített szennyvízben -25 % [7,10,24,25]. Foszfor akkumuláló szervezetek (XPAO): minden foszfor akkumulációra képes baktérium mennyisége XPHA nélkül. A foszfor akkumulálók szaporodása ASM2 modellben csak aerob, ASM2d modellben aerob és anoxikus körülmények között feltételezett. ASM1 és ASM modellekben ezen állapotváltozó nem szerepel. Meghatározása rendszerint elhanyagolható, mennyiségét 0,1%-on, vagy alatta szokás megadni. Foszfor akkumuláló szervezetek sejten belül tárolt termékei (XPHA): ezen termék főleg poli-hidroxialkanoát (PHA). A valóságban a foszfor akkumuláló szervezeteken belül raktározódik el ez a vegyület, azonban a modell attól függetlenül, külön állapothatározóként kezeli. Ezen komponens pontos mennyisége analitikai módszerekkel külön nem állapítható meg, jelenléte a csak modellezési célt szolgál. ASM1 és ASM modellekben ezen állapotváltozó nem szerepel. A befolyó szennyvízből való meghatározására nincsen szükség, mennyisége nullának vehető. Heterotróf szervezetek sejten belül tárolt termékei (XSTO): e termék főként poli-hidroxi- alkanoátot és glikogént takar, amit a heterotróf szervezetek (XB,H) raktároznak el. Az előbbi frakcióhoz hasonlatosan (XPHA), a komponens pontos mennyisége sem állapítható meg analitikai módszerekkel, jelenléte a csak modellezési célt szolgál. Ezen állapotváltozó csak az ASM modellben szerepel. A befolyó szennyvízből való meghatározására nincsen szükség, mennyisége nullának vehető.. KOI frakciók meghatározásának módszerei A befolyó szennyvíz KOI frakcióinak meghatározására számos módszert fejlesztettek ki, azonban az összes eljárás alapvetően két iskolába sorolható be. Az egyik iskola szerint a KOI frakciók respirációs tesztek és kísérleti biológiai reaktorokkal végzett kísérletek eredményiből következtethetők ki [2,6,0,1]. A másik iskola főként fizikai és kémiai elválasztási módszerek alkalmazásával különíti el az egyes frakciókat, amit KOI mérések követnek [7,17,2]. Ezen módszerek ötvözéséből már több nemzetközi szinten publikált útmutató is született, amelyek segítségével a KOI frakcionálás könnyen megérthetővé és kivitelezhetővé válik. Továbbiakban a STOWA (Holland Alkalmazott Vízügyi kutatási Alap) protokollja [7] szerinti fiziko-kémiai módszeren alapuló eljárás kerül rövid ismertetésre, mert a magyarországi szennyvízminták elemzését is ez alapján végeztük. Ezen frakcionálási eljárás a biomassza meghatározást elhanyagolja, ezáltal a biomassza KOI Xs-ként kerül bemérésre.

89 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért A frakcionálás fő lépései és számítási összefüggései. Si = Az elfolyó szennyvíz szűrt (0,45 µm) KOI-jának 90%-a Ss = Flokkulált (ZnSO4) és szűrt (0,45 µm) COD Si Sa = Ionkromatográfiával mért VFA alapján Sf = Ss-Sa Xs = BOIösszes - Ss Xi = KOIösszes- Si Ss - Xi Ahol a KOI méréseket tesztcsöves fotométerrel végeztük, a BOIösszes meghatározása, pedig 8 napos BOI görbe extrapolációjával történt. 4. KOI frakciók az irodalomból Mintegy 50 db külföldi szakirodalom áttanulmányozása során több mint 0 szennyvíz KOI frakciókra vonatkozó adatsort sikerült találni. A publikált KOI értékeket két táblázatba sorakoztattuk fel, külön a nyers és külön az ülepített szennyvízre vonatkozókat (2. és. táblázat). Minden publikációban talált adat, vagy adatok átlaga, egy új sorba került a táblázatban. Az értékekből meghatároztuk az átlagos szennyvízösszetételét, ami természetesen csak a nagyságrendek szemléltetésére alkalmas, ezáltal az országokra (publikációkra) jellemző frakciók jobban értéklehetők. 2. táblázat Ország, terület: ÉszakAmerika Dél-Afrika Svájc*** Dánia Svédország Nyers szennyvíz KOI frakciók (irodalmi adatok) SI % SS % XI % XS % Xh % XS(+Xh)** % VFA % Hivatkozá s száma: ***

