Bioszűrők alkalmazása a kommunális szennyvíztisztításban

Átírás

1 VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 Bioszűrők alkalmazása a kommunális szennyvíztisztításban Tárgyszavak: bioszűrés; szennyvízkezelés; szennyvíztisztítás; kommunális; Németország. Az utóbbi években egyre többen alkalmaznak bioszűrést a kommunális szennyvizek tisztításában. Németországban jelenleg mintegy 40 bioszűrővel felszerelt kezelőberendezés üzemel. Új eljárásról lévén szó, a KA 6.4 munkacsoport kezdeményezésére és a KA 6 szakmai bizottság támogatásával vizsgálati program keretében értékelték a bioszűrő rendszerek teljesítményadatait, az üzemeltetési tapasztalatokat, és összehasonlították azokat más eljárásokkal. Az adatokat kérdőívek segítségével, illetve az üzemeltetők közvetlen tapasztalatcseréjével gyűjtötték össze. Az adatokat minősítették, a részfolyamatokra fajlagos mutatószámokat határoztak meg, és belső sorrendeket állítottak fel. Az alábbiak a vizsgálatok egyes részeredményeit ismertetik. A bioszűrési eljárás A DIN EN 1085 (1997) szabvány szerint a biológiai szűrők rögzített ágyban szemcsés töltőanyagot tartalmazó biofilmreaktorok, amelyekben a szűrés és a biológiai lebomlás kombinálódik. Egy reaktorban tehát párhuzamosan zajlanak a biológiai szennyvíztisztítás folyamatai (a szénvegyületek lebontása, nitrifikálás, denitrifikálás), valamint a lebegő anyagok eltávolítására szolgáló szűrés. A foszfort elő- vagy utánkapcsolt kémiai lépcsőben, kicsapatással távolítják el. A finom szemcsés (max. 8 mm átmérőjű) hordozó anyag a szűrőágyban visszatartja a biológiai átalakítási folyamatokban keletkezett iszapfelesleget és a betáplált szennyvízben található szuszpendált anyagot. Utóderítés nem szükséges. A bioszűrők elvezetésében mindazonáltal nem érhetők el olyan alacsony szűrhető anyag koncentrációk, mint a klasszikus flokkuláltató szűréssel.

2 A bioszűrők fontos jellemzője, hogy tisztítási teljesítményük 10-szer nagyobb a szuszpendált biomasszával működő berendezésekénél, ezért jelentősen kisebb reaktortérfogatot és helyet igényelnek. További előnyük az úszói szap mennyiségének csökkenése. A bioszűrőket szerkezetileg nagy térfogatú szűrőként alakítják ki (pl. fúvókafenék, öblítés, szűrőtartály, moduláris kiépítés). Az aerob lebontási folyamatokhoz ezen túlmenően levegőztető berendezést, a denitrifikáláshoz szénforrást beadagoló berendezést telepítenek. A szakaszosan öblített rendszerekben szivattyúk és kompresszorok szükségesek az öblítés végrehajtására és az öblítővíz összegyűjtésére. A bioszűrők a kialakításuk módja és az üzemvitelük szerint csoportosíthatók: felszálló áramú szűrő leszálló áramú szűrő; elárasztott szűrő száraz szűrő; az anyag sűrűsége kisebb vagy nagyobb, mint 1,0 g/cm 3 ; folyamatosan öblített szakaszosan öblített rendszer. Bioszűrő telepíthető: biológiai főlépcsőként (KOI-eltávolítás, előderítés utáni denitrifikálás/nitrifikálás); második biológiai lépcsőként (nitrifikálás és denitrifikálás); a maradék nitrogén átalakítására (maradék nitrifikálás, illetve denitrifikálás utánkapcsolt lépcsőben). Miután a folyamatban felhasznált levegőt alulról vezetik át a szűrő közegen, a felszálló áramú szűrők egyenáramú levegőztetővel, a leszálló áramú szűrők a száraz szűrőkön kívül ellenáramú levegőztetővel üzemelnek. Azok a szűrők, amelyeknél a szűrőágyat közvetlenül nem, csak a szennyvizet levegőztetik előzetesen, biológiai szűrőknek tekinthetők, bár biológiai hatásfokuk a telítési O 2 -koncentráció miatt korlátozott. A biológiai szűrőket az öblítés miatt modulárisan építik ki. A bioszűrő rendszerek a gyártó cégre jellemző, szabadalmaztatott kialakításúak. Az ATV-DVWK KA 6.4 (2000) munkajelentésében összefoglalta a leggyakrabban használatos rendszereket. Figyelembe kell azonban venni, hogy egyes, a beszámolóban még szereplő rendszerek gyártói már nem léteznek, illetve termékeik már csak korlátozottan kaphatók. A bioszűrők fejlesztése és elterjedése Németországban A bioszűrőket a Németországban nagyüzemileg már 1977 óta alkalmazott klasszikus szennyvízszűrésből és a csepegtetőtestes eljáráson alapuló biofilm-technológiából fejlesztették ki.

