VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 4.4 Veszélyes hulladék lerakóból kilúgozott anyag kezelése eleveniszapos, membrános tisztítórendszerrel Tárgyszavak: veszélyes hulladék; hulladéklerakó; kilúgozás; szivárgóvíz; szennyvízkezelés; eleveniszap; bioreaktor; membránreaktor. A veszélyes hulladékok problémája Az ipari termelés növekedése a veszélyes hulladékok mennyiségének gyarapodását is eredményezte. A veszélyes hulladékoktól való megszabadulás egyik módja a speciális lerakókban való elhelyezés, ahol egy biztonságos medence megakadályozza a veszélyes hulladék kijutását a környezetbe. A veszélyes hulladék lerakókban keletkező kilúgozott anyag az esővízzel vagy más felszíni vízzel való érintkezés során képződik. A veszélyes hulladék lerakók úgy készülnek, hogy a benne képződő folyadék külön kezelhető legyen, mielőtt az kijut a környezetbe. Bár az aktuális összetétel függ a lerakó jellegétől, tipikusan nagy benne a kémiai oxigénigény (KOI), az ammóniatartalom, a fémtartalom és általában erősen lúgos. A szerves anyag és a nitrogéntartalom csökkentésének viszonylag olcsó módja a biológiai, eleveniszapos kezelés, amely egy aerob biológiai kezelésből és ülepítésből áll. A hagyományos eleveniszapos kezelésnek több hátránya van. Az iszap előállításához nagy területre van szükség. A módszer hatékonyságát számos paraméter befolyásolja, pl. a betáplált anyag koncentrációja, az iszap retenciós ideje (SRT), a hidraulikus retenciós idő (HRT), a biomassza koncentrációja a levegőztető tartályban (MLSS = kevert folyadék szuszpendált szilárdanyag-tartalma), szerves terhelés, tápanyag/mikroorganizmus hányad (F/M hányad), iszapveszteségi hányad, és az iszap ülepedési tulajdonságai az ülepítőtartályban. A biomassza koncentrációjának növekedése növeli a degradáció sebességét és csökkenti a szükséges felület nagyságát. A nagy MLSS érték a levegőztetett tartályban azonban ülepedési problémákat
okoz, mert ilyenkor gyenge az ülepedés minősége. Külön ülepítőtartály használatának az a hátránya, hogy annak elválasztóképessége függ a levegőztetett tartályban fennálló viszonyoktól is. A hagyományos eleveniszapos módszer hatékonysága tehát csak úgy javítható az MLSS növelésével, ha olyan új módszereket alkalmaznak, amelyek nem használnak ülepítést. Ilyen alternatív módszer lehet a membránszeparációs technológia. A membránszűrés elterjedését azonban gátolta a viszonylag kicsi áramlási sebesség és az energiaigény. Ahhoz ugyanis, hogy stabil maradjon az anyagáram, nagy keresztirányú áramlási sebességre és nyomásra van szükség. Ez csak erős recirkulációval érhető el, ami drágítja a módszert. Többen próbálkoztak az energiaigény csökkentésével pl. úgy, hogy üreges szál membránt alkalmaztak közvetlenül a szuszpendált szilárd anyag levegőztetőtartályában. Ez szükségtelenné teszi a recirkulációt, de kérdéses, hogy hosszú távon stabilnak bizonyul-e. Másik lehetőség a gyors ellenáram, ami viszonylag alacsony keresztirányú áramlás és nyomás esetén is biztosítja a stabil áramlást. Bioreaktorokban alkalmazták a rendkívül rövid idejű, de gyakori ellenáram ( ellen-sokk ) módszerét, ami jelentősen csökkentette a membránszeparáció energiaigényét. Itt olyan próbálkozás eredményeinek ismertetése következik, ahol ezt a módszert eleveniszapos tisztításra alkalmazták, veszélyes hulladék tárolók