Szennyvíztisztítás és iszapkezelés I.

Alapismeretek - szöveggyűjtemény

1. A szennyvíz

1.1. Szennyvízféleségek és szennyvízmennyiségek

Szennyvíznek nevezzük az ember élet- és termelő tevékenysége során keletkező használt vizeket. A településeken keletkező szennyező anyagok egy részének összegyűjtésére a csa­tornahálózat szolgál. A vízzel elszállítható hulladék anyagok eredetüket és jellegüket tekintve sokfélék, egy részük minden települési szennyvízben jelen van, más részük megjelenése viszont a helyi viszonyoktól és adottságoktól függ.

A települési szennyvíz a közcsatornában szállított vizek gyűjtőfogalma, amely a levezetésre kerülő vizeket egyesíti.

Közcsatorna hiányában a szennyvíz elvezetése, tisztítása és elhelyezése önálló házi beren­dezésekkel történhet vagy az egyéb, települési folyékony hulladék kezelés önálló feladat ke­retében kerül megoldásra (gyűjtés, elszállítás, megtisztítás és elhelyezés).

Házi szennyvíz: a háztartásokban az emberek élettevékenységével kapcsolatban keletkező, házi csatornával összegyűjtött, házi bekötő csatornával közcsatornába vezetett, vagy - annak híján - házi gyűjtő-, vagy inkább tisztító- és elhelyező berendezésbe vezetett használt vizek összessége.

Kommunális szennyvíz: a településen közcsatornával összegyűjtött és szennyvíztisztító telep­re vezetett házi és házi jellegű szennyvizek összessége. Házi jellegű szennyvizet bocsátanak ki településeken a közintézmények, a kereskedelmi-, a vendéglátó- és az iroda jellegű termelő egységek, üzemi konyhák (előtisztítást: zsírfogást követően), valamint ide sorolhatók az ipari és mezőgazdasági üzemek szociális szennyvizei továbbá a közterületek takarításából, a tűz­csap használatból származó, közcsatornába jutó vizek is.

A kommunális szennyvíz fajlagos (egy statisztikai kibocsátó egység, azaz egy lakos által kibocsátott) mennyiségét és összetételét a lakosság életkörülményei és szokásai határozzák meg. Ezért ezek a társadalmi-gazdasági viszonyok alakulásával változnak, továbbá a mun­kanapok és pihenőnapok során is periodikus ingadozás észlelhető. Még határozottabban szembetűnő a szennyvíz mennyiségi és minőségi ingadozása a lakosság szokásos napi tevékenységének függvényében, 24 órán - egy napon - belül.

Ipari technológiai szennyvíz: ipari üzemekben a gyártástechnológiai eljárások során kelet­kezik. Ide sorolhatók a berendezések és helyiségek takarításához, tisztításához felhasznált vizek, a ter 646g61g melési valamint a vízelőkészítési technológiákból elvezetett szennyvizek is. A termeléshez használt hűtővizek - minőségükre tekintettel - jellemzően nem sorolandók a technológiai szennyvizekhez.

Az ipari technológiai szennyvizek csak jogszabályban meghatározott minőségi küszöbérté­keknek megfelelő előtisztítás alkalmazásával vezethetők bírságmentesen a közcsatornába.

Települési (városi) szennyvíz: a kommunális szennyvíznek előtisztított ipari technológiai szennyvízzel képződő keveréke. A kétféle szennyvíz mennyiségi aránya, az ipari szennyvíz összetétele eredményezi a települési szennyvíz sajátos jellegét, ami a tisztítási technológia üzemeltetése szempontjából lényeges körülmény.

Infiltrációs (beszivárgó) vizek: különösen rossz állagú csatornák és magas talajvízszint esetén növelik a csatornával elvezetett szennyvíz mennyiségét. A hígító hatás nem minden esetben érvényesül: pl. nitrátos talajvíz esetén, a nitrát koncentrációja a szennyvízben nőhet. A talajvíz és az infiltrációs víz általában hűti a szennyvizet, ami 12 C alatt hátrányosan hat a biológiai tisztítási folyamatra.

Csapadékvizek: a csatornázott területről csapadék-hullásból, hóolvadásból csatornába kerülő vizek.

A települési és a kommunális szennyvíz is tartalmazhat csapadékvizet és/vagy infiltrációs vizet a csatornázási rendszertől, a csatornahálózat anyagától, magassági vonalvezetésétől, állagától függően. Elválasztott rendszerű csatornázás esetén a közcsatornába orvbekötés révén vagy a csatorna aknafedlapok nyílásain át juthat csapadékvíz. Ezeket a vizeket plusz a csatorna állagától, a talajvíz-viszonyoktól függő mennyiségű infiltrációs vizet szokás parazita vizeknek is nevezni [ ]. A csapadék és infiltrációs vizek nem csupán a mennyiségi viszo­nyokra, hanem a szennyvíz minőségére, különösen a hőmérsékletére hatnak.

A szennyvíz- és szennyezőanyag-hozamot (pl. BOI₅-ben mérve) ábrázoló görbék jellemző csúcsot mutatnak. (1.ábra.)

1.ábra. A szennyvízhozam és a szennyezőanyag-hozam lehetséges napi eloszlása

A 2.ábra a szennyvízhozam és kétféle szennyezőanyag (KOI_k és NH₄-N) koncentráció abnor­mális napi eloszlását szemlélteti kisváros települési szennyvizében. A nem kellően előtisztított ipari szennyvíz minősége erősen befolyásolja a települési szennyvíz összetételét, így annak összetétele (minősége) és napi eloszlása erősen eltér a kommunális szennyvíz házi szennyvíz kibocsátással meghatározott jellegétől.

1.2. A szennyvízminőség jellemzése

A szennyvízminőség meghatározása fizikai, kémiai, biológiai, bakteriológiai stb. vizsgála­tokat igényel. A különböző települések kommunális szennyvizének összetétele általában hasonló, ellentétben az ipari szennyvizekkel terhelt települési szennyvízzel, ahol az összetétel az ipari üzemek fajtájától, az alkalmazott gyártástechnológiáktól és vízhasználati módoktól függ.

2.ábra. Ipariszennyvíz-kibocsátás hatása kisváros települési szennyvizére (KOI_k/NH₄-N/Q)

Tisztítási szempontból a települési szennyvízben lévő szennyeződések feloszthatók:

görgetett anyagok: a csatorna fenéken, a szennyvízzel sodródó darabos szervetlen anyagok, amelyekhez szerves szennyeződések tapadhatnak;

úszó szennyeződések: folyékony vagy szilárd halmazállapotúak;

ülepíthető lebegőanyagok: a kolloid részecskéknél nagyobb méretű szilárd anyagok (Imhoff-kehelyben 120 perc alatt leülepedők); szervesek vagy szervetlenek lehetnek;

könnyen ülepedő anyagok: 10 perc alatt leülepedők; (csatornabírsággal sújthatók);

nem ülepíthető lebegőanyagok: Imhoff kehelyben 120 perc alatt le nem ülepedő, jel­lemzően kolloidális méretű szerves és szervetlen szilárd anyagok;

oldott szennyeződések: szerves és szervetlen vegyületek, amelyek mennyisége me­chanikai módszerrel nem változtatható.

Tisztítástechnológiai aspektusból szokásos még megkülönböztetni:

toxikus anyagokat (nehézfémsók, peszticidek, fungicidek, cianidok, kénhidrogén stb.)

nem, vagy csak nehezen bomló anyagokat (ásványi sók, szénhidrogének, polisza­charidok, ligninek, egyes detergensek stb.);

biológiailag könnyen bontható anyagokat (egyszerű cukrok, fehérjék).

A szennyvizekben előforduló anyagok sokfélesége miatt a szennyvízvizsgálatok a gyakor­latban sohasem teljes körűek. A vizsgálatok célja megállapítani, hogy a vizsgált szennyvíz milyen tisztítási technológiával és milyen mértékig tisztítható.

