Vízvédelem KM011_1 2014/2015-ös tanév II. félév 5. rész: Vízkezelés, csatornázás, szennyvíztisztítás Dr. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Vízkitermelés felszíni vizeket: szívóaknákkal, vezetékkel parti szűrésű vizeket: csáposkutakkal felszín alatti vizeket: ásott és fúrt kutakkal karsztaknákkal (karsztvizek) forrásfoglalással ásott kút aknakút törpe csáposkút fúrt csőkút Vízbázisvédelem A jelenlegi ill. jövőbeni ivóvíznyerő helyek védelme érdekében karsztakna forrásfoglalás védőidomot (felszín alatti vízbázis esetén, 3 dimenziós a földfelszín alatt) védőterületet (felszín alatti vízbázis (a védőidom felszíni vetülete), felszíni vízkivétel és vízilétesítmény esetén) kell meghatározni, kijelölni, kialakítani és fenntartani, hogy a felszíni szennyeződések még hosszabb időtávlatban sem juthassanak le a felszín alatti vizekbe védőövezetek határai: hidrogeológiai, hidrológiai adottságok, a vízbázis termelése, ill. kapacitása és az elérési idő alapján számítással (hidraulikai modellel) kell meghatározni 1
Vízbázisvédelem (folyt.) a különböző védőterületek gyűrűszerűen övezik egymást: belső, külső és hidrogeológiai védőövezetek az egyes védőterületeken csak olyan (jogszabályban rögzített) tevékenység végezhető, amely a kitermelés előtt álló vagy a már kitermelt víz minőségét, mennyiségét, valamint a víztermelési folyamatot nem veszélyezteti (a víznyerés helyétől távolodva egyre kevéssé szigorú előírások). tiltott pl: egyes mezőgazdasági tevékenységek (hígtrágya kijuttatása, állattartó telep, növényvédőszer-használat, trágyatárolás, dögkút stb.) hulladéklerakó, szennyvíztelep, szennyvízszikkasztás, temető, gépkocsimosó, -parkoló, -szerviz stb., új lakóterület kialakítása, új út, új vasút létesítése A vízbázisvédelem feladatai a vízbázisok alapállapotának felmérése (diagnosztika) a vízbázisok biztonságba helyezése (esetleges szennyező tevékenységek felszámolása, a zavartalanság biztosítása) a vízbázisok biztonságban tartása, biztonságos üzemeltetése A felszíni vizek kezelése 1. rácsok, gerebek: nagyobb úszó, lebegő anyagok 2. szitaszűrő (dobszűrő): kisebb lebegő anyagok Nyitott (gravitációs) dobszűrő 2
3. ülepítés: víznél nagyobb sűrűségű, zömmel szervetlen lebegőanyagok 4. szűrés gyorsszűrés: kis, részben kolloidális méretű lebegő anyagok (4-10 m/h) lassú szűrés: biológiai-, íz-, szaganyagok (0,1 m/h) Hosszanti átfolyású ülepítő medence Zárt gyorsszűrő 5. oxidáció: oldott szennyeződések, íz- és szaganyagok eltávolítására kivitelezés: a víz levegőztetése, káliumpermanganáttal, klórral vagy vegyületeivel, ózonnal stb. 6. fertőtlenítés: klór és vegyületei, ózon, UV-sugárzás A felszín alatti vizek kezelése CO 2 -mentesítés: levegőztetéssel Vastalanítás: levegőztetés (oxidáció csapadékként kicsapódik) Mangántalanítás: oxidáció, katalizátorral: KMnO 4 -tal vagy MnO 2 a szűrő felületén A víz levegőztetési módjai Felszín alatti víz sav-, vas- és mangántalanítása szűrőanyag Membrános eljárások az ivóvízkezelésben vízszóró rózsák A szőgyei vízkezelő mű nyitott szűrője fordított ozmózis felszíni vizek kezelésekor: membránokkal: vírus, baktérium, zavarosság, szín eltávolítása egy lépcsőben felszín alatti vizek esetén: membránokkal: vas-, mangántartalom, zavarosság (magas lebegőanyag-tartalom) eltávolítása egy előoxidációs lépcsőt követően ultraszűrés elektrodialízis 3
A csatornázás technológiája A kitermelt víz raktározása: vízműtelepi mélyvíztározó magastározó (víztorony) A víz szállítása és szétosztása: csővezetékekkel csatornák típusa: gravitációs csatornák (szennyvízátemelők beiktatása) kényszeráramoltatású csatornák nyomócsatornák vákuumcsatornák csapadék-elvezetés: zárt csőrendszer nyitott árokhálózat Csatornahálózat típusok egyesített elválasztott javított vegyes (egyesített) javított elválasztott rendszerű csatornahálózat Vákuumos szennyvízcsatorna rendszer Egyesített rendszerű csatornázás sematikus diagramja Javított vegyes (egyesített) rendszerű csatornázás sematikus diagramja Csatornázott területről elfolyó víz Csatornázott területről elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Egyesített csatorna Kevertvíz tisztítása és tározása Szennyvíztisztító telep Egyesített csatorna Kevertvíz tisztítása és tározása Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Befogadó: vízfolyás, tó Befogadó: vízfolyás, tó 4
Elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Javított elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Csatornázott területről elfolyó víz Csatornázott területről elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Szennyvíz csatorna Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Csapadék -víz csatorna Szennyvíz csatorna Szennyvíztisztító telep Csapadék víz tisztító és tározó Csapadék -víz csatorna Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Befogadó: vízfolyás, tó Befogadó: folyó, tó Az egyesített rendszerű csatornázás előnyei Az egyesített rendszerű csatornázás hátrányai nagyobb vízelvezetési biztonság a nagyobb szelvény miatt egy fogyasztói bekötés szükséges a csapadékvíz-kezelés részben megvalósul az egy vezeték nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb az egy vezeték helyigénye kisebb összességében kisebb beruházási költség általában gravitációs elvezetés kisebb lejtés miatt feliszapolódási veszély kevésbé rugalmas új terület bevonása esetén rugalmasabb szennyvíztisztítási technológia szükséges, az érkező víz minőségének változása miatt zápor esetén túlterhelődhet a szennyvíztisztító közműalagútban a nagy szelvényű gravitációs csatornák általában nem helyezhetők el kevésbé ütemezhető a beruházás, ezért nagy tőke szükséges hozzá Az elválasztott rendszerű csatornázás előnyei újabb szennyvíztermelők csatlakoztathatók a csatornák nagyobb lejtése miatt kedvezőbbek a szennyvíz lefolyásának feltételei a szennyvíztisztító telep terhelése egyenletesebb kényszeráramoltatású csatornahálózat közműalagútban elhelyezhetők több különböző műszaki megoldás lehetséges a kivitelezésre a beruházás jobban ütemezhető Az elválasztott rendszerű csatornázás hátrányai a szennyvízcsatornákat önöblítő képességük fenntartása miatt nagyobb lejtéssel kell megépíteni, öblítő akna, átemelés lehet szükséges ha a két csatornahálózatot nem egyidejűleg építik ki, előfordulhat szabálytalan fogyasztói bekötés a csapadékvíz tisztítatlanul kerül a befogadóba, ha nem épül záportározó külön e célra a két hálózat nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása költségesebb és munkaerőigényesebb a kényszeráramoltatással működő, átemelőkkel összekapcsolt szennyvízelvezető hálózat szakszerűbb üzemeltetése szükséges a teljes kiépítés általában nagyobb beruházási költségű 5
Kommunális szennyvíztisztítás I. mechanikai (elsődleges) tisztítás II. biológiai (másodlagos) tisztítás) III. fizikai-kémiai (harmadlagos) tisztítás I. Mechanikai tisztítás: cél: durva szennyezőanyagok, ülepíthető és finom lebegőanyagok eltávolítása 1. rácsok (durva szemét) Szennyvíztisztító telep elvi ábrája Kézi tisztítású pálcás rács (Öllős,1994) Gépi tisztítású íves rács Mechanikus tisztítású síkrács 2. homokfogó: szennyvíz sebessége lecsökken kb. 30 cm/s-ra, homokszemcsék kiülepednek győri szennyvíztisztító - rácsok Homokfogó 6
Zsírfogó Vízszintes átfolyású, iker elrendezésű homokfogó keresztmetszete Légbefúvásos, uszadékgyűjtős homokfogó keresztmetszete ha a homokfogóban nem távolíthatók el megfelelő mértékben a zsíros anyagok kellően kis átfolyási sebesség rács: az épületben zsírfogó homokfogó a győri szennyvíztisztító telep homokfogójának épülete a felújítás előtt (győri szennyvíztisztító, felújítás előtt) a levegőbefúvás ezeken a csöveken át történik az olajfogót a homokfogótól elválasztó lemezek az üres homokfogó a homokfogóról kikerülő szennyvíz ezeken a csöveken jut a föld alatt az ülepítőmedencékbe 7
Ülepítés 0,2 mm-nél kisebb, víznél nehezebb anyagok 1 cm/s áramlási sebesség győri szennyvíztisztító homokfogó: felújítás után az ülepítőmedencék az önálló mechanikai szennyvíztisztításon kívül biológiai és kémiai tisztítóberendezéseknél elő- és utóülepítőként használatosak Hosszanti átfolyású, ikerelrendezésű ülepítő Hosszanti átfolyású ülepítő terhelés: 150-2000 m 3 /nap mélység: 1,5-2,5 m, szélesség: 40-80 m fenéklejtés a zsomp felé: 1-2%, kotrószerkezet: 1-3 cm/s Sugárirányú ülepítők terhelés: 300-400 m 3 /nap d = 18-40 m h = 1,5-2,5 m h/d = 1:20-1:25 fenéklejtés: 2-3% kotrószerkezet: max. 6 cm/s (utóülepítőknél: max. 3 cm/s) Dorr-ülepítő Dorr-ülepítők Miskolci szennyvíztisztító telep 8
