Vízvédelem. Második szennyvíztisztítási fokozat / elsődleges kezelés / biológiai tisztítás AJNB_KMTM_ /2019-es tanév II.

Átírás

1 Vízvédelem AJNB_KMTM_ /2019-es tanév II. félév Második szennyvíztisztítási fokozat / elsődleges kezelés / biológiai tisztítás Szennyvíztisztítás II: Biológiai kezelés Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Biológiai szennyvíztisztítás cél: szervesanyag-eltávolítás, nitrifikáció biokémiai úton 1. mesterséges módszerek: a, csepegtetőtestes; b, eleveniszapos; c) biofilmes + utóülepítés kell mindháromnál 2. természetes vagy természet közeli módszerek Csepegtetőtest - biológiai hártya a töltőszemcsék felületén - alulról átszellőzés mikroorganizmusok hatása: enzimekkel lebontják a nagy szerves molekulákat felfalják és szervezetükbe beépítik vagy energiaforrásként felhasználják aerob (szaprofiták: gombák, élesztők és baktériumok (nitrifikáló-, kénfaló-, vas-, metánoxidáló-baktérium)) anaerob (denitrifikáló baktériumok) műanyag töltet bazalt-tufa, salak, habkő, tégla, speciális műanyagtöltet Utóülepítés! 1

2 Eleveniszapos szennyvíztisztítás legelterjedtebb eleveniszapos medence: lebegőágyas, folyamatosan táplált bioreaktor, amelyben pelyhes szerkezetű eleveniszapként lebegnek a vízben a mikroorganizmusok Eleveniszapos technológia anaerob reaktor: nincs levegőbevitel szerves anyagot mikroorganizmusok felveszik (KOI csökken) O 2 mentes környezetben a sejten belüli szervesanyag- oxidáció nem indul el a szervesanyag-felvétel energiát igényel: ATP bontás víz foszfátkoncentrációja megemelkedik aerob reaktor: levegőbevitel történik az akkumulált szerves anyag elégetése nitrifikáció (Nitrosomonas és Nitrobacter baktériumok) a felszabaduló energiát ATP-ben megkötik (vízből foszfort felveszik) a sejtszaporulatban (eleveniszapban) felszaporodik a foszfor a folyamatosan eltávolításra kerülő fölösiszappal eltávolítják a foszfort is anoxikus reaktor: cél: nitrogén eltávolítás nincs levegőbevitel oxigént csak kémiailag kötött formában (NO 3- -ban) tartalmaz a víz NO 3- forrás: belső iszaprecirkuláció a levegőztetett medencében nitrifikálódott a szennyvíz ammónia- és szerves nitrogén-tartalma a baktériumok a nitrát-ion oxigénjét használják a légzéshez denitrifikáció: a felszabaduló N 2 gáz távozik iszapnövekmény: fölösiszap, visszatáplálás keverés: az élő iszap lebegésben tartása levegőztetés (felületi levegőztetők, mélylevegőztetők, ejektoros levegőztetők) a szennyvíztisztítás energiaköltségének mintegy 50-65%-a a levegőztetőknél jelentkezik, ezért fontos a jó hatásfok, a jó szabályozás biztosítása Vasbeton eleveniszapos medence (felülnézet) 2

3 keverőlevegőztető Eleveniszapos rendszerek technológiája Levegőztető berendezések folyamatos átfolyású rendszerek (megfelelő iszaprecirkulációval) kiépítése történhet: csőreaktor tökéletesen kevert tankreaktor jelleg az árnyékolás az adott térrész(ek) levegőellátását érzékelteti: minél világosabb, annál több az oldott oxigén egyenletes eloszlású levegőbefúvatás, a betáplálási pont környékén nagy oxigén-igény van, ezért lecsökken a koncentrációja ahol kevesebb levegőt adagolnak be, ott a kisebb keveredés miatt megnő az iszap tömörödésének, kiülepedésének kockázata 3

4 oxidációs árok kis és közepes szennyvíztisztító telepeken lóversenypálya alak, trapéz keresztmetszet mélység: 0,9-1,25 m fenékszélesség: 1-2,5 m keverés, levegőztetés gyors felhígulás: - csökken a szennyvíziszap lemérgeződésének lehetősége - ugyanakkor nő annak az esélye, hogy a szennyvíz csak részben tisztul meg megoldás: reaktorkaszkád Csatornamedencés levegőztető nagyobb tisztítótelepek nagyobb méret, vasbeton 4

5 Eleveniszapos medence Miskolci szennyvíztisztító telep győri szennyvíztisztító az előülepítés után osztó műtárgyak kormányozzák a vizet az eleveniszapos medencékbe győri szennyvíztisztító eleveniszapos medencék (recirkuláltatják a vizet: anoxikus aerob anoxikus) győri szennyvíztisztító aerob eleveniszapos medence (levegőztetett) Legjellemzőbb biológiai eredetű üzemeltetési probléma: Fonalasodás győri szennyvíztisztító anoxikus eleveniszapos medence 5

