A szennyvízkezelésben keletkező iszapok, mint hulladékok hasznosítása Beszédes Sándor, Dr. László Zsuzsanna, Dr. Hodúr Cecilia, Dr. Szabó Gábor SZTE Mérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézet 6725 Szeged Moszkvai krt. 9. Tel.: +3662/546-005
Szennyvizek és folyékony hulladékok Nem-lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok Biológiailag lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok Előkezelések Előkezelések Membrán-szeparáció Membrán-szeparációs eljárások Magas sza. tart hulladék (iszap) Szárítás Kondicionálás Kibocsátási határértéknek megfelelő víz Tisztított víz: Technológiai (RO, NF) Közcsatornába (NF, UF) Élővízbe (RO, NF) Komposzt, talajjavítás Biogáz
Szennyvízkezelés Cél: szennyezőanyagok eltávolítása (nitrogén, foszfor, toxikus vegyületek stb..) Kiülepíthető fázis: szennyvíziszap Szennyvíziszap kezelés Lerakás Égetés Hasznosítás (mezőgazdaság, anaerob fermentáció, komposztálás) Nehézfémek? (Fito)toxikus komponensek? Patogenitás?
Szennyvíziszap produktum Előülepítés: primer iszap (lebegőanyag max. kb. 70%-a) Függ: lebegőanyag tartalom koncentrációja, bejövő térfogatáram, felületi terhelés Koagulációt, flokkulációt követő ülepítés (lebegőanyag eltáv. 90%) Primer iszap produktum nő, iszap vízteleníthetősége romlik Szekunder iszap: biológiai szennyvíztisztításban Vízteleníthetőség jobb Tisztítás célja Lebontható szerves anyag eltávolítás (BOI) Iszapkor (nap) 3-5 Nitrifikáció 8-10 Denitrifikáció 14-16 Foszforeliminálás 16-20
Szennyvíziszapok általános összetétele Hasznosítható anyagok Korlátozó összetevők Víz Ásványi részecskék Szerves anyag Tápanyagok Nyomelemek Mérgező anyagok Patogének pórusvíz (70%) kapilláris víz (20%) pelyhek víztartalma (2%) sejtben kémiailag kötött víz (8%) homok és egyéb szemcsés anyagok széntartalmú maradékanyagok nitrogén foszfor kálium fémes elemek és szerves vegyületek nehézfémek egyéb toxikus anyagok baktériumok vírusok paraziták
Iszapkezelési eljárások Iszapsűrítés (gravitációs sűrítők, centrifugák) Iszapkondicionálás (termikus, kémiai, biológiai) Fertőtlenítés (vegyszer és/vagy hő) Víztelenítés Aerob stabilizálás Anaerob stabilizálás (biogáz) Égetés Végső elhelyezés, deponálás
Iszapok Ha az iszap toxikus összetevőket égetése tartalmaz, amely más technológiával nem távolítható el. Az égetés előnyei: térfogatcsökkentés a végtermék nem fertőzött a biológiai bontásnak ellenálló anyagok megsemmisülnek hőenergia nyerhető vissza Az égetés hátrányai: légszennyezés az iszap kb. 40-50 tömegszázalékát hamuként kell elszállítani korroziv hatású égéstermékek kis telepeken a költségek magasak Biomassza vagy veszélyes hulladék? Az égetés energiatermelés, vagy
Szennyvíziszap kondicionálása Célja: vízteleníthetőség javítása a szerves anyag stabilizálása a patogén mikroorganizmusok csökkentése Típusai: fizikai kémiai biológiai
Kémiai kondicionálás Javul a vízteleníthetőség, csökken a rothadóképesség, csökken a patogének mennyisége szerves koagulánsokkal (polielektrolitok) szervetlen koagulánsokkal (FeCl 3, FeSO 4, Al 2 (SO 4 ) 3, CaO)
Fizikai kondicionálás pasztőrözés: felmelegítés 60-80 C-ra, hőntartás termikus kondicionálás: hevítés 180-220 C-ra. A sejtnedvek BOI növekedést okoznak, jól vízmentesíthető fagyasztásos kondicionálás: a jégkristályok a sejtfalat roncsolják mosás: a kolloidfázis eltávolítása, a szűrhetőséget, ülepíthetőséget javítja
Célja Biokémiai kondicionálás a szerves anyagok lebontása az iszap vízteleníthetőségének előkészítése, a patogén mikroorganizmusok számának csökkentése A stabilizálás levegő jelenlétében (aerob úton) és levegőtől elzártan (anaerob úton) történhet.
