Szemelvények a biológiai szűrés témaköréből

Modellare necesse est,! A gyakorlatban az emberek nagyon vonakodva adják fel azt az elméletet, amelynek kidolgozásába sok időt és energiát fektettek. - Stephen Hawking Szemelvények a biológiai szűrés témaköréből EJF, Baja 2013. szept. 23. TÁMOP-4.2.2.B-10/1-2010-0032 Tudományos képzés műhelyeinek támogatása az Eötvös József Főiskolán 1

Fel kell-e adni valamit? Negatív élmény: A kút kockázati modell kudarca mai szemmel nézve tévesnek bizonyult nézetek sorsa gyakorta tanulságosabb, mint a helyesnek bizonyult elméletek létrejötte és érvényre jutása - Thomas Junker: A biológia története A kút nem felel a minőségért, a vízminőség a mederkapcsolatnál dől el! 2

Tartalomjegyzék helyett Aki biológiai ivóvíztisztításra adja a fejét, annak a szennyvíztisztítási oldalról kell érkeznie, mert ott gyűlt össze több tapasztalat. - mondta egy építőmérnök kolléga Aki viszont gazdaságos és hatékony szennyvízhasznosítást szeretne létrehozni, annak ismernie kell a parti szűrés hatásmechanizmusát. teszem hozzá én. Nagy valószínűséggel állítható, hogy a mikrobák nem tudják, hogy ők éppen most biológiai ivóvíztisztításban vagy szennyvíztisztításban vesznek részt. 3

Azonos forrásból Természetes parti szűrés Mesterséges víztisztítás Folyó Kutak Víztisztítómű Gyűjtőcsatorna Hálózat Egy lépcsőben Számos fokozat útján Hálózatba táplálás Barreto- Némedi: A mik roszkopikus biológiai vizsgálatok érzékenyen jelzik azt, hogy a szolgáltatott ivóvizet milyen módon nyerik, ugyanis több nagyságrenddel hatékonyabb a parti szűrésű kutak természetes biológiai szűrése, mint a Duna mesterséges tisztítása. 4

Parti szűrés Hogy tovább példát fel ne hozzak, csak azt említem fel, hogy amennyire az én tárgyismeretem ér, sehol mesterséges szűrőkhöz nem fordultak, ahol más mód kínálkozott tiszta egészséges vízhez juthatni Fővárosunkban, hol a Duna annyi eséssel bír, hogy minden évi többszöri megáradásai alkalmával egész medrét feltúrja, úgy hiszem, a szűrőfelület bedugulásától nincs mit félni. Wein János, 1870 körül Parti szűrés: Amennyiben egy folyó jó vízvezető tulajdonságú területen halad, a parttól megfelelő távolságra kutakat létesíthetünk a parti szűrés előnyeit kihasználva. A folyó és a kút közötti szakaszon a folyó vize megtisztul a talajban történő áramlás során. A talajban található mikroorganizmusok élettevékenységük során a víz szerves anyag tartalmának egy részét hasznosítják tápanyagként, így csökkentve a kutak felé áramló víz szerves anyag koncentrációját. A szűrőréteg a mikroorganizmusok nagy részét is visszatartja. Hartwig/Licskó 2000 Ivóvízszabványok összehasonlítása néhány vízkémiai paraméter tekintetében 5

A shakespeare-i kérdés: Inni vagy nem inni? Hogyan válik ihatóvá? 6

A vízmennyiség és vízminőség előállítása A konvektív áramot nyomáskülönbség tartja fenn, amelyet a szivattyúzással érünk el. Nincs szivattyúzás >> nincs parti szűrés A konduktív anyagáramot (diffúziót) koncentrációkülönbség tartja fenn. A koncentráció különbséget a biofilmen belüli lebontás állandósítja. Nem egy térkiegyenlítő, hanem irányított diffúzióról van szó, amely a víztérből a biofilmbe mutat. Nincs lebontás >> nincs diffúzió >> nincs parti szűrés 7

A tápanyaglebontás jegyei Részfolyamat Feltétel (hajtóerő) Fenntartja Konvektív anyagáram, szivárgás Konduktív anyagáram, diffúzió Bio-kémiai folyamat, lebontás Nyomáskülönbség Koncentráció különbség Redoxi környezet Szivattyúzás Baktériumok munkája Baktériumok életösztöne Soros folyamat Logisztikai jegyek Klimatikus jegyek Visszacsatolás Sokrétű bonyolult folyamat 8