iszapkaparó lemezek a szennyvíz itt folyik be az iszapkotró körbeforgó hídja a medence alja középpontosan enyhén lejt (iszapkotrás) ülepítőmedence (Dorr-típusú) (győri szennyvíztisztító) a víz itt folyik ki a medencéből (fogazott bukóél, gyűjtőcsatorna) üres ülepítőmedence (győri szennyvíztisztító) győri szennyvíztisztító Dorr-ülepítő, bukóél győri szennyvíztisztító Dorr-ülepítő, bukóél Függőleges átfolyású tölcséres ülepítők utóülepítőként használják d 8 m V 100 m 3 dortmundi-ülepítő Graever-ülepítő 9
Az ülepítés elősegítése flokkulálás: flokkulálószerekkel kisebb szemcséket összetapasztják, nagyobb szemcse már le fog ülepedni (nagy molekulatömegű láncpolimerek) lakossági szennyvizek előülepítésénél nem használják: polielektrolit maradéka megváltoztatja a víz viszkozitását rontja az oxigénbevitel lehetőségét az eleveniszapos részben nem előnyös a maradék koaguláló hatás derítés: vegyszerekkel az oldott állapotú anyagokból csapadékot képeznek, ami leülepedik (vas(iii)- és alumínium sók) flotáció: vegyszer + alulról átbuborékoltatják a vizet, olaj-, zsírcseppek felülúsznak II. Biológiai szennyvíztisztítás cél: szervesanyag-eltávolítás, nitrifikáció biokémiai úton 1. mesterséges módszerek: a, csepegtetőtestes; b, eleveniszapos; c) biofilmes + utóülepítés kell mindháromnál 2. természetes vagy természet közeli módszerek mikroorganizmusok hatása: enzimekkel lebontják a nagy szerves molekulákat felfalják és szervezetükbe beépítik vagy energiaforrásként felhasználják aerob (szaprofiták: gombák, élesztők és baktériumok (nitrifikáló-, kénfaló-, vas-, metánoxidáló-baktérium)) anaerob (denitrifikáló baktériumok) Csepegtetőtest - biológiai hártya a töltőszemcsék felületén - alulról átszellőzés Eleveniszapos szennyvíztisztítás legelterjedtebb eleveniszapos medence: lebegőágyas, folyamatosan táplált bioreaktor, amelyben pelyhes szerkezetű eleveniszapként lebegnek a vízben a mikroorganizmusok műanyag töltet bazalt-tufa, salak, habkő, tégla, speciális műanyagtöltet Utóülepítés! Eleveniszapos technológia anaerob reaktor: nincs levegőbevitel szerves anyagot mikroorganizmusok felveszik (KOI csökken) O 2 mentes környezetben a sejten belüli szervesanyagoxidáció nem indul el a szervesanyag-felvétel energiát igényel: ATP bontás víz foszfátkoncentrációja megemelkedik aerob reaktor: levegőbevitel történik az akkumulált szerves anyag elégetése a felszabaduló energiát ATP-ben megkötik (vízből foszfort felveszik) a sejtszaporulatban (eleveniszapban) felszaporodik a foszfor a folyamatosan eltávolításra kerülő fölösiszappal eltávolítják a foszfort is 10
anoxikus reaktor: cél: nitrogén eltávolítás nincs levegőbevitel oxigént csak kémiailag kötött formában (NO 3- -ban) tartalmaz a víz NO 3- forrás: belső iszaprecirkuláció a levegőztetett medencében nitrifikálódott a szennyvíz ammónia- és szerves nitrogén-tartalma a baktériumok a nitrát-ion oxigénjét használják a légzéshez denitrifikáció: a felszabaduló N 2 gáz távozik iszapnövekmény: fölösiszap, visszatáplálás keverés: az élő iszap lebegésben tartása levegőztetés (felületi levegőztetők, mélylevegőztetők, ejektoros levegőztetők) a szennyvíztisztítás energiaköltségének mintegy 50-65%-a a levegőztetőknél jelentkezik, ezért fontos a jó hatásfok, a jó szabályozás biztosítása Vasbeton eleveniszapos medence (felülnézet) keverőlevegőztető Eleveniszapos rendszerek technológiája Levegőztető berendezések folyamatos átfolyású rendszerek (megfelelő iszaprecirkulációval) kiépítése történhet: csőreaktor tökéletesen kevert tankreaktor jelleg az árnyékolás az adott térrész(ek) levegőellátását érzékelteti: minél világosabb, annál több az oldott oxigén egyenletes eloszlású levegőbefúvatás, a betáplálási pont környékén nagy oxigén-igény van, ezért lecsökken a koncentrációja ahol kevesebb levegőt adagolnak be, ott a kisebb keveredés miatt megnő az iszap tömörödésének, kiülepedésének kockázata 11
oxidációs árok kis és közepes szennyvíztisztító telepeken lóversenypálya alak, trapéz keresztmetszet mélység: 0,9-1,25 m fenékszélesség: 1-2,5 m keverés, levegőztetés gyors felhígulás: - csökken a szennyvíziszap lemérgeződésének lehetősége - ugyanakkor nő annak az esélye, hogy a szennyvíz csak részben tisztul meg megoldás: reaktorkaszkád Csatornamedencés levegőztető nagyobb tisztítótelepek nagyobb méret, vasbeton Eleveniszapos medence Miskolci szennyvíztisztító telep 12
