Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet. Dr. Takács János, Nagy Sándor egyetemi docens, tanszéki mérnök

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Dr. Takács János, Nagy Sándor egyetemi docens, tanszéki mérnök IX. Környezetvédelmi Analitikai és Technológiai Konferencia Sopron október 79. Tartalom Bevezetés Hungária Rt. University of Miskolc 2 Hejőcsaba 1

2 Bevezetés Tisztítási hatásfok növelése intenzifikálással Leghatásosabb előülepítés előtti koagulálással mely jelentős hatással bír a további tisztításra Probléma: tápanyagok (C, N, P), melyek közül a P Minimumfaktor, Szabályozó tényező. Hungária Rt. University of Miskolc 3 Hejőcsaba Foszfor hatása a vízi életre A foszfor a vízben különböző formában előforduló elem, vegyület, amely az élővilág számára fontos építőelem, tápanyag. A szén és nitrogén mellett a foszfor az, amelynek mennyiségével a növények, mikroorganizmusok fejlődése, szaporodása befolyásolható. A növények fejlődéséhez legnagyobb mennyiségben szükséges elemek a szén, a nitrogén és a foszfor. A szén és a nitrogén könnyen hozzáférhető a növények számára, emiatt általában a foszfort választják szabályozó tényezőül, ez az ún. minimum faktor. A foszfor a felszíni vizek eutrofizációjához vezet, a vízben levő planktonok, algák túlzott növekedését idézi elő, és rontja a víz minőségét: rossz ízű és szagúvá válik az algák egy része mérgező anyagot termel oxigénhiány lép fel víz hasznosítási igénye, költségesebb tisztítás után realizálható fürdési, üdülési célra való felhasználása után az érdeklődés csökken. Az embereknél a fitoplanktonok által termelt mérgek dizentériaszerű jelenségeket, nyálkahártya gyulladást, halálos kimenetelű paralízist is okozhat (állatoknál néhány órán belül halálos). A szennyvizekből történő foszfáteltávolítás egyik legnagyobb feladattá lép elő, mint a szennyvíztisztítás harmadik lépcsője. Miskolci Hungária Egyetem Rt. Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet 4 Hejőcsaba 2

3 Foszfor eredete, mennyisége A szennyvízben levő foszfortartalmú lebegő szennyezőanyag, ill. oldott foszfátok eredete: Emberi kiválasztás, anyagcsere 0,6 5,3 g P/lakos,nap foszforszennyezés; zömében ortofoszfátok természetesen alakos és oldott formájú; szennyvíztisztítás során alakos foszforból a lehető legkevesebb kerüljön oldott állapotba. Mosószerek 4 24,7 %; A szintetikus mosószerek kizárólag polifoszfátokat tartalmaznak Ipari technológiai folyamatok, Elsősorban az élelmiszeriparból, mosószergyártásból, textiliparból, fémfeldolgozó iparból, stb. ; mennyisége mg/l között ingadozik az eredettől függően. A közvetlen foszforbemosódás mezőgazdasági területről az alábbi lehet bemosódás trágyázott területről túltrágyázás, műtrágyázás mezőgazdasági, állattartási szennyvizek. Mennyisége függ: a talaj típusától, minőségétől, talaj ph jától, trágyázás milyenségétől, intenzitásától, a csapadék intenzitásától, mennyiségétől, a topográfiai viszonyoktól. Csapadékkal befogadóba jutó foszfor Eredete a levegőszennyezés (füstgáz, finom, nehezen ülepedő por, stb.), így mennyisége erősen függ a terület légszennyezettségi állapotától. 5 Foszfor megjelenési formái A szennyvizekben a foszfor különböző formában fordulhat elő, amelyek közül a legjellegzetesebbek a következők: szerves, kötött foszfor komplex szervetlen foszfor oldható szervetlen ortofoszfát (a foszforciklus lebomlási terméke, biológiailag legjobban hasznosítható foszforvegyület) Tisztítás során a szerves foszfát és néhány komplex foszfát ortofoszfáttá alakul át, míg a komplex foszfát másik része a biológiai lebontás során hidrolizál. A foszfor megjelenési formája meghatározza a leválasztásánál szóbajöhető módszereket, technológiákat, amelyeknek célja a foszfortartalom lehető legnagyobb hatásfokú leválasztása a befogadó védelme érdekében. 6 3

4 Foszfor leválasztási módjai A csatornázott területről begyűjtött kommunális szennyvíz átlagos P tartalma: 6 8 mg/l. A befogadó védelme miatt ezt az értéket közel nullára kell csökkenteni. A közül a legismertebb módszerek: Mechanikai Biológiai Kémiai 7 Foszfor leválasztása Ülepítés Ülepítés: Ülepítéssel csak az alakos formában levő, ill. az adszorbeált foszfát távolítható el a szennyvízből. Emiatt a foszfát eltávolítás hatásfoka nagyon eltérő lehet, a szakirodalmak szerint 5 25 %. 8 4