6 Fonalasodás Fonalasodás, habképződés A Microthrix parvicella egy fonalas baktérium, amely az eleveniszapos szennyvíztisztítási rendszerekben iszapfelúszást és habzást okoz alapvetően aerob baktérium, mely tág tűrőképességgel rendelkezik az oldott oxigént illetőleg Typ 021N fonalas kénbaktérium fénykép: Miseta Roland fénykép: Miseta Roland A fonalasodás kezelésének lehetőségei Prevenció: rendszeresen elvégzett mikrobiológiai vizsgálat Egységes Mikrobiológiai Vizsgálati Rendszer (EMVIR): Magyar szabadalom: módszer és eljárási rend települési szennyvíztisztító telepek optimális oldottoxigénkoncentrációjának és iszapterhelésének biológiai visszacsatolásokkal történő beállítására Az általános indikáció elve: Indikáció Minden élőlény megjelenését és elterjedését a környezet rá ténylegesen ható tényezői befolyásolják. egy adott élőlény jelenlétéből (vagy hiányából) következtethetünk a környezet állapotára (biológiai vízminősítés) Az élőlények valamely környezeti faktorral szemben szűk-, illetve tág tűrésűek lehetnek. Az Egységes Mikrobiológiai Vizsgálati Rendszer (EMVIR) a fénymikroszkóppal azonosítható, bizonyos környezeti tényezőre nézve leginkább a szűk tűrésű élőlények és élőlénycsoportok indikációjára épül. 6

7 Az eleveniszap indikátorszervezeteinek csoportjai Fonalas baktériumok: jól azonosíthatók morfológiai, valamint festődési tulajdonságaik alapján Csillós egysejtűek: helytülő formáik, valamint szabadon úszó genusaik mozgásuk, és morfológiai bélyegeik alapján jól meghatározhatók Ostoros egysejtűek: egyes genusaik mozgásuk alapján azonosítható a legegyszerűbben Többsejtűek: a kerekes-, és fonálférgek, kevéssertéjűek, medveállatkák, és csillóshasúak képviselői. Baktériumok Szabad baktériumok Spirillum spp. Spirochaeta spp. Zoogloea spp. Thiothrix spp. Sphaerotilus spp. Nocardia spp. Microthrix parvicella Typ 021N Typ 0041 Beggiatoa spp. Indikátorszervezetek listája az EMVIR kategóriák szerint Helytülő egysejtűek Thuricola spp. Carchaesium spp. Epistylis spp. Opercularia spp. Vorticella campanula Vorticella convallaria Vorticella microstoma Zoothamnium spp. Suctoria spp. Szabadon úszó Többsejtű szervezetek egysejtűek Amphileptiade Gombafonalak Aspidisca cicada Rotaria spp. Aspidisca lynceus Egyéb kerekesférgek Chilodonella spp. Medveállatka Coleps spp. Oligochaeta spp., Colpidium spp. Nematoda spp. Euplotes spp. Holophrya spp. Metopus spp. Paramecium spp. Spirostomum teres Trochilis minuta Kitartóképlet (ciszta) Üres szárak Szaporodóképlet (pete, leváló, bimbózó, osztódó sejtek stb.) Csupasz amőba Házas amőba Bodo spp. Egyéb ostorosok Peranema spp. Jó üzemállapot indikátorai: Pl. Aspidisca lynceus, Holophrya sp., Vorticella convallaria, Euplotes sp., Epistylis sp. (egysejtűek) Epistylis sp. Holophrya sp. Házas amőba (egysejtű) Aspidisca lynceus (nitrifikáló baktériumokkal táplálkozik) Vorticella convallaria Euplotes sp. fénykép: Miseta Roland Csupasz amőba (egysejtű) fénykép: Miseta Roland Ezen a réten élnek-e rágcsálók? Hogyan, és mit jeleznek ezek az élőlények az eleveniszapban? Ha csak ennyi információ áll rendelkezésre, nehéz biztos választ adni 7

8 Így már könnyebb dolgunk van Ebben az iszapban aktívak-e a nitrifikáló baktériumok? Egy rápillantással nem lehet megállapítani Az Aspidisca genus (egysejtű) fő táplálékai a nitrifikáló baktériumok Milyen a hőmérséklet ezen a területen? Ennyi információ alapján nem lehet pontosan megállapítani Így már pontosabban megállapítható Gátolják anaerob hatások az eleveniszapunkat a működésben? Nem állapítható meg biztosan 8

9 A Beggiatoa sp. fonalas baktérium anaerob hatások jelenlétét indikálja Spirochaeta spp.: szabadonúszó baktériumok rossz levegőztetésű, pangó víztereket és oxigénhiányos állapotot jeleznek Magabiztosan megállapítható az anaerob gátlás jelenléte! fénykép: Miseta Roland A Zoogloea baktérium elszaporodása üzemeltetési problémára utal Zoogloea spp. fénykép: Miseta Roland győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére (a vízben a lebegő eleveniszap látszik) győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére 9