3 Az 1980-as évek elején először Franciaországban egyesítették a két eljárást, amelyben módosított gyors homokszűrőt alkalmaztak a szennyvíztisztítás biológiai főlépcsőjeként. A levegőt a szűrőágy alsó részén vezették be. Később bioszűrőt telepítettek a folyamatos szennyvíztisztításhoz (maradék nitrifikálás, maradék denitrifikálás). A fejlesztés utolsó lépcsője a kommunális szennyvízkezelő berendezéseknél a biológiai tisztítás bevezetése volt teljes nitrogéneltávolítással. Az első berendezést 1992-ben a franciaországi Cergy-ben helyezték üzembe, Németországban pedig 1998-ban a herfordi szennyvízkezelőben telepítették. Jelenleg Németországban több, mint 180 kommunális szennyvízkezelő berendezés üzemel, amelyek 20%-ában működik biológiai szűrő. Az összes kezelt szennyvíz 6%-a bioszűrésen megy keresztül. A kommunális szennyvízkezelésben használt bioszűrők alkalmazási cél szerinti felosztását vizsgálva megállapítható, hogy a bioszűrők 32%-át az utánkapcsolt denitrifikálóknál alkalmazzák (a dentirifikáló általában csak május és október között üzemel). 22,5%-ukat a maradék nitrifikálásnál, 20%-ukat a második biológiai lépcsőben, 15%-ukat a biológiai főlépcsőben, 5 5%-ukat a száraz szűrőknél, illetve a nitrifikálásnál használják. A bioszűrők a szennyvízkezelők teljes teljesítménytartományát átfogják. Az össz-szűrőfelület m 2, a szűrő magassága 1,1 m (vasbeton medencék) és 6,6 m (nemesacél medencék) között változik. A bioszűrők helytakarékos kialakításuk és nagyfokú automatizáltságuk miatt az ipari szennyvíztisztításában is terjednek. A száraz szűrővel üzemelő rendszerekben kezelhető a sörfőzdékben, valamint az élelmiszer- és a papíriparban keletkező szennyvíz. A felszálló áramú bioszűrők nem alkalmazhatók a papíriparban, ahol általában csak a szénvegyületek lebontása és a szuszpendált anyagok eltávolítása történik. További alkalmazási lehetőségek a vegyipar és az ásványolajipar. Üzemi tapasztalatok A tisztítás teljesítménye A bioszűrő tisztítási teljesítménye és az elvezetésekben elérhető koncentrációk meghatározása az elvezetésekben elérni kívánt koncentrációk, valamint a betáplálások és az elvezetések koncentrációi (éves átlagértékek) alapján történik. A betáplálások koncentrációit a szűrő terhelhetőségének meghatározásához is használják. Az elvezetések kon-

4 centrációi a gyakorlatban elérhető koncentrációértékeket mutatják be, figyelembe véve, hogy a berendezések általában nem érik el a maximális lebontási teljesítményüket, többek között a kisebb kihasználtság vagy az elvezetésekre előírt koncentrációértékek miatt. A bioszűrő tehát mesterségesen korlátozva működik. Az elérhető tisztítási teljesítményt a fajlagos szennyvízösszetétel, a hőmérséklet, az alkalmazott eljárás, a hordozó anyag és az alkalmazás célja befolyásolja. Az eleveniszapos eljárással ellentétben a bioszűrők tisztítási teljesítménye a kedvezőbb körülmények miatt nagyobb. Az átlagos nitrifikáló teljesítmény az NH 4 -N eltávolítási teljesítmény függvényében 15 nitrifikáló bioszűrőnél elvégzett vizsgálata során megállapították, hogy a vizsgált teljesítménytartományban közel 100%-os nitrifikálás valósult meg minden berendezésben, a második lépcsőt kivéve (téli üzemvitel). A denitrifikációt tekintve a bioszűrők a külső szubsztrát pótlólagos beadagolásának függvényében különbözően viselkednek. Egyes esetekben elérhető csaknem 100%-os tisztítási teljesítmény, míg más berendezések korlátozott nitrátforgalmúak, az NO 3 -N elvezetési értékei szabályozzák. Külső szénforrásként csaknem kizárólag technikai minőségű metanolt használnak. A foszfor eltávolítása előkapcsolt tisztítási lépcsőben történik, bár a berendezések 63%-ánál adott a foszfor közvetlenül bioszűrőben vagy előtte csapadékként való leválasztásának műszaki lehetősége. Az öblítési eljárás és a szűrő működési ideje A szűrő működési ideje levegőztetett szűrőknél nitrifikálás esetén max. 72 óra, ami a kis terhelésre, illetve a némileg megnövelt szilárdanyaghozamra vezethető vissza. Az öblítést általában naponta végzik. Az öblítési eljárást a bioszűrő alkalmazási célja szerint választják ki. A denitrifikáló szűrőknél a duzzasztott vagy a cseppfolyós öblítést alkalmazzák, a nitrifikáló szűrőket átfolyó rendszerben öblítik. Folyamatosan öblített bioszűrők szintén üzemelnek. A betáplált vízmennyiségre vonatkoztatott öblítővíz-felhasználás az egylépcsős berendezéseknél 8 14%, a többlépcsős bioszűrőknél 15 33% között változik. Az öblítővíz-felhasználás fajlagos átlagértéke a telepített szűrőfelületre vonatkoztatva duzzasztott öblítésnél 6,1 m 3, átfolyó öblítésnél 7 m 3.

