Bükkszéki szennyvíztelep technológiájának korszerűsítésére irányuló lehetőségek vizsgálata Szakdolgozat

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Hidrológiai Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék Bükkszéki szennyvíztelep technológiájának korszerűsítésére irányuló lehetőségek vizsgálata Szakdolgozat Készítette: Hegedűs Beatrix Szakirány: Geokörnyezetmérnök Konzulensek: Dr. Takács János egyetemi docens, ME Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Dávidné Nagy Zsuzsanna szennyvíztechnológus ÉRV ZRt. 1

Miskolc, 2013. május 8. Eredetiségi Nyilatkozat Alulírott Hegedűs Beatrix, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a diplomatervet / szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a diplomatervben csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Miskolc, 2013. május 8.... Hegedűs Beatrix 2

Tartalomjegyzék 1. Bevezetés... 5 2. A vizek általános jellemzői... 6 2.1. Felhasznált vizeink... 7 2.1.1. Emberi felhasználás... 7 2.1.2. Ipari felhasználás... 8 2.1.3. Mezőgazdasági felhasználás... 8 2.1.4. Egyéb felhasználás... 8 2.2. Felhasznált vizek kezelése... 9 2.3. Vízszennyezés... 9 2.4. Vízszennyező anyagok... 10 2.4.1. Fizikai vízszennyezők... 10 2.4.2. Kémiai vízszennyezők... 11 2.4.3. Biológiai vízszennyezők... 11 2.4.4. Szerves vízszennyezők... 12 2.4.5. Szervetlen vízszennyezők... 12 2.4.6. Egyéb szennyezők... 13 2.5. Szennyvizek fajtái... 13 2.5.1. Kommunális szennyvizek... 14 2.5.2. Ipari szennyvizek... 14 2.5.3. Mezőgazdasági szennyvizek... 14 3. Jogi háttér... 15 3.1. Jogszabályok... 15 3.1.1. 28/2004. (XII.25.) KvVM rendelet... 15 3.1.2. 220/2004. (VII.21.) Korm. rendelet... 16 3.1.3. 2003. évi LXXXIX. törvény... 16 3.2. EU direktívák... 16 3.2.1. 91/271/EGK (1991. május 21.)... 17 4. Általános szennyvíztisztítás... 18 4.1. Mechanikai eljárások... 19 3

4.2. Biológiai tisztítás... 22 4.1.1. Aerob biológiai tisztítás... 25 4.1.2. Anaerob biológiai tisztítás... 29 4.3. Szétválasztás és módszerei... 30 4.4. A lebontást segítő fizikai kémiai szennyvíztisztítás... 31 4.5. A biológiai tisztítás során keletkező anyag: iszap... 33 5. Bükkszék község és a szennyvíz tisztítótelepe... 33 5.1. Bükkszék általános bemutatása... 33 5.2. Bükkszék községi szennyvíztisztító telep... 35 5.3. A telep technológiája... 36 5.2.2. A szennyvíztisztító telepen üzemelő műtárgyak... 43 5.2.2.1. Rács... 44 5.2.2.2. Előülepítők... 45 5.2.2.3. Oxidációs árok... 46 5.2.2.4. Utóülepítő... 47 5.2.2.5. Fertőtlenítő medence... 50 5.2.2.6. Iszapelhelyezés... 51 5.2.3. A tisztított szennyvíz elvezetése... 51 5.3. A fejlesztés szükségessége... 52 6. A fejlesztés módjai... 52 6.1. Technológiák... 53 7. Új technológia kialakítása... 53 7.1. Csepegtetőtestes szennyvíztisztítók... 53 7.2. Biofilmes merülő tárcsás berendezések... 54 7.3. Eleveniszapos reaktor... 55 7.4. Teljesen új technológia kialakítása... 55 8. A kiválasztott új technológia bemutatása... 55 8.1. Gazdasági számítás... 56 9. Összefoglalás... 58 Irodalomjegyzék... 61 4

Ha létezik varázslat ezen a bolygón, egészen biztosan a vízben rejtőzik. LOREEN EISELEY (1907-1977) 1. Bevezetés A föld vízkészletének ősidők óta fontos szerepe van a földi életben, ugyanis az élőlényeknek, növényzetnek nélkülözhetetlen az élethez. Folyamatosan változik, ezt a folyamatot vízkörforgásnak vagy hidrológiai ciklusnak is nevezzük. A természetes vizek körforgása folytonos, ezt a nap energiája biztosítja. E fázisban részt vesznek a felszín alatti és a felszíni vizek, továbbá a légkör és a talaj víztartalma is. A Föld vízháztartása egyenletes, tehát a bolygó vízkészletét többnyire hosszabb ideig állandónak tekinthetjük. A víz a legtermészetesebb anyag, vegyület a Földön. A Föld felületének közel 70%-át víz borítja, valamint az emberi test körülbelül 70%-át víz is alkotja. A földi vízkészlet legnagyobb része (98%) óceán, tenger, édesvíz csak igen kis mennyiségben van jelen. A víz fontos szerepet tölt be a társadalmi-gazdasági fejlődésben is. A vizet az élet szinte minden területén használjuk: ivóvízként, a közlekedésben, tisztálkodáshoz, mosáshoz, energiaforrásként, vízi sportokhoz, üdüléshez, iparban és mezőgazdálkodáshoz is. A tengerek, óceánok vize magas sótartalmuk miatt nem fogyaszthatók és alkalmatlanok egyéni és ipari felhasználásra is. Ez az oka annak, hogy az édesvizeket használjuk a mindennapjainkban. Ilyen víz például a folyók, patakok vize, a források vize vagy a talajvíz is. Manapság már a természetben előforduló vizek vegyileg tiszta állapotban nem fordulnak elő, s így közvetlenül fogyasztásra nem alkalmasak. Emiatt szükséges a vizeket tisztítani, az ivóvizet előállítani, mielőtt a felhasználókhoz kerülne. A vizek szennyezettségét okozhatja maga a természet, de a jelentősebb szennyezésekért az ember a felelős. Minden szennyezett víz szennyvíznek tekinthető. Ezeket a szennyezett vizeket tisztítatlanul nem lehet a környezetbe kiengedni, vagy újrahasznosítani az iparban, emiatt szükséges ezeket tisztítani. Ezért választottam témámnak a Bükkszéki szennyvíztelep technológiájának korszerűsítésére irányuló lehetőségek vizsgálatát. 5

2. A vizek általános jellemzői A természetes vizek összetétele nagyon változó, a kémiailag tiszta víz összetételét leginkább a csapadékvíz közelíti meg. A víz természetes állapotában átlátszó, színtelen és szagtalan. A természetben a víz felszíni és felszín alatti víz, valamint csapadék formájában fordul elő. A vizek minőségét az oldott sók, ásványi anyagok befolyásolják, de találhatunk benne szennyeződéseket is. A csapadék víz a levegő páratartalmából alakul ki és már keletkezése pillanatában gázokat old ki. A csapadékvíz a földfelszínre jutva beszivárog a talajba vagy elpárolog, vagy a felszíni vizekbe folyik. A patakokat folyókat tehát a csapadék vize táplálja, amely tovább folyik tavakba, tengerekbe. A folyók, patakok és a tavak vizek tehát hasonló eredetű, azonban eltérő a kémiai összetételük, nem is beszélve a tengerek vagy óceánok vizeiről. A víz minőségét tekintve jelentős különbség van a felszíni és a felszín alatti vizek között is. Míg a felszíni vizekre jellemző a gyakori, periodikus vízminőség változás, addig a felszín alatti vizek minősége stabil vagy lassan változó. A felszín alatti vizek minősége hosszú távú igénybevétel esetén változhat, azonban a felszíni vizek esetében előfordulhatnak szennyeződések, de ezek legtöbbször gyors lefolyásúak. A vízhőmérséklet tekintetében is hasonló a helyzet: a felszíni vizeké folyton változó, a felszín alatti vizeknél azonban állandó. A víz minőségét sokféle, egy időben lejátszódó és egymást befolyásoló folyamat alakítja. E folyamatok lehetnek fizikai, kémiai vagy biológiai folyamatok. A víz fontosabb fizikai tulajdonságai közé tartozik a sűrűség, a viszkozitás, lebegőanyag-tartalom, felületi feszültség, de mindközül a legfontosabb a vizek oldott gáztartalma. A vizekben is ugyanolyan fontos az oxigén jelenléte, mint az emberek számára a légkörben, mivel a vizekben élő szervezetek többsége aerob élőlény, így igénylik az oxigént. Akadnak azonban olyan élőlények is, amelyek oxigén jelenléte nélkül is életképesek, ezek az anaerob élőlények. Kémiai jellemzők közül fontos megemlíteni a ph tartalmat, amely a hidroxidion negatív tízes alapú logaritmusa. E komplex vegyület az élet minden területén jól alkalmazható, nélkülözhetetlen és sokrétű felhasználást biztosít számunkra. 6

