VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 Lakóházak, házcsoportok szennyvíztisztításának lehetőségei, problémái Dr. Kárpáti Árpád Veszprémi Egyetem, Környezetmérnöki és Kémiai Technológiai Tanszék Tárgyszavak: szennyvíztisztítás; nitrifikálás; denitrifikálás; vízfelhasználás; szennyvízkezelés. Vízfelhasználás, szennyvíztisztítás alakulása az utóbbi századokban A mai szennyvíztisztítás az összehasonlíthatatlanul kisebb vízfelhasználás miatt néhány évszázaddal korábban ismeretlen tevékenység volt. Persze akkor is igyekeztek az emberek a környezetüket legkevésbé zavaró módon megszabadulni anyagcseretermékeiktől. A tisztálkodásra felhasznált minimális mennyiségű, mosószert alig tartalmazó mosdóvizet azonban bárhova nyugodtan kiönthették. Csaknem ugyanezt tehették ruháik mosóvizével is, amely hígabb és jóval kevesebb volt a mainál, különösen a mosószertartalmát illetően. A jelentősebb szennyvíztisztítási igény csak a vízöblítés bevezetésével, s a központosított vízellátás kiépítésével jelentkezett. Ezt megelőzően a sűrűbben lakott településeken is a lakosság vizeletét, székletét megfelelően gyűjtötték, időnként elszállították, talajjavításra hasznosították. Az időszakos tárolása (gödrökben, levegőztetés nélkül) ugyan jelentős szaghatással járt, ezért gyűjtőhelyét a lakáson kívül építették. Ez persze némi kellemetlenséget jelentett a használatában. Ürítése, tartalmának újrahasznosítása így azonban sokkal egyszerűbb volt. A vezetékes vízellátás kiépítésével ugrásszerűen megnőtt a vízfelhasználás (vízöblítés, fürdés, mosás). Ez nagyobb gyűjtőmedencék építését, s az ürítések, szállítások gyakoribbá tételét tette szükségessé. A keletkező híg szennyvíz felhasználása, elhelyezése is nagyobb gond lett.
A továbblépést a szennyvízgyűjtés vízellátáshoz hasonló központosítása, a szennyvízgyűjtő csatornarendszerek kiépítése jelentette. A szennyvízbefogadók túlterhelése persze ezt követően hamar jelentkezett, ami azután szükségessé tette a szennyvíz tisztítását is. Ennek az eleveniszapos és biofilmes technikáját is kidolgozták már az elmúlt század kezdetére. Akkor azonban még csak a folyók oxigénhiányának a megakadályozása (szerves anyagok eltávolítása) volt a tisztítás célja. A harmincas-negyvenes évektől már az ammóniumtartalom oxidációját, az ötvenes-hatvanas évektől a nitrát redukcióját (elemi nitrogénné), majd a hetvenes-nyolcvanas évektől a foszfortartalom döntő mértékű eltávolítását is (Hartmann, 2001) megkövetelte a befogadók védelme. Kialakult a csatornázott szennyvizek tisztításának nagyüzemi módszere anélkül, hogy a nem csatornázott lakóházak szennyvízének a tisztítására valamilyen, hasonló megoldást fejlesztettek volna ki. A közcsatorna nélküli területeken a szennyvíz kezelés nélküli gyűjtése, majd megfelelő tisztítótelepre szállítása vált általánossá. Ez egy speciális foglalkozás (szennyvízszippantás és -szállítás) kialakulását eredményezte. A szennyvízhelyzet ilyen alakulásának oka egyrészt a víz általános hozzáférhetősége, olcsó ára, valamint a kevésbé lakott területeken a szennyvízgyűjtő, oldómedencék elszivárogtató egységekké alakításának lehetősége, ellenőrizetlensége volt. A régi, nem vízöblítéses WC-k gyűjtőgödreiben egyébként a szenynyező anyag hidegen rothadt a biogáz felfogása és hasznosítása nélkül. Az ilyen medencékben is mintegy a felére csökkent az oda bekerült szennyező anyag mennyisége (CO 2, CH 4 és illó szerves anyag emiszszió), s a maradék számottevő fertőtlenítése is bekövetkezett. Ahogyan ezeknek a gödröknek a tartalmát a növények tápanyagellátásában újrahasznosították, elvileg ugyanúgy lehet ma a lakossági szennyvíztisztítás rothasztott iszapmaradékát is hasznosítani. Sajnos nagy iszapmennyiség mezőgazdasági hasznosítására a tisztítás helyén ritkán nyílik lehetőség. Az iszap szállítása ugyanakkor jelentősen megnöveli a hasznosítás költségét, esetenként meg is akadályozza azt. A fajlagos vízfelhasználás ugrásszerű megnövekedése egyébként a teljes vízmennyiség újrafelhasználását is lehetetlenné tette, mind a derítőmedencéknél, mind a tisztítást követően. A lényegesen hígabb szennyvízben már nem is ugyanazok a folyamatok játszódtak le, mint a régi medencékben, a széklet és vizelet esetében. A híg, mégis szennyezett víz felhasználása ugyanakkor biztonsági okokból legtöbbször lehetetlenné vált ott is, ahol a környezet növényzetének szüksége lett volna mind a vízre, mind a növényi tápanyagtartalmára. A szennyvíz megfelelő