5 Foszfor leválasztása Biológiai úton Biológiai leválasztás: A szennyvíztisztítás biológiai lépcsőjében a baktériumok sejtanyagban történő beépítéssel távolítják el a foszfátot, miközben az iszaptermelés megnő. A foszfáttalanítás mértéke nagymértékben függ a szennyvíz és az iszap C/P arányától. A foszfor leválasztás pontos mechanizmusa még nem teljesen tisztázott, de a szakirodalmak egyértelműen rámutatnak arra, hogy a foszfát ion adenozin trifoszfát hatására enzimatikus úton kötődik a szerves molekulákhoz. A szakirodalmak szerint a biológiai lépcsőben történő foszfát leválasztást nagyobbrészt a mikroorganizmusok anyagcseréje révén, és kis részben fémsók alakjában történő kicsapódása jelenti. A leválasztást befolyásolja: az eleveniszap foszfátfelvevő képessége a levegőztető medence O 2 tartalma (O 2 mg/l>2mg/l) az iszapelvétel folytonossága az iszap koncentráció (1,2 1,3g/l ill. e fölötti). A biológiai foszfáteltávolítás hatásfoka nagyon eltérő, 70 99% között változik. 9 Foszfor leválasztása Kémiai kicsapatás Kémiai kicsapatás: Az előző típusú foszfát eltávolításnál sokkal jelentősebb módszer a kémiai kicsapatás, melynek során a foszfát többértékű hidratált ionok reakciójaként oldhatatlan csapadék, mely adszorbeált állapotban választható le. A kémiai kicsapatással a polifoszfátionok és az ortofoszfátok leválasztása megoldható. A foszfáttartalmú kolloidok koagulációval jó hatásfokkal leválaszthatók. A koagulációkat szintén a hidratált fémionok segítik elő. A legfontosabb kicsapószerek: Fe (III) klorid, szulfát Alumínium (III) szulfát Kalcium hidroxid. 10 5

6 Kémiai kicsapatás módjai A vegyszeres kicsapatás a vegyszer bekeverés helyétől függően lehet: Elő kicsapatás Szimultán kicsapatás Utó kicsapatás 11 Intézeti kísérletek és eredmények A kísérletek célja: Előülepítés hatásfokának növelése A biológiai fokozat intenzifikálása Foszfor eltávolítás javítása Módszer, elv: Kolloid, ill. méret és sűrűség miatt nehezen ülepedő szilárd, lebegőanyagok koagulálása, leválasztása, mellyel megakadályozható a biológiai fokozatban történő beoldódás Foszfor kicsapatás és ülepítéssel történő leválasztása Mindkét feladat koagulálószerek felhasználásával lehetséges 12 6

7 Laboratóriumi kísérletek menete Laboratóriumi kísérletek menete: Koaguláló, flokkuláló vegyszer bekeverés ph beállítás 20 perces keverés után ülepítési görbe felvétele Derült rész és iszap szétválasztása Derült rész vizsgálata A derült rész laboratóriumi biológiai tisztítása Iszap vízteleníthetőségének vizsgálata 13 Az intenzifikálás hatása az ülepítés eredményességére KÉPEK AZ ÜLEPÍTŐ HENGEREKRŐL 14 7

8 Az intenzifikálás hatása az ülepítés eredményességére II. Az előülepítő intenzifikálását egy vagy két vegyszer ( Ca(OH) 2, Ca(OH) 2 +FeSO 4 ill.fe 2 (SO 4 ) 3 ) hozzáadásával kell elvégezni úgy, hogy az ülepítőre feladott zagy szuszpenzió phja maximum 9 legyen. Hatásai: 1. A szennyvízben erőteljes pelyhesedés (a kolloid méretű részecskék koagulálódása, oldott szennyezők, pl. foszfor kicsapódása) indul be, amely hatásosabb előülepítést eredményez. 2. A javasolt előülepítés után a szennyvíz szennyezettsége (KOI), foszfortartalma jelentősen csökken. A maradó foszfortartalmat a biológiai lebontás során a mikroorganizmusok tápanyagként hasznosítják. Hatására elmarad a befogadó tó, vízfolyás eutrofizációja. 15 Az intenzifikálás hatása az ülepítés eredményességére III. Az intenzifikálás hatása az ülepítés eredményességére 3. Ülepítés után a túlfolyás phja = 7,58, azaz a biológiai tisztítási folyamatot nem hátráltatja. A jó hatásfokú ülepítés hatására csökken a biológiai tisztítás időigénye, a tisztított víz sótartalma, nő a biológiai tisztítás hatásfoka és a biológiai tisztítási fokozat terhelhetősége 16 8

