hír CSATORNA 2005 A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség Lapja március-április TARTALOM MASZESZ Hírhozó... 2 Dulovics Dezsõné dr.: Csatornahálózatok megfelelõsége... 3 Németh Zsolt, Dr. Kárpáti Árpád: Ultrahanggal történõ iszapkezelés és hatásai a szennyvíztisztításban... 16 KA Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall tartalomjegyzék magyar nyelvû fordítása 2005/02... 21 2005/03... 23 FÓRUM Dr. Gayer József : A propos tetõvizek hozzászólás Dulovics D-né Csapadékvízgazdálkodás a környezetterhelés csökkentésének egyik eszköze címû cikkéhez... 25 Barry James: A VÍZ(ÜGY) PRIVATIZÁCIÓJA fordítás az UPDATE 2004 címû lapból... 27 TÁJÉKOZTATÓ a A mûszaki tervezéssel összefüggõ közéleti problémák címû, 2005. április 12-én megtartott kerekasztal megbeszélésrõl.. 30 MEGHÍVÓ a Szennyvíztisztító telepek rekonstrukciója címû konferenciára... 31
2 HÍRCSATORNA H Í R H O Z Ó KEDVES I. KOLLÉGA! évf. 2. sz. A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség 1998. szeptember A MaSzeSz elnöksége március 3-án ülésezett. Programként foglalkozott az IFAT-ra történõ kiutazással és a májusban immár hatodik alkalommal megrendezésre kerülõ német-magyar elõadóülés programjának elõkészítésével, melyre május 30-31.-én 10 órakor kerül sor Lajosmizsén Szennyvíztisztító telepek rekonstrukciója címmel. Jelen számunkban tájékoztatjuk Önt/Téged Meghívó formájában az említett konferenciáról, valamint A mûszaki tervezéssel összefüggõ közéleti problémák címû, 2005. április 12-i kerekasztal megbeszélésrõl. Szíves figyelmükbe/figyelmetekbe ajánlom az alábbi két cikket: Dulovics Dezsõné dr: Csatornahálózatok megfelelõsége, Németh Zsolt, Dr. Kárpáti Árpád: Ultrahanggal történõ iszapkezelés és hatásai a szennyvíztisztításban, valamint a FÓRUM rovatunkban megjelenõ: Dr. Gayer József : A propos tetõvizek hozzászólást Dulovics D-né Csapadékvízgazdálkodás a környezetterhelés csökkentésének egyik eszköze címû cikkéhez, és Barry James: A víz(ügy) privatizációja fordítást Kisgyörgy Rozália tollából az UPDATE 2004 címû lapból, melyekkel kapcsolatosan észrevételeket várunk a téma megvitatása céljából. Közremûködésüket/közremûködésedet megköszönve, jó munkát kíván: Budapest, 2005. április 18. Dr. Dulovics Dezsõ, PhD. ügyvezetõ igazgató, elnökségi tag A Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség kiadványa. (BME Vízi-Közmû és Környezetmérnöki Tanszék) 1111 BUDAPEST, Mûegyetem rkp. 3. Megjelenik minden páros hónap utolsó hetében. A fordításokat Simonkay Piroska okl. mérnök készítette Kiadó és terjesztõ: DPH Kft. Szerkesztõ: Dr. Dulovics Dezsõ Tördelés: Aranykezek Bt. Nyomás: Ofszet Bt.
HÍRCSATORNA 3 CSATORNAHÁLÓZATOK MEGFELELÕSÉGE Dulovics Dezsõné dr. 1. BEVEZETÉS Az elmúlt évben a Magyar Mérnöki Kamara Vízgazdálkodási és Vízépítési Tagozatának évenként megrendezésre kerülõ kibõvített elnökségi ülésén, köztiszteletben álló kollégánk felvetette, hogy azért épülnek sok esetben selejt -nek minõsíthetõ szennyvízcsatorna hálózatok, mert nincs megfogalmazva a szélesen vett szakma számára hogy mit tekintünk e téren napjainkban megfelelõnek. Bár ez a kijelentés nem fedi teljesen a valóságot, mivel számos próbálkozásról van tudomásunk (Juhász, 2000), a EU szabványok harmonizációja ütemesen halad elõre, melyrõl a HÍRCSATORNA is tudósít (Dulovicsné, 2004.a). Tény az, hogy a szakterületünk elõtt valóban csak hézagosan ismert ez a követelményrendszer, ezért most e folyóirat lapjain megfogalmazva szeretnénk széleskörûen közzétenni a csatornahálózatok megfelelõségére vonatkozó nézeteinket, mely az elmúlt évben a MaSzeSz által szervezett V. Német-magyar elõadóülésen már elhangzott (Dulovicsné, 2004.b). Szívesen vennénk szakértõ kollégáink észrevételeit, hozzászólását a HÍRCSATORNA lapjain, hogy minél szélesebb körû, ütköztetett vélemény álljon rendelkezésre szakterületünkön e fontos kérdésben. Elõször vizsgáljuk meg, hogy mit is jelent a megfelelõség. A Magyar Értelmezõ Szótár szerint a megfelelõ szó több értelme mellett, esetünkre az alábbiak értelmezhetõk: II. (mn.) valamely követelményt kielégítõ, valamire alkalmas, felhasználható, II. (fn.) olyan dolog, jelenség, amely egy másik rendszerben megfelel valaminek. A megfelelõség tehát a megfelelõ szóból képezve a követelményeket kielégítõ, valamire alkalmas, felhasználható rendszert kell jellemezzen. A továbbiakban tehát azon követelmények függvényében vizsgáljuk a csatornahálózatokat, melyek a felhasználhatóságot, alkalmasságot determinálják. Elõször is le kell szögezni, hogy a megfelelõ vízelvezetõ rendszer akkor áll elõ, ha annak minden része teljesíti a követelményeket, és ez vonatkozik a szenny- és csapadékvizeket elvezetõ rendszerekre, szivattyútelepekre, tisztítótelepekre és a a befogadóba történõ bevezetések hatásaira. 2. A MEGFELELÕSÉG VIZSGÁLATÁNAK SZEMPONTJAI CSATORNA HÁLÓZATOK ESETÉN A csatornahálózatok megfelelõsége több oldalról vizsgálható és az érvényben lévõ szabványokhoz, tapasztalatok alapján kialakult szokványokhoz, az országunk mûszaki színvonalához való kapcsolatához, valamint a rendeleti úton történõ szabályozáshoz hasonlítható, azokkal mérhetõ össze, illetve ezek alapján minõsíthetõ. Látható tehát, hogy rendkívül összetett, bonyolult értékelõ rendszert kell kidolgozni és az 1. táblázat szerinti négy fõ terület vizsgálata alapján lehet a minõsítést elvégezni Sorszám Vizsgálati szempont Szabályozás 1. Építési megfelelõség MSZ EN 1610 MSZ EN 476 MSZ EN 1295-1 MSZ EN 206-1 Csövekre vonatkozó MSZ EN-ek és érvényben lévõ MSZ-ek 2. Szolgáltatási megfelelõség MSZ EN 752 3. Környezetvédelmi megfelelõség Víz Keretirányelv MSZ EN 752 26/2002 Korm.rendelet 28/2004 Korm.rendelet 4. Gazdaságossági megfelelõség Víz Keretirányelv 26/2002 Korm.rendelet 1. táblázat. A csatornahálózatok megfelelõsége vizsgálatának fõbb szempontjai 2.1. Építési megfelelõség Az építési megfelelõség szempontjából elsõsorban az alábbi 2. táblázat szerinti követelményeket kell kielégíteni. Sorszám Vizsgálati szempont Érvényben lévõ mûszaki szabályozás 1. Megfelelõ szilárdsági biztonság MSZ EN 1295-1 MSZ EN 1610 2. Megfelelõ szerkezeti kialakítás MSZ EN 476 és a különbözõ csõanyagokra vonatkozó szabványok 3. Megfelelõ vízzáróság MSZ EN 1610 4. Megkövetelt élettartam Betonra: MSZ EN 206-1 Betoncsövekre: MSZ EN 1916 2. táblázat. Az építési megfelelõség vizsgálati szempontjai és mûszaki elõírásai
4 HÍRCSATORNA 2.1.1. A megfelelõ szilárdsági biztonság A talajba fektetett csõvezetékek statikai számítása széleskörû és komplex mûszaki szakterület, amely számos országban sok éven keresztül volt átfogó tanulmányok és kutatások tárgya. Az egyes CEN- tagországokban kifejlesztett és bevezetett számítási eljárások között bár vannak azonosságok különbségek találhatók a geológiai és éghajlati adottságokban és s fektetési módszerekben. A hazai próbálkozásokat több publikáció is tartalmazza (Dulovicsné, 1988), (Mészáros et al.1991,1994). A csõvezetékeket építési és üzemi állapotra úgy kell méretezni, hogy azok az elõirányzott terheléseket- használhatóságuk korlátozása, vagy a környezetet károsító hatások nélkül fel tudják venni, ezért a csõvezeték számításának igazolnia kell, hogy a határállapotokat a vezeték nem éri el a következõ egy vagy több feltétel figyelembe vételével: nyúlás, feszültség, hajlítónyomaték és normálerõ, vagy teherbírás pl. gyûrû- vagy hosszirányban, ha szükséges, instabilitás (pl. horpadás), gyûrû irányú alakváltozás, vízzáróság. Az építési folyamatnak a teherviselõ-képeségre jelentõs a hatása. Az alábbi körülményeket célszerû figyelemmel kísérni: árokkiemelés, csõágyazat, visszatöltés. A csõárok kialakítását és részeit az 1. ábra mutatja be. Az árokkiemelés során az árokszélesség a boltozati hatás révén hatással van a földteher csökkentésére, befolyásolhatja a csövek földdel való oldalsó megtámasztásának nagyságát is. A rézsûs munkaárok hajlásszöge befolyásolhatja a földteher nagyságát, míg a dúcolt árkok esetén a dúcolás módját figyelembe kell venni. Ha a dúcolatot az ágyazás és/vagy a visszatöltés után eltávolítják, üregek keletkeznek, amelyek a talaj fellazulását okozhatják, miáltal csökkentik az ágyazat megfelelõségét, a boltozati hatáshoz fontos súrlódást, továbbá fokozzák a hosszú távú talajsüllyedéseket. A talajvíznek és az alkalmazott talajvízszint-süllyesztésnek is lényeges hatásai lehetnek. A talajvíz távoltartása javítja a visszatöltés tömöríthetõségét, figyelemmel kell azonban kísérni a megszívás hatásait, hogy az esetleges túlszívás a talaj részecskéket ne hozza mozgásba, és ez által ne csökkentse a talajszerkezet tömörségét. A talajvíz késõbbi, visszatöltés utáni, megemelkedése talajsüllyedéseket okozhat, amelyek nagyobb földterhekhez és a csövek oldalsó megtámasztásának a csökkenéséhez vezethetnek. A fentiek a felhajtóerõ kialakulása révén könnyû csõanyagok alkalmazása esetén a csõ felúszását is okozhatják. A csövek ágyazása a 2. ábra szerint történhet. 1 típusú ágyazat 2 típusú ágyazat 1. Felszín 7. Felsõ ágyazati réteg 2. Útburkolat, vagy vágány-szerkezet, 8. Alsó ágyazati réteg ha létezik 9. Árokfenék 3. Árokfalak 10. Takarási mélység (3.3) 4. Visszatöltés (3.6) 11. Az ágyazat vastagsága (3.1) 5. Fedõréteg (3.5) 12. Csõzóna vastagsága (3.4) 6. Oldalfeltöltés (3.12) 13. Árokmélység (3.13) a Alsó ágyazati réteg vastagsága b Felsõ ágyazati réteg vastagsága c Fedõréteg vastagsága b = k x OD (lásd 7. fejezet) Ahol: k dimenzió nélküli tényezõ; a felsõ ágyazati réteg vastagságának b és OD aránya OD a csõ külsõ átmérõje mm-ben. MEGJEGYZÉS 1: Az a és c legkisebb értékét lásd a 7. fejezetben. MEGJEGYZÉS 2: k x OD pótolja az ágyazati szög számítását, ahogyan egyes nemzeti szabványokban alkalmazzák. Az ágyazati szög nem azonos a statikai számítás ágyazati megtámasztás reakciószögével. 1. ábra. A csõfektetési fogalmak bemutatása 3 típusú ágyazat 3. ábra. A csövek ágyazása Ha az árok fenéksíkjában lévõ termett talaj csõágyazatnak nem alkalmas, akkor minden csõfajtára meg kell állapítani az alsó ágyazati réteg vastagságát a biztos ágyazás érdekében. Puhább talajfajtáknál az alsó ágyazati réteg vastagságát meg kell növelni, hogy a süllyedések elkerülhetõk legyenek.