győri szennyvíztisztító az előülepítés után osztó műtárgyak kormányozzák a vizet az eleveniszapos medencékbe győri szennyvíztisztító eleveniszapos medencék (recirkuláltatják a vizet: anoxikus aerob anoxikus) győri szennyvíztisztító aerob eleveniszapos medence (levegőztetett) győri szennyvíztisztító anoxikus eleveniszapos medence győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére (a vízben a lebegő eleveniszap látszik) 13
győri szennyvíztisztító hosszanti átfolyású utóülepítő a biológiai tisztítás után az eleveniszap ülepítésére győri szennyvíztisztító az utóülepítés után megtisztult vizet a Mosoni-Dunába vezetik el Az eleveniszapos szennyvíztisztítás alapvető problémái győri szennyvíztisztító az utóülepítés után megtisztult víz az ammónium oxidáló autotróf mikroorganizmusok (nitrifikálók) lassú szaporodása a heterotróf nitrát redukció (denitrifikáció) korlátossága a heterotrófok nagy iszaphozama lakossági szennyvizeknél: elfolyó vizek összes nitrogéntartalmára előírt szigorú határérték betartása télen: nitrifikáció lelassulása (lehűl a szennyvíz) nyáron: nitrát redukciójához szükséges szerves tápanyag hiánya lakosság kis vízfogyasztása tömény szennyvizek ipari szennyvizeknél: a szennyvíz biológiailag nehezen vagy alig bontható szerves szennyezőinek nagyobb részaránya (nagy maradék KOI) A denitrifikáció problémája az eleveniszapos eljárások denitrifikációs hatásfoka döntően a nitrátos iszapos víz recirkulációjának mértékétől függ az iszaprecirkuláció korlátossága miatt a nitrát eltávolítási hatásfoka is korlátos egyik megoldás: utódenitrifikáció kiépítése (ld. Bardenpho technológia ábrája) nagy beruházási és üzemeltetési költség többlet szerves tápanyag igény újabb két további medencetér keverése, levegőztetése szükséges másik megoldás: szimultán csepegtetőtestek alkalmazása nincs kellő térfogati teljesítmény az egységnyi térfogatban lévő kis biomassza tömeg miatt (fajlagos felület: bazalt töltet: 50 m 2 /m 3, műanyag: 200-250 m 2 /m 3 ) Öt iszapteres utódenitrifikációs Bardenpho technológia Kárpáti, 2009 2. anoxikus medencében: külső tápanyag adagolás kell a denitrifikációhoz pótlevegőztetés: nitrogén kiűzése, 2. anoxikus zónában képződő ammónium nitrifikációjához 14
Denitrifikáció a csepegtetőtestek biofilmjében biofilm hordozón kialakuló 0,5-2 mm-es vastagságú biofilm külső, oxigénnel jól ellátott részben (0,1-0,2 mm): szerves anyagból CO 2 és biomassza alakítása, ammónium oxidációja történik (oxigént elfogyasztják eközben!) nitrát átjárja az egész biofilmet mélyebb, oxigénhiányos rétegben: denitrifikáció mikroorganizmus szelekció a biofilmben: oldott és finom lebegő tápanyagok, oxigén, ammónium, nitrát, foszfát biofilmbe való bejutási sebességeinek különbözőségei nitrifikáló teljesítményük arányos az adott térfogatban működő biofilm felületével csepegtetőtestekben ez korlátozott (ld. előbb) biofilm nagyobb darabjai leválnak, de ez döntően elhalt sejtek sejtfalanyaga fajlagosan csak kis iszapmennyiség az eltávolított szennyező anyagra vonatkoztatva! eleveniszapos rendszer nagy iszaphozama Kárpáti, 2009 Biofilmes szennyvíztisztítás Biofilmek előnye: nagyobb fajlagos felület, mint a csepegtetőtestekben, és kisebb iszaphozam, mint az eleveniszapos rendszereknél a főágban a nitrifikációt javíthatja, különösen a hidegebb vízhőmérsékletnél, egyidejű iszaphozam csökkentés mellett az eleveniszap és a biofilm vegyes kialakítása hozta igazán a jobb és olcsóbb N-eltávolítást Technológiák Eleven iszapos rendszerbe merülő rögzített biofilm hordozók (elárasztott biofilmek) Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése mozgó biofilmmel Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése nitrifikáló szűrőkkel Mozgó ágyas hibrid rendszerek főági nitrogéneltávolítás intenzifikálására Biofilmes rendszerek a nitriten keresztül történő nitrogéneltávolításra Eleveniszapos rendszerbe merülő rögzített biofilm hordozók (elárasztott biofilmek) Kárpáti, 2009 Fajlagos nitrifikációs teljesítmény növelése mozgó biofilmmel forgótárcsás megoldás: mozgó biofilmes rendszer, részlegesen elárasztva (Svájc) Kárpáti, 2009 elárasztott álló ágy, műanyaglemezes biofilm hordozóval Kárpáti, 2009 15