helyi előtisztítását az akkor még olcsóbb víz, folyadékszállítás, no meg az oldómedencék folyadéktartalmának a már említett ügyes minimalizálási technikája akadályozta. A szennyezés átalakítását ezzel persze az emésztőgödör környezetének a talajára bízták. Napjainkban a már említett szállítási költség, s ennek kapcsán jelentkező illegális szippantott szennyvíz elhelyezés, no meg a lakókörzetek talajvízének a folyamatos szennyeződése, s esetenként a talajvízszint emelkedése is korszerűbb, tökéletesebb megoldást igényelnének. Ugyanezt sürgetné a vízdíj emelkedése kapcsán a környezet öntözővízigénye is. Jelenleg hazánkban a lakosonként felhasznált vízmennyiség 35 50 m 3 /év. A célszerűen kiépítendő szennyvíztározó térfogat ugyanakkor csak akkora, amely az elszállítását biztosítja. Az utóbbira szóba jöhető eszközök 3 5 10 m 3 térfogatúak. Szükségszerűen a medenceméretek is alig valamivel nagyobbak ennél. Maximálisan is csak a duplája. Másmilyen lehetne ugyanakkor a szennyvíz célszerű tisztítása és a tisztított víz elhelyezése (fenntartható vízgazdálkodás) ott, ahol nincs sem központi szennyvíztisztító, sem befogadó vízfolyás elérhető közelségben, s egyidejűleg a tisztított víz újrafelhasználására, öntözéshasznosítására lehetőség nyílik (Kárpáti, 2001). Hazánk jelenlegi csapadékellátottsága, s a következő évekre jósolt szárazabb, mediterrán éghajlata is ezt kívánná meg a tisztított víz újrahasznosítására alkalmas területeken (Kárpáti Taxner, 2004). Még talán a tisztított víz szállítása is olcsóbb lehet egy közelebbi, megfelelő öntözőhelyre, mint a szennyezett vízé a tisztítóba. Meghatározó azonban az öntözéshez szükséges tisztítási igény, előírás. Ezt elvileg a talaj növényi tápanyag és vízigénye alapján kell az illetékes hatóságnak behatárolni (tápanyag és folyadékterhelés) a fertőzésveszély egyidejű kizárásával. A jelenlegi hazai jogi szabályozás azonban nem kedvez ennek a megoldásnak. A talajba történő elszivárogtatásnál ugyanis nálunk nem az előző, logikus szempont, hanem a területileg érvényes felszíni vízbefogadóra vonatkozó határértékek a meghatározóak. A kis lakáscsoportok, egyedi lakóházak szennyvíztisztítása korszerű módszereinek a kidolgozása az előzőek miatt, no meg napjaink agyoncentralizált szabályozása miatt is különösen fontos. Az utóbbi ugyanis célszerűen mindenütt be kívánja gyűjteni a szennyvíz után a környezetterhelési díjat, holott a környezetet éppen a lakosság túlzott koncentrálódása terheli leginkább. A természetben élő ember a természeti környezetet élete részének, sajátjának érzi. Talán még a városi is így van ezzel a kis vidéki nyaralójában, s ott tőle is elképzelhető a városokban alig tapasztalható környezet-, természetvédelem. A megfelelően tisztított szennyvizet a sűrűn lakott városokban a kis fajlagos terület miatt nem
lehet a talajba visszajuttatni. Más azonban a helyzet a ritkán lakott körzetekben, ahol az ilyen tisztított szennyvízből évente 300-500 milliméter csapadék-utánpótlást kívánatos is lenne biztosítani. Ha egy lakosra 35-50 m 3 éves vízfelhasználással számolunk, tisztított vízének az ilyen elhelyezéséhez 100 m 2 megfelelő adottságú területre van csak szükség, ami ritkábban beépített környezetben könnyen biztosítható. A szennyvíztisztítás szükséges mértéke a víz elöntözésekor kis tisztítóknál A talajba juttatandó tisztított szennyvíz nem tartalmazhat több tápanyagot, mint amennyit a növényzet hasznosítani tud. Ez azt jelenti, hogy megfelelő növényzet esetén a szennyvízzel kijuttatott nitrogén csak 60-100 kg/ha között lehet (ha egyéb nitrogéntápanyagot nem kap a terület). Az előbb számított egy lakosnak megfelelő öntözőterületre (100 