5 Energiafelhasználás A bioszűrők energiafelhasználását a folyamatban felhasznált levegőt szolgáltató kompresszorok (csak levegőztetett szűrőknél), az öblítés és az adagolószivattyúk (magasságveszteség 1 2 m) energiafelhasználása határozza meg. Az energiafelhasználás a főlépcsőként alkalmazott bioszűrőknél összességében nagyobb, mint az eleveniszapos eljárás esetében. A bioszűrő feladata, az öblítő program, a szerkezeti kialakítás és a recirkuláltatás függvényében változik a részarányos energiaigény, amely az alkalmazástól függően az alábbiak szerint alakul: bioszűrés alkalmazása biológiai főlépcsőként: 0,4 0,7 kwh/m 3, bioszűrés alkalmazása második biológiai lépcsőként: 0,1 0,37 kwh/m 3, bioszűrés alkalmazása az utánkapcsolt denitrifikálásban: 0,04 kwh/m 3, bioszűrés alkalmazása az utánkapcsolt nitrifikálásban: 0,11 kwh/m 3. Jellemző értékelési lehetőség az ellátott lakosok számára vonatkoztatott energiafelhasználás vizsgálata, amelyben körkérdésből származó átlageredményeket és a második főlépcső üzemi adatait hasonlítják öszsze az eleveniszapos eljárás energiafelhasználásával. Figyelembe kell venni, hogy az utánkapcsolt bioszűrő csak a szennyvíztisztítás részfeladatát látja el. A főlépcsőként alkalmazott bioszűrők energiafelhasználása megfelel az eleveniszapos eljárás MURL kézikönyvében rögzített irányértékeknek, ami nyilvánvaló, hiszen új, korszerű berendezésekről van szó. Az iszap keletkezése A bioszűrőknél az öblítővíz szennyeződésének nagy részét a kimosott biomassza alapján határozzák meg, ami megfelel a keletkező iszaptöbbletnek. A keletkező iszapmennyiség kiszámításához szükséges az öblítővíz összes szilárd anyag (TS) tartalmának a meghatározása, ami azért nehéz, mert az elvezetett öblítővíz TS-tartalma változik. A témakör további kutatások elvégzését teszi szükségessé.

6 Üzemzavarok A bioszűrőkön bekövetkező üzemzavarok lehetnek: Műszaki eredetűek, amelyek ez idáig leggyakrabban az MSReljárásban (35%), a szivattyúkban (25%) és a szerelvényekben (21%) jelentkeztek. A szivattyúknál gyakran nem került meghatározásra a ténylegesen keletkező vízmennyiség. Üzemzavarok leggyakrabban a mérés- és szabályozástechnikai eljárás (MSR) esetében, az online-mérőberendezéseknél léptek fel, így itt jelentős volt a karbantartásigény. A bioszűrőkre jellemző üzemzavarok, amelyek legtöbbször (11 esetben) a szűrőágyban, illetve a fúvóka szűrőjénél következtek be. A szűrőanyag-veszteségek (9 eset) évente 0,8 7,5% között ingadoztak. Az átlagos veszteség értéke 3% volt, ami a gyártók által engedélyezett értéktartományban van (2 4%). Nagy hidraulikus terhelést 8, kártevők jelenlétét, illetve algásodást 6, lerakódásokat 3, iszapelhordást 2 berendezésben tapasztaltak. Nagy mennyiségű nitrit keletkezett az utánkapcsolt denitrifikálók esetében. A bioszűrők elszigetelése ronthatja a gázcserét, különösen a CO 2 felhalmozódása figyelhető meg. Néhány berendezésben habképződés jelentkezett, ezt a fedetlen bioszűrőknél a szél is elősegítette. Összeállította: Regősné Knoska Judit Barjenbruch, M.; Stählke, H.: Biofilter in der kommunalen Abwasserreinigung. = KA Abwasser, Abfall, 51. k. 11. sz p Barjenbruch, M.: Leistungsfähigkeit und Kosten von Filtern in der kommunalen Abwasserreinigung. = Veröffentlichung des Institutes für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover 1997.