1.3. A technológia megválasztásához szükséges fontosabb minőségi paraméterek

Hőmérséklet. A szennyvíz hőmérsékletének jelentős hatása van a fizikai, kémiai és a biológiai folyamatok sebességére az elvezetés és a tisztítás során, valamint a befogadóba vezetést követően is. A települési szennyvíz hőmérséklete függ a csatornázási rendszertől, a csatornahálózat területi kiterjedésétől a szolgáltatott ivóvíz valamint a csatornába bebocsátott ipari szennyvizek hőmérsékletétől. A közcsatornába legfeljebb 40 C hőmérsékletű szennyvíz vezethető, ami a konvencionális biológiai tisztítás számára optimumon túli, felső határnak tekinthető [ ].

Szín. Házi és kommunális szennyvizeknél a szín a szennyvíz frissességének mutatója. A friss szennyvíz színe sárgásbarna, esetleg világosszürke. A berothadt szennyvíz szürkés-fekete vagy fekete színű. Az ipari szennyvizek és az azokkal jelentősen terhelt települési szenny­vizek az iparban alkalmazott termelési technológiáktól függően eltérő színűek is lehetnek.

Szag. Hasonlóan a színhez, a szag is a szennyvíz frissességének mutatója, emellett specifikus ipari eredetű szennyezők jelenlétének mutatója is. Berothadt szennyvizek szagát a H₂S jelenléte határozza meg. A vizsgálat itt is és a szín esetében is a hígítási küszöbérték kimutatásán alapszik, azaz annak a hígítási mértéknek a megállapításán, amelynél a szín vagy a szag - az átlag érzékelő számára - már nem érzékelhető.

pH-érték. A friss házi szennyvíz általában semleges vagy enyhén lúgos kémhatású, vagyis pH-értéke 7,0-7,8; települési szennyvizeknél a pH jellemzően a 6,6-8,3 tartományba esik. Ipari szennyvizeknél előforduló pH-értékek intervalluma sokkal szélesebb.

Lúgosság (m és p): A lúgosság a hidrogénkarbonátok (-HCO₃^-), a karbonátok (-CO₃^2-) és a hidroxil-ionok (-OH^-) mennyiségének mutatója. Ezek a vegyületek (az -OH^- kivételével) a szennyvízben lévő foszfátokkal együtt puffer hatásúak, elősegítik a szennyvíz semlegesítését és pH-stabilitását, ami a szennyvíztisztítás biokémiai folyamataihoz kívánatos. A hidroxil-ionok jelenléte ásványi lúgosságra, erős ipari szennyvíz behatásra utal és magas, pH>9 értéket eredményez.

Savasság. Települési szennyvizekben a természetes savasságot a szénsav-formák az ásványi savasságot (pH<4,0) ipari eredetű savak, vagy a keletkező biogén kénsav okozzák.

Összes szárazanyag-tartalom: a szennyvízben lévő összes szilárd és oldott állapotú alkotórész együttes mennyisége. A szárazanyag-tartalmat ásványi- és szerves anyagok alkotják. Bepár­lással és 110 C-on tömegállandóságig kiszárítással gravimetriásan határozzák meg.

Összes oldottanyag-tartalom: mm pórusméretű membránszűrőn átszűrt folyadék száraz­anyag tartalma.

Összes lebegőanyag-tartalom: a szennyvízben lévő összes szilárd - a 45 mm pórusméretű membránszűrőn fennmaradt és szárazanyagként meghatározott - alkotórész mennyisége.

Szervesanyag-tartalom. A fenti összes anyagformák 550 C-on izzítással meghatározott tö­megvesztesége. (Összes szerves, oldott szerves és szerves lebegőanyag-tartalom.)

Szervetlenanyag tartalom: A szervesanyag tartalom meghatározásánál a mérhető izzítási ma­radék értéke. (Összes szervetlen, oldott szervetlen azaz összes sótartalom és szervetlen lebe­gőanyag-tartalom.)

A fenti kilenc jellemző meghatározását a laboratóriumi praxis összes-9 [ ] vizsgálatsornak nevezi; négy mérés és további számítások kilenc eredményt adnak.

Kloridion-tartalom. Az ivóvízben mérhető klorid koncentrációhoz viszonyított többlet a tele­pülési szennyvizekben azok töménységi mutatója lehet. Az ember által kibocsátott anyagcsere termékek (metabolitok: fekália és vizelet) 10-15 g/d Cl^--ot tartalmaznak. Ipari szennyvízzel terhelt települési szennyvizeknél elérheti az 50 g/LEé d fajlagos értéket is.

Szulfát. A kloridokkal együtt a szennyvíz sótartalmának fő alkotórésze. Házi szennyvizekben a szulfátion koncentrációja általában nem haladja meg a 30-50 mg/1 SO₄^2- értéket. Települési szennyvizekben az ipari szennyvizek okozta korróziós hatás az elsődleges. A. betonagresszív küszöb-koncentráció 250 mg/1 SO₄^2-. A szennyvíztisztítási és öntisztulási folyamatokban sem a kloridok, sem a szulfátok nem változnak, koncentrációjuk csak hígítás útján csökkenthető.

Nitrogén vegyületek és előfordulási formái a különböző mértékben oxidált nitrogén értékeit adják és a tisztítási folyamatban végbemenő átalakulás fokára adnak tájékoztatást.

Szerves nitrogén. (N_org.) A szerves nitrogén az állati és növényi eredetű szerves anyagok mennyiségi mutatója. A települési szennyvizek szerves nitrogén tartalma általában 15-20 mg/l. Lebontása az aerob vagy anaerob biokémiai folyamatokban relatíve lassú.

Ammónium-nitrogén. A települési szennyvizekben található ammónia/ammónium-ion egy­részt a mikroflóra által aerob vagy anaerob biokémiai reakciókban (ammonifikáció) lebontott fehérjék terméke, másrészt ipari szennyvizek útján, ásványi sók formájában a szennyvízbe került szennyező. Házi szennyvízben az ammónia forrása a vizeletben lévő urea. Az ammónium a természetes vizek fekáliás szennyezettségének is mutatója. Fajlagos mennyisége házi szennyvízben 8-10 g/LEé d értékű, míg települési szennyvízben mérhető koncentrációja 35-80 g/m³  (NH₄-N formában).

Total Kjeldahl-nitrogén (TKN): A szerves nitrogén és az ammónium nitrogén összege.

Nitritek és nitrátok. Az ammónia aerob körülmények közötti biokémiai oxidációjának termé­kei. Nyers házi szennyvízben a nitritek és nitrátok jelenléte nem jellemző. Nagyobb nitrit- és nitrát mennyiségek ipari, mezőgazdasági szennyvizekkel, kiterjedt csatornahálózatba célzott adagolással, ritkábban szennyezett talajvíz infiltrációja következtében kerülhetnek a települési szennyvízbe. A biológiai szennyvíztisztítás (nitrifikáció) során mennyiségük és koncent­rációjuk növekszik és denitrifikáció híján magas értéket (30-60 g/m³ N) is elérhet. Oldott­oxigén-hiányos (anoxikus) körülmények között a nitrátok denitrifikációja (N₂-ig) végbemegy.

Oldottoxigén-tartalom. Az oldottoxigén-tartalom a szennyvíz frissességének legfontosabb mutatója. Friss szennyvízben az oxigén koncentrációja mérhető értékű. Az oxigén vízben való oldhatósága függ a hőmérséklettől, az oldott sók koncentrációjától és kismértékben a lég­nyomás értékétől. A telítési koncentráció értéke 1013 mbar légköri nyomáson a hőmérséklet (t) és a sótartalom (C_só) függvényében jó közelítéssel az alábbi összefüggésből számítható [ ]:

C_s=(475-0,00265*C_só)/(33,5+t) [g/m³]

Oxigénigény. A szennyvíz szervesanyag-szennyezettségének mutatója. Alapul szolgál a szennyvíz biológiai tisztításához szükséges oxigén mennyiségének meghatározásához. Az oxigénigényt a gyakorlatban mg O₂/l vagy gO₂/m³-ben szokás meghatározni.

Megkülönböztetünk kémiai és biokémiai oxigénigényt.

Kémiai oxigénigény A szennyvízben lévő szervesanyagok oxidálószerekkel, nedves úton végzett oxidációja során elfogyasztott oxigén mennyiségét fejezi ki. A szennyvíz-analitikában a káliumdikromátos módszert alkalmazzák (KOI_k), ami jól reprodukálható eredményt ad.