90 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért Dánia Dánia * * 59.0 Hollandia*** É-Amerika*** Franciao Németo Németo.*** *** Olaszo Spanyolo Dánia 10.0* 15.0* * * Svájc ÉszakAmerika Átlag: *** *** * A publikáció adatai alapján becsült érték, ** Xs tartalmazza Xh-t, *** A szimulációs munkarésznél felhasznált adatsorok A táblázatokból jól látható, hogy az értékek szórása országokon belül is nagy, mégis néhány ország estén jellemző, egyedi KOI összetétel valószínűsíthető. Egy adott országra történő általánosítás csak olyan esetben tanácsos, ahol a publikációk adatai nagy számú szennyvíztelep vizsgálatán alapulnak. Például Hollandia esetében [7] 21 szennyvíz publikált adatai alapján megállapítható, hogy a holland nyers szennyvíz lassan bontható szubsztrát tartalma, mintegy fele, míg inert KOI tartalma kétszerese az átlagosnak. Az eltérés oka, valószínűleg a szennyvíz hosszú tartózkodási ideje a csatornában, azaz az ott kialakuló biológiai folyamatoknak köszönhetően csökken a szubsztrát-hányad, és inert szerves anyagok képződhetnek. Hét németországi szennyvíztelep adatai alapján [12,1] megállapítható, hogy a német nyers szennyvizek KOI frakciói sokkal közelebb állnak az átlagoshoz, náluk inkább az Xs érték a nagyobb és az Xi hányad kisebb. Svájcban nyers szennyvíz KOI frakciói alapján viszont kiugróan magas inert oldható KOI hányad mutatkozik [4]. Fejlett, iparosodott nagyvárosok szennyvizeinél a magas oldható inert hányadot valószínűleg ipari bebocsátás okozhatja.. táblázat Ország, SI Előülepített szennyvíz KOI frakciók (irodalmi adatok) SS XI XS Xh XS(+Xh)** VFA Hivatkozá

91 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. terület Japán TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért % % % % % % % 14.* Svédo. s száma: Dánia Svájc Magyaro Németo n.a ,21,22 Japán 14.0* 14.0* 10.0* 54.0* 8.0* 62.0* 10* 2 Dánia Svájc Franciao Dél-Afrika Hollandia Hollandia Átlag: * A publikáció adatai alapján becsült érték, ** Xs tartalmazza Xh-t, n.a. = nincs adat A nyers és ülepített szennyvizek átlagos KOI frakciói, jól szemléltetik, hogy ülepítés után nő az oldott és csökken a lebegő anyaghoz kötött KOI aránya. Az ülepítés utáni frakció változásmértéke azonban alatta maradt a várakozásoknak: a lebegő frakciónövekménye és az oldott frakció csökkenése mindössze 12,5%os volt. 5. Magyarországi mérési eredmények 11 magyarországi szennyvíztelep befolyó szennyvízének átlagmintái alapján a 4. táblázat szerinti KOI frakciókat kaptuk.

92 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért 4. táblázat Magyarországi nyers szennyvizek KOI frakciói Összes KOI (mg/l) SI % SS % XI % XS (+Xh)* % VFA % Hárskút Litér Nagyvázsony Bakonybél Borzavár Dudar Padragkút Eplény Szápár Zirc Veszprém Átlag: Város ** Xs tartalmazza Xh-t A 2. ábra alapján jól látszik, hogy a hazai KOI frakció eredmények nagyságrendje megfelel a nemzetközi szakirodalom értékeinek, és az irodalmi átlagértékek nem esnek messze a hazai átlagos szennyvíz KOI összetételétől. A legszembetűnőbb eltérés a hazai nyers szennyvizek kb. 8 %-al kisebb Xs frakciója, ami miatt az esetlegesen fellépő tápanyaghiányt csak részben kompenzálja a kissé nagyobb oldható szubsztráthányad. Kiemelendő a viszonylag alacsony hazai átlagos inert oldható KOI frakció (4,6%), ami lehetővé teszi a megfelelő KOI eltávolítást a hazai legszigorúbb határértékek (időszakos vízfolyásra vonatkozó területi hat.érték=75 mg/l) fennállása esetén is.

93 Pannon Egyetem Eötvös József Főiskola Kaposvári Egyetem Edutus Nonprofit Zrt. IBS Development Nonprofit Kft. a, Nyers szennyvíz (Irodalmi átlag) TÁMOP C- 12/1/KONV Felsőoktatási együttműködés a vízügyi ágazatért b, Ülepített szennyvíz c, (Irodalmi átlag) Nyers szennyvíz (Mért magyar átlag) 2. ábra Átlagos KOI frakciók az irodalomban és a hazai mérések alapján 6. Szimulációs vizsgálat A fent ismertetett adatsorokból kiválasztásra került néhány jellemző, egymástól eltérő szennyvíz KOI összetétel, amiket mint bemenő adatokat használva összehasonlító szimulációs vizsgálatokat végeztünk. A szimulációs vizsgálatok során arra voltunk kíváncsiak, hogy csupán a KOI frakciók változásai (állandó összes KOI mellett) miként hatnak a reaktortérfogat- és levegőigényekre, a fölösiszap- produktumra és olyan, széles körben elterjedt tervezési mutatószámokra, mint az iszapkor, vagy relatív iszap BOI- terhelés (F/M arány). A szimuláció során ASM2d modellt használtunk alap biokonetikai és sztöchiometriai beállításokkal, GPS-X szimulációs környezetben. A szimulációk során manuális és automatikus optimalizációval kerestük meg azt a minimális reaktortérfogatot, amelyeknél még éppen tarthatók a határértékek. Majd ezen optimalizált üzemállapotoknál olvastuk le a. ábra szerinti paramétereket A szimulációs beállítások Tervezési határértékek elfolyó szennyvízre: KOI < 125mg/l, BOI5 < 25 mg/l, L.A. < 5, Ö.N < 55 mg/l, Ammónium-N < 20 mg/l: Ö.P. < 10 mg/l Befolyó szennyvíz paraméterek: Hidraulikai terhelés= konstans 1000m /d, koncentrációk: KOI=1100 mg/l, Ö.N.=120 mg/l, Ö.P. 20 mg/l (BOI5 és lebegőanyag az aktuálisan beállított frakciók függvényében), hőmérséklet = 10 C fok