kilúgozott folyadékának kezelése céljából. Alkalmazott módszerek és anyagok A vizsgálatok mind szakaszos, mind folyamatos működésű rendszerekre kiterjedtek. A szakaszos vizsgálatban egy 10 l-s hasznos térfogatú tartályt használtak, és a kilúgozott anyagot csak a működtetés első ján adták a rendszerhez. A folyamatos eljárásban egy 5 l-s hasznos térfogatú, 24 órás HRT értékű levegőztetőtartályt használtak. Az SRTértéket szisztematikusan változtatták (16, 24 és 36 óra). A mikroszűréshez polipropilén üreges szálat használtak. Az ellenáramhoz a permeátum oldalról nagynyomású levegőt alkalmaztak. A kísérleti berendezés vázlatát az 1. ábra mutatja. Az optimális működtetés 0,3 bar membránnyomásnál (TMP) és 0,6 bar ellenáramú nyomásnál valósult meg (1 s hosszúságú, 2 percenként ismétlődő impulzusok). Szakaszos kísérletek eredményei A szakaszos kísérlet első ján az oldott kémiai oxigénigény érték (KOI) 2036 mg/l volt, az MLSS koncentráció 2240 mg/l, az MLVSS (ke-
vert folyadék illékony szuszpendált szilárdanyag-tartalom) érték pedig 935 mg/l volt. A szakaszos rendszer megfigyelését akkor szüntették meg, amikor beállt a stacionárius állapot, vagyis a KOI-érték okon át állandó maradt (2. ábra). permeátum nagynyomású levegő betáplált áram levegő iszaphulladék 1. ábra Az eleveniszapos eljárás és a membránszeparáció kombinációjának folyamatábrája 2600 2100 1600 1100 600 100 0 5 10 15 20 25 30 35 2. ábra A KOI értézása a sza- kének válto- kaszos kísérlet során
A kísérlet végére a KOI értéke 988 mg/l-re csökkent (51,5%-os csökkenés), a BOI 5 (biológiai oxigénigény) pedig mindössze 20 mg/l-re (94,1%-os csökkenés). Az ammónia-nitrogén-tartalom 77,6%-kal csökkent. A kis MLVSS/MVSS és BOI 5 /KOI hányad arra utal, hogy viszonylag kevés az a tápanyag, amely a mikroorganizmusok növekedéséhez szükséges. A fajlagos növekedés lassú volt, és a szubsztrátumot a mikroorganizmusok nehezen bontották le. 2500 2500 2000 2000 1500 1000 1500 1000 500 500 0 0 5 10 15 20 25 30 0 0 10 20 30 40 50 a) KOI változása SRT = 16 mellett b) KOI változása SRT = 24 mellett 2100 1900 1700 1500 1300 1100 900 700 500 0 5 10 15 20 25 30 beömlő anyag KOIértéke oldott szubsztrátum KOI-értéke permeátum KOI-értéke c) KOI változása SRT = 32 mellett 3. ábra A különböző pontokon mérhető KOI értékének változása különböző SRT-értékek mellett a folyamatos kísérletben Folyamatos kísérletek eredményei A három különböző SRT-érték mellett fölvett MLSS és MLVSS értékek összehasonlításából kiderült, hogy a 16 órás SRT-érték esetében az iszap fogyását nem pótolta az iszap termelődése, a 24 és 32 órás SRT
esetében viszont az MLSS érték folyamatosan nőtt, vagyis itt az iszaptermelődés ellentételezte a fogyást. A 3. ábrán láthatók a befolyó oldat, az oldott szubsztrátum és a permeátum (átszűrt oldat) KOI-értékei. A 16 órás SRT-érték mellett a rendszer nem működött jól, a permeátum KOI-tartalma növekedett, és csak akkor csökkent, amikor a bejövő oldat KOI-értéke csökkent. Ez azt jelenti, hogy ilyen terhelés mellett a 16 órás iszap retenciós idő nem elég a bontható szerves anyag emésztéséhez. A 24 órás SRT mellett a bejövő oldat jellemzői a következők voltak: KOI = 1800 mg/l, BOI 5 = 267,5 mg/l, ammónia-nitrogén = 114,8 mg/l, nitrát-nitrogén = 0,32 mg/l. A permeátum KOI-értéke lassan nőtt, tehát a kontaktus ideje még mindig