Meghatározott szennyvízfajtákra (házi szennyvízre, egy adott kommunális vagy települési szennyvízre) általában jó korreláció határozható meg a KOI_k és a BOI₅ között.

Biokémiai oxigénigény - BOI. A szennyvízben lévő szervesanyagok heterotróf baktériumok általi lebontása során, meghatározott időtartam alatt és szigorúan meghatározott körülmények (hőmérséklet, pH, hígítási fok, tápanyag-ellátás, inhibitor- és toxikusanyag-hiány stb.) között elfogyasztott oxigén mennyiségét jelenti. Számszerű értéke - különösen ipari szennyvizek esetében - sok tényezőtől függ, közülük legfontosabbak a következők:

• Inkubációs idő. A szabványosított BOI-meghatározási módszerek 5 napos inkubációs időt írnak elő (BOI₅). A biokémiai oxidáció két szakaszban megy végbe. Az első, kb. hét napig tartó fázisban csak szervesanyag-lebontás történik; a nitrogén vegyületek lebomlása (nitrifikáció) ezt követi. 20 nap alatt a bontható szervesanyag-oxidációja csaknem teljesen befejeződik.

Nitrifikáció. Az inkubációs időtől függően a biokémiai oxigénigény manifesztálódott értékét a nitrifikáció (ammónia nitráttá oxidálása) is befolyásolja. A nitrifikáció oxi­génigénye hozzáadódik a szervesanyag lebontás oxigénigényéhez (együtt jelenik meg azzal). A nitrifikációs folyamatot autotróf szervezetek végzik, amelyek szervezetük felépítéséhez szervetlenszén-forrást használnak.

Környezeti tényezők. A BOI értéket a környezeti tényezők közül elsősorban a pH és a hőmérséklet határozza meg. A reakciósebességi állandó k₁ hőmérséklet függősége a következő egyenlettel fejezhető ki:

Q értéke 4-20 ^oC esetén 1,135; 20-30 ^oC esetén 1,056.

A BOI-érték maximuma kb. 7,2 pH esetén adódik.

Akklimatizáció. A BOI vizsgálatok hibás eredményeinek legfőbb oka általában a nem akklimatizálódott biológiai kultúra. Ez különösen ipari szennyvizeknél fordul elő. A szükséges adaptációs idő a szennyvíz összetételétől függ.

Toxicitás. A szennyvízben lévő mérgező anyagok a mikroorganizmusok szempont­jából biotoxikus vagy biostatikus (inhibitor) hatásúak lehetnek. Ez a hatás a BOI-érték csökkenésében jelentkezik; a mintát hígítva a mért BOI-érték növekedése észlelhető. Ez a jelenség tehát a mérgező anyagok jelenlétére utal, és ilyenkor azt is meg kell határozni, hogy a biológiai kultúra fenntartásához milyen mértékű hígításra van szük­ség.

A biokémiai oxigénigényre ható egyéb tényezők közül meg kell még említeni a bak­tériumflóra és a tápanyagok (N és P) koncentrációját, valamint a szervesanyagok diszperziójának fokát.

A házi és a kommunális szennyvizek BOI₅ koncentrációja függ az egy lakos napi szennyvíz-kibocsátásától, valamint a település jellegétől és nagyságától; értéke 250-500 g/m³.

A fajlagos BOI₅ kibocsátás nagysága közel azonos értékű és főként a település jellegétől függ. Ma hazánkban 60 g BOI₅/LEé d értékű fajlagos szervesanyag kibocsátással számolunk.

Ez egyúttal a szennyvíztisztító telep lakosegyenérték-terhelés számításának alapja is, a kö­vetkező összefüggés szerint:

N=Q_d,m C_BOI(5)/60 [LEé]

Ahol: Q_d,m [m³/d] a mértékadó napi szennyvízhozam mért és mat. statisztikailag feldolgozott értéke (elválasztott csatornázási rendszer esetén 98-99% tartósságú vízhozam)

C_BOI(5) napi átlagminta koncentráció mért értéke [g/m³]

A fajlagos anyag- és BOI₅-kibocsátási értékek [g/LEé d] és azok szennyvíztisztítás-techno­lógiai szempontok szerinti bontása Imhoff nyomán az 1.táblázatban tekinthető meg [ ]

1.táblázat. Fajlagos anyag- és BOI₅-kibocsátási értékek Imhoff szerint

Összes szervesszén-tartalom (TOC)

A TOC (Total Organic Carbon) méréshez a minta elégetésével teljes mértékű oxidációt érünk el és a szén oxidálása során keletkező CO₂ gáz mennyiségét mérjük. A TOC-meghatározás megbízhatóbb és könnyebben reprodukálható mint a KOI_k és a BOI mérés. Meghatározott szennyvizeknél a BOI₅ és KOI_k-val igen jó korrelációt mutat. A külföldön már elterjedten használatos módszer hazai alkalmazásának bővítése kívánatos.

Friss házi szennyvizekre a KOI_k/TOC aránya 2,6, tisztított szennyvizekre pedig 1,8. Ipari szennyvizekben ez az arány 2,7-16,6-ig ingadozik és a szennyvíztisztítás mértékének előre haladásával csökken.

2. Mechanikai tisztítási eljárások

A teljes mechanikai tisztítást praktikus okokból mechanikai előtisztításra és ülepítésre osztjuk fel. Ebből is kitűnik az ülepítés kiemelt kezelésének (az egész tisztító- és iszapkezelési rend­szerre kiható) fontossága.

2.1. Durva szennyezőanyagok felosztása, tulajdonságai és eltávolításuk

A darabos (szilárd halmazállapotú) szennyezőanyagok méretük és fizikai tulajdonságaik figyelembe vételével feloszthatók:

o      görgetett,

o      úszó,

o      lebegő anyagokra

2.1.1.Görgetett anyagok

A csatornarendszerbe jutó nagyméretű szennyezőanyagok egyik csoportját a kavicsok, kő- (szikla-) törmelékek alkotják. Görgetett anyagok rendszeres megjelenése általában csak e­gyesített rendszerű és nagy mennyiségű szennyvizet összegyűjtő csatornahálózat esetén valószínű. Eltávolításuk elsősorban a szennyvízrács és az azt követő tisztító berendezések gépeinek védelme érdekében szükséges. Az alkalmazott műtárgy a kőfogó láda.

2.1.2. Úszó szennyeződések

A csatornarendszer a durva ásványi hordalék mellett nagyméretű, szerves úszó vagy lebeg­tetett szennyeződéseket (pl.: faágak, textil maradványok, állati tetemek, műanyag flakonok stb.) is szállít gyakran a nem előírásszerű csatornahasználat miatt.

A durva, úszó vagy lebegtetett szennyezések eltávolításának elsődleges célja a tisztítási és iszapkezelési technológia gépi berendezéseinek dugulás elleni védelme, üzembiztonságuk fenntartása.

A leválasztásra alkalmazott szerkezet - a gereb vagy durvarács - rostálásnak (makro-szűrés­nek) minősülő folyamatot végez, azaz szinte kizárólag a pálcaköznél nagyobb méretű anya­gokat tartja vissza. A gereb szerkezetileg a rácsokkal azonos; az ún. durvarács pálcaköze 50 mm, vagy afölötti. A durvarács technológiai szerepe mérsékelt, inkább (vagyon)védelmi sze­repe említhető. Az 50-20 mm pálcaközű átmeneti rácsok fokozatosan növekvő technológiai szerepet játszanak: egyre több rácsszemetet tartanak vissza. A szűrés ez esetben is makro-szűrés jellegű.

A napjainkban alkalmazott 10-1,0 mm pálcaközű (résméretű) finomrácsok és szűrők szerepe kiemelkedően technológiai jellegű. A szűrés a résméret csökkenésével egyre inkább mikro-szűrés jellegű, azaz a finomrácsra (szitára) rárakodott, azon visszatartott anyagon történik a szűrés, ezáltal a résméretnél kisebb méretű anyagok megállítása és a szennyvízből rövid úton eltávolítása megoldható. Ennek a közepes és kisebb szennyvíztisztító telepeken elterjedten alkalmazott módszernek eredményeként fokozható a szennyvízből eltávolított szennyező anyagok mennyisége (max. 15% BOI₅ csökkenés), ezáltal csökkenthető a biológiai fokozat szervesanyag terhelése. A rácstisztító szerkezet vezérelt (időszakos) működése lehetővé teszi a gépi rács energiatakarékos üzemét, megnő a gép élettartama a kisebb mértékű kopás miatt.