m 2 ) tehát csak 0,6 1 kg kell évente. Ha egy lakos vízfelhasználásával, 35 50 m 3 -rel ezt elosztjuk, a tisztított víz megengedhető összes nitrogéntartalmát kapjuk. Ez 20 g/m 3, vagy 20 mg/l. Ilyen nitrogéntartalomra kellene tehát a szennyvizet tisztítani, ha nem vennénk figyelembe a talajban a nitrifikáció és denitrifikáció révén bekövetkező nitrogénveszteséget. Ezt a vonatkozó rendelet (51/2001) csaknem a kihelyezett mennyiség felének (40%) veszi, így annak megfelelően számolva a tisztított víznél is jogos lehet az arányosan nagyobb, mintegy 33 mg/l összes nitrogéntartalom. Hogy ezen belül az ammónium és a nitrát hogyan oszlik meg, az elvileg a tisztítás típusának függvénye. A növény mindegyik formából hasznosítani tudja azt. A 33 mg/l összes nitrogéntartalom azonban a lakossági szennyvíz 80 130 mg TKN/l nitrogénszennyezettsége miatt 65 75%-os nitrogéneltávolítást igényel a szennyvíztisztítástól. Hasonló módon számolva a foszfor megengedhető koncentrációját, kiderül, hogy gyakorlatilag tisztítás nélkül sem lehetne a szennyvízzel túllépni a talaj foszforigényét ekkora fajlagos területre történő elöntözéskor. A legegyszerűbb nagy terhelésű eleveniszapos tisztítás mintegy 30%-os foszfortartalom-csökkentése tehát már bőségesen elegendő az öntözéshez, talajba történő elhelyezéshez. Az érzékeny területek élővizes befogadóira előírt foszforhatárértékek megkövetelése ezért mindenképpen indokolatlan az öntözésnél, hiszen a talajban a foszfor nem fog eutrofizációt okozni. A szervesanyag-tartalom tekintetében a szennyvíz előtisztításának ugyanakkor sokkal jobb hatásfokúnak kell lennie. Ez nem is a talaj túlzott szervesanyag-terhelése, hanem a humán-patogén fertőzésveszély miatt szükséges. A szükséges mértékű szervesanyag-
eltávolítás ugyanakkor a foszforéhoz hasonlóan akár az eleveniszapos, akár a rögzített filmes rendszerekkel kellően biztosítható. A fő kérdés természetesen mindegyik változatnál a korábbiakban kiszámolt nitrogéneltávolítási igény megvalósítása. Sajnos ez tovább bonyolódik hazánkban, a talajba való tisztított víz elhelyezés már ugyancsak említett, terhelés alapján számíthatótól eltérő szabályozásával. Az ilyen méretű szennyvíztisztítóknál a határértékek megállapítása egyértelműen a helyileg illetékes felügyelet hatáskörébe tartozik. A területi szabályozás ugyan valamilyen támpontot adhat, az viszont mindenhol 10 mg/l alatti ammónium-határértéket ír elő. Ez mindenütt teljes nitrifikáció tervezését igényli (Kárpáti, 2003a). A denitrifikáció tekintetében az egyéb területi kategóriában ugyan még a talajterhelés alapján számított mértékűnél is enyhébb nitrogéneltávolítást igényelnének, ezt azonban a talaj időszakos vízfolyás kategóriába sorolása rögtön meg is szigorítja (278/2004 sz. rendelet). Mindenképpen jó hatásfokú denitrifikációt kell ezért tervezni az előtisztításhoz a talajba történő öntözéskor, elszivárogtatáskor, hogy a számított 30 mg NO 3 -N/l határértéket is teljesítse, s ne támaszthasson az elhelyezéssel szemben kifogást a szabályozás. A hazai szabályozásnak a foszfor tekintetében fentiekben említett, ma még eltérő megítélése továbbra is gondot jelent. Az egyéb kategória 10 mg/l összes-foszfor határértéke sem indokolt, az ennél szigorúbb értékek pedig végképpen értelmetlenek. A foszfor eltávolításának a szükséges mértéke ugyanakkor a kis szennyvíztisztítók esetében meghatározó, hiszen a biológiai többletfoszfor eltávolítása ebben a mérettartományban alig jöhet szóba, s csak a vegyszeres kicsapatás marad. Ezzel viszont további szennyezés (vegyszer) kerül a maradék iszapba, ami a felhasználásánál nem előnyös. Ebben az üzemméretben egyébként mintegy megduplázza az iszaphozamot is. Növényzetes biológiai szennyvíztisztítás lehetősége Kérdés tehát, hogy a nitrogéneltávolítás megkívánt mértéke milyen szennyvíztisztítást igényel. A hagyományos oldómedence két okból sem megfelelő. A szerves anyag csökkentése is elmarad a szükségestől, a nitrogéntartalom pedig gyakorlatilag változatlan marad annál. Szóba jöhetne a természetes (növényzetes) tisztítás is, amelyhez egy lakosra minimálisan 7 m 2 felületű növényágy vagy szűrőmező kell. Ez sem elegendő azonban a téli időszakban, mert a víz lehűlése eredményeként a biológiai folyamatok lelassulnak, s valamennyi szennyezőanyag-forma (szerves anyag, ammónium, nitrát, foszfát) eltávolítása a töredékére