nem volt elegendő a folyamatos működéshez. A 32 os SRT-érték mellett a rendszer végül stabilnak bizonyult. A KOI értéke 31,3%-kal csökkent a kísérlet végére. fluxus, l/m 2.h 15 10 5 SRT = 24 SRT = 16 SRT = 32 0 0 10 20 30 40 4. ábra Folyamatos méréseknél tapasztalt membránfluxus értékek az idő függvényében, különböző SRT-értékek mellett A 4. ábra a permeátum áramának időbeli alakulását mutatja három különböző SRT-érték mellett 0,3 bar membránon keresztül mérhető nyomáskülönbség mellett. A membránfluxus 5 l/m 2 óra körüli értéken stabilizálódott, ami ugyan alacsonyabb volt, mint a kiindulási 15 l/m 2 óra érték, de ez annak tulajdonítható, hogy a membránt a kísérlet előtt már más célokra is használták, ezért részben eltömődött. A beálló fluxusérték viszonylag stabilnak bizonyult, amennyiben az ismétlődő ellenáramos tisztítás módszerét használták. Az ábrán látható görbék értékeléséhez
azt sem árt tudni, hogy időben először hajtották végre a 32 órás mérést, majd a 24 órásat, amelynek során a fluxus csökkent. A 16 órás mérést már egy új membránnal végezték, amelynek permeabilitása eleve alacsonyabb volt, mint a korábban használt membránnak. Oxigénfelvételi sebesség (OUR) értékek Mivel a baktériumkultúrában több faj keveredik, a biológiai aktivitást a BOI-érték helyett célszerűbb az oxigénfelvételi sebességgel (OUR = Oxygen Uptake Rate) jellemezni. A szakaszos és a három folyamatos mérésben megfigyelhető OUR értékeket az 1. táblázat foglalja össze. Az 1. táblázat A szakaszos és folyamatos kísérletek során mért oxigénfelvételi sebességi (OUR) értékek Rendszer Oxigénfelvételi sebesség (mg/l min) Szakaszos 0,149 SRT 16 0,095 SRT 24 0,120 SRT 32 0,232 OUR értéke arányos a biológiai aktivitással, hiszen azt táplálja és tartja fenn. A szakaszos reaktorban mérhető érték a folyamatos kísérletekben mérhető tartomány közepe táján helyezkedik el, a folyamatos kísérletekben annál nagyobb az oxigénfelvétel, minél hosszabb a kontaktusidő. Az abszolút értékek elég alacsonyak más hasonló kísérletekkel összevetve, aminek az alacsony BOI 5 /KOI arány, vagyis a viszonylag kis mennyiségben jelenlevő biológiailag bontható szubsztrátum az oka. Éppen ezért áll le viszonylag hamar a szakaszos kísérlet (a 33. on a degradálható mennyiség több, mint 90%-a elfogy), és ezért van szükség hosszú iszap retenciós időre a folyamatos kísérletekben. Tanulságok A veszélyes hulladékok lerakásának egyik problémája a hulladékokkal érintkező víz kezelése. A nehézséget a kis BOI/KOI arány (0,1-0,2), a viszonylag nagy ammóniatartalom, a lúgos kémhatás okozza. Az ismertetett eleveniszapos eljárás alkalmasnak bizonyult ilyen extrém szennyvizek biológiai kezelésére is, tehát a módszer alternatívát kínálhat a hagyományos vegyi kezelésekkel szemben. Lehetséges, hogy a biológiai
módszer első kezelési lépcsőként lesz alkalmazható, ezzel is csökkentve a későbbi vegyi kezelés melléktermékeinek mennyiségét. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Setiadi, T.; Fairus, S. = Hazardous waste landfill leachate treatment using an activated sludge-membrane system. = Water Science and Technology, 48. k. 8. sz. 2003. p. 111 117. Dijk, L. V.; Roncken, G. C. G.: Membrane bioreactor for wastewater treatment: the state of the art and new development. = Water Science and Technology, 35. k. 10. sz. 1997. p. 35 41.