2.1.3. Lebegő anyagok

A finomabb lebegőanyagok egy része a fentebb leírt mikroszűrési mechanizmus által eltávo­lításra kerül a finomrácson. A kiszűrt anyag a rácsszemét mennyiségét és szervesanyag-tartalmát növeli, ami a rácsszemét-kezelés tervezésénél és az üzemeltetésnél figyelembe veendő. A finomabb lebegőanyag eltávolítására a mechanikai tisztítás további műveletei során nyílik lehetőség.

2.2. Rácsszemét

A szennyvizek darabos szilárdanyag-tartalmának lényeges anyagfélesége a rácsszemét; eltá­volítása minden telepnagyságrendnél megoldandó feladat. A rácsszemét eltávolításának célja a rács mögötti technológiai berendezések védelme a tömeges uszadék által okozott mecha­nikai rongálódástól, eldugulástól stb. továbbá a követő mechanikai, biológiai, kémiai műve­letek, berendezések tehermentesítése.

2.2.1. A rácsszemét kezelése

A rácsszemét rothadásra hajlamos, kellemetlen szagú, közegészségügyi szempontból további kezelése, ill. megsemmisítése elengedhetetlen. Az évtizedekkel ezelőtt alkalmazott elásás ma környezetvédelmi okokból szóba se jöhet. Az önálló rácsszemét rothasztó bunker sem vált be: az akkor szokásosan alkalmazott 20 mm pálcaközű finom(?)rácson visszatartott rácsszemét összetétele a 70-es években a csomagoló anyagok felé tolódott el, ezáltal rothadóképessége lecsökkent. A korábbi években széles körűen alkalmazott települési szilárdhulladék lerakóra kihordás lehetősége ma már jogi korlátozás alá esik a lerakók szervesanyag-terhelésének csökkentési követelménye miatt. A rácsszemét kezelési lehetősége ma egyre inkább az iszapkezelés kedvelt módszere a komposztálás vagy a rothasztás felé mutat. Utóbbi esetben a rácsszemetet gondosan aprítani kell a művelet követelménye szerint.

2.3. Szennyvízrácsok aprítóberendezések és szitaszűrők

2.3.1. Szennyvízrácsok

A szennyvízrácsok feloszthatók a rács pálcaköze szerint: durva, átmeneti és finomrácsokra, az előzőekben tárgyalt feladatmegosztás szerint.

A tisztítás módja szerint kézi és gépi tisztítású rácsok üzemelnek. A kézi tisztítású rácsok szennyvíztisztító telepi alkalmazása kerülendő. Ma már rendelkezésre állnak kis teljesítményű gépi berendezések, amelyek üzembiztonsága, automatizált üzemmódja kielégíti a követelmé­nyeket. Így a kézi tisztítású eszközök megmaradnak az egészen kicsi, vagy időszakos műkö­désű, leginkább előtisztítási feladatot ellátó berendezések számára. Ez a szűk körű alkalmazás sem menthet fel a konstrukciós szabályok szigorú betartásától: A sík rácstáblának könnyen tisztíthatónak kell lennie: a rácsfésű akár egyszeri, akadálymentes áthúzása révén. Ebből kö­vetkezően nem szabad rögzítési célból tisztítást akadályozó keresztpálcát alkalmazni. A rácsot korrózióálló anyagból, a technológiai célnak megfelelő pálcaközzel és a hidraulikai terhe­lésnek megfelelő mérettel kell megtervezni. Fenti konstrukciós alapszabályra tekintettel a rácskosár házi és kommunális szennyvíztisztítási célú alkalmazása, annak gyakorlatilag tisz­títhatatlansága miatt feltétlenül kerülendő.

A gépi tisztítású rácsok alkalmasak a folyamatos üzemeltetésre és az automatizált üzemre. A rácstisztítást a felvízen elhelyezett szintérzékelő és/vagy időprogram indítja.

A korszerű rácsszerkezetek rácsszemét lehúzóval és továbbító esetleg elővíztelenítő és tömörítő szerkezettel kapcsolódnak, vagy kompakt megoldással ezeket az eszközöket tartal-mazzák. A rácsszemét így rövid úton konténerbe kerül. A finomrácsról lekerülő rácsszemét rothasztható, komposztálható. A durvarácsok rácsszemete inkább szilárdhulladék jellegű.

További feldolgozásuk, elhelyezésük összetételük (szervesanyag-tartalmuk) függvénye.

Nagy tisztító telepeken önálló épületben (rácsházban) helyezik el a gépi rácsokat. Kisebb telepeken a gépek akár szabadban is elhelyezhetők, téli üzemük igény szerint villamos fűtés­sel megoldható.

A szükséges nettó rácsfelületet az áramlás folytonosságának figyelembe vételével határozható meg:

A=Q_h,max/v_r [m²]

Q_h,max - a tisztítótelepre érkező órai csúcs (csapadékosidejű) vízhozam, vagy szennyvíz végátemelő üzeme esetén a maximális szivattyúzási vízhozam [m³/h]

v_r - a rácspálcák közötti, a tábla síkjára merőleges irányú vízsebesség (0,25-1,0 m/s)

3.ábra. HUBER ROTAMAT dobrács

Dobrácsok és a konstrukcióban közelálló kihordócsigás dobszűrők műszaki fejlesztésében a Huber cég fejtett ki úttörő tevékenységet. Széles méret- és pálcaköz választékban rendelke­zésre álló gyártmányaikat a hazai szakmai gyakorlat is szívesen alkalmazza.

A gyártók kínálatában többféle, hasonló konstrukciós elven, de fontos műszaki részletekben eltérő (így szabadalommal védett) kialakítású berendezés található. Mindegyikre jellemző a tartós, kiváló minőségű (minimális karbantartást igénylő) szerkezeti anyagok (rozsdamentes, nagyszilárdságú, szennyvízálló acél) alkalmazása. A korábbi szénacél konstrukciók teret vesz­tettek az alkalmazásban; legfeljebb durvarácsként, vagy nagyméretű berendezések keretszer­kezeteként használatosak.

4.ábra. Aqua-Guard öntisztító rács

A rácsok alkalmazását a szennyvíztisztító telepek első műtárgyaként csak akkor szabad el­hagyni, ha a szennyvíz nyomóvezetéken érkezik, és a szennyvízátemelő-telep előtt már van finomrács vagy hálózati aprító berendezés.

5.ábra. Lépcsős rács

A szennyvízrács az áramló víz számára ellenállást jelent, amelyen magasságveszteség kelet­kezik. A rácsokat tehát hidraulikailag is méretezni kell.

2.3.2. Szűrők

A szennyvízrácson kívül gyakran alkalmaznak különböző szita, ill. szűrőelemekből kiképzett berendezéseket is.

6.ábra. Roto-Clair szűrődob

A korábbi szennyvíztisztítási gyakorlatban különösen széles körben alkalmazták a gépi szita-, ill. szűrőberendezéseket. A mai gyakorlat ismét használatba vette a szűrőket, tekintettel a végrehajtott komoly műszaki fejlesztésre és különösen a rozsdamentes, nagyszilárdságú acél szerkezetek ill. az igényeket kielégítő műanyagok térhódítására.

A gyakrabban alkalmazott megoldások:

o      Ferdetengelyű, kihordócsigás szőrődob; a hasonló kialakítású dobráccsal rokon fel­építésű;

o      Vízszintes tengelyű forgódob, amelynél a szennyvíz belülről kifelé áramlik, és a lebe­gő szennyezőanyag a henger felületén kiszűrődik. A kiszűrt anyagot terelőbordák so­dorják kifelé a dob belsejéből, majd gravitációsan konténerbe jut a rácsszemét.

o      Függőleges tengelyű dobszűrő. Jellegzetes típusa a Passavant-dobszűrő.

o      Mikroszűrők. Vízszintes tengelyű dobszűrők, sűrű szövésű - műanyag vagy rozsda­mentes acél - szitaszövettel. A szokásos lyukméret 20-100 mm terjed. A mikroszűrők a szennyvíztisztítási technológiában leginkább a planktoneltávolításban (utótisztítás) nyernek alkalmazást.