2.1. Felhasznált vizeink Az ember általi vízfelhasználás egyre nagyobb mértékű, mind a hétköznapokban, mind a mezőgazdaságban, vagy az iparban. Az ember napi vízigénye 1,2-1,5 liter, azonban ennél jóval nagyobb egy átlagos városi ember vízhasználata (körülbelül 150-300 liter). Mint már említettem, az élet szinte minden területén az édesvizeket használja az ember, azonban növekvő problémát jelent az édesvízkészletek csökkenése. A vízkészlet csökkenésének megakadályozása érdekében szükségszerű a vízgazdálkodás. A vízgazdálkodásnak két feladatot kell megoldania: elegendő vizet kell biztosítania az emberek, a mezőgazdaság, az ipar igényeinek, emellett gondoskodnia kell a vizek természetes állapotának megóvásáról és a szennyvizek elvezetéséről. 2.1.1. Emberi felhasználás A vizek felhasználása rendkívül változatos, a leggyakoribb felhasználási területei: víziközmű-ellátás, ivóvíz, ipari- és mezőgazdasági vízhasználat. A lakossági vízfogyasztás napjainkban igen nagymértékű, ez személyenként körülbelül 200 liter naponta, ugyanakkor ez országonként eltérő. Az ivóvíz az ember számára nélkülözhetetlen, azonban az ember okozta szennyezések következtében a természetben található vizek jelentős része közvetlen emberi fogyasztásra alkalmatlan. Ivóvíznek tekinthető az a víz, amely megfelel az aktuális ivóvíz szabvány követelményeinek. Az ivóvízzel szembeni elvárások: Legyen színtelen, szagtalan, kellemes ízű; hőmérséklete: 8-12 C közötti. Ne tartalmazzon: kórokozó mikroorganizmusokat, illetve mérgező anyagot; lebegő anyagot valamint kellemetlen ízt, szagot okozó anyagot sem. Az ivóvíz előállításához a nyersvizet felszíni vagy felszín alatti vízből nyerik, Magyarországon elsősorban felszín alatti vízből. 7

2.1.2. Ipari felhasználás Az ipar hozzávetőlegesen annyi vizet használ fel, mint a lakosság és a mezőgazdaság együtt. A vízfelhasználás nagyon változatos, beszélhetünk fűtő- és hűtővizekről, technológiai vizekről, amelyek a különböző ipari technológiák mosó, áztató, osztályozó vagy például oldó vizei, nem utolsósorban pedig a szociális célokra igényelt vizekről. Használhatjuk a vizet energiatermelésre is. 2.1.3. Mezőgazdasági felhasználás A világon felhasznált víz körülbelül 70-73 %-át a mezőgazdaság használja fel, a legtöbb vizet pedig a növénytermesztés igényli. A növénytermesztés elsősorban a talajt szennyezi, a folyamat során felhasznált kémiai anyagokkal, ezek esőzés által jutnak a talajba, majd mélyebbre, a felszíni vizekbe. A másik nagy terület az állattenyésztés. Az állatok itatása, tisztán tartása is sok vizet igényel, ráadásul a telepek, ahol tartják őket, tisztítása is nagy vízhasználattal járhat, s ez a víz még szennyezi is a természetes vizeket. 2.1.4. Egyéb felhasználás A turizmusba is fontos szerepet tölt be, nemcsak a vendéglátó egységekben, szállodákban, hanem a kikapcsolódásban is (tengerpart, medencék vize). A vízi sportok is nagy népszerűségnek örvendenek. Nem utolsósorban közlekedési útvonal, s már az ókorban kereskedelmi útvonalként is használták, ezen kívül pedig élelmet is biztosít számunkra a benne élő növényekkel, állatokkal, amelyekhez halászat, horgászat útján jutunk hozzá. Jelenleg a fejlett országok legalább 2-szer több vizet használnak fel, mint amennyire valójában szükségük lenne. Emiatt rohamosan fogy a rétegvíz készlet és csökken a talajvíz szintje. Ezzel szemben egyes országokban a vízhiány jóval nagyobb, s igen nagy fontosságú a szennyezett vizek tisztítása, valamint előtérbe kerülhet a tengervíz sótalanítása. 8

2.2. Felhasznált vizek kezelése A felhasználás során a természetes vizek szennyeződnek, elsődlegesen a felhasználás, másodlagosan valamely termék előállítása során. A csökkenő vízkészlet és a vízgazdálkodás koncepciójának figyelembevételével ezeket a vizeket az emberiség és a kor legjobb tudása szerint tisztítani szükséges. 2.3. Vízszennyezés Vízszennyezés minden olyan hatás, amely a felszíni és felszín alatti vizeink minőségét megváltoztatja olyan mértékben, hogy alkalmassága az emberi használatra és a benne végbemenő természetes életfolyamatok fenntartására csökken, esetleg meg is szűnik (1. ábra). 1 A vízszennyezés lehet pontszerű vagy diffúz. A pontszerű vízszennyezés helye jól meghatározható, azonban a diffúz szennyezés esetében nagy területen terjed ki a szennyezés és időbeli kiterjedése sem adható meg pontosan. A szennyezés az emisszióval kezdődik, tehát a vízbe kerül a szennyező anyag. Ezután az a vízben terjed, esetleg át is alakul ez a transzmisszió s így kisebb-nagyobb víztömeg szennyeződhet el, ezt nevezzük imissziónak. A szennyező anyag kiterjedését illetőleg beszélhetünk lokális, regionális vagy akár kontinentális szennyezésről. 2 1 LICSKÓ ISTVÁN SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ELŐADÁS, (2009. 02.09.) 2 SZABÓ M. ÉS TÁRSAI A KÖRNYEZETVÉDELEM ALAPJAI (2012.) 9

2.4. Vízszennyező anyagok 1. ábra: A vízszennyezés módjai Forrás: Thyll, 1998 Szennyvíznek nevezhető minden olyan víz, amely szennyezett. Manapság a szennyvizek fő forrása az ember s ebbe minden ipari jellegű és egyéb szolgáltató által termelt szennyvizet is beleértünk. 3 2.4.1. Fizikai vízszennyezők A fizikai vízszennyezők közül a kolloidok és a finom szemcséjű anyagok a vizek zavarosságát okozzák. Ennek következménye az öntisztulás akadályozása, mert csökkentik a fotoszintézist. A tenzidek, valamint a detergensek vízben jól oldódó felületaktív anyagok, melyek csökkentik a felületi feszültséget és a habképződést is elősegítik. Továbbá a víz oxigénháztartását is megváltoztatja, mivel a gázok oldhatósága a hőmérséklet növekedésével csökken. 3 ÁBRAHÁM F. ÉS TÁRSAI A SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ALAPJAI (2007) 10