A releváns változók felsorolása Változó megnevezése Jel SI dimenzió A tápanyag lebontás mértéke ΔS kg/m 3 Kinematikai viszkozitás ν m 2 /s Szűrési sebesség w m/s Az oxigén diffúziós tényezője D O2 m 2 /s Redoxpotenciál E h m 2 kg/s 3 /A Biológiailag aktív réteg vastagsága L m Faraday állandó F As/mol Abszolút hőmérséklet T K Egyetemes gázállandó R m 2 kg/s 2 /K/mol A szubsztrát diffúziós tényezője D S m 2 /s Oldott oxigén koncentráció C O2 kg/m 3 Mértékadó szencseátmérő d m m ΔS ν w D O2 E h L F T R D S C O2 d m m -3 2 1 2 2 1 0 0 2 2-3 1 B kg 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 A s 0-1 -1-1 -3 0 1 0-2 -1 0 0 K 0 0 0 0 0 0 0 1-1 0 0 0 A 0 0 0 0-1 0 1 0 0 0 0 0 mol 0 0 0 0 0 0-1 0-1 0 0 0 9

A változószám redukálása ΔS ν w D O2 E h L F T R D S C O2 d m -3 2 1 2 2 1 0 0 2 2-3 1 B kg 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 A s 0-1 -1-1 -3 0 1 0-2 -1 0 0 K 0 0 0 0 0 0 0 1-1 0 0 0 A 0 0 0 0-1 0 1 0 0 0 0 0 mol 0 0 0 0 0 0-1 0-1 0 0 0 Π 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0-1 0 Π 2 0 1 0 0 0 0 0 0 0-1 0 0 D Π 3 0 0 1 0 0 0 0 0 0-1 0 1 C = - (A -1 B) T Π 4 0 0 0 1 0 0 0 0 0-1 0 0 Π 5 0 0 0 0 1 0 1-1 -1 0 0 0 Π 6 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0-1 Dimenziótlan szám Π 1 = ΔS / C O2 Π 2 = ν / D S Π 3 = w d m / D S Π 4 = D O2 / D S Π 5 = E h F / RT Π 6 = L / d m Megnevezés koncentráció viszonyszám Schmidt-szám Peclet-szám diffúziós tényezők aránya Nernst-tényező geometriai viszonyszám 10

Az összefüggés levezetése ΔS = μ(pe) C O 2 1 L Sc rh Pe d ahol rh = rh ( Ne, ph) dimenziótlan redoxpotenciál rh = 2 F E h RT ln10 + 2 ph A parti szűrés tartománya 11

Heurisztikus lépések (,,,, ) 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 K 1 2 3 4 5 6 S K C O 2 2 3 4 w d S S S D E F O 2 h L 5 6 D D D RT d ΔS = μ(pe) C O 2 1 L Sc rh Pe d tolnaibela@t-online.hu 12

Dimenzióanalízis: dimenziótlan változók Hidraulika Biológiai szűrés l d c m -1 1-1 -3 1 1 kg 1 0 1 1 0 0 s -2 0-1 0 0-1 Π 1 1 0 0-1 0-2 Π 2 0 1 0 0-1 0 Π 3 0 0 1-1 -1-1 Euler szám Reynolds szám reciproka Π 1 = ΔS / C O2 koncentráció viszonyszám Π 2 = ν / D S Schmidt-szám Π 3 = w d / D S Peclet-szám Π 4 = D O2 / D S diffúziós tényezők aránya Π 5 = E h F / RT Nernst-tényező Π 6 = L / d geometriai viszonyszám 13

Dimenzióanalízis: a keresett összefüggés Hidraulika Biológiai szűrés, 2 Δp = λ(r e) L ρ c ΔS = μ(pe) C O d 2 2 1 L Sc rh Pe d Reynolds Nikuradse Moody λ Hagen - Poisseuille Blasius Rouse Colebrook - White k/d Nikuradse Kármán Re Moody - diagram T - diagram 14