A szűrőkkel eltávolítható rácsszemét mennyisége 15-25 dm³/LEé év.

2.3.3. Aprítószűrők (átfolyásos aprítók)

Az aprítószűrő feladata, hogy a rácsszemetet a szennyvízből kiszűrje, felaprítsa, majd ismét a szennyvízáramba juttassa. Lényegileg a finomrácsokat helyettesíti, és a darabos szennyezése­ket olyan méretre aprítja, ami már nem okoz nehézségeket az átemelés, a szennyvízelvezetés és a tisztító műtárgyak működésében. A felaprított szennyezőanyag a szennyvízzel együtt kerül további kezelésre.

Önálló csoportba sorolható berendezések az aprító- vagy örlőkerekes-szivattyúk, amelyek a rácsszemét felaprítása mellett egyidejűleg a szennyvíz átemelését is elvégzik.

2.4. Mechanikai tisztítás gravitációs úton

2.4.1. Különböző típusú lebegőanyagok ülepedése

Szennyvíztisztítási szempontból az ülepítendő lebegőanyagok három fő típusát célszerű meg­különböztetni:

o      szemcsés anyagok;

o      kis koncentrációjú pelyhes anyagok,

o      nagy koncentrációja pelyhes anyagok.

Általában a két fő lebegőanyag csoport - szemcsés és pelyhes - együttes előfordulása a leg­gyakoribb, az egyik vagy másik csoport túlsúlyával.

2.4.2. Szemcsés anyagok ülepedése

Nyugvó közegben három fő erőhatásra játszódik le a folyamat. A működő fő erők: a gravi­tációs erő (F_g), a felhajtóerő (F_f) és a közegellenállási (F_s) erő. Kis koncentrációról lévén szó, a szemcsék szabadon, egymástól függetlenül ülepednek. Az ülepedés a rövid ideig tartó kezdeti gyorsuló mozgás (tranziens szakasz) befejeztével - a dinamikus egyensúly létrejöt­tével - egyenletes sebességű, amikor a három erőhatás egyensúlyban van, vagyis

F_g - F_f - F_s = 0

Gömb alakú szilárd részecskéket feltételezve:

ahol: d - az ülepedő szemcse átmérője, m,

r - az ülepedő részecske sűrűsége, kg/m³

r_k - a közeg (víz) sűrűsége, kg/m³

C_w - ellenállási (alak) tényező,

v_ü - ülepedési sebesség, m/s,

g - a gravitációs gyorsulás, 9,81 m/s²,

ahonnan a d átmérőjű gömb alakú részecske ülepedési sebessége:

A fenti összefüggést Newton-féle kapcsolatnak nevezik és érvényes a teljes ülepedési sebes­ség-tartományra. A lamináris, az átmeneti és a turbulens áramlási tartományokra érvényes összefüggéseket és a tartományok lehatárolását a szakirodalom tartalmazza.

A szemcsés anyagok ülepedési sebességét adott folyadékban tehát lényegileg a szemcseméret és a sűrűségi viszonyok határozzák meg. A gyakorlatban általában a gömbtől eltérő alakú (leggyakrabban izometrikus) szemcsék fordulnak elő; ebben az esetben a gömbökre levezetett összefüggések korrekciós tényezőkkel szorzással alkalmazhatók.

2.4.3. Kiskoncentrációjú pelyhes anyagok

Ülepedésükre jellemző, hogy az ülepedési sebesség az ülepedés folyamán a flokkuláció (pelyhesedés) következtében állandóan nő. Ilyen típusú az ülepedés C₀>500 g/m³ lebegő­anyag-koncentráció esetén nyers települési és sokfajta ipari szennyvíznél. A folyamat mate­matikailag nehezen követhető, mivel pelyhes anyagok esetén a kezdeti pehelyméret és a sűrűségi viszonyokon túlmenően a pehelynövekedés, az ellenállás-változás stb. miatt az időtényező (és ezzel együtt az ülepedési mélység) játszik fontos szerepet. Ilyen esetben laboratóriumi-félüzemi vizsgálatok szükségesek a számítások és méretezés alapadatainak meghatározásához.

2.4.4. Nagykoncentrációjú pelyhes anyagok

Ülepedésüknél már nem csak az időben változó pehelyméretnek van hatása az ülepedési sebességre, hanem figyelembe kell venni a részecskék (pelyhek) egymásra gyakorolt hatását és a kiszorított, ellenáramban mozgó pehelyközi szabad víz mozgását is. A nagyobb kon­centráció miatt a lebegő részecskék tömörülnek, egymással érintkeznek (akadályozott üle­pedés és sűrítés). Ilyen típusú ún. réteges ülepedés nagykoncentrációjú (C₀>1000 g/m³) homo­gén szerkezetű pelyhes anyagoknál várható, mint pl. az eleveniszap ülepedésénél.

Az ülepedő pelyhek egymással összetapadnak, és bizonyos idő elteltével az iszap elválik a felette lévő folyadéktól. Az ülepedési folyamatra három zóna kialakulása a jellemző:

o      a szabad ülepedés zónája,

o      az átmeneti zóna és

_o           a sűrítés zónája.

Az első zónában a részecskék csaknem egymásra gyakorolt hatás nélkül ülepednek. Ebben a zónában (a zóna alsó részében), a már említett nagyobb (C₀>1000 g/m³) lebegőanyag-koncentrációk esetén az ülepedés - a nagyobb pehely-agglomerációk által kiszorított és füg­gőleges irányban felfelé áramló víz hatására - akadályozottá válik.

Az átmeneti ülepedési zónában már nagyobb a lebegőanyag-koncentráció, tehát az ülepedés akadályozott jellege egyre erősebb. Ebben a zónában a részecskék ülepedési sebessége egyre csökken.

Végül a sűrítési zónában a leülepedett anyag, az iszappelyhek kompressziója (összenyomó­dása) megy végbe.

2.4.5. Homokfogók

A homokleválasztási művelet (homokfogás) az alábbi okok miatt indokolt:

o      a homok a zsompokban és az iszapvezetékekben könnyen lerakódik;

o      a homok a mozgó gépi alkatrészeket (pl. szivattyúk járókerekét) erősen koptatja.

o      a leülepedő homok az ülepítők kotróberendezéseinek túlterhelését okozhatja, mivel megnöveli a szervesiszap súrlódási szögét;

o      az iszaprothasztók alján összegyűlt homok megnehezíti az iszapkivételt, cementáló­dáshoz és a hasznos tér csökkenéséhez is vezethet;

A homokfogás feladata kettős:

o      a 0,2 mm-nél nagyobb átmérőjű homok és egyéb szervetlen részecskék szennyvízből való leválasztása, nagyobb mérvű szerves lebegőanyag leülepítése nélkül;

o      a kifogott homok és a szerves szennyeződések szétválasztása.

A homokfogó általában a szennyvízrács után kerül beépítésre. Gyakori megoldás a rácsakna és a homokfogó műtárgy tömbösítése.

A homok mennyisége elsősorban a csatornázás rendszerének, valamint a csatornázott terület jellegének a függvénye. Több homok az egyesített csatornahálózaton várható. Igen jelentős lehet az éves ingadozás mértéke. Az egyesített csatornahálózatba a legtöbb homok tavasszal kerül. Imhoff szerint az európai városokban a szennyvíztisztító telepre jutó homok éves mennyisége 5-12 dm³/LEé év.[ ] A nagyobb értékek az egyesített, a kisebbek az elválasztott rendszerű csatornahálózatra vonatkoznak.

2.táblázat. Homokfogók csoportosítása

A homok összetételével kapcsolatos gyakorlati szabály, hogy inkább legyen magasabb szer­vesanyag szennyezettségű az eltávolított homok, mint elhomokolódottak a csővezetékek, zsompok és különösen az iszaprothasztók. Megengedhető tehát a homokfogók túlméretezése, de elkerülendő a hidraulikus túlterhelésük.

A homokfogás tulajdonképpen szemcsés anyagok ülepítése, így az ülepítés alapelveit tárgyaló fejezetben foglaltak szolgálnak a méretezés alapjául.