csökken. Valószínű, hogy 15 20 m 2 /fő fajlagos felületű, kellő mélységű, fagyott földfelszín alatti szennyvíz-bevezetésű, megfelelő alsó gyűjtő levegőztető csőrendszerrel kiépített növényzetes természetes tisztító télen is megfelelhetne a célra. Annak a kiépítési költségei azonban már messze meghaladnák az ugyanolyan szennyvízmennyiség tisztítására szóba jöhető eleveniszapos vagy biofilmes tisztítók beruházási és üzemeltetési költségét. A növényzetes szűrőknél, tisztítóknál ezen túl ebben a mérettartományban ma még nem kellően szabályozott a hatósági engedélyezés, illetőleg a talajszigetelés kialakításának igénye sem. Az utóbbi végképpen elviselhetetlenül megemeli a kialakítás költségeit. A növényzetes természetes tisztítók nehéz szabályozhatósága ezeken túl is a zárt, mesterséges tisztítás kiépítését teszi célszerűvé. Az utóbbiaknál a kiépítendő kezelőtérfogat, az üzemeltetés energia- és ellenőrzés-igénye, a tisztított víz minősége, a keletkező iszapmaradék mennyisége, újrahasznosíthatósága lesznek a választás meghatározó szempontjai. Az alábbiakban ezek szerint értékeljük a jelenleg ismeretes mesterséges technológiákat. Nagy telepekéhez hasonló, eleveniszapos szennyvíztisztítás Ez a módszer a nagyobb tisztítóknál általános, s a kicsiknél is jól alkalmazható. Ismertetése másutt igen részletesen megtalálható (Kárpáti, 2003b). Lényege az iszappelyhek formájában lebegésben, életben tartott biomassza, amely a szennyező anyagok eltávolítását végzi, s melynél a teljes mikroorganizmus-tömeg tápanyag-ellátottsága térben kellően egyenletes. Ez a mikroorganizmusok erősebb szelekciójára alig biztosít lehetőséget. A mindenkori tápanyaghoz történő lassú adaptációra ugyanakkor megfelelő. A különböző tápanyagokat hasznosító fajok keverékénél egy adott szennyvíz tisztítása esetén a leglassabban szaporodók határozzák meg a tisztítás időigényét. Ez egyébként a vízterheléshez a lakossági szennyvizek esetén mintegy 10 30 órás hidraulikus tartózkodási időt igényel. Ez azt is jelenti, hogy az összes medencetérfogat-igény a napi szennyvízterhelés fele, másfélszerese. Ezzel arányos a tisztítótérfogat beruházásigénye. A szennyvíz, illetőleg szennyezőanyag-terheléssel arányos a tisztításhoz szükséges oxigén (levegő), illetőleg az annak bevitelét biztosító légfúvók és levegőelosztó rendszer kapacitása is. Az utóbbi méretét növeli, ha a levegőbevitel szakaszos (technológia kialakítása SBR). A beruházás fajlagos költsége a tisztító méretének csökkenésével ugrásszerűen nő a kisebb méretű vízforgató, levegőztető egységek, no
meg a kisebb medencék nagyobb fajlagos költsége miatt. Az ilyen egységeknél az iszap visszatartását külön ülepítő tér biztosítja. Ennek megfelelően a kiülepedett iszap levegőztető medencébe történő visszavezetéséről is gondoskodni kell. A fölösiszapot megfelelő vezérléssel általában a levegőztető előtt kialakított kiegyenlítő medencébe vezetik vissza anaerob stabilizálása, kirothasztása céljából. A fölösiszapot szippantással távolították el a rendszerből, ugyanonnan évente 1 2 alkalommal. Az üzemeltetési költségek az utóbbiakból adódnak. A folyadék átemelése 1 W, keverése 2 3 W, a levegőztetése 5 20 W teljesítményigényt jelent lakosonként. Az utóbbi a levegőztetés típusától, mélységétől, vezérlésétől függően változik. Az iszap mennyisége megfelelő előrothasztás esetén évente nem több egy köbméternél lakosonként. Ez családonként egy szippantókocsival történő iszapszállítást jelent, ha helyben az iszap nádágyas stabilizálása vagy szalmaágyas víztelenítése és komposztálása nem oldható meg. Szükségszerű, hogy napjainkban a szennyvíztisztítók kialakítása olyan legyen, hogy csak minimális felügyeletet igényeljen. Ez a vezérlése (levegőztetés, iszapelvétel) kellő kiépítését