2.4.2. Kémiai vízszennyezők A kémiai vízszennyezők igen nagymértékben fordulnak elő a vizekben. A műtrágyák nitrogén-vegyületek ide tartoznak, s egyik legfontosabb jellemzőjük, hogy nagy a vízoldhatóságuk. Főként a nitrát-ion jut nagyobb mennyiségben a vízbe. Manapság igen nagy gondot jelentenek a vizekbe kerülő gyógyszer, alkohol valamint drogmaradványok. Vizsgálatok kimutatják, hogy egyes antibiotikumok, rák ellenes szerek valamint fájdalomcsillapító szerek nem tudnak lebomlani és nem is távolíthatók el a szennyvíz iszapjából. 4 2.4.3. Biológiai vízszennyezők Leggyakrabban települési vagy ipari szennyvizek hatására jön létre. A vírusok az ivóvízből nehezen eltávolítható, kis méretű, ellenálló szervezetek. Ezek veszélyt jelentenek az emberre, járványokat okozhatnak. A baktériumok a vírusokhoz hasonlóan veszélyeztetik az embert fertőzésekkel. Az elsődleges termelő szervezetek, mint például a hínár, fitoplanktonok, egyéb mocsári növények száma megnő. Ezt a tápanyag feldúsulása okozza, amit eutrofizációnak nevezünk. Beszélhetünk természetes és mesterséges eutrofizációról. 5 A természetes eutrofizáció igen lassú folyamat, a mesterséges viszont aránylag gyorsan végbemegy és látványos algásodás, hínárosodás kezdődik, amely sok problémát okozhat például vízkivételi művekben, halak pusztulhatnak ki, ráadásul esztétikai és egészségügyi okokból is kedvezőtlen. 4 HTTP://WWW.SCIENCECAFFE.COM/HU/SCIENCECAFFE/HU/SZABAD- KULCSSZAVAK/GY%C3%B3GYSZERMARADV%C3%A1NYOK-K%C3%B6RNYEZETBEN.HTML 5 HTTP://WWW.SZENNYVIZTUDAS.BME.HU/TARTALOM/EUTROFIZ%C3%A1CI%C3%B3 11

2.4.4. Szerves vízszennyezők A szerves szennyezőanyagok oxidálódnak, bomlanak. Jellegzetességük, hogy csökkentik a víz oxigéntartalmát. A szerves anyagok igen változatosak és igen nagy számban fordulnak elő. A szerves anyag tartalom jellemzésére a lebontáshoz szükséges oxigén igényt határozzák meg. A szerves anyagok oxidálása biológiai úton valósul meg. A levezetett mérőszám pedig: BOI, tehát Biológiai Oxigén Igény. A BOI meghatározása nem pillanatnyi mérésen alapszik, hanem az 5 nap alatt, 20 C -on kapott erjesztés során megkapott BOI 5 érték. Azonban nem lehet minden anyagot biológiai úton bontani, ebben az esetben a Kémiai Oxigén Igényt, tehát a KOI-t kell meghatározni. A legtöbb szennyező anyag nagy koncentrációban van jelen, s a vizek oxigéntartalmának csökkenésével fejti ki káros hatásait. Egy részük nehezen bomlik, ezeket mikroszennyezőknek nevezzük. Ilyenek a növényvédő- és rovarölő szerek, a kőolaj és származékai, a fenolok vagy a szintetikus mosószerek. 6 2.4.5. Szervetlen vízszennyezők Ezen szennyezőanyagok mennyiségét egyedi koncentrációjuk alapján lehet jellemezni. A szervetlen szennyezők mennyisége igen nagy és igen változatos lehet. Szervetlen szennyezők közé tartozik: Nitrogén: öt alakban fordulhat elő: elemi-, szerves-, nitrit- és nitrát nitrogén, valamint ammónia. Az elemi nitrogén vízben jól oldódik, ez nem jelent szennyezést. A nitrogén vegyületek változatos módon juthatnak a vizekbe: műtrágyából, szerves trágyából, szerves anyagok bomlása révén. Az ammónia a szerves nitrogénvegyületek bomlástermékeként kerül a szennyvízbe. Ez a vegyület a sejtmembránon áthatoló sejtméreg. Az ammóniát a nitrifikáló baktériumok oxidálják, közben oxigént fogyasztanak, és nitriteket, nitrátokat hoznak létre. A vizek magas nitrit-nitrát tartalma idézi elő az eutrofizáció jelenségét. 6 DR. TÖMÖSY LÁSZLÓ VÍZTISZTASÁGVÉDELEM-SZENNYVÍZTISZTÍTÁS (2004) 12

Foszfor: nem mérgező, de a vizek nagy foszfortartalma szintén eutrofizációt idézhet elő, a nitrogénhez hasonlóan. A foszfor vízbe jut emberi tevékenység során, továbbá műtrágyázással, valamint a természetben a kőzetek mállásterméke bomlásaként is. A foszfátok fémionokkal fémfoszfát vegyületeket képeznek, oldatból kicsapódnak. A legtöbb természetes rendszerben a foszfor alacsony mennyiségben van jelen. Toxikus fémek: a nehézfémek egy bizonyos mennyiségig esszenciális anyagok, mint például a cink, mangán, bróm, azonban egy adott koncentráció felett a fémek más része mérgező. Ilyenek az arzén, kadmium vagy például a higany. Mérgező hatása csak az oldott állapotban lévő fémszennyezőknek van. Szennyvizeink általában kis mennyiségben tartalmaznak csak ilyen fémszennyezőket. Cianidok: a cianid ion könnyen megkötődik az állati szervezetekben és mérgezést okoz. Már elég kis mennyiségű cianid is mérgezést eredményez. A cianid tartalmú vizeket közvetlenül a keletkezése helyén kell tisztítani az erős mérgező hatása végett. 6 2.4.6. Egyéb szennyezők Ebbe a csoportba sorolható a hőszennyezés is, ami a vizek túlzott hőterhelését jelenti, bár ez első sorban ipari szennyvizeknél jellemző, ahol a technológia hűtéséhez vizet használnak. Ennek következtében felborulhat az ökológiai egyensúly is. Itt kell megemlíteni a radioaktív izotópokat is. Ezek természetes vagy mesterséges forrásokból származhatnak. Természetes folyamatok eredményeként a 40 K, a 222 Rn és a 226 Rn lelhető fel, míg mesterséges izotópok közül például a 90 Sr vagy a 137 Cs. 2.5. Szennyvizek fajtái Keletkezésük, minőségük valamint tisztítás utáni felhasználásuk szerint a szennyvizek az alábbi csoportokba sorolhatók. 13

2.5.1. Kommunális szennyvizek A szennyvizeknek a három csoportja közül, a szakdolgozatomban én csak a kommunális szennyvizekkel foglalkozom bővebben, mivel a Bükkszéki szennyvíztisztító telepre is csak kommunális szennyvíz érkezik. Kommunális szennyvíznek nevezzük a lakosság által előállított szennyvizet, amibe beletartoznak az intézményi szennyvizek és a csapadékvíz is. A lakossági eredetű vízszennyezők nagyon változatosak és nagyon sokféle anyagnak a vegyülete. A kommunális szennyvizek fő jellemzője a magas szerves anyag tartalom és a nagyszámú mikroorganizmus. A szerves anyagok mennyisége több mint 50%, a friss házi szennyvíz ph-ja közel semleges. A lakossági szennyvizek összetételét, valamint az mennyiségét jelentősen befolyásolja a vízfogyasztás, vízfelhasználási szokások. Ha nagyobb a vízhasználat, hígabb lesz a szennyvíz, így kisebb a szilárdanyag tartalma és fordítva. A vízhasználat mellett más is befolyásolja a szennyvíz összetételét, például a lakosság életmódja. 2.5.2. Ipari szennyvizek Az ipari szennyvizek összetétele rendkívül változatos, ugyanis az adott ipartól függ, a gyártási folyamat során keletkező szennyvizektől. Összetételük jellemzően az adott üzem gyártási folyamata során keletkező szennyezőanyagokat tartalmazza. Az ipari üzemekben keletkező szennyvizek nagy mennyiségű káros és veszélyes anyagot tartalmazhatnak. Ilyen anyagot azonban előzetes tisztítás nélkül nem engedhetnek a közcsatornákba. Kezelésüket általában a keletkezésük helyén kell megoldani. 2.5.3. Mezőgazdasági szennyvizek A mezőgazdasági munkálatok során használt vizek egy része elpárolog, más része viszont közvetlen a környezetbe kerül vissza, tisztítás nélkül. Manapság a növénytermesztési technológiák fejlődésével nő a kemikáliák (műtrágyák, peszticidek) alkalmazása, az állattartásban pedig az alom nélküli állattartás terjed egyre inkább, s ezek 14