A fertőtlenítés célja A víz fertőtlenítésének az a célja, hogy az emberi fogyasztásra szánt vízben élő, egészégre káros mikroorganizmusok elpusztuljanak, illetve elveszítsék fertőzőképességüket. Fertőtleníteni kell az ivóvizet minden oly esetben, amikor a vízvizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy időszakosan vagy állandó jelleggel fennáll a bakteriológiai szennyeződés veszélye. Máttyus nyomán VÍZELLÁTÁS (3. fejezet) 15

Fertőtlenítés hatásmechanizmusa Lehetőség Hatásmechanizmus Tulajdonság Fertőtlenítőszer adagolás (klórozás) UV besugárzás Ultraszűrés, nanoszűrés A mikroorganizmusokat elpusztítja. A mikroorganizmusokat inaktiválja. A mikroorganizmusokat eltávolítja. Előretekintő hatású, de az elpusztult baktériumok táplálékot jelentenek a hálózati elfertőződés esetén. Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd. Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd. Biológiai szűrés (parti szűrés) A szerves anyag kivonásával a mikroorganizmusok életterét megszünteti. Előretekintő hatású, ez az eljárás biztosítja leginkább a víz mikrobiológiai stabilitását. Hőmérséklet növelése csak a fogyasztás helyén jöhet szóba 16

A (szenny)víz minősége és terheltsége A szennyvíz (vagy elszennyeződött víz) különböző szennyező anyagok és víz komplex keveréke. A szennyezők nagy részét pontos molekula-összetétellel és szerkezettel nem is lehet, vagy semmiképpen nem szükséges (nem gazdaságos) meghatározni. A szennyvíztisztítás ellenőrzésének analitikai lehetőségei Pulai Judit (VE) - Helmut Kroiss - Karl Svardal (TU Wien - Austria) közleménye alapján A víz biológiai tisztításakor két dolog fontos!!! Mit kell kivenni a vízből a víz minőségét takarja. A minőség ismerete megköveteli az összetétel ismeretét a molekulaméretet illetően mindenképpen. A fenti állítás tehát pontosításra szorul. A mennyit kell eltávolítani a víz terheltségét jelenti. A terheltség tekintetében amit a KOI, BOI, BDOC, TOC paraméterek [mg/l] valamelyikével jellemzünk a fenti állítás igaz. 17

Párhuzam: a lebontás mint darálás A molekuláris minőség: mit kell és azt hogyan lehet lebontani? zúz reszel vág A terheltség: mekkora berendezésre van szükség? vagy 18

A biológiai lebontás (a biofilmen belül!!!) Hatásmechanizmus: Sztöchometrikus értelmezés (von Gunten): C H O N H H PO + 138 O = 2 106 3 16 3 4 2 jellem ző atom i form áció oxigén - 2 - + 2 2 3 4 106C O + 122H O 16N O + H PO + 18H széndioxid víz salakanyagok N ITRIFIK ÁC Ó N H O H 1, 5 O N itrosom onas N O H 2 H O 4 2 2 2 N O 0, 5 O N itrobakter N O 2 2 3 Következtetések: Az atomisztikus formáció az összetételt és a molekulaméret nagyságát jelöli. A lebontáshoz sok oxigén kell Javarészt széndioxid és víz keletkezik, és kismennyiségű salakanyag, amely már vagy nem káros a vízben, vagy kolmatációt okozva mechanikusan szűrődik ki. 19

A szűrőréteg tisztántartása 20

Transzformáció A TRANSZFORMÁTOR I * N = I * N 1 1 2 2 U U = N 1 1 N 2 2 Feltétel: Az áram váltóáram kell legyen P = P = P 1 2 A BIOLÓGIAI SZŰRÉS HASONLÓSÁGI TRANSZFORMÁCIÓJA Természetes parti szűrés Mesterséges biológiai szűrés 1 2 w d w d P e = = D D 1 m, 1 2 m, 2 s, 1 s, 2 és vele a biológia Feltétel: a Peclet szám hasonlósági kritérium kell legyen 21