Mozgó ágyas hibrid rendszerek új típusú, 1-2 centiméteres, strukturált hordozó, nagy fajlagos felülettel, vízhez közeli sűrűség előállítása nem különösebben nehéz műszakilag az iszapos víztől egyszerűen visszatarthatók hibrid rendszerben szeparáltan is működtethetők (anaerob vagy anoxikus zónákban nincs) ülepítőbe nem kerül be levegőbevitel hagyományosan több sorba kapcsolt forgótárcsás egység (USA) Kárpáti, 2009 Kárpáti, 2009 Németo: poliuretán habszivacs kockák Mozgó ágyas hibrid rendszerek (folyt.) fajlagos felület: 800-1000 m 2 /m 3 térfogat hányaduk az iszapos vízben: 50-60% 400 m 2 /m 3 biofilm felület ami 1-1,5 mm biofilm vastagság esetén, csak a belső felületet véve figyelembe maga is 0,2-0,3 m 3 iszap denitrifikáció az eleveniszapban is! Kárpáti, 2009 ez másfél-kétszeresére növeli az iszaptömeget, a szerves anyag lebontó teljesítményt, sőt a biofilm révén a nitrifikáló teljesítményt is a biofilm nagyobb iszapkora révén Kárpáti, 2009 Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák a szerves anyag lebontása energiaigényes levegőbevitel nélkül, a természetes öntisztulási folyamatokra alapozva valósul meg ugyanúgy mikroorganizmusok végzik a lebontást oxigén utánpótlás lassúbb: diffúzió algák fotoszintézise makrofitonok fotoszintézise hosszabb tartózkodási idő nagyobb helyigény Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák beruházási, működési költségük kisebb, mint az eleveniszapos technológiáké működtetésükhöz különösebb szaktudás nem kell energiaigényük csekély zömében környezetbe illő, környezetbarát technológiák korábban a biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítására eleveniszapos biológiai fokozat kiváltása házi szennyvíztisztítás háztartási szemétlerakó helyek csurgalékvizének tisztítása 16
Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Szilárd hordozójú rendszerűek: szennyvízszikkasztás szennyvízöntözés homok- vagy talajszűrés gyors beszivárogtatás gyökérzónás/növényágyas szennyvíztisztítás az üzemi vízszint a felszín alatt van eljárások közti különbség: makrofitonok részvétele, megengedhető fajlagos terhelés nagysága Szennyvízszikkasztás a világon a legelterjedtebb természet-közeli módszer USA: 20 millió db családok, kisebb közösségek szennyvizének kezelése csatornázatlan területeken a szerves anyag, lebegő anyag és a foszfor eltávolítása közel 100%-os, az ammónium teljes mértékben nitrifikálódik, az összes nitrogén eltávolítása kb. 40% helytelenül megépített szennyvíztároló aknák (szikkasztóként működnek) talajvíz szennyezése 3 rész: előülepítő biológiai tisztítást biztosító egység felszín alatti elosztó csőhálózat Szennyvízöntözés oxidációs tavakban vagy más módon biológiailag tisztított szennyvizet haszonnövény kultúrák öntözésére használják a száraz területeken elterjedt utótisztítási eljárás (nagy párolgás miatt azonban talaj elszikesedhet!) hidegebb éghajlaton: szennyvíztározó tó szükséges nehezen szabályozható a növények tényleges tápanyagszükségletének fedezése is, ezért fennáll a talajvíz szennyezés veszélye (főként a nitrát szennyezés) Talajszűrés és lassú homokszűrés az öntözéses szennyvíztisztításhoz hasonló kis terhelésű módszer különbség: legfontosabb cél a szennyvíztisztítás száraz területeken a talajvízhiány pótlása is kiegészítő cél a talaj vízvezető képessége határozza meg az alkalmazható legnagyobb hidraulikai terhelést talajszűrés: nyitott rendszer, a tisztítás hatékonyságáról kevés adat lassú homokszűrés: zárt rendszer (homokszűrő árok vagy mező) a nyitott rendszer miatt a tisztított víz minősége nem ellenőrizhető elterjesztését nem javasolják, csak egyedi specifikus alkalmazások hazánk: nyárfás szennyvíz elhelyezés Gyors beszivárogtatás a lassú homokszűréstől csak a hidraulikai terhelésben tér el a nagy hidraulikai terhelhetőség miatt helyigénye kicsi tisztítási mechanizmus hasonló vegetáció jelenléte nem szükségszerű, de ha van, jelentősége a tápanyag eltávolításban sokkal kisebb, mint a homokszűréses eljárásban szakaszos üzemeltetés (terheléses és száraz periódusok szűrőágy eltömődésének veszélye csökken) talajvíz felé általában nyitott (megsüllyesztik vagy drénezik a talajvíztükröt) hatékonyság megfelelő, így ha szigetelés vagy