potenciális veszélyt jelentenek. Szennyezést okozhatnak még a különböző feldolgozó üzemek is. Ezek a szennyező anyagok a vízi környezetre közvetlen vagy közvetett veszélyt jelenthetnek. Közvetlen hatást gyakorol például az állattartásban keletkezett hígtrágya, közvetett hatást kiváltó pedig a különböző kemikáliák alkalmazása. Tisztítatlanul azonban ilyen szennyvizet sem engedünk a befogadóba. A tisztítási technológia megválasztása során figyelembe kell venni a bejövő víz mennyiségét, minőségét, a szennyvizet befogadó létesítmény fogadóképességét és ezek alapján meg kell felelni a határozatok, rendeletek által előírt szabályozásnak. A jogi rendeletek, törvények szabályozzák a beérkező, és befogadóba vezetett tisztított szennyvizek vízminőségi paramétereire vonatkozó határértékeket. Ezen jogszabályokkal az alábbi fejezetben foglalkozom részletesen. 3. Jogi háttér Általános értelemben a lakossági vízhasználat során keletkező szennyvizek közegészségünk és a vízi környezet jó állapotának biztosításához szükséges feldolgozása. Ennek a célnak elérését segíti, szabályozza a Magyar-, és az Európai Uniós Jogszabályok az alábbiak szerint. 3.1. Jogszabályok A vizekben található szennyező anyagok mennyiségét, koncentrációját, valamint a vizek tisztítását szabályozni kell. Ezek a 220/2004. (VII.21.) Korm. rendelet, a 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet és a 2003. évi LXXXIX. törvény segítségével valósíthatók meg. 3.1.1. 28/2004. (XII.25.) KvVM rendelet A 28/2004. (XII.25.) KvVM rendelet a vízszennyező anyagok kibocsátását szabályozza. A rendelet kétféle típusú határértéket tartalmaz. Az egyik a technológiai határérték, amely egyes gazdasági, háztartási, település-üzemeltetési tevékenységek általi szennyvíz kibocsátásra megállapított kibocsátási koncentráció, vagy fajlagos kibocsátási 15

érték. A másik a területi határérték, ami közvetlen a vízszennyező anyag bevezetésére a vízminőség-védelmi kategóriák figyelembe vételével megállapított koncentráció érték. Ezeken felül a hatóságoknak lehetőségük van a határértékek módosítására. 7 3.1.2. 220/2004. (VII.21.) Korm. rendelet A 220/2004 (VII.21.) Korm. rendelet a felszíni vizek védelméről szól, amelyben meghatározza a betartandó határértékeket. A rendelet meghatározza a felszíni vizek minőségének megóvását, javítását, valamint a vizek jó állapotának fenntartását. A jogszabályban foglaltak szerint kell eljárni víz- és szennyvíztisztítás során, valamint leírja, hogy milyen büntetések szabhatók ki különféle szabályszegésekért. A szennyezett felszíni vizek kármentesítését, annak folyamatát is ismerteti. 8 3.1.3. 2003. évi LXXXIX. törvény A 2003. évi LXXXIX. törvény a környezetterhelési díjról tájékoztat. A törvény célja, hogy alkalmazásával csökkentse a környezetbe jutó anyag- és energiamennyiséget, a környezet megóvása érdekében. Ez a törvény nem csak a vizek-, hanem a levegő- és talajterhelésről is rendelkezik. 9 3.2. EU direktívák Az Európai Unió nem jogszabályokat, hanem rendeleteket, direktívákat valamint döntéseket alkot. A direktíva a környezetvédelmi jogszabályok leggyakrabban használt típusa. Általános irányelveket, célkitűzéseket fogalmaz meg. 7 HTTP://WWW.DRV.HU/DRV/DRV_FILES/FILE/JOGSZABALYOK/28_2004%20KVVM%20REND.PDF 8 HTTP://NET.JOGTAR.HU/JR/GEN/HJEGY_DOC.CGI?DOCID=A0400220.KOR 9 HTTP://NET.JOGTAR.HU/JR/GEN/HJEGY_DOC.CGI?DOCID=A0300089.TV 16

3.2.1. 91/271/EGK (1991. május 21.) Az irányelv a települési szennyvizek gyűjtésére, kezelésére, valamint kibocsátására továbbá egyes ipari szennyvizek kezelésére és kibocsátására vonatkozik. Az irányelv célja a környezet megóvása az említett szennyvízkibocsátások káros hatásaitól. Az irányelv hatálya azon települések számára tartalmaz előírást, amelynél a lakosegyenérték 2000 feletti. Kötelezettségek vonatkoznak a 2000 lakosegyenérték fölötti agglomerációk elvezetésére és tisztítására, az engedélyezési rendszerre, valamint előírásokat ad meg a szennyvíziszap kezelésére. Az irányelvben meghatározott határértékek a Biokémiai Oxigénigényre, Kémiai Oxigénigényre, az összes lebegőanyagra, a teljes nitrogén tartalomra és az összes foszforra vonatkozóan a következők 10 (1. Táblázat). Paraméterek Koncentráció határértékek Biokémiai Oxigén Igény (BOI 5 ) 25 mg/l O 2 Kémiai Oxigénigény (KOI) 125 mg/l O 2 Összes lebegőanyag Összes foszfor Teljes nitrogén tartalom 2000 10000 LEE: 60 mg/l 10000 LEE felett: 35 mg/l 10000 100000 LEE: 2 mg/l 100000 LEE felett: 1 mg/l 10000 100000 LEE: 15 mg/l 100000 LEE felett: 10 mg/l 1. táblázat: A 91/271/EGK (1991. május 21.) által előírt határértékek Ezen direktívák, jogszabályok, rendeletek és a technológia fejlődése együttesen biztosítja a környezet szennyezésének az elkerülését. A technológiák kialakítása a 10 HTTP://WWW.AQUADOCINTER.HU/THEMES/VKI_HIREK/EU_JOGANYAG/31991L0271HU.PDF 17

szennyezés fajtájától, mennyiségétől függően eltérő, melyet az alábbi fejezetekben részletezek. 4. Általános szennyvíztisztítás A kibocsátott szennyvizek tisztítását nagymértékben befolyásolja a szennyvíz összetétele, tehát a szennyvíztisztítás alapjaiban hasonló, azonban merőben eltérő lesz a kommunális szennyvizek esetében. A szennyvíztisztítás alkalmával a szennyvízben található komponensek eltávolítása, átalakítása mechanikai (fizikai), kémiai módszerekkel történik, illetve mikroorganizmusok közreműködésével. A szennyvíztisztítás általános sémáját az alábbi ábra mutatja (2. ábra). A tisztítási eljárások során a szennyvízben lévő összes szennyező anyag eltávolításra kerül. A szennyeződés fajtája, mennyisége, minősége, befolyásolja a kiválasztott technológiát, de alapvetően a hatásmechanizmus ugyanaz az egyes szennyeződések esetén. A szennyeződés fajtája szerint megkülönböztetünk mechanikai, kémiai, biológiai eljárásokat. 2. ábra: Szennyvíztisztítás általános technológiája Forrás: http://kemtech.net/tkurzus/06_viz/06main.htm#09 18