igényli, aminek ugyancsak megvan a maga beruházási költsége. Mindennek a tisztításnak a kialakítása persze jelentős kezelőtérfogat kiépítését jelenti, ami lakosonkénti napi 100 150 literes fajlagos vízfelhasználáshoz mintegy 0,2 0,3 m 3 eleveniszap-mennyiség (térfogat, amelyben az iszapkoncentráció mintegy 3 4 kg/m 3 ). A teljes medencetérfogat ennek általában duplája, sőt a legkisebb egységeknél akár a 2-3- szorosa a kiegyenlítő, előkezelő anaerob térrész és az utóülepítő miatt. A tisztított víz időszakos tározása a ciklikus öntözés érdekében ugyancsak növeli a térfogatigényt. Amelyik technológia a megépítendő térfogatokat csökkenteni tudja, a beruházási költségekben versenyelőnyre tehet szert. Mellette persze a folyadékmozgatás, levegőztetés berendezései is számottevő beruházást jelentenek. A szivattyúk és a levegőztetés szabályozása hasonlóképpen. Napjainkban a kis tisztítók esetében a lakosonkénti 150 300 ezer forint tekinthető mérsékelt beruházási igénynek. Ez azonban csak a kezelőberendezések költsége. Beépítésük és a tereprendezés költségeit nem foglalja magában (Marlett Kft. SINGULAR, MODULAIR; BK Kadex Kft. BIOCLAIR; AriÉpKft. BLG; ZAPF GmbH. KLARO). A fajlagos beruházási költség mellett az üzemeltetés költségének becslésére az ilyen berendezéseket gyártó cégek nem igen vállalkoznak, mondván, hogy ez függvénye az üzemeltetésnek is. Ez igaz, de a korábbiakban megadott fajlagosok alapján legalább a tisztítás energiaköltsége elfogadható biztonsággal becsülhető lenne. Láthatóan a levegőztetés (oxigénbevitel) hatásfoka az üzemeltetésre legérzékenyebb tényező. Ez
azt jelenti, hogy gyakorlatilag az határozza meg az ilyen kis egységek fajlagos energiaköltségét. Ez 10 25 W/fő d = 0,24 0,60 kwh/fő d, ami forintosítva lakosonként 5 12,5 forint naponta. Ha ezt egy lakos vízfogyasztására visszaszámoljuk, 35 82,5 Ft/m 3 energiaköltséget jelent a tisztításnál. Jó anaerob kiegyenlítés, előtisztítás esetén ez azonban a felére is csökkenhet. Ehhez adódik azonban a beruházási költség amortizációja vagy kamatterhe, ami 20%-os kamattal számolva 82 164 Ft/fő d, tehát az energiaköltség 3 4-szerese. A számítás azt bizonyítja, hogy a tisztítás összes fajlagos költsége a beépítést, tereprendezést is figyelembe véve még mindig 120 250 Ft/m 3 között maradhat. Az így megtisztított szennyvizet öntözésre felhasználva tehát bőven megtakarítható a szennyvíztisztítás költsége. Még akkor is, ha az öntözésre felhasználásra kerülő, szeparált vízórával mért öntözővíz után csak a vízdíjat kell megfizetni. Érdekes egyébként a környezetterhelési díj szabályozása ilyen tekintetben, amely az öntözővízre is érvényesíteni kívánja a környezetterhelési díjat. Furcsa lenne, ha azt az öntözésre újrahasznosuló tisztított vízre is be kívánnák hajtani. A bemutatott szennyvíztisztító típus több-kevesebb iszapot termel az anaerob előkezelés viszonylagos mérete, hatásfoka függvényében. Az onnan kivett iszap víztelenítés nélkül stabilizálható kis folyadék - terhelésű nádágyon, vagy annak a nagyobb terhelésű drénezett változatán. A medence fenekéről eltávolítandó iszapmennyiség szárazanyagában töredéke a nagy telepek fölösiszaphozamának. Elhelyezése nem igényel jelentős területet, nehéz ugyanakkor az ilyen iszapelhelyezés engedélyeztetése a hazai szabályozás miatt. Éppen ezért az elöntözési tapasztalatai is meglehetősen hiányosak. Biofilmes és hibrid rendszerek A biofilmek esetében a felszíni és a mélyebb rétegek mikroorganizmusainak a tápanyag-ellátottsága nagyon eltérő. A felületi vízrétegből az oxigén is csak mintegy 0,1 mm mélységig hatol be a filmbe. A mélyebb rétegekben ezért anaerob tápanyaglebontás folyik, ami a filmes rendszerek iszaphozamát az eleveniszaposakéhoz képest a töredékére csökkenti. Emellett a biofilmben a nitrifikálók elszaporodásának lehetőségei is kedvezőbbek, mint az eleveniszap pelyhecskéiben. A vastagabb filmekben a szimultán denitrifikáció is igen számottevő. Mindezeket az előnyöket a tisztán filmes vagy eleveniszapos biofilmes, úgynevezett hibrid rendszerek igyekeznek hasznosítani.