HÍRCSATORNA 5 A felsõ ágyazati réteg vastagságát úgy kell méretezni, hogy a csõben keletkezõ (közvetlenül számított, vagy a beépítési tényezõben figyelembe vett) hajlító nyomatékot felvegye. A visszatöltés anyaga és tömörítése a csövek állékonyságára hatást gyakorol, befolyásolja a földnyomás eloszlását és a csõ viselkedését. A fektetés során a tömörítés befolyásolja a késõbbi a természetes, vagy a közlekedés okozta terhek révén felgyorsított talajtömörödés miatt fellépõ- süllyedések nagyságát. Általánosságban megállapítható, hogy minél nagyobbak a süllyedések a csõ mellett, annál nagyobb lesz a csõre jutó teher. A csövek keresztmetszeti viselkedésük szerint hajlékony, fél-merev és merev osztályba sorolhatók. A hajlékony csõ teherbírását a tervezett legnagyobb terhelés miatti törés vagy túlterhelés nélküli alakváltozás korlátozza. A fél-merev csõ teherbírását vagy alakváltozása, vagy törése, vagy túlterhelése korlátozza. A merev csõ teherbírását keresztmetszetének érzékelhetõ alakváltozása nélküli törése vagy túlterhelése korlátozza. A merevség a csõ ellenállása olyan alakváltozással szemben, amelyet egymással szemben lévõ felületeken hosszmentén kifejtett külsõ teher okoz, amely a következõképpen határozható meg: S= E.I / D 3 Ahol: S a csõ merevsége, kn/ m 2 E hajlítási modulus kerületi irányban, kn/m 2 I a csõfal hosszirányú inercianyomatéka, m 4 /m D a csõfal középtengelyére vonatkoztatott átmérõ, m A tömörítés folytán a hajlékony csõ összenyomódása következhet be, ami éltörõ terhelését és szilárdságát befolyásolhatja. Ha a csõ merev, tekintélyes mértékû tömörítés végezhetõ úgy, hogy a csövet csak csekély mértékû többlet igénybevétel éri. A betoncsövek az MSZ EN 1916 és az aknaelemek MSZ EN 1917 számú szabványai a törõterhelésbõl az alábbi képlettel számítják a beton hajlító-húzó szilárdságát f bt = 6 F n.r m / Π. t 2 min A tervezõ feladata lenne, hogy a helyszíni terhekbõl is húzófeszültséget számítson és az alkalmasságot igazolja. 2.1.2. Megfelelõ szerkezeti kialakítás Az MSZ EN 476 Gravitációs rendszerû szennyvízelvezetõ csatornák és vezetékek szerkezeti elemeinek általános követelményei c. szabvány szerint a megfelelõ szerkezeti kialakítás mind a csatornákra, mind pedig a csatornahálózat mûködését biztosító mûtárgyakra vonatkozik, melyekre 40 kpa lehetséges legnagyobb nyomás hat és amelyek háztartási-, ipari szennyvizeket, illetõleg csapadékvizet, valamint felszíni lefolyást vezetnek el, anélkül, hogy azok szerkezeti elemeit károsítanák. A csatornák lehetnek kör és más keresztmetszetûek. A rendszer késztermékekbõl és helyszínen épített monolit szerkezetekbõl is állhat. A csöveket belsõ (DN/ID), vagy külsõ (DN/OD) névleges méretekkel kell megadni. A közcsatornák esetében az alábbi névleges méreteket lehet kiválasztani: DN/ID: 200, 225, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2500, 2800, 3000, 3500, 4000. DN/OD: 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000. Az a szándék, hogy minden anyagra a névleges méretek számát korlátozzák A tisztítóaknák melyekbe személyzet is lemászhat névleges méretei legyenek DN/ID 800, vagy ennél nagyobb, de DN/ID 1000-nél kisebbek. A lebúvónyílás mérete legalább DN 600. Az ellenõrzõ nyílások ha csak tisztítóeszköz, ellenõrzõ- vagy vizsgálóberendezés lejuttatását teszik lehetõvé- névleges mérete DN/ID 800 -nál kisebb lehet. 2.1.3. Megfelelõ vízzáróság Az oldalfeltöltés betakarása elõtt elõvizsgálat végezhetõ, a földvisszatöltés és a dúcolás eltávolítása után kerül sor a csatornaszakasz vagy rendszer átvételi vizsgálatára mely exfiltrációs illetve infiltrációs lehet. A exfiltrációs vizsgálat során a csatornahálózat megfelelõ vízzáróságáról akár levegõs ( L módszer), akár vizes ( W módszer) nyomáspróbával meggyõzõdhetünk. A csövekre és idomokra, továbbá aknákra és ellenõrzõ nyílásokra különálló vizsgálat is végezhetõ. Például csövekre L módszer, aknákra W módszer. A levegõs nyomáspróba esetében a javító intézkedések száma és kudarc esetén a vizsgálat ismétlése nincs korlátozva, sõt egyszeri vagy megismételt L vizsgálat sikertelensége esetén a W vizsgálatra való áttérés megengedett, ez esetben azután egyedül ez utóbbi vizsgálat eredménye a döntõ. Infiltrációs vizsgálat eseti rendelkezéssel akkor végezhetõ, ha a vizsgálat idején a talajvízszint a csõtetõ felett áll. 2.1.3.1. Levegõvel történõ vizsgálat Aknák és ellenõrzõ nyílások nélküli csõvezetékek vizsgálati idejét a 3. táblázat szerint kell megválasztani, a csõátmérõk és a vizsgálati módszerek (LA, LB, LC, LD)
6 HÍRCSATORNA függvényében. A L vizsgálati módszer során az A indexszel jelölt az angol, a B indexszel jelölt a skandináv, a C indexszel jelölt az osztrák a D index szel jelölt a német elõírások alkalmazását jelenti. Anyag Vizs- p 0 *) p Vizsgálati idõ (min) gálati mbar DN DN DN DN DN DN DN mód- (kpa) 100 200 300 400 600 800 1000 szer Száraz LA 10 2,5 5 5 5 7 11 14 18 betoncsõ (1) (0,25) LB 50 10 4 4 4 6 8 11 14 (5) (1) LC 100 15 3 3 3 4 6 8 10 (10) (1,5) LD 200 15 1,5 1,5 1,5 2 3 4 5 (20) (1,5) Kp-érték ** 0,058 0,058 0,053 0,040 0,0267 0,020 0,016 Nedves beton- LA 10 2,5 5 5 7 10 14 19 24 csõ és minden (1) (0,25) más anyag LB 50 10 4 4 6 7 11 15 19 (5) (1) LC 100 15 3 3 4 5 8 11 14 (10) (1,5) LD 200 15 1,5 1,5 2 2,5 4 5 7 (20) (1,5) Kp-érték ** 0,058 0,058 0,040 0,030 0,020 0,015 0,012 * Atmoszferikus nyomás feletti nyomás ** 1 po t = ln K p po p 16 Száraz betoncsövekre a Kp = ; legnagyobb értéke 0,058 DN 12 Nedves betoncsövekre és minden más anyagra Kp = ; legnagyobb értéke 0,058, ahol t DN ha t 5 perc a közelebbi 0,5 percre, ha t > 5 perc a közelebbi 1,0 percre kerekítendõ. ln = log e 3. táblázat: Próbanyomás, nyomásesés és vizsgálati idõ levegõvel történõ vizsgálathoz Aknák és ellenõrzõ nyílások levegõvel történõ vizsgálatához javasolt, hogy az alkalmazott vizsgálati idõ fele olyan hosszú legyen, mint a 3. táblázatban elõírt érték. Az induló nyomást, mely a p 0 szükséges vizsgáló nyomást kb. 10%-kal meghaladja, elõször öt percig egyenletesen tartani kell, majd a kiválasztott (LA, vagy LB, vagy LC, vagy LD) módszerhez szükséges vizsgálati nyomást kell beállítani a p nyomásesés mérése céljából. Ha a vizsgálati idõ után a nyomásesés a 3. táblázatbeli értéknél kisebb, a vizsgált vezeték a kívánalmaknak megfelel. 2.1.3.2. Vízzel történõ vizsgálat A vízzel történõ vizsgálatnál ( W módszer) a vizsgálati nyomás a vizsgált gravitációs csatornaszakasznak, adottság szerint folyásirányban, vagy azzal ellentétesen elhelyezett aknája terepszintjéig vízzel való feltöltésébõl származó nyomás, melynek legnagyobb értéke 50 kpa, legkisebb értéke 10 kpa, a csõtetõn mérve. A csõvezetékrendszer megkövetelt próbanyomást biztosító, vízzel való feltöltését követõen te= 1 h elõkészületi idõre lehet szükség. Ennél több elõkészületi idõre lehet szükség száraz klimatikus viszonyok között, betoncsövek esetén. A vizsgálati idõ tv = 30 ± 1 perc A vizsgálati nyomást 1kPa-on belül kell tartani. Ezen követelmény eléréséhez a vizsgálat során hozzátöltött teljes vízmennyiséget, a nyomómagasságot mérni és feljegyezni szükséges. A vizsgálati követelmény teljesül, ha az utántöltött víz mennyisége 30 perc alatt nem nagyobb, mint csõvezeték esetében 0,15 l/m 2, csõvezeték és hozzá tartozó aknák esetében 0,20, l/m 2, aknák és ellenõrzõ nyílások esetében 0,40 l/m 2, ahol a felületet a csõ belsõ, nedvesített felülete alapján kell figyelembe venni. Egyedi csõkötések vizsgálata a DN 1000 nél nagyobb átmérõjû csõvezetékek vizsgálataként foghatók fel, 1 m hosszú csõdarab belsõ felületére vonatkoztatva. A vizsgálati körülményekre 50 kpa próbanyomást kell a csõtetõn biztosítani. Az aknaelemek vízzáróságára az MSZ EN 1917 vonatkozik az alábbiak szerint: A 125 mm-nél nagyobb falvastagságú elemeknél a vízzáróságot nem kell vizsgálni. A következõ vizsgálatoknál 15 percnyi nyomás után átszivárgás nem lehet, de az átnedvesedés nem tekinthetõ szivárgásnak. = a 800 mm belsõ átmérõjû, ember nem járta ellenõrzõ akna fenékelemét 4 m vízoszlop nyomómagassággal (40 kpa, 0,4 bar nyomással) kell megnyomni, = a 800 mm belsõ átmérõjû, ember nem járta ellenõrzõ akna további magasító elemeit 3 m vízoszlop nyomómagassággal (30 kpa, 0,3 bar nyomással) kell megnyomni. = Az 1000 mm belsõ átmérõjû, ember járta tisztító akna elemeit 5 m vízoszlop nyomómagassággal (50 kpa, 0,5 bar nyomással) kell megnyomni. = A mintavétel a vízzáróságra folyamatos gyártás esetén, azonos belsõ átmérõjû és falvastagságú elemekbõl: = ha a falvastagság kisebb, mint 40 mm 250 darabonként, = ha a falvastagság 40-100 mm 500 darabonként, = ha a falvastagság 100-125 mm 1000 darabonként. A felére lehet csökkenteni a vizsgálatok számát, ha az utolsó 10 vizsgálat megfelelõséget mutatott. 2.1.4. Megfelelõ élettartam A megfelelõ élettartam a csatornák esetében véleményünk szerint legalább 50 év. Német tapasztalati ada-