4.1. Mechanikai eljárások A szennyvíztisztítás minden esetben mechanikai tisztítással kezdődik, ezt nevezzük elsődleges tisztításnak is. A mechanikai tisztításnak az a célja, hogy a nagyobb, szilárd szennyezőket leválasszuk annak érdekében, hogy ezek a nagyobb méretű szilárd anyagok ne koptassák, ne tegyék tönkre a soron következő technológiai elemeket. Ennek első műtárgya a gépi, vagy kézi tisztítású rács. Erre érkezik a szennyvíz. Tisztítási cél a vízben úszó, lebegő anyagok eltávolítása. Beszélhetünk durva, valamint finom rácsokról. A durva rács a 40 mm feletti, úszó, szilárd lebegő szemét eltávolítására használatos. 40-100 mm pálcaosztású rácsokat alkalmaznak, 2:1 hajlásszögben, a vízfolyás irányában. A finom rács a 40 mm-nél finomabb szemcsék kiszűrésére használatos. Ebben az esetben 6-40 mm-es pálcaosztású rácsokat használnak. Kivitelük szerint beszélhetünk kézi rácsról, íves rácsról és mechanikus tisztítású síkrácsról. Kézi rácsot főként a kis terhelésű tisztítótelepeken alkalmaznak. Íves rácsot kis és közepes terhelés esetén használnak (3. ábra). A mechanikus tisztítású síkrácsot alkalmaznak aránylag nagy terhelésű szennyvíztisztító telepeken. A nagy terhelés 5000 m 3 /d -ot jelent. A rácsok felületének nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a megengedhetőnél nagyobb nyomásesést a csatornában ne okozzon. Az innen kikerülő hulladékot rácsszemétnek nevezik, ami fertőtlenítéssel vagy anélkül hulladéklerakóra kerül. 19

3. ábra: Íves rács Forrás: Dr. Tömösy László Víztisztaságvédelem-szennyvíztisztítás (2004) Ezután következik a homokfogó, aminek célja, hogy a rácsokon átjutott 0,2 mm-nél nagyobb szemcseméretű, a víznél nehezebb szilárd anyagot leválassza, oly módon, hogy a szerves anyag ne ülepedjen le a homokkal együtt. A homok kiülepítése közben gyakran alkalmaznak légbefúvást azért, hogy a szemcsékhez tapadó szerves anyagot leválasszák. A vízszintes átfolyású műtárgyak esetében a sebesség v=0,3 m/s körüli értéken, míg a tartózkodási idő 2-5 perc között optimális. Ebbe a csoportba sorolhatók az ülepítők. Feladatuk a 0,2 mm-nél kisebb, víznél nehezebb szemcsék leválasztása. Önálló mechanikai berendezésként, vagy elő- és utóülepítőként szokás alkalmazni. A különbség a kettő között a következő: az előülepítő iszapjának nagyobb a sűrűsége, az utóülepítőből elfolyó víz viszont tisztább. Jellegzetességük, hogy nagy víztérfogatból kis mennyiségű lebegőanyagot távolítanak el. Leggyakoribb típusai: Hosszanti átfolyású ülepítő: ezek hosszanti átfolyású, négyszög alaprajzú medencék, gépi kotróberendezéssel. (4. ábra) 150 1200 m 3 /nap terhelési tartomány közötti telepek esetén alkalmazhatók. Az alkalmazott medence mélysége általában 1,5 2,5 m közötti, a szélessége pedig 4 8 m. A kotróberendezés haladási sebessége 1 3 cm/s közötti. 20

Sugárirányú átfolyású ülepítő: ez a típus kör keresztmetszetű, szintén gépi kotróval ellátott. Más néven Dorr-ülepítőknek is nevezik ezt a típust. Ezeket a műtárgyakat a 300 400 m 3 /nap feletti terhelés esetén használják. Az átmérőt többnyire 18 40 méter közöttire választják meg. Nagyobb műtárgyat nem igazán alkalmaznak, a szél zavaró hatása végett. A tisztítandó szennyvizet alulról, középen vezetik be, majd elosztva, sugárirányban áramlik a készülék pereme felé, ahol a fogazott bukóélen átjut a gyűjtőcsatornába, majd onnan a gyűjtővezetékbe. Függőleges átfolyású tölcséres ülepítő: általában kör keresztmetszetű, de ritka esetekben négyszög keresztmetszetű is lehet. Általában kis és közepes méretű tisztítótelepek utóülepítőjeként vagy kémiai tisztítók utóülepítőjeként használják. Maximum 4 darabot használnak belőle egy szennyvíztisztító telepen. 6 4. ábra: Hosszanti átfolyású, ikerelrendezésű ülepítő kialakítása Forrás: Dr. Tömösy László Víztisztaságvédelem-szennyvíztisztítás (2004) A zsír- vagy olajfogó műtárgy követi az ülepítőt, amely a nyersvízben található, nem oldódó zsírok, olajok eltávolítására alkalmas. A mechanikai tisztítás után következik a biológiai tisztítás folyamata. 21

4.2. Biológiai tisztítás A biológiai tisztítás célja a szennyvízben előforduló biológiailag bontható vegyületek bontása, illetve átalakítása mikroorganizmusok segítségével. A természetben nagyon sok olyan lebontó mikroszervezet van, amelyek képesek a szerves vegyületekből szervetlen anyagokat előállítani. A mikroorganizmusok 4 csoportban sorolhatók a tápanyag és energiaforrás tekintetében. Ezek: fotolitotrof, kemolitotrof, fotorganotrof és kemoorganotrof mikroorganizmusok. A kemoorganotrof csoportba tartozók heterotrof mikroorganizmusok, s életükhöz kész organikus vegyületet igényelnek. Ezen mikroorganizmusok további két csoportba sorolhatók: prokarióták, tehát sejtmag nélküli baktériumok, kékalgák, valamint eukarióták, amelyek igazi sejtmaggal rendelkeznek. A baktériumok nagyon kis méretüek, nagyjából 1μm átmérőjűek. Ezen belül további csoportokat különböztethetünk meg, aszerint, hogy a baktériumok igényelnek-e oxigént vagy sem a működésükhöz. Aerob és anaerob baktériumokat különböztethetünk meg. Arról, hogy a szennyvíz biológiailag tisztítható e, meg kell győződnünk. Aerob lebontás esetében a szennyvizek KOI k és BOI 5 értékeit vesszük figyelembe. A KOI az az oxigén mennyiség, amely a vízben lévő szerves anyagok kémiai oxidálószerekkel végzett oxidációjához szükséges. A BOI az az oxigén mennyiség, amely a vízben lévő szerves anyagok aerob mikroorganizmusok által végzett biokémiai lebontáshoz szükséges (5. ábra). A KOI k /BOI 5 arány alapján csoportosíthatjuk a szerves vegyületek biológiai bonthatóságát. Minél nagyobb ez a hányados, annál rosszabb a biológiai bonthatósága a szerves anyagnak. Azok a szerves vegyületek könnyen bonthatók, amelyeket a mikroorganizmusok életfunkciójuk során lebontanak, a felszabaduló energiát pedig hasznosítják. Nehezen vagy egyáltalán nem bonthatók le azok a szerves vegyületek, amelyeket a mikroorganizmusok csak hosszú idő alatt, vagy egyáltalán nem tudnak lebontani. Az anaerob bomlásról a Spitta Weldert rothadási próba ad véleményt. 22

5. ábra: BOI alakulás az idő függvényében Forrás: Dr. Takács János: A szennyvizek biológiai tisztítása A biológiai szennyvíztisztítás reaktorban lejátszódó folyamat, ahol a mikroorganizmusok a megfelelő feltételek mellett bontják a szerves vegyületeket. A megfelelő lebontáshoz ideális mennyiségű és típusú mikroorganizmusokra van szükség, amelyek számára megfelelő feltételeket kell biztosítani. Ezek közé tartoznak a: - Tápanyag - ph - Szénhidrátok, fehérjék, zsírok - Hőmérséklet - Oxigén jelenléte - Enzimek - Mikroorganizmusok számára toxikus anyagok hiánya. A tápanyag a mikroorganizmus sejtépítéséhez elengedhetetlen, valamint az anyagcseréhez is szükséges. A legfontosabb tápanyagok: C, N, P, S. Ezek mellett azonban más elemek is szükségesek ( pl: Ni, Co). Abban az esetben, ha a tisztítandó vízből ezen anyagok hiányoznak, pótolni kell azokat. Az esszenciális tápanyagok kedvező arányai a szakirodalmi átlagok alapján a következő: C : N : P : S = 200 : 7 : 1 : 1 23