pl. vízzáró altalaj biológiailag tisztított szennyvíz utótisztítása ülepített szennyvíz tisztítása Gyökérzónás/növényágyas tisztítás az egyik legelterjedtebb természet-közeli szennyvíztisztítási technológia földmedencében lévő szilárd hordozóra (talaj, homok, sóder, kő) vízi-, mocsári növényeket telepítenek ülepített vagy biológiailag tisztított szennyvizet vízszintes vagy függőleges irányban átvezetik a szűrőágyon a tisztított szennyvizet összegyűjtik, elvezetik növényzet szerepe: oxigénutánpótlás a talaj vízvezető képességének megőrzése a talajpórusok elzáródásának megakadályozásával (megnövekedett baktérium tömeg elzárja a pórusokat) a tápanyagfelvétel kevésbé fontos talajbaktériumok élettevékenysége a fő alkalmazás: 50-1000 LE, elválasztott csatornahálózat kiszolgálása egyedi szennyvíztisztító kisberendezések (50 LE, kb. 8 m 3 /nap) 17
LE = lakosegyenérték átlagos szociális feltételek között egy személy után keletkező szennyvízmennyiség (150-400 l/nap) biológiai tisztításához szükséges oxigén mennyisége, amit a BOI 5 alapján határoznak meg: ez a helyi adottságoktól függően 20-70 g O 2 /nap mértékegységül választott: 1 LE = 60 g O 2 /nap (BOI 5 -ben mért) Gyökérzónás/növényágyas tisztítás (folyt.) Előtisztítás (ülepítő-, oldómedencék) (feliszapolódás, szagártalom, elosztó kavicsréteg eltömődése) Növényágy talajtest: homokos kavics, áteresztő képesség: k= 10-4 -10-3 m/s vízzáró szigetelés a növényágy fenekét a legmagasabb ismert vízszint sem érheti el vízszintes átfolyású növényágy: 50 cm talajtest függőleges átfolyású növényágy: 80 cm talajtest vízszintes felület fagyvédelem Kacorlak: nádágy Zalakaros, Zalakomár: nemes-nyáras Vízszintes felszín alatti átfolyású gyökérmező hosszmetszete Nád-gyökérzónás, függőleges átfolyású tisztító szerkezete 1 5 7 8 PERFORÁLT CSŐ KEMÉNY CSŐ SZAKASZOS BETÁPLÁLÁS A TELJES FELÜLETEN durva homok 4 25 cm ~ 8 cm 6 mm mosott kavics 12 mm mosott kavics ~ 15 cm 30-60 mm mosott kavics 2 3 6 9 1. mechanikailag tisztított szennyvíz, 2. elosztó zóna nagyméretű kövekkel, 3. szigetelő fólia, 4. töltet (talaj, kavics, homok, vagy zúzott kő), 5. növényzet, 6. az elfolyó víz gyűjtőcsöve, 7. gyűjtő zóna nagyméretű kövekkel, 8. a vízszint a túlfolyó magasságának állításával szabályozható, 9. elfolyó víz A leggyakrabban ültetett növényfajok: nád (Phragmites australis), pántlikafű (Phalaris arundinacea), vízi harmatkása (Glyceria maxima), gyékény (Typha sp.), sás, káka, kardliliom, békalencse ~ 10 cm ~ 15 cm GRAVITÁCIÓS VÍZELVEZETÉS 1 %-OS LEJTÉS DRAIN CSŐ LDPE SZIGETELŐ HÁLÓZAT NAGY KÖVEK tisztítás szakaszos ütemben talaj pórustere újra megteljen levegővel Gyökérzónás/növényágyas tisztítás korábban nem voltak egységes tervezési és működési irányelvek működtetési paraméterek közt jelentős különbség szennyvíz tartózkodás ideje: 1 nap - 2 hónap fajlagos felületigény: 0,9 m 2 /LE - 23 m 2 /LE eltávolítási hatásfokukra vonatkozóan is elég szélsőségesek az adatok BOI 5 : 51-96% LA: 60-98% N: 10-88% P: 11-94% Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Vizes rendszerűek: csörgedeztetéses rendszer (overland flow) szennyvíztisztító tavak - ülepítő (anaerob) tavak - nem levegőztetett (fakultatív tavak) - levegőztetett (aerob) tavak - utótisztító tavak úszó- vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás természetes vagy mesterséges nádastó (wetland) üzemi vízszint a felszín felett vízinövények (algák, makrofitonok) aktív részvétele 18
Csörgedeztetéses rendszer Tavas szennyvíztisztítás átmenetet képez a szilárdalapú és vízalapú rendszerek között általában teraszos vagy lejtős terepadottságok esetén alkalmazzák a szennyvíz a talaj fölött vékony rétegben lefelé folyva tisztul meg különböző folyamatok révén: kiülepedés, adszorpció, szűrés, koprecipitáció (több komponens együttes leválása, kicsapódása), mikrobiális átalakulás és lebomlás a terület aljára érkező szennyvizet összegyűjtik és elvezetik hazánkban nem alkalmazzák Alkalmazás: házi szennyvíz v. ahhoz hasonló ipari szennyvíz tisztítására tápanyag eltávolításban fő szerep: algák A szennyvíztavak előnyei: tájba illő kialakíthatóság egyszerű, költségkímélő építési mód kevés gépi szükséglet csekély karbantartási költség a rendszeres üzemeltetési ellenőrzés mellett évente