HÍRCSATORNA 7 tokat tartalmazó kutatás szerint (Pecher 1998) a különbözõ csõanyagokból épített csatornák tapasztalati élettartamai a 3. ábra szerint alakulnak. A mûanyagokra ilyen hosszú távlatú tapasztalati adatok csekély szinten állnak rendelkezésre. 3. ábra. Gravitációs csatornák tapasztalati élettartamai csõanyagok szerint (Pecher 1998) A korábbi betonminõségek megváltoztatását az MSZ EN 206-1 elõírásai tették szükségessé, mely szerint az eddigi szilárdsági szemlélet tartósság szempontjából nem vált be. Az új szabvány arról szól, hogy a betonnak és így a betonból épített csatornahálózatoknak a környezeti hatások közepette általában 50 éves idõtartamon keresztüli élettartamot kell biztosítani, a 4., 5., 6. és 7. táblázatokban közölt kitéti osztályok szerint (Hajtó, 2004). Mint a táblázatok is szemléltetik az alábbi négy fõ kitéti osztályt kell megkülönböztetni : karbonátosodás okozta korrózió (XC), kloridok által okozott korrózió (XD), fagyási/olvadási korrózió (XF) és kémiai (szulfát) korrózió (XA). XC kitéti osztály/környe- Karbonosodást okozó A hatásnak kitett zeti osztály hatás beton szerkezet XC1 Száraz, vagy Csekély relatív páratartartósan nedves talmú épületben lévõ beton. Állandóan víz alatt lévõ beton XC2 Nedves, ritkán száraz Hosszú idõn át vízzel érintkezõ betonfelületek Sok alapozásfajta XC3 Mérsékelt nedvesség Esõtõl védett, szabadban lévõ beton Mérsékelt, vagy nagy relatív páratartalmú épület ben lévõ beton XC4 Váltakozva nedves Víznek kitett betonfelüés száraz letek, amelyek nem tartoz nak az XC2 osztályba 4. táblázat. Karbonátosodás okozta korrózió XC kitéti/környezeti osztályai A karbonátosodás okozta korrózió ott lép fel, ahol a vasalást tartalmazó beton ki van téve levegõnek és nedvességnek. Nem kell ezzel az esettel számolni akkor, amikor a beton és a környezet között elválasztó réteg (pl. talaj) van. XD kitéti osztály/kör- Kloridok által okozott A hatásnak kitett nyezeti osztály korróziós hatás betonszerkezet XD1 Mérsékelt nedvesség A levegõbõl származó kloridnak kitett, de jégol vasztó sóknak ki nem tett betonszerkezet XD2 Nedves, ritkán száraz Úszómedencék, kloridot tartalmazó ipari vizeknek kitett, de jégolvasztó sók nak ki nem tett beton XD3* Váltakozva nedves és Kloridot tartalmazó perszáraz metnek kitett hídelemek. Járdák és útburkolatok. Autóparkolók födémei. Csapadékvizet szállító vagy egyesített rendszerû csatornák** Megjegyzés: * Magyarországon a fagyási/olvadási ciklusoknak és jégolvasztó sóknak kitett betonokat az XD3 környezeti osztály helyett az XF4 környezeti osztályba kell sorolni. ** A szerzõ véleménye és megjegyzése 5. táblázat. Kloridok által okozott korrózió XF kitéti/környezeti osztályai Az 5. táblázatban felsoroltak a nem tengervízbõl származó kloridok által okozott korróziós hatásokra vonatkoznak XF kitéti osztály/környe- Fagyási/olvadási A hatásnak kitett zeti osztály korróziós hatás betonszerkezet XF1 Mérsékelt víztelítettség Függõleges betonfelületek jégolvasztó anyag nélkül esõnek és fagynak kitéve XF2 Mérsékelt víztelítettség Útépítési szerkezetek jégolvasztó anyaggal függõleges felületei, ame lyek ki vannak téve fagy nak és a levegõvel szállí tott jégolvasztó anyag permetének XF3 Nagymérvû víztelítettség Esõnek és fagynak kitett jégolvasztó anyag nélkül vízszintes betonfelületek XF4 Nagymérvû víztelítettség Jégtelenítõ anyagok közjégolvasztó anyaggal vetlen permetének és fagy nak kitett útburkolatok, híd pályalemezek * Csapadékvíznyelõ aknák Megjegyzés:* a szerzõ véleménye, mérlegelendõ továbbá, hogy a csapadékvíznyelõ aknák miatt az 5. táblázatban felsorolt csapadékvíz elvezetõ vagy egyesített rendszerû csatornák is ide, az XF4 kitéti osztályba tartoznak-e? 6. táblázat. Fagyási/olvadási korrózió XF kitéti/környezeti osztályai A 6. táblázatban felsoroltak a fagyási/olvadási korróziós hatásra jégolvasztó anyaggal vagy anélkül egyaránt
8 HÍRCSATORNA vonatkoznak, amikor a beton a fagyási/olvadási ciklusok által okozott jelentõs igénybevételnek van kitéve, nedves állapotban. XA kitéti osztály/környe- Kémiai (szulfát) A hatást okozó zeti osztály korróziós hatás környezet XA1 Enyhén agresszív SO 4 a talajvízben 200-600 mg/l között, a talajban 2000-3000 mg/kg, ph= 5,5-6,5 XA2 Mérsékelten agresszív SO 4 a talajvízben 600-3000 mg/l között, a talajban 3000-12000 mg/kg, ph= 4,5-5,5 XA3* Nagymértékben agresszív SO 4 a talajvízben 3000-6000 mg/l között, a talajban 12000-24000 mg/kg, ph=4,0-4,5 Megjegyzés:* A szerzõ véleménye szerint a kommunális szennyvizeket szállító csatornarendszereket ebbe az osztályba kell besorolni a biogén kénsav korrózió fennállásának lehetõsége miatt 7. táblázat. A kémiai (szulfát) korrózió XA kitéti/környezeti osztályai A fenti feltételeket az XA3 kitéti osztály elõírásait kielégítõ, agresszív hatásnak kitett betonok magyar NAD ot is teljesítõ határértékei a következõk: maximális vízcement tényezõ v/c 0,45 minimális elõírt szilárdság f ck indexben N/mm 2 C35/45 legkisebb cementadagolás: szulfátálló cementbõl! 360 kg/m 3 minimális friss beton testsûrûség 2350 kg/m 3 szilárd beton testsûrûség 2250 kg/m 3 Az MSZ EN 206-1 szerinti, XA3 környezeti osztálynak megfelelõ C35/45 nyomószilárdsági osztály az eddig használt (MSZ 4719:1982) C49-nek és az 1982 elõtti B550 jelû betonnak felel meg. 2.2. Szolgáltatási megfelelõség A szolgáltatási megfelelõség kritériumait elsõsorban az MSZ EN 752 szabványsorozat tartalmazza, mely utóbbit a HÍRCSATORNA 2004. szeptember-októberi száma (Dulovicsné, 2004.a) részletesen ismertetett. A szolgáltatási megfelelõséget az alábbi csoportokban vizsgáljuk: megfelelõ hidraulikai kapacitás, dugulásmentes mûködés, túlterhelési és elöntési gyakoriságok korlátozása, üzemeltetõ (vagy egyéb) személyek egészségének és életének védelme, szomszédos létesítmények veszélyeztetésének kizárása, megfelelõ karbantartás a csatorna állagának megtartása érdekében, karbantartáshoz szükséges hozzáférhetõség, az üzemeltetõ által megszabott elvárások az aknák és ellenõrzõ nyílások maximális távolságára (az üzemeltetõ technológiai felszereltsége függvényében). 2.2.1. Megfelelõ hidraulikai kapacitás Az elválasztott rendszerû szennyvízcsatornák esetén az elöntés nem megengedett (kivétel a nem várt idegenvíz megjelenése). Az MSZ EN 752 szerint az egy személytõl várható átlagos fajlagos szennyvízkibocsátás: q = 120-400 l/fõ.d határok közötti értékkel vehetõ figyelembe. A hazai átlagos fajlagos szennyvízkibocsátás a 2000. évben 107 l/fõ.d volt (Horváthné et al, 2003). Természetesen, figyelembe véve a megkövetelt 50 éves élettartamot, a fajlagos érték jelen állapothoz képest várható (kismértékû) növekedésével számolhatunk, mivel feltételezhetõ, hogy a GDP és ezzel a fizetõképes kereslet is növekedni fog. Vagyis az MSZ EN 752-ben leírt minimális 120 l/fõ.d értéket el kell fogadni kis településeken is, a nagyobb településeken pedig, a jelenlegi vízfogyasztás és a várható csatornaellátottság ismeretében célszerû a fajlagos szennyvízkibocsátás távlati értékét megbecsülni. A népességszám és ebbõl az ellátott lakosságszám elõrebecslése már demográfiai, szociológiai és településfejlesztési szakemberek együttes, feltáró-, elemzõ kutatómunkájának lehet az eredménye. Az ezen adatok birtokában a tömény kommunális szennyvíz óracsúcs értékeinek meghatározáshoz 1/8-1/18 óracsúcs tényezõk felvétele a település nagyságrendjétõl függõen lehet indokolt, a korábbi hazai ágazati irányelvekben foglaltak szerint. Az órai csúcs szennyvízkibocsátáshoz hozzá kell még számítani a kisüzemi és ipari szennyvíz csúcskibocsátásokat. A szennyvíz mértékadó mennyiségét növeli ezeken felül az un. idegen víz (Bartók, 2001) átlagos hozama, mely az ATV-DVWK szerint az átlagos tömény szennyvízhozam 50-200%-a lehet. Korábbi tervezési útmutató (Dulovicsné, 1988) alapján az idegenvizek mennyiségét az alábbi 8. táblázatból is számíthatjuk: Bruttó laksûrûség Infiltráció Szabálytalan Idegenvíz (infiltrábekötés ció +szabálytalan fõ/ha l/s.ha l/s.ha bekötés) l/s.ha 50-200 0.10 0,35 0,45 201-400 0,12 0,40 0,52 400 felett 0,15 0,50 0,65 8. táblázat. Az idegenvízbõl származó többlet vízhozam l/s.ha-ban, h=1,00 m-es csõtetõ feletti talajvízállás esetén A csõtetõtõl mért h=1 m-nél nagyobb mértékadó talajvízállás esetén az infiltráció táblázatban megadott ér-
HÍRCSATORNA 9 tékeit a csõtetõ feletti talajvízmagassággal (h/m-ben) meg kell szorozni és infiltrációs vízmennyiségként ezt a szorzatot kell figyelembe venni. Idegenvízként még a fentiektõl független hozzáfolyások is jelentkezhetnek, mint pl. úszómedencék ürítésébõl, építési munkák során a víztelenítésbõl, stb. Ezeket mindig a helyszíni körülmények vizsgálatával kell meghatározni. Az idegenvíz 8. táblázatbeli értékek alapján számítható hozamai az ATV DVWK által ajánlott határértékek között helyezkednek el. 2.2.2. Dugulásmentes mûködés A dugulásmentes mûködést a megfelelõ minimális önöblítõ sebesség, a megfelelõ úsztatási mélység biztosítása, valamint a megfelelõ csõméret, továbbá a megfelelõ hossz-szelvényi kialakítás és a megfelelõ karbantartás szolgálják. A szakirodalom (Juhász, 2000) szerint a 10 km-ként évente egyszer elõforduló dugulásszám megengedhetõ és elfogadható, arra való különös tekintettel, hogy a tapasztalatok szerint bekerülhetnek a csatornahálózatba olyan hulladékok, melyekkel a normális üzemmenet mellett nem számolunk. A dugulások megelõzése érdekében megfelelõ minimális csõméret, melyet gravitációs közcsatornázásban célszerû alkalmazni: a DN 200. Ez nyújt a szokásos szennyezések elszállításához megfelelõ biztonságot. Vannak olyan üzemeltetõk, akiknek a felszereltsége indokolja a minimális DN 300 elõírását. A szárazidei óracsúcs szennyvízhozam esetén az önöblítõ sebesség minimálisan v=0,7 m/s. Ezt az értéket biztosító minimális lejtés I= 1000/DN. Az alkalmazható maximális lejtés pedig I=10000/DN, mert emellett biztosítható az általában, hogy a kellõ úsztatási mélység következtében a víz nem fut el a szilárd hordaléka felett, nem jön létre erózió a folyási fenéken, illetve a csõkötések szétcsúszása, a csõnek talajon bekövetkezõ megcsúszása. Ez utóbbi megelõzése céljából megcsúszás ellen a csõvezetéknek 25-100 m-kénti fogakkal való megtámasztása is alkalmazható. Az elõzõk szerint a minimális DN 200-as csõ alkalmazása esetén tehát a minimális lejtésre 5%o, míg a maximális lejtésre 50%o ajánlható. A minimális lejtés nagyobb DN 300 csõátmérõnél, nagyobb szennyvízhozam szállításakor az elõírt 0,7 m/s önöblítõ sebességet kell, hogy biztosítsa, ezért az 3%o lejtéssel is vezethetõ, bár ennek kitûzése állandó mûszeres szintezéssel, vagy lézerrel irányított méréssel végezhetõ. Van olyan szakirodalmi közlés (Mészáros et al. 1994), mely szerint a kötések nélküli folyamatos csõszál biztosításával, KPE csõvezetékeknél az I= 100%o lejtést is megengedné. A tervezés során a megfelelõ hidraulikai paraméterek biztosításával sokat tehetünk a dugulások megelõzéséért. A feliszapolódott csatornák hidraulikai méretezése során pedig figyelembe kell venni azok csökkent szállítóképességét. Találkozunk a mûanyag csöveket forgalmazók körében olyan megállapításokkal, hogy a kisebb érdességû (simább) mûanyag csövek szállítóképessége nagyobb, mivel kisebb a fal mentén fellépõ súrlódás. Ez igaz új csatornákra, bejáratott csatornák esetén azonban a csõfalon kialakuló biológiai hártya és az abba beleépülõ szilárd hordalékok uniformizálják a csõ érdességét, az csõanyagtól függetlenné válik, így minden csõ esetén k=1,0 1,5 mm üzemi érdességgel lehet számolni. A dugulások kialakulását megfelelõ karbantartással meg lehet (és meg kellene) elõzni. Erre a TMK tervben kell elõírásokat adni, az alkalmazandó fenntartási stratégia kidolgozása segítségével (Dulovicsné 2004.a). 