A homokfogók típusai:

Hosszanti átfolyású homokfogó

Jellemzője, hogy változó vízhozam mellett is biztosítja az állandó, 0,3 m/s átfolyási sebes­séget azért, hogy csak az ásványi anyagok ülepedhessenek le, a finomabb szervesanyagokat a vízmozgás magával ragadja. Ez az átfolyási keresztmetszet megfelelő kialakításával és a homokfogó után elhelyezett duzzasztó hatású mérőműtárgy (Venturi-; Parshall-csatorna, Sutro-bukó) összehangolt kialakításával biztosítható.

7.ábra. Hosszanti átfolyású homokfogó áramlás-szabályozó mérőbukóval

A felületi hidraulikai terhelés megválasztását a tervezéshez Kalbskopf mérései szerint, a 3. táblázatból választhatjuk [ ]:

3.táblázat. Kvarchomok (r=2650 kg/m³) ülepedési sebesség tervezési értékei

A tervezési hidraulikai terhelés a T_h=3,6∙v_ü [m³/(m²∙h)], a homokfogó felülete az A=Q_h,max/T_h

[m²] összefüggésből számítható.

A homokfogó alján a homok tárolására elegendő térfogatot kell biztosítani. Gépi homok­kiemelés történhet a bevezetési oldalon kialakított zsompból markolóval, vagy künetből közvetlenül kotróhídra függesztett zagyszivattyúval. A régebben alkalmazott kézi tisztítású homokfogók szakaszos üzeműek, így többrekeszes (több, párhuzamos csatorna) kialakítású műtárgyak, ahol a homok szikkasztása céljából a tárolótér drénezett.

Dorr-rendszerű homokfogó

Vízszintes átfolyású, kotróval ellátott laposfenekű homokülepítő medence. Külföldön a nagy szennyvíztisztító telepeken található típus, nálunk nem terjedt el.

Fenékréses homokfogó

Az egyenes, lehetőleg laposfenekű csatorna alsó, hordalékban dús vízrétegének szeparálásával távolítja el az üledéket a csatornából. A leülepedett homok eltávolítását serleges kotró vagy homokmosást is biztosító mammutszivattyú végzi. Nem nyert hazai alkalmazást.

Tangenciális (Geiger-féle) homokfogó

A víz bevezetése és elvezetése érintőleges a köralakú ülepítőtérhez. A 0,75-1,0 m/s sebes­séggel bevezetett szennyvíz a műtárgyban bekövetkező irányváltozás következtében spirális mozgásra kényszerül úgy, hogy az áramlás iránya a fal mentén lefelé mutat. Így a hordalék a 45^o-os hajlásszögű oldalfalú homokgyűjtő térbe csúszik. A vízkivétel a bevezetésnél magasabb és szélesebb küszöbön történik úgy, hogy a kilépési sebesség kisebb legyen a belépőnél, de ne haladja meg a 0,9 m/s-ot. Az elméleti tartózkodási idő 35-45 s lehet.

Kalbskopf szerint az első áramlástani hatásfok (a valós és a számított tartózkodási idők ará­nya) alig éri el az 50%-ot. Az átmérő-mélység javasolt aránya 2:1. A köralakú homokfogók igen gyakran iker elrendezésűek. A leülepedett homok eltávolítása a műtárgy zsompjából mammutszivattyúval szokásos. A műtárgy közepes vagy nagyobb tisztító telepeken alkalmaz­ható, ahol a szennyvíz folyamatosan érkezik a műtárgyra.

Pista-rendszerű tangenciális homokfogó

Kisebb telepeken (különösen ha a szennyvíz szakaszosan érkezik az átemelőből) célszerűen alkalmazható műtárgy, amelyben a függőleges tengelyű forgó vízhengert lassan forgó gépi keverőszerkezet hozza létre és tartja fenn a feladási szünetekben is. Ezzel megelőzhető a nem homok jellegű szerves lebegőanyag túlzott mértékű kiülepedése és külön homokmosó al­kalmazása.

Légbefúvásos homokfogók

Hazai telepeinken gyakran alkalmazott, többféle konstrukcióban kivitelezett műtárgy. A keresztmetszetben aszimmetrikusan, a medence hosszanti falsíkja mentén beépített légbefúvó elemsoron (leggyakrabban perforált csöveken) bevezetett préslevegő hatására vízszintes tengelyű forgó vízhenger alakul ki a műtárgyban.

Ez a légbefúvás intenzitásával szabályozható forgási sebességű primer áramlás, a tisztítási hatásfok szempontjából meghatározó szerepet játszik. A bevezetett szennyvíz által keltett hosszirányú áramlás nem döntő jelentőségű a homokfogó mérete és üzeme szempontjából. A kereszt- és hosszirányú áramlás szuperpozíciója révén spirális áramlás alakul ki. A homok kiülepedése a levegő befúvással ellentétes oldalon következik be. A homok zsompba juttatását a forgó vízhenger elősegíti, ezért a fenékrézsü 1:1-nél kisebb értéke is elegendő a fenéken a homok kielégítő mozgatásához. A konstrukció kialakításánál - az áramlástani hatásfok értékének növelésére - törekedni kell olyan keresztmetszet kialakításra, hogy a forgó vízhenger (primer áramlás) a szelvényt minél teljesebben kitöltse. A víz bevezetést vagy a forgó vízhengerhez érintőleges irányban, vagy energiatörő berendezés védelmében kell kialakítani.

8.ábra. Légbefúvásos homokfogó felúsztató térrel (DIN szabvány szerinti kialakítással)

9. ábra. Rács-homokfogó-átemelő együttes kisebb szennyvíztisztító telepekhez (Akvi-Patent Rt.)

A homokeltávolítás a medence alján lévő gyűjtőtérből kotróhíddal mozgatott homokzagy szivattyúval célszerűen megoldható. Szükség esetén az időszakosan kiemelt zagyot homok­mosó berendezésre lehet vezetni. Az eltávolított homok egy tölcsér vagy csonkagúla alakú homokmosó tartályba kerül, ahol átmosását tisztított szennyvíz- vagy vízsugárral, esetleg sűrített levegővel átkeverve végzik. Magas homoktartalmú - elsősorban ipari - szennyvizek esetében a homok kiválasztására hidrociklonok is alkalmazhatók.

A légbefúvásos homokfogó elkülönített terét felúsztató funkcióval lehet használni. A német szabvány szerinti kialakítást a 8. ábra szemlélteti.

Függőleges átfolyású homokfogók

Alkalmazására nálunk - nagyvárosi egyesített rendszerű csatornahálózatok és a befogadók, gépek védelme egyidejű igényének hiányában - nem került sor. A szakirodalom a Blunk-féle homokfogót tárgyalja.

10.ábra. Homokmosó berendezés komplex hasznosítással

11. ábra. Homokmosó berendezés (Akvi-Patent Rt. konstrukciója)

2.4.6. Úsztató berendezések

Egyes szennyezőanyagok sűrűsége kisebb a vízénél, ennek következtében - megfelelő áram­lási viszonyok esetén - a víz felszínére emelkednek (felúsznak), ahonnét eltávolíthatók. Az úszó szennyeződés eredetétől, jellegétől függően megkülönböztetünk:

zsírfogókat,

olaj- és benzinfogókat,

habfogókat és

egyéb uszadékfogó berendezéseket.

Zsír-, olaj- és benzinfogók

Ipartelepek szennyvíztisztító berendezéseitől eltekintve elsősorban a közcsatornák védelmére létesülnek. Települési szennyvíztisztító telepeken zsír- és olajfogók létesítése akkor indokolt, ha az összes zsír-olaj (szervesoldószer extrakt-tartalom -SZOE) koncentráció nagyobb 50 g/m³-nél. Szennyvíztisztító telepeken zsír-, olajfogók önálló egységként ritkán épülnek. Ezt a feladatot az előlevegőztetők, a légbefúvásos homokfogók vagy az előülepítők látják el kiegészítő szerkezetek (merülőfalak) alkalmazásával. Általános érvényű szabály, hogy a zsír-, olaj stb. visszatartását és eltávolítását a szennyvíz keletkezési helyéhez közel, - legkésőbb a közcsatornába vezetés előtt - kell megoldani.