Műanyag töltetes csepegtetőtestek Ezeket ebben az üzemméretben nem különösebben építik. Valószínű oka talán az, hogy azokat mindenütt szabadban telepítették eddig a levegőztetésük megkönnyítésére. Elvileg azonban zárt térben, akár a föld felszíne alatti, lehűléstől jobban védett medencékben is kiépíthetők. Ezzel környezetérzékenységük (lehűlés) mérsékelhető. Télen egyébként nálunk szabadban semmiképpen nem üzemeltethetők. Zárt térbe történő építésük esetén sem biztos azonban hogy télen is jól nitrifikálnák a lakossági szennyvizet a biofilmként kialakuló viszonylag kis iszaptömeg miatt, ami könnyen túlhűlhet. A környezet vagy a levegő fűtése természetesen irreális. Az elárasztott töltetes, úgynevezett hibrid (biofilmes, bioszűrős, de részben eleveniszapos) megoldások Ma nem sokban különböznek az eleveniszaposaktól, csupán kisebb nagyobb rögzített filmes, műanyagtöltetes betétet tartalmaznak. Mint a nagy kapacitású telepeknél, a hibrid megoldást azonban célszerű itt is külön csoportban vizsgálni. Hasonlósága az eleveniszaposhoz azt is jelenti, hogy vagy térben, vagy időben ciklizálva lehet abban a denitrifikációt biztosítani, bár némi szimultán denitrifikációja szükségszerűen a lebegő iszaprésznek és a filmnek is van. Az utóbbiak mértéke a levegőztetés szabályozásától függ. Ebben a mérettartományban a levegőztetésük a korábban ismertetett változatokéhoz hasonlóan idővezérelt. Hazánkban a kis szennyvíztisztítók kategóriájában ebben a típusban eddig csak olyan egységet ajánlottak, ahol a biofilm hordozó hexacell vagy más profilirozású, nagy felületű műanyag betét (Polyduct Rt. POLYDUCT; Sollerter Kft. ECO-LINE). Zavarja a biofilm ciklusait, hogy a nem levegőztetett térben az anoxikus szakaszban a keverés, folyadék- és tápanyagmozgatás nehezen biztosítható. Az elkülönített anoxikus és oxikus térrel is rendelkezőknél ez a probléma ugyan nem áll fenn, az iszapos víz cirkulációja ugyanakkor többletenergiát igényel. A levegőztetést és az iszap visszaforgatását az ülepítőből, célszerű lehet egyetlen levegőellátó egységgel megoldani. A merülőbetét alatt megfelelő szabad teret hagyva, onnan az oxigénellátás buborékoltató, ejektoros vagy egyéb mechanikus (keverős) légbevitellel is biztosítható. Mindezekkel sem könnyű a biofilm egyenletes levegőellátása, a biofilm berothadásának a megakadályozása a hor-
dozó teljes tömegében. Talán ezért is ez a típus a gyakorlatban eddig még alig terjedt el. Lecsurgó filmes és elárasztott töltetes biofilmes típusok Azért nem terjedtek el különösebben a lakossági szennyvizek tisztításában, mert a levegőztetése komplikált, iszaphozama pedig nagy fajlagos terhelésnél gyakori felülettisztítást, biofilm lemosást, iszapöblítést igényel. Két ilyen berendezéstípus is ismeretes azonban hazánkban a szűrőknél jellemző 3 6 mm átmérőjű töltőanyaggal, amely természetesen a bennük kialakuló biofilm jellegét, működését is alapvetően módosítja. Az egyik lecsurgó filmes, külön levegőztetés nélküli (Szebeton), a másik elárasztott üzemű, alulról levegőztetett rendszer (Aquabiotec Kft.). Mellettük most jelent meg a piacon egy finom rostos töltőanyagot használó, igazán szűrőnek tekinthető tisztítótípus, amely elvében az előző kettőhöz hasonlóan biofilmes megoldás (Frama Hungaria Kft. BAAS). Az első lecsurgó filmes, apró granulátumtöltettel. A töltet minősége a térfogatsúly csökkentése, s vele a fajlagos felület növelése érdekében fontos. Kis fajlagos terheléssel üzemeltetve teljes biológiai oxidációt, elfogadható nitrifikációt, s hasonló denitrifikációt biztosít. Ezek nagy előnye ugyanakkor az energia megtakarítása, nincs szükségük ugyanis gépi levegőbevitelre. A nedvesítő folyadékot megfelelő szivattyú cirkuláltatja a töltet felszínére (többszörös recirkuláció). Az oxigénnel telített víz onnan többé-kevésbé folyamatosan csurog át a tölteten, biztosítva a biofilm nedvesítését, tápanyag- (szerves anyag, ammónium és nitrogén) ellátását. A levegőztetés energiaigényét ennél a megoldásnál a folyadékforgatás energiaköltsége veszi át. Ez nem nagyobb, mint a gépi levegőztetésé, de csak akkor biztosít jó levegőellátást, ha a töltet hidraulikus és biológiai terhelése is elég kicsi. Ez viszont a beruházásigényt emeli meg jelentősen. Éppen a kis terhelés miatt az iszap akkumulációja a tölteten minimális, ami tartós használatot biztosíthat iszapelvétel nélkül is. A nitrifikáció és denitrifikáció is jó az ilyen rendszerben, a foszforeltávolítása ugyanakkor a korábban bemutatott eleveniszapos és fakultatív egységnél is gyengébb. Speciális töltettel ez ugyan javítható, azonban annak a hatása is csak időleges. A töltet eltömődése mindenképpen nagy kockázatot jelent. A felülről történő nedvesítés miatt az eltömődés végzetes lehet, ami azután a töltet cseréjét igényli. Föld alatti, fedett kialakítás esetén ez rendkívül költséges, amiért is ez a megoldás inkább csak elvi lehetőség.