2.2.3. A túlterhelési és elöntési gyakoriságok korlátozása Egyesített rendszerû csatornahálózatok, vagy elválasztott csapadékvíz elvezetõ rendszerek esetén az MSZ EN 752 szabvány elõírja, hogy milyen gyakorisággal engedhetõ meg túlterhelés, és/vagy elöntés. Ezeket a fogalmakat következõképpen definiálhatjuk (Dulovicsné 2004 a,b): a túlterhelés olyan állapot, melyben az egyébként gravitációs csatornában a szennyvíz és/vagy a csapadékvíz lefolyása a szabadfelszínû mozgásállapotból éppen nyomásalattivá (teltszelvényûvé) válik, de nem jut ki a felszínre és így nem okoz elöntést, a felszíni elöntés olyan állapot, melyben a vízelvezetõ rendszerbõl a szennyvíz és/vagy a csapadékvíz kilép a felszínre, illetve abba nem tud belépni és/- vagy a felszínen marad, vagy a felszínrõl behatol az épületbe. A mértékadó csapadékgyakorisági értékeket a területileg illetékes önkormányzatoknak kell megadniuk. Ha ezt nem határozzák meg, a 9. táblázat szerinti értékek ajánlhatók: Mértékadó túlterhelési Figyelembe veendõ hely Mértékadó elöntési csapadékgyakoriság csapadékgyakoriság n évben egyszer n évben egyszer Egyszer 1 évben Kistelepülések Egyszer 10 évben Egyszer 2 évben Városi lakóterületek Egyszer 20 évben Egyszer 2 vagy 5 évben, Városközpontok, Egyszer 30 évben a szimulációs ellenõrzés ipari területek a szimulációs ellenõrzés alkalmazásától függõen alkalmazásától függetlenül Egyszer 2 évben - elöntésre szimulációs Egyszer 30 évben ellenõrzéssel Egyszer 5 évben - elöntésre szimulációs Egyszer 30 évben ellenõrzés nélkül Egyszer 10 évben Földalatti vasúti létesít- Egyszer 50 évben mények, aluljárók 9. táblázat. A méretezés helyétõl függõen figyelembe veendõ mértékadó csapadékgyakoriságok túlterhelésre és elöntésre
10 HÍRCSATORNA 2.2.4. Üzemeltetõ (vagy egyéb) személyek egészségének és életének védelme A szolgáltatási megfelelõség akkor biztosított, ha betegség, sérülés, illetve halálos baleset a csatorna üzeme következtében nem következik be (Juhász 2000). Ezt a megfelelõ tervezés és a fenntartás együttesen kell, hogy biztosítsák. Az üzemelési (vagy munkavédelmi) szabályzatba kell belefoglalni, hogy milyen biztonsági intézkedések foganatosítandók a személyzet csatornába jutásakor és az ott tartózkodásakor. Az idegen személyek csatornába jutásával kapcsolatosan ki kell emelni, hogy tapasztalható hazánkban gyûjtõszenvedély az aknafedlapok le- és elemelése tekintetében, mely komoly balesetveszélyt jelenthet. Ez ellen védekezni nagyon nehéz, és az ebbõl eredõ balesetek megelõzése, vagy inkább korlátok közé szorítása, a lakossági bejelentések hatására történõ gyors intézkedésekkel segíthetõ elõ. 2.2.5. A szomszédos létesítmények veszélyeztetésének kizárása A szomszédos létesítményeket, elsõsorban pincéket és mélyen fekvõ építményeket, a nem kellõ biztonsággal tervezett magassági vonalvezetésû és hidraulikai kapacitású, túlterhelés alá kerülõ csatornák veszélyeztethetik azáltal, hogy azok elöntés alá kerülnek. Gazdaságossági kritériumként figyelembe kell venni, hogy a nem kellõ biztonság miatt felmerülõ kár költsége az élettartam alatt nem lehet több, mint a nem kellõ csapadék-gyakoriságok figyelembe vétele miatti megtakarítás. Vagyis az esetleg fellépõ kockázatokkal számolni kell a létesítéskor. Különösen érdekes ez napjainkban, mikor a globális felmelegedés következtében a csapadékviszonyok megváltozásának lehetünk szemlélõi. Kutatási eredmények alapján (Gayer, 2004) megállapítható, hogy a tervezési csapadék intenzitásprofilja elõresietõ kell legyen. Ugyanakkor mintegy 20%-os növekedés várható az extrém események gyakoribbá válása kapcsán. A változások számításba vétele módosíthat a tervezési csapadék alakján, de a csapadék elõresietõ jellege és a megnövekedett intenzitás együttes figyelembe vétele gyakorlati okból célszerû. A csapadék növekedése a korábbi tervezési alapadatokhoz képest fokozott terhelést jelent mind a meglévõ, mind pedig az új létesítményekre és ez fokozódó fenntartási igényt indukál. Tervezési szempontból a visszaduzzasztás veszélyes területeken a bekötéseket hidraulikailag gondosan kell kialakítani a megelõzés érdekében. A csapadék okozta elárasztáson túlmenõen más havária is elõfordulhat, ami veszélyeztetheti a szomszédos létesítményeket, esetleg a környezetet és embereket. Ilyenek mérgezõ, káros, vagy robbanóanyagok esetleges véletlen kiáramlásai, szivattyútelepek vagy elõkezelõ mûvek üzemzavarai, egyes csatornák nagyobb méretû megrongálódása. Ezekre és a rendkívüli csapadékok okozta elárasztásokra havária terveket kell készíteni. 2.2.6. A megfelelõ karbantartás a csatorna állagának megtartása érdekében A megfelelõ karbantartás a fenntartási stratégia alapján mûködik, melynek kiinduló adatai: a megelõzõ vizsgálatok és a mûszaki leltár és nyilvántartás (Dulovicsné et al.1995). Az elõzõek alapján számszerûen minõsíteni kell a rendszert, hogy annak segítségével legyen eldönthetõ, milyen TMK beavatkozásra van szükség az állag megóvása érdekében. Az ilyen terv prioritásokat tartalmaz és meghatározza a szükséges visszatérési ciklusidõket, hogy a csatornahálózat a tervezett élettartamon belül használható legyen. 2.2.7. A karbantartáshoz szükséges hozzáférhetõség és az üzemeltetõ által megszabott elvárások az aknák és ellenõrzõ nyílások maximális távolságára (az üzemeltetõ technológiai felszereltsége függvényében). A 2.1.2. pontban már érintettük az aknák és a lebúvó nyílások szerkezeti kialakításával kapcsolatos elõírásokat, itt az aknák típusaira, méreteik megválasztásának szempontjaira és a megfelelõséghez alkalmazandó maximális távolságaikra térünk ki. Az aknatípusok az alábbiak lehetnek: közcsatornán elhelyezett vizsgáló, ellenõrzõ akna, bekötõvezetéken elhelyezett vizsgáló, ellenõrzõ akna, tisztítóakna, végakna, zsilipakna, mérõakna, különleges (pl. hóledobó) akna. A fenti aknák fenékszintjük szerint lehetnek: folytonos és megszakított fenékszintûek (energiatörõ aknák). A közcsatornán elhelyezett vizsgáló és ellenõrzõ akna csak folytonos fenékszintû lehet. A tisztítóaknák: csatlakozó- (közcsatornák csatlakozásánál), fordító- (iránytöréseknél), átfolyó-, bukó-, surrantó- és bekötõ aknák lehetnek. A bukóaknák 60-70 cm fenéklépcsõnél surrantószerû fenékkiképzéssel, szabad átbukással, efelett ejtõcsöves
HÍRCSATORNA 11 kialakítással készülnek, a mûanyag csatornarendszerekben (pl. a ROMOLD típus), mélycsatornákban a megszakított fenékszintû aknák tangenciálisan kialakított energiatörõk is lehetnek. Az aknák méretét mûszaki-gazdasági elemzés alapján határozzák meg. A mûszaki szempontok: az akna mélysége, funkciója, anyaga, szerkezete és az üzemeltetõ technológiájának, felszereltségének színvonala. Ez utóbbinál a tisztítás és a vizsgálat korszerû eszközeinek méreteibõl és helyigényébõl kell kiindulni. Hazai javaslat (Mészáros et al. 1994) szerint, mely összhangban van az MSZ EN 476-al, az alábbi 10. táblázat szerinti aknaátmérõket célszerû alkalmazni: Sorszám Aknatipus H=2,5 m ig, minimum H=2,5 m-ig maximum H= 2,5 m nél H=2,5 m- nél átmérõ mm átmérõ mm mélyebben minimum mélyebben maximum átmérõ mm átmérõ mm 1. Tisztító akna 800 1000 1000/800** 1200 2. Közcsatorna vizsgáló, ellenõrzõ akna 315* 600 400* 600 3. Végakna 600 800 800 1000/800** 4. Bekötõvezetéki vizsgáló és ellenõrzõ akna 500* 600 5 Energiatörõ 1000 1000 1200 1200 Megjegyzés: * a szerzõ véleménye szerint nem kívánatos, ** az 1000/800 méret elsõ tagja az aknakamrát, a második a felszálló részt jelenti 10. táblázat. Mélységfüggõ javaslat a különbözõ aknák átmérõire (Mészáros et al. 1994) Az aknatávolságokat : a szennyvíz összetétele, a csõre kötések száma, a csatorna átmérõje és a tisztító-, vizsgáló eszközök hatótávolsága határozza meg. A nagynyomású öblítésnél célszerû a 80 m-es maximális távolságot tartani a tisztító- és az ellenõrzõ aknák, vagy négy egymást követõ csõrekötés között. A két figyelembe vehetõ közül a kisebbik érték a mértékadó. A házi bekötõ aknák távolsága a közcsatornától DN 160-as csatornabekötésnél maximum 60 m, DN 110 esetén maximum 15 m lehet. Az aknatávolságok értelmezését a 4. ábra mutatja be (Mészáros et al. 1994.) alapján Az aknatávolságok értelmezése: 1, tisztító-, 2. ellenõrzõ-, 3. házi bekötõ akna 4. tisztító idom, 5. telekhatár, 6. csapadékvíz elvezetés. 2.3. Környezetvédelmi megfelelõség A környezetvédelmi megfelelõséget az alábbi tényezõk vizsgálata alapján célszerû megállapítani: a befogadó védelme a szennyezõdésektõl, a szag- és mérgezõ hatások elkerülése, a zajhatások korlátozása, életciklus elemzés alapján a gyártási anyag- és energiaigény, az üzemszerû mûködés során fellépõ környezeti ártalmak és a bontásból származó hulladék elhelyezése. 4. ábra. Az aknatávolságok értelmezése (Mészáros et al. 1994) 2.3.1. A befogadó védelme a káros hatásoktól A csatornázás rendszere meghatározza, hogy hol és milyen tulajdonságú szennyezõdés, illetve mennyi és milyen sebességû víz juthat a befogadó(k)ba, normális üzemi körülmények között, vagy haváriák esetén. Az egyesített rendszerû csatornákból a záporkiömlõk és a tisztítótelep utáni kivezetés jelenthet szennyezõ és terhelõ forrást. Az elválasztott rendszerben a szennyvízcsatorna hálózatból a tisztítótelepi kivezetések, a csapadékvíz elvezetõ rendszerekbõl a torkolatok okozhatnak káros emiszsziókat, melyek során esetleg hidrobiológiai stressz állapot is ami káros az élõvízi flórára és faunára bekövetkezhet a nagymennyiségû zápor-, vagy tisztított szennyvíz bevezetése miatt. Bár hazánkban legjobb tudomásunk szerint javított rendszereket nem alkalmaztak, megemlítjük, hogy mind a javított egyesített-, mind a javított elválasztott rendszerek éppen a környezetbarát voltuk miatt fejlõdtek ki és kerültek számos országban alkalmazásra. Célszerû lenne tehát, ha ezekkel a rendszerekkel a hazai szakember gárda megismerkedne és kifejlõdne a tervezési-, továbbá megvalósítási gyakorlat