10 győri szennyvíztisztító az utóülepítés után megtisztult vizet a Mosoni-Dunába vezetik el győri szennyvíztisztító az utóülepítés után megtisztult víz Az eleveniszapos szennyvíztisztítás alapvető problémái az ammónium oxidáló autotróf mikroorganizmusok (nitrifikálók) lassú szaporodása a heterotróf nitrát redukció (denitrifikáció) korlátossága a heterotrófok nagy iszaphozama lakossági szennyvizeknél: elfolyó vizek összes nitrogéntartalmára előírt szigorú határérték betartása télen: nitrifikáció lelassulása (lehűl a szennyvíz) nyáron: nitrát redukciójához szükséges szerves tápanyag hiánya lakosság kis vízfogyasztása tömény szennyvizek ipari szennyvizeknél: a szennyvíz biológiailag nehezen vagy alig bontható szerves szennyezőinek nagyobb részaránya (nagy maradék KOI) A denitrifikáció problémája az eleveniszapos eljárások denitrifikációs hatásfoka döntően a nitrátos iszapos víz recirkulációjának mértékétől függ az iszaprecirkuláció korlátossága miatt a nitrát eltávolítási hatásfoka is korlátos egyik megoldás: utódenitrifikáció kiépítése (ld. Bardenpho technológia ábrája) nagy beruházási és üzemeltetési költség többlet szerves tápanyag igény újabb két további medencetér keverése, levegőztetése szükséges másik megoldás: szimultán csepegtetőtestek alkalmazása nincs kellő térfogati teljesítmény az egységnyi térfogatban lévő kis biomassza tömeg miatt (fajlagos felület: bazalt töltet: 50 m 2 /m 3, műanyag: m 2 /m 3 ) Öt iszapteres utódenitrifikációs Bardenpho technológia Denitrifikáció a csepegtetőtestek biofilmjében 2. anoxikus medencében: külső tápanyag adagolás kell a denitrifikációhoz pótlevegőztetés: nitrogén kiűzése, 2. anoxikus zónában képződő ammónium nitrifikációjához biofilm hordozón kialakuló 0,5-2 mm-es vastagságú biofilm külső, oxigénnel jól ellátott részben (0,1-0,2 mm): szerves anyagból CO 2 és biomassza alakítása, ammónium oxidációja történik (oxigént elfogyasztják eközben!) nitrát átjárja az egész biofilmet mélyebb, oxigénhiányos rétegben: denitrifikáció mikroorganizmus szelekció a biofilmben: oldott és finom lebegő tápanyagok, oxigén, ammónium, nitrát, foszfát biofilmbe való bejutási sebességeinek különbözőségei nitrifikáló teljesítményük arányos az adott térfogatban működő biofilm felületével csepegtetőtestekben ez korlátozott (ld. előbb) biofilm nagyobb darabjai leválnak, de ez döntően elhalt sejtek sejtfalanyaga fajlagosan csak kis iszapmennyiség az eltávolított szennyező anyagra vonatkoztatva! eleveniszapos rendszer nagy iszaphozama 10

11 Biofilmes szennyvíztisztítás Biofilmek előnye: nagyobb fajlagos felület, mint a csepegtetőtestekben, és kisebb iszaphozam, mint az eleveniszapos rendszereknél a főágban a nitrifikációt javíthatja, különösen a hidegebb vízhőmérsékletnél, egyidejű iszaphozam csökkentés mellett az eleveniszap és a biofilm vegyes kialakítása hozta igazán a jobb és olcsóbb N-eltávolítást Technológiák Eleven iszapos rendszerbe merülő rögzített biofilm hordozók (elárasztott biofilmek) Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése mozgó biofilmmel Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése nitrifikáló szűrőkkel Mozgó ágyas hibrid rendszerek főági nitrogéneltávolítás intenzifikálására Biofilmes rendszerek a nitriten keresztül történő nitrogéneltávolításra Eleveniszapos rendszerbe merülő rögzített biofilm hordozók (elárasztott biofilmek) Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése mozgó biofilmmel forgótárcsás megoldás: mozgó biofilmes rendszer, részlegesen elárasztva (Svájc) elárasztott álló ágy, műanyaglemezes biofilm hordozóval 11

12 több sorba kapcsolt forgótárcsás egység (USA) Mozgó ágyas hibrid rendszerek új típusú, 1-2 centiméteres, strukturált hordozó, nagy fajlagos felülettel, vízhez közeli sűrűség előállítása nem különösebben nehéz műszakilag az iszapos víztől egyszerűen visszatarthatók hibrid rendszerben szeparáltan is működtethetők (anaerob vagy anoxikus zónákban nincs) ülepítőbe nem kerül be levegőbevitel hagyományosan Mozgó ágyas hibrid rendszerek (folyt.) fajlagos felület: m 2 /m 3 térfogat hányaduk az iszapos vízben: 50-60% 400 m 2 /m 3 biofilm felület ami 1-1,5 mm biofilm vastagság esetén, csak a belső felületet véve figyelembe maga is 0,2-0,3 m 3 iszap denitrifikáció az eleveniszapban is! ez másfél-kétszeresére növeli az iszaptömeget, a szerves anyag lebontó teljesítményt, sőt a biofilm révén a nitrifikáló teljesítményt is a biofilm nagyobb iszapkora révén Németo: poliuretán habszivacs kockák 12