A második típusberendezés elárasztott ágyas, hasonló töltettel. Ez viszont a dél-pesti telepen nitrifikációs céllal, ugyan minimális szervesanyag-terheléssel, de 60 ezer m 3 /d kapacitással üzemel. Levegőztetése a töltetréteg alól történik, ami a jó oxigénellátottságot, s a film időszakos vékonyítását, visszamosását is lehetővé teszi. Fontos hangsúlyozni, hogy ez a megoldás ott utónitrifikációra szolgál. Kis telepekre, lakossági szennyvíz tisztítására javasolja a gyártó azt a változatát, amelynél a henger alakú medencében szegmensenként nyílik lehetőség a túlszaporodott biofilm eltávolítására, a töltet visszamosására, s ezzel a tisztítás folyamatos üzemeltetésére. A tisztítás elvén túl azonban a forgalmazó keveset árul el a rendszeréről, amely a speciális kialakítás, töltet, üzemeltetés miatt lehet viszonylag költséges. Elvében ugyanakkor jó megoldásnak tekinthető. Ez a típus hosszú távon valószínűleg szeparált nitrifikáló egységként építhető be igazán hasznosan, mint ahogyan a dél-pesti telepen is történt. A nitrifikáció ilyenkor 0,4 0,6 kg N/m 3 d fajlagos teljesítménnyel is lehetséges abban, ami az eleveniszapos medence teljesítményének a tízszerese, s így az elkülönített lépcsőben való kiépítést célszerűsítheti. Előnye, hogy a vizét ülepítés nélkül vissza lehet vinni az első lépcsőre, denitrifikációra. Ez a recirkulációs áram ugyanakkor megnöveli az első lépcsőnek a folyadékterhelését (ülepítőjének a térfogatigényét). Egyszerűsíthető vagy javítható a biofilm, illetőleg szennyvíz oxigénellátása, ha a töltetet rétegesen helyezik el megfelelő tartószerkezeten. Ha döntően csak nitrifikál a szűrő, kicsi a töltet, illetőleg a biofilm eltömődésének a veszélye. Ehhez azonban a szerves anyag előzetes hatásos eltávolítása kell. Ez elvileg egy eleveniszapos előkezeléssel vagy az első szűrőrétegek megfelelő kialakításával, időszakos cseréjével, tisztításával lehetséges. A szervesanyag-terhelés csökkentésével úgy tűnik, egy felső szűrő- vagy vízrétegben a szerves anyag (iszaphozam) kellő visszatartása megoldható, s annak a karbantartása csak évi egyszeri szűrőtisztítást jelent. Mindez persze csak megfelelő anaerob vagy aerob szennyvíz előtisztítással kombinálva lehetséges (Frama Hungaria Kft. BAAS). Ez a berendezés az előzőekkel szemben folyadékrecirkuláció nélkül biztosítja a gyakorlatilag teljes nitrifikációt, s mintegy 60 80%-os denitrifikációt. A biofilmes rendszer tapasztalataik szerint kialakítható elárasztott szűrőként is több ilyen réteg egymás fölötti elhelyezésével, s azzal a szűrőrétegekre lecsepegő folyadék ciklikus levegőztetésével. Ez persze nem jelenti, hogy ezt a szűrőelvet hasznosítva más kialakításban, töltettel, netán a nitrátos víz recirkulációjával ne lehetne még jobb nitrogéneltávolítási hatásfokot elérni.