v. többévente jelentkező iszapeltávolítási igény nagy pufferkapacitás lehetőség csapadékvíz együttes kezelésére is Tavas szennyvíztisztítás A szennyvíztavak típusai A szennyvíztavak hátrányai: viszonylag nagy területigény ingadozó tisztítási teljesítmény az évszak- és időjárásfüggő változások miatt szagártalom lehetősége alkalmanként nagy algafejlődés, nemkívánatos algaelúszás eltávolítási hatásfok: BOI 5,KOI: 80% körüli, a szezonális ingadozás kicsi N, P: 40-50%, a szezonális ingadozás nagy Ülepítő (anaerob) tavak: nyers szennyvízből ülepíthető anyagok leválasztása, leülepedett iszap rothasztása csapadékvíz kezelés is tófenék mélypont felé lejt (h 1,5 m) rézsűburkolás bevezetéshez: elosztó berendezések (merülőfal, terelőfal) rács és homokfogó előtte 50%-os szerves szennyeződés csökkenés iszap kitermelés: rendszerint évente altalaj védelme, szigetelés átfolyási idő: legalább 1 nap V LE 0,5 m 3 /LE A szennyvíztavak típusai Nem levegőztetett (fakultatív) szennyvíztavak nagy kiterjedés, csekély mélység (kb. 1 m) 1000 LE alatt A LE 15 m 2 /LE biológiai tisztítás; csapadékvíz kezelése is O 2 bevitele csak természetes folyamatok által (klíma-függő) felső vízréteg rendszerint aerob fenekén ill. bevezetésnél: anaerob lehet 2-3 egységből álljon bevezetéseknél elosztó berendezések kifolyásoknál merülőfalak, szűrőgátak: úszó- és lebegő anyagok visszatartása átfolyási idő: 20 nap összekötő- és kifolyási berendezések: hetente ellenőrzés, tisztítás iszapeltávolítás: több évente A szennyvíztavak típusai Levegőztetett (aerob) szennyvíztavak nyers v. mechanikailag tisztított szennyvízzel táplálják biológiai tisztítás műszaki levegőztető berendezés területigény csökken 5000 LE alatt célszerű két egymás után kapcsolt egység vízmélység: 1,5-3,5 m átfolyási idő: legalább 5 nap tisztító és fenntartási munkák iszapeltávolítás: 4-10 évente 19
A szennyvíztavak típusai Úszó- vagy lebegő vízinövényes szennyvíztisztítás Utótisztító tavak biológiailag tisztított szennyvizekkel táplálják lebegő anyagok, maradék szerves terhelés, szervetlen tápanyagok, higiéniai állapot javul rendszerint mesterséges levegőztetés nélkül 1-2 m-es vízmélység holt terek ne legyenek (alga-elszaporodás) célszerű a tófelületet több független tóra osztani 1-5 napos átfolyási idő 5-10 évente iszapeltávolítás tápanyag eltávolításban fő szerep: makrofitonok vízililiom, Piscia Tratiotes, Alternanthera sp., Lemna sp., Myrophyllum heterophyllum, Elodea nutellii, E. canadensis a növények sűrű gyökérzetén rögzül a baktériumtömeg növényeket rendszeresen aratják előny, hogy a hidraulikai terhelésingadozásokra kevésbé érzékeny, az eltömődés veszélye nem áll fenn ha a növényfedettség 100%-os, algásodás nem jelentkezik hátrány: vízinövények felszíni vizekbe is szétterjedhetnek ülepített és biológiailag tisztított szennyvíz tisztítására is Élőgépes szennyvíztisztítási technológia (Living machines) Élőgépek-metszet (sorba kapcsolt reaktorok, mindben más típusú baktériumok más-más szennyeződéstől tisztítanak: aerob, anaerob, anoxikus körülmények) Élőgépek (Harbor-Park, Nagytétény, Mo.) Nádastó IV. Harmadlagos (fizikai-kémiai) tisztítás felépítésben hasonló a gyökérzónás telephez különbség: a vízszint a talaj felett van vízmélység: 10-50 cm a tisztítási folyamat nagy része a víztérben folyik, és nem a talajban a telepített növények is hasonlóak a kétféle rendszerben meglévő természet-közeli és mesterséges nádastavakat is használnak szennyvíztisztításra biológiai tisztítás után alkalmazzák általában, de ülepített szennyvizek tisztítására is alkalmas BOI 5, LA: megfelelő eltávolítási hatásfok ÖN, ÖP: 50% körüli eltávolítási hatásfok célok/eszközök: finom lebegőanyag eltávolítása: homokszűrő, mikroszűrő foszfor eltávolítása: vegyszeres kicsapás nitrogén eltávolítása: ioncserélő, molekulaszita, algás tóban denitrifikáció sótalanítás: fordított ozmózis, elektrodialízis, desztilláció baktérium- és víruseltávolítás: aktív szén adszorpció, klórozás, ózonizálás stb. 20