A ph a baktériumok aktivitását befolyásolja. A biológiai lebontáshoz szükséges ph értéke 6,5 9 közötti, és nagymértékben függ a lebontó mikroorganizmusoktól, a biológiai lebontás típusától. A szénhidrátok, fehérjék, zsírok a mikroorganizmusok anyagcseréjét segítik. Biztosítják a mikroorganizmusok számára az energiát. A hőmérséklet az aktivitását befolyásolja a mikroorganizmusoknak, amelyek nagyon érzékenyek a hőmérséklet ingadozására. Hőmérséklet igényük alapján háromféle csoportot különböztetünk meg. A pszichrofil mikroorganizmusok hidegtűrők és 40 C környékén már elpusztulnak. A mezofil baktériumok 0-10 és 55-60 C között pusztulnak el. A termofil mikroorganizmusok 30-40 C alatt pusztulnak el, tehát melegkedvelők. A tisztításra kerülő szennyvizek oldott oxigén tartalma határozza meg a lebontás típusát, továbbá azt, hogy a lebontást aerob vagy anaerob baktériumok végzik-e el. Az oldott oxigéntartalmak alapján megkülönböztetünk: - Anaerob: nincs szabad oldott O 2 a vízben; O 2 =0 - Anox: az oldott oxigénkoncentrációja kevesebb, mint amennyi a biológiai lebontáshoz szükséges; O 2 <1,5 mg/l - Aerob: elegendő oldott O 2 koncentráció a biológiai lebontáshoz; O 2 =2-7 mg/l - Totál aerob: magasabb O 2 koncentráció a szükségesnél. A biológiai folyamatokhoz elengedhetetlen az enzimek jelenléte, amelyek nagy molekulájú fehérjék, proteinek. Az enzimek biokatalizátorként működnek, ugyanis a reakciósebességét növelik a szervezetben lejátszódó folyamatoknak. Az enzimek csökkentik a reakcióhoz szükséges aktiválási energiát. Az enzimek nem csak lebontásban vesznek részt, hanem építő folyamatokban is, szabályozza az immunrendszer működését. Koenzimeknek nevezzük az enzimhez lazán kapcsolódó szerves vegyületeket. A jó hatásfokú működéshez elengedhetetlen a megfelelő mikroorganizmusok jelenléte az ideális mennyiségben és formában. Ezen sajátosságokat az iszapkorral, valamint a Mohlmann index-szel jellemezhetjük. Az iszapkor az az idő, amennyit az iszap átlagosan a rendszerben tartózkodik, és az aerob biológiai medencében lévő iszap tömege (kg-ban mérve), valamint a rendszer elhagyó iszap mennyisége (kg/nap) hányadosaként értelmezhető. 24

A Mohlmann index az 1 liternyi szennyvízmintából 30 perc alatt leülepedett iszap térfogatának és az 1 liter mintában található iszap szárazanyag-tartalmának hányadosával meghatározott paraméter. 11 A továbbiakban az aerob és anaerob tisztítási eljárásokat fejtem ki bővebben. 4.1.1. Aerob biológiai tisztítás Az aerob bakteriális folyamatok járulnak hozzá a szerves anyagok lebontásához. Ilyen mikroszervezetek a gombák, élesztők, szaprofiták és baktériumok. Ezen mikroorganizmusok a nagy molekulájú szerves anyagokat enzimeikkel aprítják, majd a sejtanyagukba beépítik. Oxigént használnak még a kénfaló, nitrifikáló, vasbaktériumok valamint a metánoxidálók. Az aerob folyamatok biztosításához állandó oxigénellátás szükséges, amelyet levegőztetéssel, tehát mesterséges levegő bejuttatásával oldanak meg. A biokémiai folyamatok végbemehetnek mesterséges vagy természetes úton. Természetes folyamat a vizek öntisztulása a szennyvízöntözésnél és a talajon való átszűrésnél. Mesterséges a folyamat, amikor a mikroszervezetek működéséhez szükséges feltételeket az ember teremti meg mesterségesen. Az alábbi ábra (6. ábra) az aerob szennyvíztisztítás sémáját mutatja be: 6. ábra: Aerob tisztítási folyamatábra 11 DR. TAKÁCS JÁNOS A SZENNYVIZEK BIOLÓGIAI TISZTÍTÁSA (HTTP://HULLADEKONLINE.HU/FILES/208/) 25

Az aerob lebontási folyamathoz tartozó műtárgyak a következők: Eleven iszapos reaktor Az eleven iszapos reaktor a legelterjedtebb biológiai szennyvíztisztítási eljárás. A készülék lebegőágyas, folyamatosan táplált bioreaktor. A biomassza lényegében a reaktorban marad, iszap ugyan lép ki a rendszerből, azonban nagy része visszatáplálásra kerül. A reaktor alaptípusa hosszanti átfolyású, téglalap aljzatú, amely keverővel és levegőztetővel van ellátva. A mikroorganizmusok folyamatos oxigén ellátást igényelnek, és keveréssel lebegésben kell tartani az eleven iszapot. Az eleveniszapos tisztítóban annál nagyobb az anyagátadás, a szennyezőanyag lebontás, minél nagyobb az eleveniszap koncentrációja. Az optimális iszapkoncentráció fenntartásához az utóülepítőből kikerülő iszap nagyobbik részét visszatáplálják. A fölösiszap az iszapnövekvény. Üzemeltetési szempontból megkülönböztetünk nagyterhelésű és kisterhelésű folyamatokat. A nagyterhelésű folyamatoknál növekszik a biomassza mennyisége, itt az eltávolítandó szerves anyag mennyisége dominál. Bomlástermékként víz, széndioxid és ammóniai keletkezik. Kisterhelésű folyamatoknál a fölös-iszap hányad jóval kisebb. Itt a tápanyag-mikroorganizmus arány a nagyterhelésű folyamatnak nagyjából 50%-a. A nehezen bontható szennyezőket is tartalmazó szennyvizek kezelésénél jó megoldást jelent a többlépcsős tisztítás. Ekkor az első lépés általában nagy terhelésű, amely gyorsan, nagy szervesanyag-csökkenést okoz. A következő lépés kis terhelésű, nagy tartózkodási idejű. Mint már említettem, az eljárásnál szükséges az O 2 a biomassza számára, ráadásul az iszap leülepedését is meg kell akadályozni keveréssel. Az oxigén bevezetését felületi- vagy mély levegőztetőkkel oldják meg. A felületi levegőztetők gyakran használt típusa a keverő-levegőztető. Ez egy folyadék feletti hídra vagy úszótestre épített speciális, függőleges tengelyű turbókeverő. Egy-egy medencébe általában több keverő-levegőztetőt is beépítenek, melyek 2-4 m között kerülnek elhelyezésre. Mélylevegőztetőknél az oxigén bekeverés lényegesen a felszín alatt történik. A kompresszoros rendszerek lemezes, dómos, csöves gázbevezetői műanyagból, 26

kerámiából, stb. készülnek, és a medencék fenekén helyezkednek el. A vízmélység, ahol alkalmazzák 4-6 m. Kétféle rendszer különböztetünk meg: finombuborékos és nagybuborékos. A finombuborékos rendszerek nagy átadó felületet biztosítanak. A levegőt azonban gondosan meg kell szűrni az eltömődések megelőzésére. A nagybuborékos rendszernél nagyméretű nyílásokon keresztül jut a gáz a folyadékba. Ezt a gázt nem kell szűrni és kisebb a hatásfoka. Az ejektoros levegőztetőknél a gázt folyadéksugár szívja be és apró buborékokra bontva kerül be a vízbe. Folyadéksugaras levegőztetőknél a szennyvízfolyadéksugár cseppekre bontva érintkezik a vízfelszínnel, levegőt ragad magával és kever be a medencében lévő folyadékba. 6 Oxidációs árok Általában kis és közepes tisztító telepeken használatos az eleveniszapos reaktorok helyett. Keresztmetszete trapéz, aminél a fenékszélesség 1-2,5 méter, rézsűszöge 1:1-1:1,5 közötti, a vízmélység pedig 0,9-1,25 méter. Az árkot műanyag fóliával, előre gyártott betonelemekkel burkolják az erózió ellen. Az iszap lebegésben tartását vízszintes tengelyű rotorok biztosítják, melyeket az egyenes szakaszok elejére helyeznek. (7. ábra) 7. ábra: Oxidációs árok Forrás: Dr. Tömösy László Víztisztaságvédelem-szennyvíztisztítás (2004) 27