12 HÍRCSATORNA e téren is. Sajnálatos, hogy többéves ez irányú ismeretbõvítõ munkák (Dulovics et al. 1978, Dulovicsné 1988, Dulovicsné 1999, Dulovicsné 2002, Dulovicsné et al. 2002., Dulovicsné 2003, Horvátné et al. 2003, Dulovicsné 2004, Gayer 2004) nem segítették elõ a fejlõdést a rendszer megválasztásának kérdésében és a jobbára konzervatív gondolkodás a hagyományos rendszerek és szemlélet alkalmazását fogadja csak el. Pedig a fenntarthatóság a szemléletváltozást követeli meg, mint ahogyan azt többek között az EN 752 szabvány rekonstrukciójánál már javaslatba is hozták, hogy az egészüljön ki A fenntarthatóság alkalmazása a csapadékvíz gazdálkodásban, többek között a beszivárogtatás módszereinek alkalmazása vagy a Különleges követelmények a peremkerületek vízelvezetésére c. fejezetekkel. A szennyvíztisztító telepi emissziókra vonatkozóan a 91/271 Európai Uniós direktíva és a Víz Keretirányelv alapján, nagy társadalmi vita eredményeképpen megszületett (és a HÍRCSATORNA 2005. január-februári számában MaSzeSz által véleményezett) 28/2004.(XII.25) KvVM rendelet az irányadó. A záporkömlõkre az MSZ EN két követelményt ad meg, egyrészt a 10-30 l/s.ha intenzitás alapján létrejövõ tehermentesítést, illetve az 5-8-szoros hígítás biztosítását. A csapadékvíz kivezetésekre jelenleg hazánkban nincs emissziós követelmény, attól függetlenül, hogy a záporvizek az utóbbi idõkben jelentõs szennyezõdést mutatnak és tisztításukat számos helyen alkalmazzák. Korábbi szakirodalmi forrás (Pfaff et al, 1984) a záporvíznek a zápor levonulásának idejétõl függõ szennyezettségére a 11. táblázat adatait közli. Megnevezés 0-15 min 15-30 min 30-60 min 60-120 min >120 min Lebegõanyag (LA) 390 280 190 200 160 Szerves LA 98 69 47 58 38 KOI 170 130 110 97 72 BOI 5 28 28 23 20 12 ön 3,6 3,4 3,1 2,7 2,3 PO 4 0,99 0,96 0,92 0,83 0,63 11. táblázat. A záporvíz szennyezettségi koncentrációja (mg/l), a zápor levonulásának kezdetétõl számított idõ (min) függvényében Ez a táblázat is mutatja, hogy az idõvezérelt javított egyesített (javított vegyes) rendszereknek a csapadékvíz okozta emisszió csökkentésében jelentõs szerepük lehet a 15 perces záporidõtartam eléréséig. Valamint, hogy a torkolati csapadékvíz tárolóknak az emisszió csökkentésében, tároló térfogatuk függvényében növekszik az emisszió csökkentésére gyakorolt hatásuk. A csapadékok véletlenszerû elõfordulása és a városi vízgyûjtõn, valamint a hálózatban felgyülemlett szennyezõanyagok széles skálája következtében, a csapadékvíz szennyezettsége tág határok között változik és függ a helyi körülményektõl, adottságoktól. A 12. táblázat iparilag fejlett (európai és észak-amerikai) országokban, egyesített rendszerû, illetve elválasztott csapadékvíz elvezetõ rendszerekben mért szennyezõanyag koncentrációkat mutat be. A koncentrációk értékei széles határok között változnak, mivel eltérõ jellegû csapadék események során mérték azokat (UNESCO, 1987). Vízminõségi jellemzõk Lakóterület Kereskedelmi övezet Ipari övezet mg/l-ben Egyesített Csapadék Egyesített Csapadék Egyesített Csapadék csatorna csatorna csatorna csatorna csatorna csatorna BOI 5 2-600 1 145 4 600 0,5 173 82 685 0,5 88 (23 114) (8 55) (46 95) (17 38) (86 153) (9 28) KOI 33 1762 4 1740 41 626 3 610 0,7 605 (138 209) (28 213) (138 145) (46 170) (86 343) Ülepedõ szilárd lebegõ anyag 0,1 656 0,1 4500 0,1 440 0,1 1270 (165 238) (50 435) (76 160) (151 374) Összes lebegõanyag 24 1260 1 12000 20 1800 1 4803 124 1000 1 11900 (177 271) (28 736) (90 391) (56 275) (274 637) (114 1220) Megjegyzés: a táblázatbeli elsõ sorban az elõforduló minimum és maximum értékek, a táblázatbeli második sorban a zárójelben az átlagos koncentráció értékek tartománya található. 12. táblázat. Egyesített és elválasztott rendszerû csapadékcsatornákban kialakuló szennyezõanyag koncentrációk (UNESCO, 1987) A 11. táblázat adatai illeszkednek a 12. táblázatban közölt tartományokba. 2.3.2. A szag- és mérgezõ hatások elkerülése A szag- és korróziós hatások fõként két tényezõ elõfordulása következtében léphetnek fel, ezek: a szállítás közben fellépõ anaerob állapot, ami a 6-8 órát meghaladó tartózkodási idõ következménye lehet, továbbá a nem megfelelõ önöblítõ képesség következtében létrejövõ lerakodások és azok bomlása. A megfelelõséget biztosító önöblítõ sebesség az óracsúcsban (naponta egyszer) elõforduló, v=0,7 m/s középsebesség az alkalmazott lejtés és az óracsúcs szennyvízhozam függvénye az adott szakaszon. Ennek véleményünk szerinti kritérium rendszerét korábban már, a 2.2.2. pontban rögzítettük. Természetesen a csatornarendszer végsõ szakaszain általában nem biztosítható a
HÍRCSATORNA 13 lerakódásmentes állapot, a csatornába jutó kevés szennyvízhozam miatt. Ott tehát számolni kell a sûrûbb karbantartással és a karbantartások közötti idõben a lerakódásokkal. A másik tényezõ: a csatornarendszerben (és természetesen a szennyvíztisztító telepen) kialakuló tartózkodási idõ rendszerfüggõ. Befolyásolja a gyûjtõhálózat kiterjedése, kialakítása, jellege, rendszere. Kritikus ilyen szempontból a nagykiterjedésû, hosszú gyûjtési útvonalat jelentõ gravitációs és a térségi, regionális, vagy agglomerációs csatornarendszer a szükségszerûen sok átemelõ- és nyomócsõ kapcsolat miatt. Itt vagy azt az utat választjuk, hogy a hosszú nyomócsõ szakaszokat igénylõ településeket nem fûzzük fel a hálózatra, vagy ha ezt nem tehetjük, már tervezéskor szageliminálást iktatunk be, a szagártalom csökkentésének illetve megelõzésének valamilyen stratégiai lehetõségét kihasználva (Dulovics D-né et al. 2004). A 26/2002 Kormányrendelet olyan agglomerációs rendszerek kiépítését engedélyezi, melyeknek tartózkodási idõ vizsgálata alapján megállapítható a szennyvíztisztító telepig kialakuló 6 óránál kisebb tartózkodási idõ. Ezt a nagyon szigorú feltételt nehéz betartani, tekintettel az ilyen rendszereket elsõsorban alkalmazó kistelepülések adottságaira. Kérdés, hogy az ilyen esetekben alkalmazható, aerob állapotot fenntartó szageliminációt figyelembe veheti-e a tervezõ, vagy csak anélkül kell biztosítania az elõírt tartózkodási idõt. Véleményünk szerint ezt a gazdaságossági vizsgálattal lehet eldönteni. A mérgezõ hatások fõleg az ilyennek minõsíthetõ ipari szennyvizek megfelelõ elõkezelésétõl függõen elõzhetõk meg. Az ipari szennyvíznek gyûjtõrendszerekbe való bevezetésekor az illetékes hatóságnak szabályozás és/vagy egyedi elõírások alapján olyan elõkezelést kell alkalmazniuk, mely az alábbiakat biztosítja (Juhász,2000): a gyûjtõrendszerben (és a tisztítótelepen) dolgozó személyzet egészsége ne károsodjék, a gyûjtõrendszerek, a szennyvíztisztító telepek és a hozzájuk tartozó berendezések ne károsodjanak, ne akadályozza a szennyvíztisztítás technológiáját, az iszap kezelését, biztosítsa, hogy a tisztítótelepek és egyesített rendszer esetén a záporkiömlõk kibocsátásai ne károsítsák a környezetet és a befogadó vizek megfelelhessenek az EU direktíváinak (pl.91/271 és Víz Keretirányelv), biztosítsa, hogy az iszap biztonságosan és a környezet szempontjából elfogadható módon elhelyezhetõ legyen. 2.3.3. Zajhatások korlátozása A szivattyútelepek és a mesterséges energiával mûködtetett (nyomásalatti és vákuumos) csatornarendszerek telepítése és mûködtetése során az összes zajterhelési határértékre vonatkozó elõírást ki kell elégíteni. Ezek szerint, az ezekben foglaltak alapján az összes zajforrás együttesen nem haladhatja meg a védett létesítményekre, a területi besorolástól függõen elõírt határértéket. 2.3.4. Életciklus elemzés alapján a gyártás anyag- és energiaigénye, az üzemszerû mûködés során fellépõ környezeti ártalmak és az életciklus végén a hulladék elhelyezése (esetleg újrahasználata) A termeléshez szükséges anyag-és energia igény szempontjából a beton- és azbesztcement csövek gyártása környezetszennyezõnek minõsíthetõ. Ezt a megállapítást fõként a cementgyártás energiaigénye és a beton alapanyagát képezõ kavics korlátozottan rendelkezésre állása illetve az azbeszt egészségkárosító hatása támasztja alá. Vannak olyan nézetek, hogy az üzemszerû mûködés során egyes mûanyagfajták anyaga környezetszennyezést okoz. Ez mondható el az azbesztcement csövekrõl is. Az életciklus maga az élettartam által meghatározott idõ szerint korlátos, így tehát az élettartam befolyásolja a megszüntetendõ létesítmény hulladékká válását. Ebbõl a szempontból vizsgálandó tehát az élettartam, melyre a 2.1.4. pontban már kitértünk. A hulladékká válás, pedig attól függ, hogy az anyag újrahasználható-e. Ilyen szempontból a kõagyag csövek a legjobbak, azután következik a betoncsõ, majd az élettartam szempontjából a mûanyagok, melyek újrahasználhatósága is meglehetõsen korlátozott. Természetesen vizsgálható még az elhasználódott csövek felújíthatósága és ezáltal a hulladék keletkezés megelõzése (Vonderheid 1996). 2.4. Gazdaságossági megfelelõség A gazdaságosság megítéléséhez mind a beruházási, mind pedig az üzemeltetési költségeket együttesen kell vizsgálni. Ebbõl a szempontból fontos foglalkozni a Víz Keretirányelv által elõírtakkal, miszerint a mûködtetés költségeit a díjakból szükséges fedezni. A beruházási költségeket az amortizációs költséggel reprezentálhatjuk, mivel ez nemcsak a létesítmény megépítésére és felszerelésére fordított összeget tartalmazza, hanem viszonyít az élettartamhoz is. Ilyen módon az éves költségek alakítása szempontjából alapvetõ. Ezért tehát a 2.1.4. pontban részletezetteknek nagy jelentõsége van a díj alakulása, így a szolgáltatást igénybevevõk szempontjából. A beruházások több forrásból kerülnek finanszírozásra. Támogathatja az EU a kohéziós és/vagy a strukturális alapokból, az állam, az önkormányzatok az adókból és a szolgáltatást igénybevevõk befizetéseikkel járulhatnak hozzá a csatorna beruházás megvalósulásához. Tehát mindegyik esetben alapvetõ a gazdaságosság, hiszen közpénzbõl, adófizetõk pénzébõl, vagy a szolgál-