Nagyságrendek Pe w D S d m 3 2 0, 5 0, 2 22

Diffúziós tényező Szűcs Ervin: Hasonlóság és modell 0,437 Sc = 140 M n i i i =1 D = vagy D m ax D S n S i i =1 D C C i -10 2 D = 2...20 10 m / s S M Sc ν D S D S mért [-] [m 2 /s] [m 2 /s] [m 2 /s] Hidrogén H 2 1*2 2 190 1,00E-06 5,28E-09 4,50E-09 Metán CH 4 12+1*4 16 470 1,00E-06 2,13E-09 Ammónia NH 4 14+4*1 18 495 1,00E-06 2,02E-09 1,97E-09 Nitrogén N 2 14*2 28 601 1,00E-06 1,67E-09 1,88E-09 Oxigén O 2 16*2 32 637 1,00E-06 1,57E-09 2,00E-09 Metanol CH 3 OH 12+4*1+16 32 637 1,00E-06 1,57E-09 200 1 418 1,00E-06 7,05E-10 400 1 920 1,00E-06 5,21E-10 Gyógyszermaradványok 700 2 452 1,00E-06 4,08E-10 800 2 599 1,00E-06 3,85E-10 Tipikus molekula/ von Gunten 3354 4 862 1,00E-06 2,06E-10 23

A diffúziós tényező csökkentése O 3 n =?? D = (2... 5) *10 S -10 m s 2 D = n * (2... 5) *10 S -10 m s 2 tolnaibela@t-online.hu 24

Az egyenértékű szemcseátmérő Aktívszén Zeolit Fajlagos felület: a [m 2 /g] Granulátum mérete: d [mm] Sűrűség: ρ [kg/m 3 ] Csepegtető test Tömbfelület: a [m 2 /m 3 ] Tömbsűrűség: ρ t [kg/m 3 ] Anyagsűrűség: ρ [kg/m 3 ] d e V = 6 F L (Szál)geometria Membrán szűrő Homokszem db V = d - d π k b L 4 2 dk F = d πl k 25

A belakható felület mértéke Biofilm Tarjányiné Szikora Szilvia <tarjanyinesz@fcsm.hu> Mikrobák Belső felület 1. A fajlagos felület nagyságát a mikrobák méretének megfelelő gáz elnyeletése révén határozzuk meg: elnyelendő közeg molekula mérete >= mikrobák mérete. Azaz megváltoztatjuk a mérési eljárást. 2. Bevezetünk egy arányszámot, amely a belakható és a teljes felület aránya. 3. A mértékadó szemcseátmérők fogalmának a bevezetése d m = d e ha d e > b d m = 5 * b ha d e < b ahol b = baktériumok mérete 26

Az egyenértékű és mértékadó sz.átmérő 27

Összevetés Eleven iszapos szvt. Parti szűrés 28

Iszapkor és tartózkodási idő??? w = 0,1 m/d Ha nem szivattyúzunk w = 0, úgy nincs parti szűrés Tartózkodási idő a rétegben a jellemző volna? A szűrés változó sebességű w >> 0,1 m/d Ha leáll a keverés és a levegő bevitel, úgy az iszap befullad. (az oxikus/anoxikus különbség inkább nagyobb/kisebb relatív sebességként értelmezendő) Iszapkor a medencében jellemző volna? Következtetés: a tartózkodási idő és iszapkor nem közvetlen jellemző!!!! 29

Álló és mozgó biofilm Parti szűrés Eleven iszapos technológia Biofilm megtapadás a homokszemeken A biofilm áll. A mozgó folyadék szállítja a tápanyagot. A szűrési sebesség (konvektív áramlás) jól definiált, alacsony A diffúzió hatékonysága nagyon jó. Biofilm megtapadás az iszap pelyheken A biofilm mozog. A mozgó folyadék szállítja a tápanyagot. A mozgatás a keveréssel és a levegő befúvással jön létre. A relatív sebesség csak statisztikusan éretlmezhető, értéke nagy. A diffúzió hatékonysága kérdéses. 30

A levegő befújás hatása Oxikus Anoxikus A levegő befújás megváltoztatja az áramlási viszonyokat, akadályozza a diffúziót. Az áramlási viszonyokat csak a keverés határozza meg, a diffúzió jobban kiteljesedhet. 31

Fő paraméterek a technológiai sémán 10 5 1,8 m Homok 54 m 3 Szűrőgyertya PEMÜ- Mélyépterv 500 1,5 m Aktív-szén (45) 38 m 3 Homokszűrő Derítő (koridor) Térfogat 455 m 3 Felszálló sebesség 1,2 mm/sec 3db Szűrőfelület 30 m 2 /db Szűrési sebesség 5,2 m/h 0,6-1,2 mm kvarchomok 4db Aktív-szén szűrő Szűrőfelület 30 m 2 /db Kontakt idő 12 min Norit Row 0,8 Supra (Chemviron Filtrasorb 300) 3db Tisztavíz medence Térfogat 300 m 3 32