Az oxidációs árok hátránya, hogy nem túl nagy, térfogatfüggő. 6 Csepegtetőtestes biológiai reaktor A csepegtetőtestes szennyvíztisztításnál a tisztítást tölteléktestek felületén kialakuló biológiai hártya végzi. A hártyán belüli anyagtranszport biztosítja az oxigén és a tápanyag szállítását a hártya (film) mikroorganizmusaihoz. A biofilm aerob és kis mennyiségben anaerob mikroorganizmusokból áll. A berendezés egy alulról átszellőzni képes tartály, amely nagy felületet tud biztosítani és időtálló töltettel van kitöltve. Alkalmazott töltet anyagok a bazalt-tufa, salak, habkő tégla, speciális műanyag töltet. (8. ábra) A szennyvizet felülről juttatják a töltetre, vagy forgó elosztó vályúból csorgatják, vagy permetező szerkezetből permetezik. A töltet terhelése szempontjából megkülönböztetünk kis, közepes és nagy terhelésű csepegtetőtestes tisztító rendszereket. 6 8. ábra: Csepegtetőtestes szennyvíztisztító kialakítása Forrás: Dr. Tömösy László Víztisztaságvédelem-szennyvíztisztítás (2004) Forgó merülő tárcsás biofilmes tisztítók Ennél a tisztítótípusnál a biofilm egy tengelyre erősített tárcsán alakul ki. A tengelyre fűzött tárcsaköteg köríves teknőben süllyed a szennyvízbe. A teknő maximum 50 mm-el lehet nagyobb a tárcsáknál. A tárcsák 15-20 mm-re vannak 28

egymástól a tengelyen, amely maximum 7 méteres lehet. A mikroorganizmusok a teknőbe merülve tápanyagot vesznek fel, ha ebből kiemelkednek, akkor pedig oxigént. Egy tisztító lépcső hatásfoka nagyjából a nagyterhelésű csepegtetőtestesével megegyező, ezért általában sorba kapcsolva használják őket. 6 4.1.2. Anaerob biológiai tisztítás Az anaerob folyamatok során a mikroorganizmusok működésükhöz nem igényelnek oxigént, de hőt igen. Az anaerob rothasztás a fermentációs folyamatokon keresztül alakítja a szerves anyagot stabil végtermékké. Ennek mellékterméke szén-dioxid és metán. Az anaerob tisztítási technológiák az utóbbi időben egyre nagyobb alkalmazási teret nyernek, ugyanis számos előnyük van. Az aerob kezelésnél jelentősen kisebb a keletkező iszap mennyisége, energiafogyasztás helyett energiát termel biogáz formájában. A folyamatok során nincs szükség mechanikus levegőztetésre, így ez költséghatékonyabb. Továbbá a jól megtervezett anaerob reaktoroknak a tisztítási kapacitása nagyobb. Természetesen hátrányai is vannak: érzékenyebbek a toxikus anyagokra, összetett és bonyolult biológiai folyamat, valamint a kezelés során jelentős mennyiségű H 2 S keletkezhet. Az aerob biológiai lebontás folyamatát a következő ábra szemlélteti (9. ábra): biogáz (CH 4, CO 2,, H 2 S) (65-90%) Szenny víz Szennyvíz +biomassza+szaporulat (5%) Maradék szennyező anyagok (10-30%) Lebontó mikroorganizmus Eleven iszap Fázisszétválasztás Tisztított víz Fölös iszap 9. ábra: Anaerob biológiai lebontás 29

A lebontás folyamata: 1. Hidrolízis 2. Fermentáció 3. Ecetsav képzés 4. Metán képződés az ecetsavból. Reaktorok segítségével történik a tisztítás. Négy féle reaktort különböztetünk meg: Kontakt eljárás: Ez az eljárás az aerob eleveniszapos eljárásnak felel meg. A lebontáshoz folyamatos keverést igényel. Biogáz keletkezik, a tisztított vizet a vízszint alatt veszik el azért, hogy az említett biogáz ne keveredjen bele. Iszapágyas reaktor: A reaktorban található álfenéken keresztül vezetjük be a szennyvizet, kis sebességgel. Az iszapágyban betömörödés megy végbe. Az áramlás során gáz képződik, a reaktor tetejénél található terelőelemeken a víz megvezetődik kis oldalirányú áramlással, hogy a gáz kiváljon. Általában azonban szükséges a gáztalanító. Szilárdágyas reaktor: Nem túl jó a reaktorban a lebontás, a hatásfok növeléséhez recirkuláció szükséges. Fluidágyas reaktor: Itt a mikroorganizmusok immobilizálódva vannak, amit könnyen áramban lehet tartani, viszont gyorsan ülepednek. Úgy kell keverni a rendszert, hogy a mikroorganizmusok a megadott magasságban legyenek. A reaktornak jó a hatásfoka. 12 4.3. Szétválasztás és módszerei A módszer lényege az iszap-víz fázis szétválasztás különféle módszerekkel. Ide tartoznak a derítők, amelyek azonban nem minden szennyvíztisztító telepen vannak. A derítés lényege, hogy a szennyvízben lévő részecskék mérettartományát megnöveljék derítőszerek segítségével és így kiülepíthetők legyenek. A kolloid méretű szemcsék nem ülepednek ki az előülepítőben ezért szükséges növelni a méretüket. A kolloid részecskék negatív felületi töltésűek, a negatív töltések elektrosztatikusan taszítják 12 DR. TAKÁCS JÁNOS SZENNYVÍZTISZTÍTÁS C. ÓRAI JEGYZET 30

egymást, ezért nem érhető el ütköztetéssel nagyobb szemcseméret. Először a részecskék felületét semlegesíteni kell, hogy összetapadhassanak. A negatív töltésű részecskére pozitív töltésű részecske adszorbeálódik az oldatból, csökkentve a zéta potenciált. Az ilyen kolloid rendszerekben a cél a negatív zéta potenciál közelítése a nullához. Ezt pozitív töltésű ionokkal végezhetjük. Erre a célra a többszörösen pozitív töltésű ionok alkalmasak: alumíniumion, vas(iii)ion amelyek koagulálószerek. A zéta potenciál lecsökkentésével képesek összekapcsolódni a részecskék, így koagulál a rendszer. Az előbb említett koagulálószerek hidrolízise: Al 3+ + 3 H 2 O Al(OH) 3 + 3H +, Fe 3+ + 3 H 2 O Fe(OH) 3 + 3H +. A pelyhes, laza, nagy fajlagos felületű Al(OH) 3 és Fe(OH) 3 gyorsan képződnek. Az ülepedés elősegítése érdekében polielektrolitot adnak a rendszerhez. Ezután következik az előülepítés. A folyamat kihasználja, hogy minden szilárd anyagnak van egy ülepedési sebessége (v ü ), amely lehetővé teszi a szétválasztást. Az áramlási viszonyok megváltoztatásával csökkentik az áramlási sebességet, aminek következtében további részecskék ülepednek ki, iszap formájában. Az előülepítőből távozó szennyvíz kis mennyiségben lebegő, nagy mennyiségben oldott szerves anyagot tartalmaz. 2 4.4. A lebontást segítő fizikai kémiai szennyvíztisztítás A mechanikai és biológiai szennyvíztisztítás mellett még mindig maradnak olyan anyagok, amelyek az előbbi tisztítási technológiákkal nem távolíthatók el, ezért is szükséges a kémiai tisztítás. A kémiai reakciók során, mint például az oxidáció, kicsapatás, amelyek során a vízben lévő szennyező anyagok vagy oldhatóvá válnak, vagy szétroncsolódnak. A tisztítási folyamat berendezései a következők: vegyszeradagoló és előkészítő, bekeverő, ülepítő. Nehézfém szennyeződés eltávolítása: Elve, hogy a nehezen oldódó fém ionokkal hidroxidokat képeznek, és azt kiülepítik. A kicsapatás érdekében az oldat ph-ját bázikus irányba kell eltolni. A használatos kicsapószerek: vas-sók, mészhidrát, alumíniumsók. 31