Ilyenkor a legfelső szűrőrétegen a szerves anyag teljes oxidációjával annak széntartalma gyakorlatilag szén-dioxiddá alakul, ami a nitrifikáció hidrogén-karbonát igényét biztosítja. A nitrifikáció a további rétegekben a jó oxigénellátottság révén teljes lehet. A denitrifikáció ugyanakkor a biofilmben csak a víz cirkulációjával a felső rétegekben, vagy az előtisztító terekben biztosíthatja az elfolyó vízre előírt legszigorúbb értékeket. A kis tisztítókra vonatkozó jó nitrifikációs, de mérsékeltebb nitrogéneltávolítási követelményeket ugyanakkor 5 6 o C vízhőmérséklet fölött, ami a föld alatt kiépítve könnyen biztosítható, kielégítheti. Fontos kérdése az utóbbi megoldásoknak a hordozórétegek kialakítása, egyenletes elosztása, nedvesítése, levegőztetése. A támasztófelületnek olyannak kell lenni, hogy a töltet azon ne hulljon le, a vizet pedig megfelelően áteressze. A rétegek tartóelemeit a töltetrétegek vastagsága, tömege szerint kell méretezni. A töltet, s maga a tartórács is biofilmhordozó ilyenkor. A megoldás régóta ismert, a nitrifikáló száraz homokszűrőkéhez hasonló, s a rétegezésre ugyanúgy a megfelelő oxigénellátás érdekében van szükség. A BAAS megoldás szűrőinél a legfelső réteg felületén lévő, vízelosztó funkciót ellátó mintegy 1 cm vastagságú polipropilén szűrőréteget évente csak egyszer kell megtisztítani az iszapeltömődéstől. Az említett vízelosztó szerepet betöltő réteg alatti, mintegy 10 cm vastagságú bazaltréteg tisztítására az alsóbb rétegekhez hasonlóan nincs is szükség. Természetesen ez csakis a szervesanyag-terhelés anaerob előtisztítással történő kellő mértékű csökkentésével érhető el. Az anaerob rész iszaphozama ugyanakkor a kellően nagy anaerob előkezelő térfogat és megfelelő kialakítás eredményeként olyan kevés, hogy az előrothasztó medencékből 20 25 lakosonként évente csak 1 szippantó (3 5 m 3 ) humifikálódott maradékot kell eltávolítani. Ezt az iszaphozamot egyébként más hasonló előkezelést alkalmazó megoldások is igazolják. Az ilyen anaerob előtisztításhoz, valamint kellően kis terhelésű biofilmes utótisztításhoz szükséges összes kezelőtérfogat persze jelentős. Ezzel szemben az üzemeltetési költségei az eleveniszaposakéhoz viszonyítva elenyészők. Ilyen szűrőtípus napjaikban 125 ezer Ft/fő költséggel vásárolható. Ebben a költségben az előtározó anaerob terek is benne vannak. Az üzemeltetési költsége a korábbiakéval szemben minimális, hiszen a folyadék egyszeri vagy kétszeri emelésén túl nincs benne recirkuláció, s nincs szüksége levegőbevitelre sem. Érdekes megfigyelés az utóbbi típusnál, hogy a levegőztetés szabályozásával (mérséklésével) a nitrogéneltávolítás hatásfoka növelhető. Ez
is azt látszik bizonyítani, hogy biofilmben az eleveniszapos rendszereknél domináns nitráton keresztül történő heterotrof denitrifikáció mellett talán autotrof nitrit és ammónium összekapcsolódás is bekövetkezhet (Mulder, A. 2003). Az utóbbi biofilmes megoldások jó téli nitrifikációs kapacitása azonban már önmagában is alátámasztja, hogy biofilmes nitrifikáló egységeknek a fejlesztésével a jövőben érdemes lesz többet foglalkozni. Összefoglalás A lakóházak, lakáscsoportok szennyvíztisztítására többféle lehetőség is adódik. A hagyományos eleveniszapos megoldások ugyanolyan jók lehetnek, mint a biofilmes megoldások, speciálisan kialakított biológiai szűrők. Az utóbbiak között a természetes, növényzetes szűrőket ugyanakkor a téli vízhőmérséklet-csökkenés miatt csakis utószűrőként, egyenletes folyadékelosztó feladattal célszerű beilleszteni a mesterségesnek nevezett tisztítást követően. Az ilyen tisztítás iszapjának a stabilizálásában, komposztálásában ugyanakkor a növényzetes szűrőknek meghatározó szerep juthat a jövőben. Köszönet Köszönet illeti az ismertetőben névvel említett cégeket, akik reklámanyagaikkal hozzájárultak, hogy ez az anyag elkészülhessen. Egyben elnézést is kérek, ha ezekből a reklámanyagokból valamelyik típusnak a működési alapelveit félreértettem volna. Hivatkozások Hartmann L.: A szennyvíztisztítás kialakulása, fejlődése napjainkig. A szennyvíztisztítás fejlődése a XX. században eleveniszapos tisztítás tervezési irányelvei. Ismeretgyűjtemény, 2001. 1 2. sz. Veszprémi Egyetem KmKTT (Szerk.: Kárpáti Á.) p. 1 15. Kárpáti Á.: A szennyvíztisztítás környezetbarát lehetőségei ritkábban lakott térségekben. = Vízügyi Közlemények, 83. k. 2. sz. 2001. p. 237 249. Kárpáti Á.: A szennyvíztisztítás követelményei és a tisztítótelep típusválasztási lehetőségei Magyarországon. = MASZESZ Hírcsatorna, 2003. máj. jún. p. 3 11. Kárpáti Á.: Az eleveniszapos szennyvíztisztítás részműveletei, méretezésük és kiépítésük. = MASZESZ Hírcsatorna, 2003. júl. aug. p. 2 9.
Kárpáti Á.; Taxner Gy.: Iszapstabilizálás és -elhelyezés lehetőségei kis települések szennyvíztisztításánál. A Szennyvíztisztítás hazai tapasztalatai és a szennyvíziszap kezelés, hasznosítás lehetőségei. Ismeretgyűjtemény, 2004. 10. sz. Veszprémi Egyetem KmKTT (Szerk: Kárpáti Á.) p. 69 75. Mulder, A.: The quest for sustainable nitrogen removal technologies. = Water Science and Technology, 48. k. 1. sz. 2003. p. 67 75.