14 HÍRCSATORNA tatást igénybevevõk pénzébõl épül meg a létesítmény, melynek amortizációs és mûködési költségei is az állampolgárokat terheli a díjban. Ezért állapított meg a 26/2002. Kormányrendelet olyan naturális mutatókat, melyeknek alapján a csatornázás (és a szennyvíztisztítás) bevezetése a tapasztalatok szerint gazdaságosnak tekinthetõ. Ilyenek a > 2000 LE nagyságú szennyvízelvezetési agglomerációk, a 25-30 fõ/ha laksûrûségû, illetve a 45 lakás/km csatorna, vagy az ennek megfelelõ 120-130 fõ/km csatornamutatókkal jellemezhetõ települési területek. Tapasztalataim szerint a 45 lakás/ km csatornamutatót lehet a legegyszerûbben meghatározni a területen, mert a laksûrûség nem egyenletes, és a magyar kistelepülések, fõleg falvak, telkei két részre oszlanak, egyik részük lakó-, másik részük pedig, gazdasági területként mûködik, melyek az utcavonaltól távolabb helyezkednek el, és azok csatornázása általában nem szükséges. 2.5. A megfelelõség komplex értékelése A megfelelõséget úgy kell értelmezni, hogy az elõzõkben felsorolt valamennyi követelménynek teljesülnie kell. Amennyiben a felsorolt követelmények bármelyike nem teljesül, az érintett hálózatrész az EU kritériumok szerint nem minõsül megfelelõnek, az EU 93/481 sz. Bizottsági határozata szerint a kötelezõ beszámoló jelentésben nem szerepeltethetõ. 3. ÖSSZEFOGLALÁS, JAVASLATOK A csatornahálózatok megfelelõségének megállapítását, minõsítését az Európai Unióhoz csatlakozásunk következtében el kell végezni, és szakterületünkön nyilvánvalóan csak megfelelõ létesítményeket szabad Uniós támogatással, állami- és önkormányzati finanszírozással, lakossági hozzájárulással, közcélú beruházásként megvalósítani. A Bizottság 93/481/EGK határozata egységes szemléletû szabályozási rendszert követel meg a tagországoktól. Ebbe a körbe tartozik a csatornahálózatok (és tisztítótelepek) megfelelõ minõsítési kritériumainak kizárólag EU minõsítés szempontjából történõ meghatározása. Erre utal a Tanács 91/271/EGK irányelvének 17. (1) cikkelye, valamint a 86/278/EGK szintén 17. cikkelye, a Kötelezõ információszolgáltatás a Bizottságnak. Az eredeti közösségi jogszabályok a csatornahálózati megfelelõségre csupán általánosságban adnak kritériumokat. Jelen tanulmány ismerve azokat a fehér foltokat, melyek a szakterületünkön felismerhetõk próbálkozik az MSZ EN harmonizált szabványok (Dulovicsné 2005), szakmai tapasztalatok és e területre vonatkozó harmonizált joganyag ismeretében útmutatást adni beruházóknak, kivitelezõknek, tervezõknek és hatósági munkát végzõknek. Ennek célja, hogy a jövõ generáció ne minõsítsen bennünket a lehetõségek elherdálóinak a 2015-ig végrehajtandó Magyarország Szennyvízelvezetési Nemzeti Program megvalósítása következtében, és megfelelõ szakmai kiindulást biztosítson az üzemeltetõknek és önkormányzatoknak a rekonstrukciós stratégia elõkészítéséhez. A megfelelõség vizsgálatának szempontjait négy fõ csoportba soroltuk, úgy mint: építési megfelelõség, szolgáltatási megfelelõség, környezetvédelmi (ökológiai) megfelelõség és gazdaságossági (ökonómiai) megfelelõség. A fentiekhez kíséreltük meg felállítani és elemezni a megfelelõség követelményeit, hogy a hálózatok komplex értékelésével járuljunk hozzá a most fennálló lehetõségek minél racionálisabb kihasználásához gyermekeink és unokáink egészséges környezetének biztosítása és a rendelkezésre álló pénzeszközök optimális kihasználása érdekében. Tisztelettel várjuk a szakterületünk e cikkben foglaltakkal kapcsolatos megnyilvánulásait a HIR- CSATORNA Fórum rovatában és a Fórum internetes oldalain. FELHASZNÁLT IRODALOM: Dulovics, D., Dulovics Dné, Öllõs G. (1978): A csatornázás korszerû rendszerei és kialakításuk szempontjai. Hidrológiai Közlöny 8. szám. Juhász, E. (2000): A csatornahálózatra és szennyvíztisztító telepekre (a Bizottság 93/481 EK határozata) vonatkozó megfelelõségi kritériumok és szabályok, mérési eljárások, határértékek kidolgozása, megfogalmazása. 3. Tervezet, Kézirat, Budapest. Dulovics Dné (2004.a): Az MSZ EN 752, A települések vízelvezetõ rendszerei címû szabványsorozat és a jövõben várható továbbfejlesztése, MaSzeSz HÍRCSATORNA szeptember-október, pp.3-14. Dulovics, Dné (2004.b): A csatornahálózatok megfelelõsége, elõadás a MaSzeSz által szervezett V. Német-magyar elõadóülésen, V.18-19. Siófok, Ezüstpart Dulovics, Dné (1988): Közmûépítés III. (Csatornázás) Tervezési Segédlet és Útmutató, Tankönyvkiadó, Budapest. Mészáros, P., Kiss, E. (1991): Csatornák építése és rekonstrukciója KPE csõbõl K+F kiadvány M+T KKT, Budapest, Kézirat. Mészáros és társai (1994): Kis települések szennyvíz csatornázása, VCSOSZSZ, Budapest. Pecher,R. (1998): Kostengünstige Sanierung von bestehenden Kanalnatzzen Zusammenwirken vo Hydraulik und Bauzustand, Korrespondenz Abwasser 45, Heft 9. S.1621. Hajtó, Ö. (2004): Mélyépítési rendeltetésû betonelemek
HÍRCSATORNA 15 gyártásánál használt szabványok, Beton Melior Kft. Termékismertetõ, Szeged Horváth, Lné, Wisnovszky, I (2003): A háztetõre hulló csapadékvíz hasznosítása településeken, Vízügyi Közlemények, LXXXV. Évfolyam 1.füzet, pp. 134-146. Bartók, M. (2001): Idegenvizek a csatornahálózatban, SzIE YMMFK Közmû és Mélyépítési Tanszék, szakdolgozat, kézirat, Budapest. Gayer, J. (2004): A települési csapadékvíz-elhelyezés az integrált vízgazdálkodás tükrében, PhD értkezés, Corvínus Egyetem, Budapest. Dulovics Dné, Králik B., Szabó T. (1995): Közmû- és mélyépítés, YMMF. FEFA III. 1203 projekt, kézirat, Budapest. Pfaff, L., Kiss E, T., Kovács Á., Szakonyi Lné(1984): A záporvíz szennyezettsége MHT. Országos Vándorgyûlése, Gyõr : in Dulovics Dné: General rapportõri jelentése. UNESCO (1987): Manual on drainage in urbanized area Paris, UNESCO Press (studies and reports in hidrology No.43. In: Gayer, J.(2004) PhD értekezés. Dulovics Dné, Dulovics, D (2004): Szag és korróziós problémák a csatornahálózatokban MaSzeSz HÍRCSATORNA, május-június, pp.3-13. Dulovics Dné (2005): Honosított Európai csatornázási szabványok, Csatornázási beruházási tudnivalók elõkészítõk és bonyolítók részére EU követelményeknek megfelelõ oktatás, SZVP-2003-4. VCSOSzSz kiadvány, Budapest, pp 11-31. Vonderheid, U. (1996): Die ökonomische Relevanz von Qualitätsstandards im Kanalbau, Sichere Ver- und Entsorgung durch Rohrleitungen, VULKAN- VERLAG ESSEN. MaSzeSz az Interneten Elkészült a Magyar Szennyvíztechnikai Szövetség weblapja (www.maszesz.hu). Mostantól a cím alatt friss információkhoz juthatnak kedves tagjaink. Reméljük, hogy elnyeri tetszésüket internetes megjelenésünk. Kérjük, hogy amennyiben rendelkezik internetes kapcsolattal, jelezze azt a emailcímen. Szeretnénk tagjaink között az információ-áramlást még naprakészebbé tenni, s ehhez nagyon jó eszköznek látszik az internet. A weblapot a Macrosolid Internet Consulting segítségével készítettük el, mely cég a MaSzeSz tagoknak, szolgáltatásai listás árából, kedvezményt nyújt. MacroSolid Internet Consulting 1024 Budapest, Kisrókus u. 3. III. 1. Hotline: 06209-980-998 T/F: 316-6129 T: 336-1267 336-1268 www.macrosolid.com info@macrosolid.com
16 HÍRCSATORNA ULTRAHANGGAL TÖRTÉNÕ ISZAPKEZELÉS ÉS HATÁSAI A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN Németh Zsolt *, Kárpáti Árpád ** Összefoglalás: Cikkünk a szennyvíziszap kezelésének új lehetõségét mutatja be, mely a szervesanyag sejtszintû, akusztikai elroncsolása útján lehetõséget nyújt a fölösiszap menynyiségének hathatós csökkentésére csakúgy, mint az iszaprothasztás hatásfok- illetve kapacitásnövelésére a szükséges tartózkodási idõ csökkentése révén. Ez egyidejûleg az iszap szervesanyaga energiatartalmának a nagyobb mértékû újrafelhasználását is eredményezi. A friss szekunder iszap egy részének ilyen kezelése, majd fõáramba történõ visszavezetése ott az oxikus lebontást mélyítette el, hasonló iszaphozam csökkenést eredményezve, mint az anaerob rothasztást megelõzõ kezelésé. Az ultrahang dezintegráló hatása kísérleteink alapján a fonalasodás visszaszorításában is hatásosnak bizonyult, megszûntetve a levegõztetésnél a habzást, valamint az utóülepítésnél az iszapfelúszást. 