Fertőtlenítés Fertőtlenítés klórozás ózonozás UV klórozó-fertőtlenítő (tartózkodási idő: kb. 15 perc) Sugár-intenzitás mérővel és tisztító szerkezettel ellátott, csatorna szakaszba meríthető UV sugárzó egység Szennyvíziszapok Szennyvíztisztítás során szennyvíziszap keletkezik: mechanikai tisztításkor az ülepítő medencékben biológiai tisztításkor: fölös eleveniszap A keletkezett szennyvíziszap kezelése szükséges mert: nagy a víztartalma fertőző ipari eredet esetén mérgező anyagokat tartalmaz víztartalom: kb. 70%-a pórusvíz (sűrítéssel csökkenthető) kb. 22%-a adhéziós, kapillárisokban kötött víz (kondícionálással csökkenthető) kb. 8%-a sejtekben kémiailag kötött és adszorpciós víz (szárítással, termikus úton csökkenthető) Az iszapkezelés lépései Iszapsűrítés iszapsűrítés iszap kondicionálás és -stabilizálás fertőtlenítés víztelenítés végső elhelyezés, értékesítés (mezőgazdasági hasznosítás) deponálás gravitációs erőtér gravitációs sűrítő oldott levegős iszapflotáló centrifugális erőtér dob-centrifuga tányéros vagy tálcás centrifuga dekanter (csigaülepítő) centrifuga komposztálás (mezőgazdasági hulladékkal, tőzeggel, háztartási szeméttel együtt) 21
Gravitációs iszapsűrítő Iszapsűrítők Miskolci szennyvíztisztító telep győri szennyvíztisztító fedett gravitációs iszapsűrítő (előülepítés iszapjának kezelésére) Flotációs iszapsűrítő Dob centrifuga Tálcás centrifuga 22
Dekanter (csigás ülepítő) centrifuga győri szennyvíztisztító centrifugális iszapsűrítés (fölös eleveniszap kezelésére) Iszapkondicionálás és -stabilizálás győri szennyvíztisztító: fölös eleveniszap tárolása sűrítés előtt (minimálisan levegőztetett) feladata: a sűrített iszap vízteleníthetőségének javítása, a szerves anyag stabilizálása, a patogén mikroorganizmusok mennyiségének csökkentése fizikai kondicionálás: pasztőrözés, termikus kondicionálás, fagyasztásos kondicionálás kémiai kondicionálás: flokkulálószerekkel (polielektrolit, FeCl 3, FeSO 4, Al 2 (SO 4 ) 3, CaO) biokémiai kondicionálás: aerob anaerob ( biogáz + rothasztott iszap) hideg rothasztás meleg rothasztás: mezofil (32-38 C, 20-30 nap), termofil (50-58 C, 15-20 nap) Biológiai (anaerob) rothasztó reaktor győri szennyvíztisztító iszaprothasztók 35,5-36,5 C, tele van iszappal, felső 1 m-ben van a keletkezett biogáz, 21 napos tartózkodási idő, 23
győri szennyvíztisztító iszaprothasztókban keletkezett biogáz tárolása A győri szennyvíztisztítóban a keletkezett biogázzal gázmotorokat hajtanak (telep energiaszükségletének kb. felét állítják elő), ha muszáj, akkor elfáklyázzák Iszapvíztelenítés cél: az iszap folyadékszerű tulajdonságainak elveszítésével szállítható, lapátolható legyen dekanter (csigás ülepítő) centrifuga szalagos szűrőprések: iszap kémiai kondicionálása gravitációs víztelenítés kisnyomású víztelenítés nagynyomású víztelenítés Szalagszűrő prés Ipari szennyvizek tisztítása szennyvizek semlegesítése: lúgos szennyvíz: ásványi savak, CO 2 savas szennyvíz: mész ( CaSO 4 ), Na 2 CO 3, NaOH, mészkővel v. MgO-val töltött oszlop győri szennyvíztisztító rothasztott iszap szárítása, a végeredmény a talajra kiszórható nehézfémek kivonása: kicsapás: vas-sók (FeCl 3, FeCl 2, Fe 2 (SO 4 ) 3 3H 2 O, FeSO 4 7H 2 O), mészhidrát (Ca(OH) 2 ), alumíniumszulfát (Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O). ioncsere, flotáció, fordított ozmózis 24
Ipari szennyvizek tisztítása Olaj-eltávolítás: mechanikai olajfogó, flokkuláció, flotáció, biológiai tisztítás, szűrők (homok, aktív szén, műanyag töltet) 10-20 % olajtartalmú szennyvíziszapok: víztelenítés, szárítás, égetés olajfogó Egyedi szennyvíztisztítási eljárások csatornahálózattal nem rendelkező területeken számos technológiai megoldás: zárt tárolós megoldás: időnként kiszippantják és elszállítják házi szennyvíztisztító kisberendezések: oldómedencével egybekapcsolt szikkasztó (ülepítés mint a nagybani folyamatoknál, majd szikkasztó árkokban, szikkasztó aknákban stb. a talajba elszikkasztják a talajnak van öntisztuló képessége (nem korlátlan) a nagybani eljárásokhoz hasonló kisberendezések + szikkasztás (ülepítő rész + csepegtetőtest + utóülepítő ülepítő rész, eleveniszapos rész + utóülepítő stb.) oldómedencés vagy annak megfelelő előtisztítás szakaszos üzemű homokszűrő recirkulációs üzemű homokszűrő szikkasztás hagyományos hagyományos szivattyús adagolással sekély mélységű mezőn szivattyús adagolással dombon szivattyús adagolással Egyszerű oldóakna kútgyűrűkből Szebeton-Mall csepegtetőtestes szennyvíztisztító kisberendezés (4-1000 lakosegyenértékig) 25