Komposztálás Egy biotechnológiai eljárás, ahol a szubsztrát szilárd vagy vízoldhatatlan fázisban van felületét vízfilm vonja be, a mikróbák aerob körülmények között végzik a lebontást A komposztálás célja: az anyag térfogatának és tömegének csökkentése fertőző hatás megszüntetése (patogének elpusztítása) a N, P, K, C, stb. tartalom hasznosítása. Primer és szekunder iszapoknál, rothasztott iszapoknál
Sejtfalak lebontása Lignin hasznosítása (gomba, bakt.) Iszap víztelenítés szükséges Megfelelő porozitás Növényi hulladékok bekeverése (átlevegőzés, humifikáció elősegítése) Nitrogén könnyebben felvehető formába alakul Foszforvegyületek szimultán mineralizációja (rosszabb oldhatóság és hasznosítás) Humusz: ammónium tárolás, egyenletesebb felvétel a növényekben
BIOGÁZ Biometanizáció
Anaerob lebontás folyamata A szerves anyagok anaerob lebomlása során széndioxid, metán és víz keletkezik. C 6 H 12 O 6 3CH 3 COOH 3CH 3 COOH 3CH 4 + 3CO 2 CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O +400kJ
Biogázképződés Szakasz Mikroorganizmusok Termék hidrolízis fakultatív anaerob mikroorg egyszerű cukor, aminosav, zsírsav savanyítás savképző bakt. szerves savak, CO 2, H 2 ecetsav-képz. ecetsavképző bakt. ecetsav, CO 2, H 2 metán-képz. metanogén bakt. metán, szén-dioxid, víz
Mikrohullámú sugárzás 300 MHz - 300 GHz
Alkalmazásának előnyei egységnyi térfogatban nagy energiaáram érhető el nincs szükség közvetítő közegre gyors felmelegítő hatás lényegesen lerövidülő műveleti idők
Dielektromos tulajdonságoktól függően szelektív melegítésre és fázisszeparálásra alkalmas A penetrációs mélységben egyenletesebb felmelegedés ' 1 r d 0 " 2 Kémiai reakciók sebességét növeli, a hagyományostól eltérő reakcióutak jellemzik Intenzív nedvességelvonás r
Mikrohullám az iszapkezelésben Az oxidációs eljárások hatékonyságának növelése Patogén mikroorganizmusok gyors elpusztítása Az extracelluláris polimerháló roncsolása A iszap-flokkulumok dezintegrálása A kommunális iszapok esetében megnövekedett szervesanyag-oldhatóság (fehérje, szénhidrátok) A fehérjék oldalláncainak polarizáltsága megváltozik, a hidrogénhidak átrendeződnek
Kutatási célkitűzések A mikrohullámú kezelés hatásainak vizsgálata élelmiszeripari eredetű szennyvíziszapoknál vízoldható szervesanyag-frakciók biológiai lebonthatóság biogázproduktum anaerob fermentáció üteme Folyamatos anyagtovábbítású mikrohullámú kezelő-berendezés fejlesztése
Élőcsíraszám [CFU/g] 1,E+11 1,E+10 1,E+09 1,E+08 1,E+07 1,E+06 1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+01 5W/g 30p. 2W/g 30p. 1W/g 30p. Konv. Kont. 1,E+00 Kont. Konv. 1W/g 30p. 2W/g 30p. 5W/g 30p. Kez. után Beol t. 5 nap 10 nap 15 nap
BOD5 [mg/g] DSOM [%] 100 1 W/g 2,5 W/g 7,5 W/g 80 60 DS OM (SCOD / TCOD) t (SCOD / TCOD) (SCOD / TCOD) max i 40 20 DBD (CBOD /SCOD) (CBOD 5 t 5max (CBOD /SCOD 5 max /SCOD) ) i 0 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1 W/g Kezelési idő [s] y = 0,8605x R 2 = 0,9921 0 20000 40000 60000 scod [mg/g] DBD [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 W/g 2,5 W/g 7,5 W/g 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 Kezelési idő [s]
Kumulatív biogázhozam [ml (gkoi) -1 ] 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Kont. CH 0.5 W/g - 10p. 0.5 W/g - 20p. 0.5 W/g - 40p. 0.5 W/g - 60p. 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 Rothasztási idő [nap]
Biogáztermelődés [mlg -1 /nap] 40 35 Cont. Konv. 0,5W/g 30m. 1 W/g 30 m. 1,5W/g 30m. 2W/g 30m. 5W/g 30m. 30 25 20 15 10 5 0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 Rothasztási idő [nap]
Biogáz termelődés [mlg -1 ] 600 500 Biogáz Metán 400 300 200 100 0 Kont CH 0,5W 10p. 0,5W 20p. 0,5W 30p. 1W 10p. 1W 20p. 1W 30p. 1,5W 10p. 1,5W 20p. 1,5W 30p. 2W 10p. 2W 20p. 2W 30p. 5W 10p. 5W 20p. 5W 30p.
Következtetések A mikrohullámú kezelés alkalmas a szervesanyagok vízoldhatóságának növelésére A mikrohullámú besugárzás egy meghatározott teljesítményig növeli a biológiai lebonthatóságot A mikrohullámú kezelés alkalmas a biogázrothasztás intenzifikálására: fokozza a biogáz hozamot növeli a biogáz metántartalmát felgyorsítja a biológiai lebontás ütemét A besugárzott energia mennyiségén kívül a fajlagos teljesítmény is meghatározó
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!