Azonos tartózkodási idő F 1 [m 2 ] Q [m 3 /h] h 1 [m] F2 [m 2 ] Q [m 3 /h] Q / F 1 = w 1 Q / F 2 = w 2 h 2 [m] w 1 << w 2 h 1 / w 1 = t = h 2 / w 2 Az azonos tartózkodási idő ellenére a biológiai szűrés szempontjából a két eset nem azonos, mert Pe 1 << Pe 2 33

Vincent-diagram: a ph-rh sík Vond el a betegségtől táptalaját és akkor a betegség elhal. Louis-Claude Vincent rh = 2 F E h RT ln10 + 2 ph ph = log( H ) Forrás: Országh J.: http://www.eautarcie.com/ 34

x x A mikrobaszaporodás összefüggései Monod kinetika Logisztikus fv. dx dt M x 900 800 700 600 500 x x e 0 M t dx dt M x 1 x K Konstans relatív növekedésű folyamat 400 300 200 100 0 0 5 10 15 x: élő sejttömeg x K M 1 xe t 0 idő M M,m ax K S S S idő A K s féltelítési állandó értéke (a görbe meredeksége) a baktérium típusától függ. 35

A biofilm dinamikája 36

Lebontás a szűrési útvonal mentén Jekel kísérlet Kísérleti eredmény w= 0,28 m/d (parti szűrés) Paraméter: oxikus / anoxikus Biológiailag aktív réteg: L ~ 1,5-5 m, amely a mikrobák típusától függ (?) És nem függ az oxigén mennyiségétől! 37

A telítődéses jelleg Monod kinetika Lebontás a hosszmentén M M,m ax K S S S ΔS=ΔS max S L L +L 38

Könnyen és nehezen lebomló anyagok Jekel kísérlet Kísérleti eredmény w= 0,28 m/d (~parti szűrés) Ismert szennyezések adagolása Könnyen és nehezen lebomló anyagok 39

Hangos csattanás és halk nyüszítés Hirtelen elhalás?? Lassú felépülés!! T = f(?) = cca 1-2 hónap Nincs teljes elhalás?? Gyors visszaépülés?? Thomas S. Eliot után szabadon: A kommunizmus nem hangos csattanással, hanem halk nyüszítéssel fog kimúlni! 40

Parti szűrés télen-nyáron Télen Nyáron 41

Mi történik télen a parti szűrésnél? 42

Mi történik télen az eleven iszapos medencében? 43

Hol érdemes, hol kell hozzányúlni? Hagyományos technológia A csatornahálózat büdös Érkező szennyvíz Gépi/kézi rács Homokfogó Szívótér Átemelő gépház Osztómű I. III. előülepítők L Előlevegőzető és denitrifikáló medence Közbenső átemelő gh. Osztómű I. III. levegőztető medencék Energiafaló technológia, miközben merül az iszap energiatartalma, és nem működik 12 C alatt L Fölösiszap Osztó és átemelőmű I. IV. utóülepítők Recirkulációs átemelő Tisztított víz végakna Befogadó Vidéki szippantós iszap, szat: 0,5-2 % Kevertiszap átemelő Gépi iszapürítő Iszaprothasztó tornyok (1 2) 40 % CO 2 60 % biogáz Pálcás iszapsűrítő Vidéki víztelenített iszap, szat: 15 % Biogáz tároló Víztelenítő gép Gázmotorok (1 2) Víztelenített iszap Komposztálás tolnaibela@t-online.hu 44

Intenzifikálás vagy pótcselekvés? Fluidágyas szennyvíztisztítási eljárásnál aktívszénnel átitatott szivacsdarabkák használata. Növényzet gyökérzetének fonalas kiegészítése az Organica élőgépben. Mélylevegőztetés helyett ferdecsöves levegő befúvás. Holtterek elkerülése. Kombinálás: aerob / anaerob terek cserélgetése. Kevergetés. 45