9 Az intenzifikálás hatása a biológiai tisztításra Alacsonyabb KOI, azaz szervesanyag tartalom jut biológiára Kevesebb lebegőanyag (iszapanyag), amely a biológiai medencében az iszapkor növekedéséhez vezet Kevesebb fölösiszap keletkezése várható A biológiai tisztításhoz szükséges phértékek beállíthatók (elsősorban a nitrogén eltávolítás érdekében) Az eredményességről különböző laboratóriumi kísérletek segítségével győződtünk meg. 17 Aerob lebontás időbeni változása A rács után vett minta vegyszeres kezelése után az aerob lebontás időbeni változása P ill. KOI P méréssel jellemezve 1 Minták P KOI Rács (kezelés előtt) 9,4 557 Rács (kezelés + ülepítés után) 0, Recirkulációs iszap (kezelés /átmosás után) 0,93 30 (kezdéskor) 0,74 70 (30 perc múlva) 0,68 51 (60 perc múlva) 0,65 57 (90 perc múlva) 0,55 49 (120 perc múlva) 0,57 53 (150 perc múlva) 0,64 53 (180 perc múlva) 0,69 36,9 (210 perc múlva) 0,85 28,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Rács (kezelés+ülepítés után) Recirkulációs iszap (kezelés után) kezdete (30 perc múlva) (60 perc múlva) (90 perc múlva) (120 perc múlva) (150 perc múlva) (180 perc múlva) (210 perc múlva) (240 perc múlva) Az aerob medencében való tartózkodási idő meghatározása a P tekintetében KOI (240 perc múlva) 0,65 28,9 Az aerob medencében a benntartózkodási idő meghatározása, a P és a KOI változás függvényében Rács 0 (kezelés+ülepítés után) Recirkulációs iszap (kezelés után) kezdete Az aerob medencében való tartózkodási idő meghatározása a KOI tekintetében 18 Hungária Rt. Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Hejőcsaba (30 perc múlva) (60 perc múlva) (90 perc múlva) (120 perc múlva) (150 perc múlva) (180 perc múlva) (210 perc múlva) (240 perc múlva) 9

10 Többlépcsős biológia modellezése a P és N tápanyagok leválasztásának érdekében Az aerob lebontást és az anox biológiai kezelést felváltva (ciklikusan) alkalmaztuk. A 28,8 18, ,565 0,83 1 1,15 45,6 32,9 25,1 29,3 10,31 7,44 5,67 6,62 5,56 5,37 4,4 2,77 1,69 1,63 1,34 0,84 7,5 2,5 1,8 1,8 19,5 11,57 8,81 9,26 KOI P NO 3 NO 3 /N NO 2 NO 2 /N + NH 4 /N N összes Aerob Anox Az A kísérlet ciklusainak eredményei T[h] 19 Többlépcsős biológia modellezése a P és N tápanyagok leválasztásának érdekében Az aerob lebontást és az anox biológiai kezelést felváltva (ciklikusan) alkalmaztuk. B 20, ,805 0,99 1,14 40,1 36,8 18,95 9,06 8,32 4,28 5,16 4,2 5,07 1,57 1,28 1, ,9 15,63 11,6 7,72 KOI P NO 3 NO 3 /N NO 2 NO 2 /N + NH 4 /N N összes Aerob Anox A B kísérlet ciklusainak eredményei T [h] 20 10

11 Az intenzifikálás hatása a biológiai tisztításra Alacsonyabb KOI, azaz szervesanyag tartalom jut biológiára Kevesebb lebegőanyag (iszapanyag), amely a biológiai medencében az iszapkor növekedéséhez vezet Kevesebb fölösiszap keletkezése várható A biológiai tisztításhoz szükséges phértékek beállíthatók (elsősorban a nitrogén eltávolítás érdekében) Az eredményességről különböző laboratóriumi kísérletek segítségével győződtünk meg. 21 Az intenzifikálás hatása a biológiai tisztításra Alacsonyabb KOI, azaz szervesanyag tartalom jut biológiára, Kevesebb lebegőanyag (iszapanyag), amely a biológiai medencében az iszapkor növekedéséhez vezet, Kevesebb fölösiszap keletkezése várható, A biológiai tisztításhoz szükséges phértékek beállíthatók (elsősorban a nitrogén eltávolítás érdekében). Az eredményességről különböző laboratóriumi kísérletek segítségével győződtünk meg

12 Megállapítások Kísérletekkel bizonyítottuk, hogy érdemes intenzifikálást végezni Intézetünk kidolgozott egy olyan biológiai tiszítási módszert, mely a határértékeket tartani tudja foszfor és nitrogén esetében, ezeket kísérleti adatokon keresztül bemutattuk Intenzifikálás hatására az oldott KOI, illetve foszfor koncentráció jelentősen csökken A vizsgált biológiai rendszer képes megfelelő paraméterekkel feladatát teljesíteni Jól kezelhető iszapot nyerhetünk ki a rendszerből. 23 Köszönöm a figyelmet! University Hungária of Rt. Miskolc 24 Hejőcsaba 12