Foszforszennyezés kicsapatása Mivel a szennyvízben esetenként sok foszfor van, célszerű Fe(III) só, alumíniumsók vagy Ca(OH) 2 segítségével oldhatatlan állapotba vinni majd kiülepíteni. 6 Fontos megemlíteni itt a fertőtlenítést is. A fertőtlenítés célja, hogy a szennyvízkezelőből kiengedett víz kórokozók mikroorganizmusait elpusztítsa, a fertőzőképességüket pedig megszüntesse. Jelenleg klórt, klór dioxidot, ózont és nátrium hipokloritot használnak fertőtlenítés céljából. A nagyobb vízhozamú telepeken klórt, míg a kisebb telepeken nátrium hipokloritot használnak általában. Napjainkban azonban nagyon elterjedt az ózonozás, valamint az ultraibolya fénnyel végzett fertőtlenítés. Bár a legolcsóbb módszer a klórozás, mégis az ózonozást és az UV kezelést javasolják közegészségügyi okokból. 6 A közvetlen kicsapatásos eljárások közé tartoznak a koagulálás és flokkulálás. A koagulálás több lépcsős folyamat: 1. Töltés semlegesítés, kicsapódás pozitív töltésű kolloiddal, mikropelyhek képzése. 2. Mikropelyhekből nagy pelyhek kialakulása 10-30 perces keveréssel. 3. Adhézió. 4. Pelyhek méretének növelése (polimerek, hosszú szénláncú flokkulálószerek hozzáadásával). Koagulálás során a leggyakrabban a háromértékű vas- és alumíniumsókat használják. 12 Koaguláció a vízkezelés alkalmával a kolloid részecskék destabilizálását jelenti, amely a részecskék közötti taszítóerő csökkenésének, ill. megszűnésének hatására következik be. Flokkuláció a pehelyképződést jelenti, a destabilizált (koagulált) részecskék további összekapcsolódása nagyobb halmazokká. 13 A flokkulálás során a finom diszperz szilárd részecskék felületén kialakult felületi töltés hatásáras indul meg a pelyhesedés. 12 Az általános ismertetés után rátérek a szakdolgozatom fő témájára, a Bükkszéki szennyvíztelep ismertetésére és hatékonyabbá tételére. 13 HTTP://WWW.MUSZEROLDAL.HU/MEASURENOTES/KORNYGAZD.PDF 32

4.5. A biológiai tisztítás során keletkező anyag: iszap Minden szennyvíztisztító telepen nagy mennyiségű szennyvíziszap keletkezik. Szennyvíztisztítás során, két helyen választunk le iszapot. Először az előülepítőnél a nyers iszapot, majd az utóülepítőnél a fölös iszapot. Nagyobb tisztítótelepeken általában külön gyűjtik és dolgozzák fel őket, kisebb és közepes telepeknél azonban összekeverik őket, így úgynevezett kevert iszapot kapunk. Az iszapok kezelésének módját, valamint a kezelést szükségessé teszi az iszapok nagy víztartalma és a fertőzés veszélye. Az iszapkezelés legfontosabb lépései: Iszapsűrítés: Az iszapsűrítést gravitációs erőtérben, vagy centrifugális erőtérben végezhetjük. Iszap kondicionálás: Feladata az iszap vízteleníthetőségének javítása, a szerves anyag stabilizálása. Alkalmazhatunk fizikai, kémiai vagy biológiai kondicionálást. Szennyvíziszapok fertőtlenítése: A műveletet a kondicionálás előtt vagy után végzik. Szennyvíziszapok víztelenítése: Célja, hogy az iszap elveszítse folyadékszerű tulajdonságait. Megkülönböztetünk természetes valamint gépi víztelenítési eljárásokat. Végső iszapelhelyezés, értékesítés: Négyféle módon történhet: égetéssel, deponálással, szárítással valamint komposztálással. 6 5. Bükkszék község és a szennyvíz tisztítótelepe 5.1. Bükkszék általános bemutatása Bükkszék Észak Magyarországon, a Bükk hegység és a Mátra lábánál, a Tarna völgy peremén fekvő kis település. Egertől 30 km-re, északnyugatra fekszik. A települést a Bükkszék-patak szeli át, amely patak a Tarna vízgyűjtőjéhez tartozik. Bükkszéket közvetlen a környezetében található magaslatok mindössze 250-350 m-re emelik a tengerszint felé. A dombság a Mátra és a Bükk vonulatától északra elhelyezkedő, hazánk többi dombvidékétől számos szempontból különböző, többszörös medencedombság. A 33

terület egésze a környező, 600-800 m átlagmagasságú hegységekhez képest mindössze átlagosan 300-400 m magas, másfelől több, kisebb méretű, alacsonyabb medence tagolja, illetve határolja. Ezek: Ceredi-medence, Pétervásárai-medence, az Ózd környéki terület és a dombság keleti részének belsejében Borsodszentgyörgy térsége. Ez előbbi két terület számos rokon vonást mutat, hasonló hidrológiai kérdések merülnek fel, úgy, mint a feltételezett kaptúrák léte. A dombság fő alkotóanyaga az eléggé kemény felső-oligocén és alsó miocén korú homokkő, amelyen változatos, erősen tagolt felszín alakult ki. A triász alaphegység a terület alatt körülbelül 500 m mélységben, a környezetéhez viszonyítva kiemelt helyzetben található. Az alaphegység felszínére települt jó vízvezető- és víztárolóképességű felső eocén mészkő együtt hidrodinamikai egységet alkotnak. Ebből a vízadóból termelik a Salvus nevű gyógyvizet, mely ellátja a strandfürdőt vízzel és palackozzák is. A mészkő felett a felszínig nagy vastagságban oligocén formációk a jellemzők. Az első tengerelöntés az eocén korszakra tehető a területen. Bükkszék település a Tarna vízgyűjtő alegységébe tartozik, amely egység vízrajza kerül bemutatásra a továbbiakban. A tervezési alegység legfontosabb vízfolyása a Tarnapatak. Az É-D-i folyásirányú Tarna patak három ág összefolyásából keletkezik, a Leleszi, a Parádi és a Ceredi Tarnából. A teljes vízgyűjtő területe majdhogynem 2120 km 2. A Tarna legjelentősebb mellékvízfolyása a Gyöngyös-patak, a Mátra nyugati oldalvizeinek levezetője. További jelentős vízfolyások: Tarnóca-patak, Bene-patak, Parádi-Tarna-patak, Nyigeti-patak, Domoszlói-patak, Kígyós-patak, Külső-Mérges-patak., Rédei-patak, Szarvágy-patak és az Ágói-patak. A patakok vízjárása rendkívül változatos, a legkisebb és a legnagyobb vízhozamok közötti különbség több ezerszeres lehet. A hóolvadás vagy csapadékos időjárás hatására árvízkárokat okozó vízfolyások egy része szárazabb nyári időszakban gyakran kiszáradnak. A Tarna és mellékvízfolyásainak szabályozásáról az első írásos emlékek 1715-ből valók. A vízfolyások szabályozását, a vízrendszer mai képének kialakítását 1900-as évek elején megalakult Tarna-völgyi Társulatok kezdték meg. Az alegység területén 25 vízfolyás víztest lett kijelölve. A kijelölt vízfolyás víztestek mindegyike eredendően természetes víztest, de az emberi tevékenység hatására a vízfolyások egyes szakaszait módosítottnak tekintjük. A tervezési alegységben 31 db, főként völgyzárógátas víztározó épült és üzemel, az alegységben található az ÉKÖVIZIG működési területének legnagyobb víztározója, a Markazi tározó. Itt üzemel a Mátrai Regionális Vízellátó Rendszer két ivóvízbázisa, a Köszörűvölgyi és a Csórréti víztározó is. 34