A szennyvízkezelésben keletkező iszapok, mint hulladékok hasznosítása

Átírás

1 A szennyvízkezelésben keletkező iszapok, mint hulladékok hasznosítása Beszédes Sándor, Dr. László Zsuzsanna, Dr. Hodúr Cecilia, Dr. Szabó Gábor SZTE Mérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézet 6725 Szeged Moszkvai krt. 9. Tel.: +3662/

2 Szennyvizek és folyékony hulladékok Nem-lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok Biológiailag lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok Előkezelések Előkezelések Membrán-szeparáció Membrán-szeparációs eljárások Magas sza. tart hulladék (iszap) Szárítás Kondicionálás Kibocsátási határértéknek megfelelő víz Tisztított víz: Technológiai (RO, NF) Közcsatornába (NF, UF) Élővízbe (RO, NF) Komposzt, talajjavítás Biogáz

3 Szennyvízkezelés Cél: szennyezőanyagok eltávolítása (nitrogén, foszfor, toxikus vegyületek stb..) Kiülepíthető fázis: szennyvíziszap Szennyvíziszap kezelés Lerakás Égetés Hasznosítás (mezőgazdaság, anaerob fermentáció, komposztálás) Nehézfémek? (Fito)toxikus komponensek? Patogenitás?

4 Szennyvíziszap produktum Előülepítés: primer iszap (lebegőanyag max. kb. 70%-a) Függ: lebegőanyag tartalom koncentrációja, bejövő térfogatáram, felületi terhelés Koagulációt, flokkulációt követő ülepítés (lebegőanyag eltáv. 90%) Primer iszap produktum nő, iszap vízteleníthetősége romlik Szekunder iszap: biológiai szennyvíztisztításban Vízteleníthetőség jobb Tisztítás célja Lebontható szerves anyag eltávolítás (BOI) Iszapkor (nap) 3-5 Nitrifikáció 8-10 Denitrifikáció Foszforeliminálás 16-20

5 Szennyvíziszapok általános összetétele Hasznosítható anyagok Korlátozó összetevők Víz Ásványi részecskék Szerves anyag Tápanyagok Nyomelemek Mérgező anyagok Patogének pórusvíz (70%) kapilláris víz (20%) pelyhek víztartalma (2%) sejtben kémiailag kötött víz (8%) homok és egyéb szemcsés anyagok széntartalmú maradékanyagok nitrogén foszfor kálium fémes elemek és szerves vegyületek nehézfémek egyéb toxikus anyagok baktériumok vírusok paraziták

6 Iszapkezelési eljárások Iszapsűrítés (gravitációs sűrítők, centrifugák) Iszapkondicionálás (termikus, kémiai, biológiai) Fertőtlenítés (vegyszer és/vagy hő) Víztelenítés Aerob stabilizálás Anaerob stabilizálás (biogáz) Égetés Végső elhelyezés, deponálás

7 Iszapok Ha az iszap toxikus összetevőket égetése tartalmaz, amely más technológiával nem távolítható el. Az égetés előnyei: térfogatcsökkentés a végtermék nem fertőzött a biológiai bontásnak ellenálló anyagok megsemmisülnek hőenergia nyerhető vissza Az égetés hátrányai: légszennyezés az iszap kb tömegszázalékát hamuként kell elszállítani korroziv hatású égéstermékek kis telepeken a költségek magasak Biomassza vagy veszélyes hulladék? Az égetés energiatermelés, vagy

8 Szennyvíziszap kondicionálása Célja: vízteleníthetőség javítása a szerves anyag stabilizálása a patogén mikroorganizmusok csökkentése Típusai: fizikai kémiai biológiai

9 Kémiai kondicionálás Javul a vízteleníthetőség, csökken a rothadóképesség, csökken a patogének mennyisége szerves koagulánsokkal (polielektrolitok) szervetlen koagulánsokkal (FeCl 3, FeSO 4, Al 2 (SO 4 ) 3, CaO)

10 Fizikai kondicionálás pasztőrözés: felmelegítés C-ra, hőntartás termikus kondicionálás: hevítés C-ra. A sejtnedvek BOI növekedést okoznak, jól vízmentesíthető fagyasztásos kondicionálás: a jégkristályok a sejtfalat roncsolják mosás: a kolloidfázis eltávolítása, a szűrhetőséget, ülepíthetőséget javítja

11 Célja Biokémiai kondicionálás a szerves anyagok lebontása az iszap vízteleníthetőségének előkészítése, a patogén mikroorganizmusok számának csökkentése A stabilizálás levegő jelenlétében (aerob úton) és levegőtől elzártan (anaerob úton) történhet.