1. Bevezetés, fizikai alapok ** EURO-OPEN KFT. Zalaegerszeg, 8900 Kosztolányi u. 7/b, tel.:30/258 9289, email.: NZT@euro-open.hu, ** Veszprémi Egyetem, KmKT Tanszék, 8201 Pf 158, email.: karpatia@almos.vein.hu A szennyvíziszap kezelése, elhelyezése a szennyvíztisztítás egyik központi problémája. A mindenkori technikai környezettõl, törvényi szabályozástól függõen rendkívül jelentõs gazdasági tényezõ a legtöbb üzemeltetõ számára. A csatornázottság mértékének közeljövõben várható, alapvetõen örvendetes növekedése Magyarországon csak fokozza ezt a problémát. Az elõkészületben lévõ, iszapelhelyezést szabályozó új Uniós elõírásoknak való megfelelés szinte megoldhatatlan feladatot fog jelenteni sok szennyvíztisztító számára, melybõl kiutat csak jelentõs kapacitásnövelés, anaerob rothasztók építése, illetõleg az új fejlesztési eredmények minél gyorsabb hasznosítása jelentheti. Az iszapkezelésre kifejlesztett egyik ilyen új megoldás az iszap rothasztás elõtti ultrahanggal történõ kezelése. (Thiem et al., 1997. Chiu et al, 1997. Thiem Neis, 1999.) A kezelés során a 2 8% szárazanyag tartalmú iszapot speciális rezonátorokkal ellátott, akusztikailag tervezett reaktoron átvezetve kb. 21 khz frekvenciájú, nagy intenzitású ultrahanggal sugározzák be. Az ultrahang a folyékony vagy gáznemû közegekben három dimenziós, longitudinális hullámok formájában terjed. A közeg bármely pontjában az azon áthaladó hullámfrontok nyomásnövekedést, a hullámvölgyek, pedig nyomáscsökkenést hoznak létre (lásd 1. ábra). A nyomásingadozás mértéke a hanghullámok intenzitásától függ, mely inkompresszibilis közegekben (pl. vizes oldatok) olyan nagy is lehet, hogy a nyomáscsökkenés pontjaiban a folyadék folytonosságát megszakítva mikroszkopikus üregeket, ún. kavitációt hoz létre. A gyorsan keletkezett üregek a hanghullámok áthaladásával pulzálnak, majd robbanásszerûen összeomlanak (implózió), melynek során az üregben és környezetében mintegy 4000-6000 C hõmérséklet és 300-500 bar nyomás alakul ki. Ezek a mikro-robbanások igen hatékonyan roncsolnak el minden mezoszkopikus (kolloid) méretû, a folyadékban úszó részecskét, még a különben olyan ellenálló sejtfalakat is, melyek jelentõsen megnehezítik a fölösiszap lebontását, fermentációját (Harrison 1991, Nickel et al. 1998, Onyeche et al. 2002). A kezelés során lezajló energiatranszfer jó része, az ultrahang frekvenciájának és a legújabb fejlesztésû reaktorok akusztikai tulajdonságainak köszönhetõen, fõleg a mikrométeres hosszúság tartományban történik, így a döntõ mennyiségben jelenlévõ, rendkívül nagy fajhõjû oldószer (víz) nem melegszik fel számottevõen (Nickel Nies, 2003). Ez lehetõvé teszi a bakteriális szervezetek kevés energiafelhasználással járó célzott szétroncsolását. Összehasonlításul: 1 m 3 5%-os szárazanyag tartalmú iszap termikus kezeléséhez (csupán 100 C hõmérsékletkülönbséggel, 100%-os üzemi hatásfokkal számolva) legalább 420 MJ energia szükséges, ugyanezen mennyiségû és minõségû iszap ultrahanggal történõ nagy intenzitású, hasonló hatást biztosító kezeléséhez ennek 10%-a 40 MJ is elegendõ. Az 1. ábra felsõ grafikonján a hangnyomás idõbeli periodikus változását, az alsó görbén a gázbuborékok méretének idõbeli alakulását mutatjuk be mikrométer egységekben. Az idõskála mikrosecundum beosztású. A durván tízszeres energia megtakarítás mellett a termikus kezeléssel szembeni további elõny, hogy az ultrahanggal történõ besugárzás sem a kezelõszemélyzetre, sem pedig a környezetre nézve semmilyen káros vagy kellemetlen (szag, dioxinok, stb.) hatással nem jár. Az ilyen kezelés nem veszélyes üzem, hely- és karbantartásigénye pedig rendkívül kicsi (Nickel 2002, Nickel -Neis 2003).
HÍRCSATORNA 17 1. ábra. Kavitációs buborékok képzõdése és implóziója az idõ függvényében. 2. Alkalmazások A technológia gondolatának születésétõl fogva ugyan még csak mintegy tíz évet tudhat maga mögött de máris széleskörû alkalmazásról számolhatunk be, melyek közül részletesebben itt csak a legelterjedtebbeket mutatjuk be. Ezek az eleveniszap recirkulációs részáramának az ilyen kezelése, valamint a rothasztásra kerülõ iszap ultrahangos elõkezelése a 2. ábrán bemutatottak szerint. 2. ábra. Ultrahangos iszapkezelési lehetõségek a szennyvíztisztító telepen 2.1. Fölösiszap-elimináció Az egyik általános alkalmazás az utóülepítõben kiválasztott, sejtekben gazdag fölösiszap egy részének az ultrahangos kezelése, majd visszavezetése az eleveniszapos lépcsõre, ahol a szétroncsolt sejtek szervesanyaga további szénforrásként szolgál a denitrifikációhoz, illetve az újbóli lebontás során széndioxiddá és eredeti mennyiségénél kisebb mennyiségû iszaptermékké alakul (2. ábra C változat). A tapasztalatok azt mutatják hogy a folyamat során a bevitt energia függvényében a fölösiszap mennyisége akár 60%-al is csökkenhet, ami igen jelentõs megtakarításokhoz vezet mind az iszap víztelenítése, szállítása, mind pedig elhelyezése tekintetében (Nickel et al., 1998). A legtöbb tisztító gyakorlatában azonban elégségesnek látszik a fölösiszap mintegy 30%-os eliminálása. A szétroncsolt sejtek enzimanyaga, visszavezetve a tisztítási folyamat elejére, jelentõsen intenzifikálja a telep biológiai folyamatait, javítva ez által a tisztítási hatásfokot. Az ehhez szükséges csekély (2-4%) többlet oxigén általában a levegõbefúvatás beállítási finomságának korlátai miatt nem jelent észrevehetõ energiaköltség növekedést a legtöbb telepen. Az apróbb sejttörmelékek, szubsztrátok, extracelluláris polimer-darabkák stb. pedig beépülve a képzõdõ pelyhekbe, növelik azok sûrûségét, kompaktságát, ami a fázisszétválást segíti. A kezelés után kapott maradék iszap szervetlen ásványi anyagokban feldúsul, ülepedési tulajdonságai javulnak. Víztelenítése is kedvezõbb, nagyobb szárazanyag tartalmú iszapot eredményez mind a rothasztás nélküli, mind a rothasztást követõ víztelenítésnél. A 2004 novembere és 2005 januárja között a Zalaviz Rt. zalaegerszegi tisztítótelepén lezajlott próbaüzem során a recirkuláltatott eleveniszap mintegy 24%-ának kezelésekor is, a telepen képzõdött fölösiszap mennyisége még a reaktorok késõn felismert dugulása miatti alacsony (kb. 50%-os) teljesítményének köszönhetõen is, mintegy 21,4%-kal csökkent (Arnhoffer et al. 2005). Az üzem során szembetûnõ volt még az iszap ülepedési indexének javulása és a fonalas baktériumok számának erõteljes csökkenése. 2.2. Felúszás és habosodás megszüntetése Sok tisztítótelepen jelent problémát, fõleg a téli hónapokban, az iszapfelúszás az utóülepítésnél. Ilyenkor az iszap egy része a rárakódott gázbuborékok hatására az ülepítõ medence felszínére flotálódik, onnan (a lebegõ anyag és KOI) kihordásra kerülhet, de részben hidrolizál is és így visszaoldódva az ammónium koncentrációt is növelheti. Mindenképpen erõsen ronthatja a tisztított víz paramétereit. A felúszásnak is egyik fõ oka a fonalszerû szerkezetek elszaporodása (Lemmer et al. 1998). Az ultrahangos kezelés a fonalszerû struktúrák elroncsolásával ennek az üzemeltetési problémának a visszaszorítására is alkalmas. A fonalasok morfológiájából következõen már viszonylag csekély intenzitású (kb. 5,8 Wh/l) besugárzás is kellõen eredményes lehet ilyenkor. Fontos megjegyezni, hogy a kezelés nem szelektív, azaz fajra való tekintet nélkül minden fonalas szerkezetet szétroncsol. Ezzel azok abszolút mennyiségét csökkenti, illetõleg a többi iszaprésznek éppen a kinetikai szelekciót eredményezõ jobb tápanyagellátást is biztosítja. Nem kell tehát költséges és bonyolult vizsgálatokkal tisztázni a jelenséget okozó fajok milyenségét. Ugyanakkor a kezelés nem eredményez kémiai szennyezést, amely klórorganikus vegyületek keletkezését, vagy a szennyvíziszap fém-koagulálószerekkel történõ szennyezését
18 HÍRCSATORNA eredményezi. Az ultrahangos kezelés tehát egyszerûsége mellett semmiféle környezetszennyezéssel nem jár. A kezelés helyét a 2. ábrán látható E változat mutatja. A kezelés sikerének vizsgálata során mikroszkóp alatt szabad szemmel tanulmányozható a besugárzás okozta szerkezeti változás. Ilyen felvételt mutat be a 3. ábra. A reaktorok elektromos teljesítményének tetszõleges pontosságú szabályozásával nemcsak nagyon jó energiahatékonyság érhetõ el, hanem a kezelés célja is kellõen változtatható. Amennyiben a kezelés elsõdleges célja nem az iszap-elimináció, hanem idõszakos jelleggel a fonalasok elroncsolása, akkor elegendõ a reaktorokat kisebb teljesítménnyel (vagy nagyobb átfolyási sebességgel) üzemeltetni. A kis besugárzási energiadózis csak a fonalszerû struktúrákat roncsolja el megszüntetve ezzel a felúszás okát, míg a nagyobb, az ülepedésben fontos szerepet játszó tömörebb pelyhek megmaradnak, így az iszapindex jelentõsen csökken. 2.3. Iszap-dezintegráció ultrahanggal az anaerob rothasztás elõtti Az anaerob rothasztás a nagyobb szennyvíztisztító telepeknél a szennyvíziszap stabilizálásának, mennyiségi csökkentésének általánosan elterjedt módja. A rothasztáskor oldott oxigén kizárásával a szerves anyag (természetesen csak az anaerob úton bontható szerves anyagoké) anaerob hidrolízise, kis molekulatömegû illó savakká alakítása, majd metanizációja (széndioxiddá és metánná alakulása) következik be. Az iszapban levõ sejtek sejtközi állományának a komponensei könnyen rothaszthatók, de nem igaz ez a sejtfal, sejtmembrán anyagára. Az utóbbiak tömörségük kapcsán még a citoplazma feldolgozását is nagymértékben lassítják. A sejtfal bármilyen felszakítása hasznos lehet ezért az anaerob folyamatok gyorsítása, elmélyítése céljából (Neis 2002b, Onyeche et al. 2002, Hogan et al. 2004). Különösen a szekunder iszap az, amely összetételébõl adódóan nehezen rothasztható, hiszen teljes bontható anyag hányada sejtekbe zárva található (Neis 2000, Thiem et al. 2001, Neis 2002b, Mao et al. 2004). Jól megfigyelhetõ ez a két iszaptípus rothasztását bemutató 5. ábrán. 3. ábra. Kezeletlen (bal), illetve 30 másodpercig kezelt szennyvíziszap mikroszkópos képe Mikroszkópos felvételeinken (Szilágyi Z., Vonyó A.) jól látható a statikus struktúrák felbomlása, homogenizálódása, mely mind a felúszás, mind pedig a habosodás okát megszünteti. A fonalas struktúrák szétesése is jól megfigyelhetõ a 4. ábrán látható felvételeken. (folytonos görbe-primer iszap; pontozott görbe-szekunder iszap). 5. ábra. Elõkezelés nélküli szennyvíziszap szerves szárazanyag tartalmának százalékos lebomlása anaerob rothasztókban a tartózkodási idõ függvényében (Training of international Co-operation Partners, TUHH, Hamburg 2004) 4. ábra. Fonalas szerkezetek a felúszó iszapban ultrahangos kezelés elõtt (baloldal) és után (jobboldal) A besugárzás során a mezoszkópikus struktúrák lebomlásakor egyrészt az azokat alkotó sejtek egyrészt további kavitációs buborékok kiindulópontjaiként szolgálnak, másrészt a kavitációs buborékok összeomlásakor felhasadnak, vagy egyszerûen az akusztikus lökéshullámok vagy a reaktorban uralkodó hidraulikai nyíróerõknek köszönhetõen bomlanak le (Nickel 2002). Az anaerob folyamatok sebességének korlátját azok leglassúbb lépése a hidrolízis jelenti. Az ultrahang alkalmazása ennek a lépésnek a meggyorsítását, elõsegítését célozza. A sejtfalból kiszabadítja a jobban bontható sejtközi állományt, miközben nyíró hatásával annak a nagy molekuláit is valamelyest apríthatja, s a hidrolízist