Az Ultragreen technológia (Degremont) 46

Recirkuláció Eleven iszapos szennyvíztisztítás Élőgépes szennyvíztisztítás A bioreaktorban nincs biofilmhordozó, az maga az iszap. Recirkuláció a folyamatos működés fenntartása miatt kell!! Ez egy eleveniszapos technológia A növényzet gyökérzetének biofilm hordozó szerepe van, növeli azt a felületet, ahol a megtelepedés megtörténhet. 47

használt víz tisztítása (Pe<50 szűrővel) Szennyvíz Elhasználódott víz 100% Iszap Biogáz Mechanikai rács Szivattyú ház Ülepítő Kaszkádos levegőztetés Ózon adagolás Biológiai szűrők Pe<50 Öblítő víz medence Befogadó Komposzt Szennyvíz Rácsszemét Levegő hozzávezetés Öblítő szivattyúk Iszap 100% Rothasztó tornyok Biogáz tartály Gázmotorok Víztelenített iszap Iszap sűrítő Iszapsűrítő Dehidratálás Komposztálás 48

A hagyományos szennyvíztisztítás kiegészítése Hagyományos technológia Kieglészítés Gépi/kézi rács Homokfogó Szívótér Átemelő gépház Osztómű I. III. előülepítők Előlevegőzető és denitrifikáló medence Közbenső átemelő gh. Osztómű I. III. levegőztető medencék Osztó és átemelőmű I. IV. utóülepítők Tisztított víz végakna Befogadó Érkező szennyvíz L L Fölösiszap Recirkulációs átemelő A partiszűréstől tanultak alapján méretezett biológiai szűrfokozat Vidéki szippantós iszap, szat: 0,5-2 % Kevertiszap átemelő Gépi iszapürítő Iszaprothasztó tornyok (1 2) Pálcás iszapsűrítő Vidéki víztelenített iszap, szat: 15 % Biogáz tároló Víztelenítő gép Gázmotorok (1 2) Víztelenített iszap Komposztálás 49

A biológiai szűrő Pe = 10-20 50

Levegőztetés a szűrőágyon Palkó-Oláh: Talajszűrő biológiai hatásfokának lebontás-hatásfokának javítása zeolit töltet alkalmazásával Kérdések: Kell-e két egymásután kapcsolt a másodikként anoxikus fokozat? Szükség van-e öblítésre? Elválasztandó-e egymástól a levegő hozzávezetés és az étkezés? ózon Tisztítandó víz Fűtés/ hűtés Szint szabályozás h i Szűrőréteg levegő mintavétel 51

Miért zseniális és miért nem a csepegtető testes technológia? Igen Mert kihasználja az áramlástan adottságait Mert elválasztja egymástól a levegő hozzávezetését a biokémiai folyamattól. Nem Mert a méretezése a tartózkodási idő alapján történik. A Pe-szám értéke nagy!!! 52

A kétlépcsős tervezés A dimenzióanalízis eredménye S S C rh O 2 D w d D d O 2 L m 1 L S ( Pe) C rh O2 Pe D d O 2 m A szűrő keresztmetszete wd (10...50) D m S, tiszt. víz Q Pe : 10...50 w Q Aw A D d w S A szűrőréteg vastagsága m, m esterséges szűrés L L L L d m esterséges szűrés m, m esterséges szűrés d d d parti szűrés m esterséges szűrés parti szűrés m, partiszűrés m, m esterséges szűrés m, parti szűr és h L m esterséges szűrés BOI BOI tiszt. víz Duna 53

Összevetés 1 Szűrőágyas technológia Eleveniszapos technológia (a parti szűrés hasonlósága alapján méretezve) Alapállás Szennyvízhasznosítás Szennyvíztisztítás Biogáz termelés A teljes iszapmennyiség gázosítható A biogáz kihozatal lényegesen kisebb, mert a víz tisztításának folyamatában az iszap kimerül. Szükséges biológiai kerekítve 20-sor kisebb reaktor tér Nagyobb beruházási költség reaktortér szükséges Biofilm hordozó Szükség van rá és jelentős többlet Maga az iszap látja el ezt a költséget igényel. feladatot. Öblítés Öblíteni kell, amelynek vannak Nem merül fel a feladat. vonzatai Partiszűrésnél évente kétszer Itt cca 2 naponta esedékes a szűrők öblítése Keverés Nincs rá szükség A keverés villamos energiafelhasználással jár. 54