A hagyományos úsztatóberendezések működése kizárólag a víz és olaj, ill. zsír sűrűségének különbségén alapszik. A szennyvíz átfolyása során tehát biztosítani kell azt a tartózkodási időt, ill. felületet, amely a lebegő részecskék vízfelszínre történő felúszásához szükséges. Az átlagos tartózkodási idő 2-5 perc.

A szükséges felület nagysága:  A=k Q_m/v_f  [m²]

ahol     Q_v - a berendezést terhelő mértékadó vízhozam, m³/s,

v_ü - a lebegő részecskék felúszási sebessége, m/s.

k - a be- és elvezetés hatását korrigáló biztonsági tényező (k=1,2-1,5)

A felúszási folyamatot a három perc tartózkodási idejű légbefúvásos zsírfogóknál 0,2 Nm³/m³ légbefúvással elő lehet segíteni.

12.ábra: Légbefúvásos zsírfogó

Nagyobb mennyiségű ipari szennyvíz előtisztítására ezek az egyszerű műtárgyak általában már nem felelnek meg, ilyenkor a többrekeszes ülepítős zsírfogók és/vagy a vegyszeres, oldottlevegős (szükség esetén recirkulációs) flotációt alkalmazzák. 13.ábra.

13.ábra. Oldottlevegős, recirkulációs flotáló rendszer vázlata

Az oldottlevegős flotáció hatékonyan alkalmazható tisztítási eljárás a víznél kissé nagyobb sűrűségű lebegőanyagok (pl. eleveniszap) leválasztására is. Gyakran alkalmazzák az eljárást ipari technológiai szennyvizek előtisztítására.

2.5. Ülepítők

Ülepítők a víznél nagyobb sűrűségű, ülepíthető lebegőanyagok víztől való elválasztására szolgálnak. Elő-flokkuláció (közvetlen kicsapatás és elő P-kicsapatás) alkalmazásával a nehe­zen ülepedő lebegőanyagok, a kolloidok a szulfidok és a foszfor egy része ugyancsak eltávolítható az ülepítőkben. Ezen kívül az előülepítőkben kiválik a megelőző berendezések­kel el nem távolított, víznél kisebb sűrűségű anyagok egy része is.

Az ülepítők működése legáltalánosabb megfogalmazásban azon alapszik, hogy méreteik révén az érkező szennyvíz sebességét jelentősen lecsökkentik, így a lassú átáramlás alatt gravitációs fázisszétválasztásra lehetőség nyílik. A leülepedett iszap az ülepítő zsompjából kiemelésre (leeresztésre), míg az ülepített víz bukóélen át a következő technológiai műtárgyba (előtisztítási feladatnál befogadó csatornába) kerül.

A tisztítási technológiában (a biológiai tisztításhoz, mint centrumhoz viszonyított) elfoglalt helyük szerint az ülepítők lehetnek elő-, közbenső- és utóülepítők.

A szennyvíztisztító telepek többségében megtalálható mind az elő-, mind az utóülepítő. Az előülepítés alkalmazásának szükségességéről a további tisztítástechnológia vagy a megkívánt szennyvíztisztítási hatásfok (ha a mechanikai tisztítási lépcső hatásfoka elegendő) dönt. Jól működő mechanikai tisztítási lépcső tehermentesíti a biológiai tisztítási fokozatot a szer­vesanyag terhelés tekintetében, valamint csökkenti a fölösiszap mennyiségét, ezzel javíthatja a szennyvíztisztító telep fajlagos tisztítási költségét. Előülepítő alkalmazásával megjelenik a primér nyersiszap, ami folyamatosan képződik és folyamatosan vagy meghatározott idő­közönként rendszeresen le kell ereszteni az előülepítő iszapzsompjából. Megjelenik tehát az iszapkezelés igénye, ezért az előülepítő (ezzel a teljes mechanikai tisztítás) alkalmazása felveti a szennyvíztisztítás és az iszapkezelés együttes optimalizálásának kérdését. Alapelv­ként kimondható: nagy telepek esetén, ahol az elegendő mennyiségű iszapból az energia biogáz formájában gazdaságosan kitermelhető, ott alkalmazandó előülepítő. Amennyiben a biogáz termelés-hasznosítás nem bizonyul hosszabb távon sem gazdaságosnak az előülepítő alkalmazását a szennyvíztisztítási technológia egyéb követelményei határozzák meg. Ebben az esetben a biológiai szennyvíztisztítás fentebb említett energetikai és fölösiszap-hozam viszonyait vetjük gazdasági elemzés alá. A primér nyersiszap kémiai kondícionálást követően gépi úton vízteleníthető, majd komposztálással hasznosítható. Ezzel a megoldással szemben - az előülepítő alkalmazásának mellőzésével - a lebegő szervesanyag lebontást a biológiai fokozatra bízhatjuk. Ez többlet villamos energiát igényel a biológiai fokozat számára és a keletkező fölösiszap további kezelést igényel. A keletkező fölösiszap fajlagos mennyisége és szervesanyag-tartalma a biológiai tisztítás technológiai-hidraulikai paramétereinek függvénye, aminek részleteire a biológiai tisztítás tárgyalásánál kitérünk.

Az ülepítés hatásfokát az összes lebegőanyag, az ülepedőképes lebegőanyag és BOI₅ csök­kenéseként százalékosan szokás számszerűsíteni. Helyesen megtervezett 1,5-2,0 órás tartóz­kodási idejű előülepítőkben az összes lebegőanyag 60-70%-os, valamint az ülepíthető lebegő­anyag-tartalom 90%-os csökkenése várható.

A BOI₅ ülepítés következtében való csökkenése attól függ, hogy a nyers szennyvízben az ülepíthető lebegőanyag mennyi BOI₅-öt képvisel. A BOI₅ csökkenése az ülepítési folyamat­ban, települési szennyvízre 20-30% közötti értékre prognosztizálható.

14.ábra. Különböző átfolyás irányú ülepítők elvi kialakítása

a/ hosszanti átfolyású ülepítő; b/ radiális átfolyású ülepítő; c/ függőleges átfolyású ülepítő; d/ kazettás ülepítő diagonális átfolyással e/ tangenciális bevezetésű diagonális átfolyású ülepítő (iszapzsomp nélkül ábrázolva)

Az ülepítők tervezési paraméterei és a számítás elve

A települési szennyvízben lévő lebegőanyagok részben szemcsés, részben pelyhes jellegűek, ezért az ülepítő műtárgyak tervezése két alapvető jelentőségű paraméter: a felületi terhelés és a tartózkodási idő alapján történhet. Az ülepítő iszapzsompja tekintetében amennyiben a sűrítési folyamatot is számításba akarjuk venni, úgy a sűrítési fajlagos felület meghatározása is szükségessé válik. Eleveniszapos tisztításnál alkalmazott mély utóülepítőknél szintén a sűrí­tőkre érvényes összefüggések az irányadók.

4.táblázat. Ülepítők többszempontú osztályozása

A (felületi) hidraulikai terhelés az alábbi összefüggéssel definiálható:

T_h=Q_m/A_ü [m³/m² h]

Ahol Q_m - a mértékadó vízhozam [m³/h]

A_ü - az ülepítő felülete [m²]

A T_h felületi hidraulikai terhelés és a t_sz számított tartózkodási idő között számos kapcsolat áll fenn. Adott medence mélység esetén a felületi terhelés és a tartózkodási idő, az ülepedő anyag sajátosságaitól elvonatkoztatva, elvileg azonos értékű tervezési alapadatnak tekinthető. Figye­lembe kell venni azonban az ülepedő anyag tulajdonságait is; ugyanis a szemcsés anyagok az időben állandó sebességű ülepedésével szemben az iszappelyhek ülepedési sebessége a pelyhesedés (flokkuláció), a térfogatváltozás stb. következtében időben lényegesen változik. Ebből természetesen nem az következik, hogy pelyhes anyagok ülepítésekor a felületi terhelést teljesen figyelmen kívül lehet hagyni.

Az 5. táblázat tartalmazza a vizsgálati eredmények hiányában alkalmazható különböző ülepítő típusokra ajánlott, számított átfolyási időket és a tervezési felületi hidraulikai terhelés értékeit.