12 Komposztálás Egy biotechnológiai eljárás, ahol a szubsztrát szilárd vagy vízoldhatatlan fázisban van felületét vízfilm vonja be, a mikróbák aerob körülmények között végzik a lebontást A komposztálás célja: az anyag térfogatának és tömegének csökkentése fertőző hatás megszüntetése (patogének elpusztítása) a N, P, K, C, stb. tartalom hasznosítása. Primer és szekunder iszapoknál, rothasztott iszapoknál

13 Sejtfalak lebontása Lignin hasznosítása (gomba, bakt.) Iszap víztelenítés szükséges Megfelelő porozitás Növényi hulladékok bekeverése (átlevegőzés, humifikáció elősegítése) Nitrogén könnyebben felvehető formába alakul Foszforvegyületek szimultán mineralizációja (rosszabb oldhatóság és hasznosítás) Humusz: ammónium tárolás, egyenletesebb felvétel a növényekben

14 BIOGÁZ Biometanizáció

15

16 Anaerob lebontás folyamata A szerves anyagok anaerob lebomlása során széndioxid, metán és víz keletkezik. C 6 H 12 O 6 3CH 3 COOH 3CH 3 COOH 3CH 4 + 3CO 2 CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O +400kJ

17 Biogázképződés Szakasz Mikroorganizmusok Termék hidrolízis fakultatív anaerob mikroorg egyszerű cukor, aminosav, zsírsav savanyítás savképző bakt. szerves savak, CO 2, H 2 ecetsav-képz. ecetsavképző bakt. ecetsav, CO 2, H 2 metán-képz. metanogén bakt. metán, szén-dioxid, víz

18 Mikrohullámú sugárzás 300 MHz GHz

19 Alkalmazásának előnyei egységnyi térfogatban nagy energiaáram érhető el nincs szükség közvetítő közegre gyors felmelegítő hatás lényegesen lerövidülő műveleti idők

20 Dielektromos tulajdonságoktól függően szelektív melegítésre és fázisszeparálásra alkalmas A penetrációs mélységben egyenletesebb felmelegedés ' 1 r d 0 " 2 Kémiai reakciók sebességét növeli, a hagyományostól eltérő reakcióutak jellemzik Intenzív nedvességelvonás r

21 Mikrohullám az iszapkezelésben Az oxidációs eljárások hatékonyságának növelése Patogén mikroorganizmusok gyors elpusztítása Az extracelluláris polimerháló roncsolása A iszap-flokkulumok dezintegrálása A kommunális iszapok esetében megnövekedett szervesanyag-oldhatóság (fehérje, szénhidrátok) A fehérjék oldalláncainak polarizáltsága megváltozik, a hidrogénhidak átrendeződnek

22 Kutatási célkitűzések A mikrohullámú kezelés hatásainak vizsgálata élelmiszeripari eredetű szennyvíziszapoknál vízoldható szervesanyag-frakciók biológiai lebonthatóság biogázproduktum anaerob fermentáció üteme Folyamatos anyagtovábbítású mikrohullámú kezelő-berendezés fejlesztése

23 Élőcsíraszám [CFU/g] 1,E+11 1,E+10 1,E+09 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+01 5W/g 30p. 2W/g 30p. 1W/g 30p. Konv. Kont. 1,E+00 Kont. Konv. 1W/g 30p. 2W/g 30p. 5W/g 30p. Kez. után Beol t. 5 nap 10 nap 15 nap

24 BOD5 [mg/g] DSOM [%] W/g 2,5 W/g 7,5 W/g DS OM (SCOD / TCOD) t (SCOD / TCOD) (SCOD / TCOD) max i DBD (CBOD /SCOD) (CBOD 5 t 5max (CBOD /SCOD 5 max /SCOD) ) i W/g Kezelési idő [s] y = 0,8605x R 2 = 0, scod [mg/g] DBD [%] W/g 2,5 W/g 7,5 W/g Kezelési idő [s]

25 Kumulatív biogázhozam [ml (gkoi) -1 ] Kont. CH 0.5 W/g - 10p. 0.5 W/g - 20p. 0.5 W/g - 40p. 0.5 W/g - 60p Rothasztási idő [nap]

26 Biogáztermelődés [mlg -1 /nap] Cont. Konv. 0,5W/g 30m. 1 W/g 30 m. 1,5W/g 30m. 2W/g 30m. 5W/g 30m Rothasztási idő [nap]

27 Biogáz termelődés [mlg -1 ] Biogáz Metán Kont CH 0,5W 10p. 0,5W 20p. 0,5W 30p. 1W 10p. 1W 20p. 1W 30p. 1,5W 10p. 1,5W 20p. 1,5W 30p. 2W 10p. 2W 20p. 2W 30p. 5W 10p. 5W 20p. 5W 30p.

28

29

30

31 Következtetések A mikrohullámú kezelés alkalmas a szervesanyagok vízoldhatóságának növelésére A mikrohullámú besugárzás egy meghatározott teljesítményig növeli a biológiai lebonthatóságot A mikrohullámú kezelés alkalmas a biogázrothasztás intenzifikálására: fokozza a biogáz hozamot növeli a biogáz metántartalmát felgyorsítja a biológiai lebontás ütemét A besugárzott energia mennyiségén kívül a fajlagos teljesítmény is meghatározó

32 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!