Összevetés 2 Szűrőágyas technológia Eleveniszapos technológia (a parti szűrés hasonlósága alapján méretezve) Reaktor tér mélysége A szűrőréteg vastagsága 1,5 m A reaktortér mélysége nagy, 8 m Levegő bevitel Alulról kisteljesítményű ventillátorral A mélylevegőztetést biztosító 1,5 m vastag szűrőrétegen át. fúvók energia igénye nagy. Működés télen Üzemeltetés Feladás a technológiára szivattyúzással Az öblítés egyben levegő bevitel is. A parti szűrés télen is stabilan működik, így a szűrőágyas technológia is. Merőben más gondolkozást igényel. Tulajdonképpen a szűrők öblítésére kell ügyelni. 12 C alatt a tápanyaglebontás gyakorlatilag leáll. Az átáramlás folyamatos, az üzemeltetés feladata az oxikusanoxikus terek váltogatásából áll. Mindkét technológia esetében meg kell történjen. A technológiai soron való átjutás mindkét esetben gravitációs. 55

Szűrések összevetése Mechanikai szűrés Biológiai szűrés Szűrés = visszatartás (input mennyiség output mennyiség) szűrőközeg biofilmhordozó Visszatartás mechanikus módon jön létre Jellemző: Javarészt azt szűrjük ki, amit beleteszünk Visszatartás lebomlással víz, CO 2 és salakanyagok keletkeznek Jellemző: A keletkező salakanyag kis mennyiségű 56

A vízválasztó: visszatartás helyett elégetés Technológiai elem vagy folyamat Működésmód Megelőző kiegészítő elem Megjegyzés Dobszűrő Mechanikai visszatartás Tisztítani kell Gyorsszűrő Mechanikai visszatartás Vegyszeradagolás Öblíteni kell Derítő berendezés Gravitációs szétválasztás Segéd-derítőszer adagolás Adszorpciós szűrő Felületi megkötés Kimerül, drága Ultraszűrő Mechanikai visszatart. Tisztítani kell, drága Biológiai szűrő (parti szűrés) Eleveniszapos szvt. Csepegtető testes szvt. Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés Csak kevés salakanyag keletkezik Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés, keverés Túl nagy reaktor tér kell Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés Kicsi a fajlagos felülete 57

Biológiai szűrések Ssz Biológiai szűrés D S [m 2 /s] d e [m] d m [m] w [m/s] w [m/h] Pe [-] Megjegyzés 1 Parti szűrés 1,5e-10 1,5e-3 1,2e-6 10 Ivóvízminőséget állít elő 2 3 Parti szűrés alacsony vízállás mellett Ammónia eltávolítás gyorsszűrőn (Kecskemét) 1,5e-10 1,5e-3 2,4e-6 20 Mérsékelten hatékony 19,4e-10 1,5e-3 8,8e-4 3,16 670 Szűrőréteg: homok Nem működhet hatékonyan gyorsszűrési viszonyok mellett?! 4 Aktív-szén szűrés (Csepel) 5,0e-10 1,8e-9 1,2e-5 3,5e-3 12,6 34 Férgek, véglények jelennek meg 5 Eleveniszapos szennyvíztisztítás 1,5e-10 0,1e-3 0,1e-3?????? Nem hatékony!? 18-szoros reaktor méretek adódnak 6 Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás 1,5e-10 7,7e-4 7,7e-4 2,8e-4 1 1440 240 m 2 /m 3 Az optimális levegőbevitel ellenére nem hatékony!? 7 8 Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás Ózonnal Szennyvíztisztítás biológiai szűréssel (zeolit) 5,0e-10 7,7e-4 7,7e-4 2,8e-4 1 432 Hatékonyabb?! 5,0e-10 5,9e-7 1,2e-5 4,2e-4 1,5 10 9 Ultraszűrés (Lázbérc) 1,5e-10 2,7e-3 2,7e-3 1,0e-5 187 10-15 mikron porozitású biofilmhordozó elegendő volna?! Nem alakul ki érdemleges biológia?! 58

Adszorpciós és biológiai szűrés koncentráció kiegyenlítődés a megtelt állapotig tart, amelyet a jódszám jelez. Biofilm Mikrobák http://www.vilaglex.hu/lexikon/html/adszorp.htm Belső felület folyamatosan újratermelődő koncentráció különbség 59