HÍRCSATORNA 19 végzõ enzimek részére jobban hozzáférhetõvé teszi. A sejtfalak lebomlása hidrolízissel több hetet vesz igénybe, mely folyamat ultrahangos kezeléssel néhány másodpercre redukálható. A hidrolízis meggyorsításával a rothasztókban eltöltendõ tartózkodási idõ jelentõsen lerövidül, az azonos tartózkodási idõ alatt fejlõdött biogáz mennyisége, pedig megnõ (Neis 2002a). Ez az effektus már meglévõ rothasztók jelentõs kapacitásnövekedését, a létesítendõk esetén pedig az építési költségek releváns csökkenését eredményezheti. Az ultrahanggal elõkezelt iszap nemcsak jóval intenzívebben metanizálódik, hanem a fentiekben már említett fonalas baktériumok elroncsolása miatt nem is habzik. Köztudomású, hogy az Európában és Magyarországon is leggyakoribb (kb. 93%-ban elõforduló) fonalas baktérium a M. Parvicella képes túlélni a rothasztókban lévõ anaerob körülményeket is és a rothasztott iszapban felszálló gázbuborékok flotációs hatása miatt komoly habzási problémákat okoz. Az iszap ultrahanggal való besugárzása azonban ezt a problémát, mintegy a kezelés melléktermékeként teljesen megszünteti. Az ultrahangos kezelés során lezajló folyamatokat tehát összefoglalva az anaerob rothasztóba táplált iszapban az alábbi elõnyös hatásokat váltják ki: gyorsabb rothasztás, gyorsabb szervesanyag-lebomlás, magasabb biogáz-termelés, stabilizált iszap mennyiségének csökkenése, habzás megszûnése, stabilizált iszap jobb vízteleníthetõsége. 2.4. Patogén organizmusok eliminálása Mind a szennyvíztisztítás, mind pedig a szennyvíziszapelhelyezés egyik sarkalatos kérdése az állatokra és emberekre veszélyes, betegségeket okozó mikroorganizmusok eliminálása. A szennyvízvíztisztítás után alkalmazott klórozás okozta egészségügyi, illetve környezeti problémák tekintetében a szakma erõsen megosztott, talán ezért is nyer egyre szélesebb teret az ultraibolya-fénnyel történõ fertõtlenítés. Sajnos az a tisztítótelepekrõl vagy rothasztókból kikerülõ átlátszatlan, nagy mennyiségû és rendkívül patogén szennyvíziszap esetén (akárcsak a klórozás) szóba sem jöhet. Mint ahogyan azt a Bevezetésben említettük az iszapelhelyezésre vonatkozó, elõkészületben lévõ EU-rendelet elõre láthatólag az iszapelhelyezés költségeinek emelkedését, valamint az iszapfertõtlenítés kérdésének középpontba kerülését fogja maga után vonni. Az iszap mennyiségének minimalizálása és biztonágos fertõtlenítése tehát egyaránt fontos. Az iszapfertõtlenítés általánosan ismert módja a termikus kezelés, melynek során az iszap hõmérsékletét hosszabb-rövidebb idõre jelentõsen meg kell növelni. Ez a víz nagy fajhõje miatt nemcsak rendkívül energiaigényes, de a nagynyomású, 100 C -nál magasabb hõmérsékletû kezeléseknél veszélyes is, nem beszélve a kezelés egyéb hátrányairól (inert KOI növekedése, dioxinok képzõdése, szaghatás, stb.). Nagy intenzitású ultrahangos besugárzás hatására a szennyvíziszapban található patogén organizmusok nagyrészt elroncsolódnak. Az ultrahangos eljárás a kezelõ személyzetre nézve teljesen veszélytelen és a modern reaktorokhoz tartozó egyszerû és olcsó hangszigetelést alkalmazva semmilyen negatív környezeti hatással nem jár. A fertõtlenítés témakörében további intenzív kutatások folynak az Orosz Tudományos Akadémia és a Hamburgi Mûszaki Egyetem együttmûködésében. Ivóvíz fertõtlenítésére egyébként az ultrahangos kezelés kedvezõen kombinálható a már ismert klórozásos, illetve UVfertõtlenítést alkalmazó eljárásokkal (Blume et al. 2002, Clasen et al. 2002). 3. Ultrahangos kezelõ egységek szerkezeti felépítése Az ultrahangos technológia a szennyvíztisztításban az utóbbi 5 év során a Föld mintegy 15 országában (pl. USA, Japán, Franciaország, Németország, Kína, Szingapúr, Belgium, Lengyelország, Ausztrália, Mexikó, stb.) terjedt el. Ezen viharos siker okai a technológia gazdaságosságában, hatékonyságában, illetve környezetre kifejtett ártalommentességében rejlenek. Az elsõ, még lakóház méretû reaktorok speciális jármûvekkel, illetve vasúton kerültek alkalmazási helyükre. Mára a helyzet megváltozott. Néhány aktív vállalat (pl. Ultrawaves, Sonotronic) és a Hamburgi Egyetem (Technische-Universität-Hamburg Harburg) fejlesztéseinek köszönhetõen a legjobb reaktorok egyetlen 5kW-os teljesítményû egysége, mely napi mintegy 30 m 3, 2 8%-os szárazanyag tartalmú szennyvíziszap kezelését végezheti folyamatosan, már egy nagyobb bõröndben elfér, lehetõvé téve egy 2-300 000 LE-û település összes szennyvíziszapjának környezetbarát és gazdaságos kezelését. A reaktor kiépítését a Sonotronic cég berendezésének a kialakítása jól mutatja (6. ábra). A szennyvíziszapot alulról vezetik a berendezésbe, majd labirintusszerûen folyik tovább az ultrahang generátorok (piezoelektromos rezgõfejek) frekvenciájára hangolt kezelõtérben. A reaktor moduláris rendszerû, áramlási sebessége külsõ szivattyúval szabályozható, teljesítménye 5 kw, mely napi kb. 30 m 3, 2 8% -os szárazanyag tartalmú szennyvíziszap kezelésére alkalmas. A modern ultrahangos kezelõberendezésekkel szemben támasztott követelmények röviden az alábbiak: kis helyigény, egyszerû beépítés, modulrendszerû kialakítás, nagyenergiájú hangsugárzók,
20 HÍRCSATORNA a kavitációs buborékok optimális eloszlása a folyadékban, alacsony karbantartás-igény, hosszú távú garancia. 6. ábra. A Sonotron reaktor metszeti rajza és fényképe (Az Ultrawaves GmbH. engedélyével.) 4. Következtetés A bemutatott technológia sokrétû és gazdaságos alkalmazásai révén a közeljövõben nemcsak külföldön, hanem Magyarországon is remélhetõen hamarosan elnyeri méltó helyét a szennyvíztisztításban, hozzájárulva ezzel technológiai színvonalunk javításához és az iszapelhelyezés problémáinak megoldásához. Köszönetnyilvánítás: Hálásak vagyunk Dr. Klaus Nickelnek az Ultrawaves GmbH ügyvezetõjének, Prof. Dr. Uwe Neis nek, a TUHH oktatójának a technológia bemutatásához szükséges információkért, valamint Vonyó Attilának és Szilágyi Zoltánnak mikroszkópos felvételeik közreadásáért. Felhasznált szakirodalom: Arnhoffer A., Varga T., Németh Z., Paksáné M., Farkas Zs. (2005) Ultrahangos iszapkezelés tapasztalatai a Zalaviz Rt. nél (publikációra benyujtva) Blume, T., Martinez, I. Neis, U. (2002) Wastewater disinfection using ultrasound and UV-Light Reports on Sanitary Engineering 35. TUHH (2002) ISBN 3-930400-47-2., pp. 117-126. Chiu, Y., Chang, C., Lin, J. and Huang, S. (1997) Alkaline and ultrasonic pretreatment of sludge before anaerobic digestion. Water Sci. Technol., 36 (11) pp. 155-162. Clasen, J. (2002) Inactivation of plankton by ultrasound in drinking water treatment. Ultrasound in Environmental Engineering TU-Hamburg-Harburg Reports on Sanitary Engineering 35. ISBN 3-930400-47-2. Harrison, S. T. L. (1991) Bacterial cell disruption: a key unit operation in the recovery of intracellular products. Biotechnol., 9, pp. 217-240. Hogan, F., Mormede, S., Clark, P. and Crane, M. (2004) Ultrasonic sludge treatment for enhanced anaerobic digestion. Wate Sci. Technol. 50 (9) pp. 25-32. Lemmer, H., Eikelboom, D., Kappeler, R., Klein, B., Kunst, S., Matsché, N., Popp, W., Schön, G., Wagner, F., Wolfgramm, J., Zander-Hauck, S. (1998). Blähschlamm, Schwimmschlamm und Schaum in Belebungsanlagen Ursachen und Bekämpfung. Korrespondenz Abwasser, Heft 10, 45: 1959-1968. Mao, T., Hong, S.-Y., Show, K.-Y., Tay, J.-H. and Lee, G.-J. (2004) A comparison of ultrasound treatment on primary and secondary sludges. Water Sci. Technol., 50 (9) pp. 91-97. Neis U. (2002a) Steigerung der Biogasproduktion durch Ultraschallbehandlung. Biogas Journal 1./02, pp. 30-32. Neis U. (Hrsg) (2002b) Ultrasound in Environmental Technology II. Reports on Sanitary Engineering, 35, Hamburg, ISBN 3-930400-47-2. Neis, U., Nickel, K. and Thiem, A. (2000) Enhancement of anaerobic ludge digestion by ultrasonic disintegration. Water Sci. Technol., 42 (9) pp. 73-80. Nickel, K. (2002) Intensivierung der anaeroben Klaerschlammstabilisierung durch vorgeschalteten Zellaufschluss mittels Ultraschall. PhD Thesis TUHH (2002) Nickel, K., Neis, U. (2003) Intensivierung der Schlammfaulung durch Klaerschlammdesintegration mit Ultraschall. 5.-GVC-Abwasser-Kongress, Bremen, Germany, Preprints, 1, pp. 53-62. Nickel, K., Neis, U., Thiem, A. (1998) Waste water denitrification with disintegrated sewage sludge as internal carbon source. Biospectrum 1/98 p. 135. Onyeche, T. I., Schlafer, O., Bornmann, H., Schröder, C. and Sievers, M. (2002) Ultrasonic cell disruption of stabilized sludge with subsequent anaerobic digestion. Ultrasonics, 40, pp. 31-35. Thiem, A., Neis, U. (ed.) (1999) Ultrasound in Environmental Engineering TU-Hamburg-Harburg, Reports on Sanitary Engineering, p. 25. Thiem, A., Nickel, K,, Zellhorn, M. and Neis, U. (2001) Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Wat. Res., 35, 2003- Thiem, a., Nickel, K. and Neis, U. (1997) The use of ultrasound to accelerate the anaerobic digestion of sewage sludge. Water Sci. Technol. 36 (11) pp. 121-128.