Paradigmaváltások Szennyvízhasznosítás. Az iszap hasznosítása A komposzt kerüljön a földekre! A csatornába bocsátást ellenőrizni kell!! Üldözendő az a szolgáltatói szemlélet, miszerint: A szennyvíz minősége érdektelen, fontos, hogy fizessenek érte. Környezetszennyező helyett alapanyag beszállító Nem ébreszthető bűntudat csak azért, ha valaki használja a WC-t. Elhasználódott víz minőségének visszaállítása A szigorodó előírások miatt új, de olcsó technológia kell! 60

Miért kell vele foglalkozni? Szűrőágyas Eleveniszapos Példánk: Q = 180 000 m 3 /d A = 5 208 m 2 h = 1,15 m V=5990 m 3 Észak-pesti Szennyvíztisztító Q = 180 000 m 3 /d V anoxikus =19 380 m 3 V levegőztető =89 400 m 3 V eleven =108 780 m 3 V eleven / V ~ 18 + gyógyszermaradványok kiszűrhetősége 61

A vízi közmű terminológia Vízminőség Víztermelés Vízelosztás Szennyvízelvezetés Szennyvíztisztítás Vízminőség Víztermelés Vízelosztás Szennyvízelvezetés Szennyvízhasznosítás Szennyvízminőség 62

A szennyvíztisztítás fejlődése A Internal water, rainwater Single-purpose canal River Communal wastewater of blocks of flats B Internal water, rainwater River Unified canal C Internal water, rainwater All wastewater types Wastewater treatment (Wastewater recycling) River Unified canal Rainfall spillway Black and grey communal wastewater D Internal water, rainwater Wastewater recycling River Separated drainage tolnaibela@t-online.hu 63

Mi történhet az iszappal? Iszap művelet Megjegyzés Termék 1 Lerakás not utilized - 2 3 4 Elégetés Rothasztás (biogáz előállítás) és komposztálás A teljes iszapmennyiség komposztálása Környezetszennyezés - Biogáz és komposzt Komposzt 64

A szürke és fekete szennyvíz paraméterei 100 90 80 70 60 50 40 Szürke szennyvíz Vizelet Széklet 30 20 10 0 Baktériumok Foszfor Nitrogén A fekete szennyvíz (vizelet+ széklet) a baktériumok 99%-át, a nitrogén 98%-át, és a foszfor 90 %-át tartalmazza. Forrás: Tolilettes Du Monde, 2009 65

Gyógyszermaradványok M = 200 800 g/mol 66

Kényszer a vízellátásban Tóparti vízkezelő művek: Balatonszéplak Fonyód Balatonfűzfő Balatonalmádi Balatonfüred Karsztvíz forrás: Nyirád A gazdálkodási környezet : Fogyasztáscsökkenés Szezonális üzem Kormányzati intézkedések Fogyasztói ítélet: Nagyon magas vízdíj Ténymegállapítások: A vízkezelő művek üzeme drága. A vízkezelő művek rekonstrukcióra szorulnak A gondolkozás irányai: A nyirádi víz minél messzebbre juttatása Új karsztvíz források bekapcsolása A vízkezelő művi technológia váltás 67

Kényszer a szennyvízhasznosításnál Ténymegállapítások: Az eleveniszapos technikának túl sok hely kell Szigorodnak a bebácsathatósági előírások A gyógyszermaradványokat a szennyvíztelepen kell kivenni A gondolkozás irányai: Intenzifikálási törekvések Paradigmaváltás: szennyvíztisztítás helyett szennyvízhasznosítás Technológia váltás a szennyvíztelepen A jól kommunikálható: élőgép Mekkora itt a Pe-szám? 68

Tankönyvek Szerző Cím Kiadó Szabó Imre Imre László Szentmártony Tibor Transzportfolyamatok Folyadékok mechanikája I. BME Villamosmérnöki Kar BME Gépészmérnöki Kar Szűcs Ervin Hasonlóság és modell Műszaki Kiadó Szirtes Tamás Ivicsics Lajos Dimenzióanalízis és alkalmazott modellelmélet Hidromechanikai modell kísérletek Typotex BME Építőmérnöki kar tolnaibela@t-online.hu 69

Köszönöm a figyelmet! 70