A számítottól eltérő valós tartózkodási idők eloszlásának meghatározására több módszer ismert, amelyeknek alapja a jelzőanyag adagolásával meghatározott átfolyási karakterisztikák (átfolyási hullám és/vagy átfolyási görbe) értékelése.

2.5.1. Hosszanti átfolyású ülepítők

Hosszanti átfolyású ülepítőkben a medence vízmélysége 2,0-4,5 m, a medence szélessége 2,5-

5.táblázat. Ülepítők fő tervezési paramétereinek értékei

10 m, a medence hossza pedig a vízmélység kb. 20-szorosa, de általában nem kevesebb mint 30 m. A szennyvíz a bevezető elemeken át áramlik a medencébe, majd hosszanti irányban egyenletes, lamináris áramlásban halad az elvezető vályú, ill. a bukó irányába.

15.ábra. Hosszanti átfolyású ülepítő láncos kotróval

Fontos az áramlástanilag helyes vízbevezetés és elvezetés (ezzel elkerülhető a holtterek és az áramlási árnyékok kialakulása), valamint az iszapzsomp helyes kialakítása (annak érdekében, hogy a leülepedett lebegőanyag ki ne mosódhasson, a kiülepedett, zsompba kotort iszap sűrítése a kívánt értékre megtörténjen). Az úszó iszapnak a szennyvízzel elúszását a bukósor előtt elhelyezett, 20-25 cm-rel a vízszint alá és fölé nyúló merülőfal akadályozza meg.

16.ábra. A szennyvízbevezetés gyakrabban alkalmazott módszerei

Hosszanti átfolyású ülepítők gyakrabban alkalmazott víz be- és elvezetési megoldásai:

• terelő-merülőfal a víz mozgási energiájának csökkentésére, vízcsóva kialakulásának megelőzésére;

bevezetés több csőcsonkon, az ülepítő tér felöli oldalon szembefordított gömbsüveg (Stengel-tányér) (igénytelen megoldásnál perforált, vagy anélküli tárcsa), vagy az áramlással szembeállított, félgömb kúptoldattal (Stengel-fej) esetleg a csonkra hegesz­tett T-csőidom sor (Geiger-féle bevezetés).

bevezetés és kivezetés keresztvályúból terelőfalak között (Kowal-féle bevezetés).

bevezetés perforált lemezen az ülepítő előkamrájából;.

elvezetés párhuzamos lemezeken vagy csőkötegen át

A szokásos bevezetési áramlási sebesség értéke (a csőcsonkban) előülepítőknél 0,8 m/s, utó­ülepítőknél ennek negyede. A kotrók mozgási sebessége 0,03-0,06 m/s.

.ábra. Stengel-féle bevezetés hosszanti és radiális átfolyású ülepítőben

18.ábra. Kowal-féle bevezetés elvi megoldása

2.5.2. Sugárirányú átfolyású (Dorr-típusú) ülepítők

A Dorr-típusú ülepítők kör alaprajzú, sugárirányú átfolyású ülepítők. Leggazdaságosabb át­mérője 20-40 m, de 15-60 m átmérő tartományban alkalmazásra kerül. (Kivételesen, főleg ipari célra nagyobb átmérővel is készül).

Kis átmérő esetén a be- és kivezetésnél viszonylag nagyok a zavaró-, ill. holtterek, míg nagy méretnél a szél zavaró hatása érvényesül. 1:20 mélység:átmérő arány mellett 2,0-3,5 m-es vízmélységet célszerű választani. Kis átmérőjű ülepítők a szokásostól eltérő kialakitásúak is lehetnek.

A víz bevezetése általában a műtárgy alatt történik. A medence középpontjában lévő víz­elosztómű feladata a vízhozam egyenletes bevezetése, ill. elosztása. Az egyenletes vízel­osztást szimmetrikusan elhelyezett bevezető idomok (Stengel-tányérok vagy -fejek stb.) teszik lehetővé.

19.ábra: Radiális átfolyású ülepítő iszapzsomppal

A bevezetett víz sugárirányban halad a medencében, majd a műtárgy kerülete mentén elhelyezett, - egy vagy kétoldalú, fogazott bukóéllel ellátott, merülőfallal védett - gyűjtő­vályúba jutva hagyja el azt.

A műtárgy fenekére ülepedett iszap zsompba terelését és/vagy szívó szerkezettel (szívó­kotróval) elvezetését kotrószerkezet végzi. A felúszó iszapot a kotróhídhoz rögzített, körbe­forgó uszadéktoló-lap a merülőfal belső oldalán kialakított aknába tereli.

20.ábra. Radiális átfolyású ülepítő szívókotróval

2.5.3. Függőleges átfolyású ülepítők

A függőleges átfolyású (dortmundi-típusú) ülepítőket (21.ábra) főként utóülepítőként alkal­mazzák a kisebb szennyvíztisztító telepeken. A szennyvíz a függőleges csillapító hengerbe érkezik, ahonnan lefelé áramlik a zsomp irányába. Az iránytörést követő felfelé áramlás hatására (pelyhes anyagok ülepedése esetén) iszapfelhő alakul ki, aminek a szűrőhatása növeli a tisztító hatást. A szennyvíz elvezetését a medence kerülete mentén - vagy esetleg sugár­irányban is - elhelyezett, merülőfallal védett bukóvályúkkal végzik.

Az iszap lecsúszásának elősegítésére a tölcséres ülepítő zsompja legalább 3:2 kúposságú, így gépi kotrószerkezetre nincs szükség. A fenéken lévő iszapot gravitációsan, 80 cm vízoszlop nyomás alkalmazásával lehet az Æ159x4,5 mm iszapelvezető acélcsövön leereszteni.

A függőleges irányú áramlási sebesség értéke utóülepítőnél 0,2-0,3 mm/s. Ha a csillapító hen­gerben áramló víz tervezett maximális sebessége meghaladja a 33 mm/s értéket, akkor a csillapító henger alatt terelő tárcsát kell elhelyezni; ezzel a víz sebessége 100 mm/s-ig nö­velhető. A függőleges átfolyású ülepítők általában kör vagy négyzet alaprajzúak, 8-12 m, átmérőig, ill. átló méretig.

Az amerikai típusú függőleges átfolyású ülepítőnél a kerületen, a függőleges fal teljes mély­ségben kialakított gyűrűs térbe tangenciálisan vezetik be a vizet, a nagyobb térfogatú gyűrűs tér alkalmas felúsztatási és flokkulációs műveletek teljesítésére is. (Spiraflo-ülepítő [ ].)

21.ábra. Függőleges átfolyású (dortmundi) ülepítő

2.5.4. Kétszintes ülepítők

A kétszintes ülepítőket (Imhoff-medence vagy Emscher-kút névvel) téglalap, ill. kör alaprajzi kialakítással előülepítőként, vagy előtisztító műtárgyként (pl. természetközeli tisztításnál) alkalmazzák. A hosszanti átfolyási jellegű ülepítőtérből a kiülepített iszap a ferde csúszó­lapokon az alsó rothasztótérbe kerül, ahol anaerob úton stabilizálódik. A rothadási folyamat­ban keletkező biogáz a csúszólapok átfedése miatt nem tud az ülepítőtérbe kerülni, ezért a kezelt szennyvíz friss állapotban marad, ami előnyös a további aerob biológiai tisztítási műveletek szempontjából. Csepegtetőtestes rendszerben alkalmazva a kétszintes ülepítő elé vezetve az utóülepítő zsompjából elvezetett iszapot (nagykörös recirkuláció) a műtárgy többlet iszapkezelési funkciót is ellát.

Az Imhoff-medence egy egységének ülepítőtere legfeljebb 200 m³-es lehet.

Az ülepítőtér-szélesség és hosszúság aránya négyszög alaprajzú medencénél 1:2 től 1:5-ig terjed (a nagyobb arány áramlástechnikai szempontból előnyös). Az ülepítőtér legnagyobb át­lagos mélysége 1,5 m. A víz bevezetése és elvezetése a hosszanti folyású ülepítőknél tárgyalt merülőfalas megoldású.

22. ábra. Kisméretű kétszintes ülepítő (Imhoff-medence

Az ülepítőtér alatti rothasztótér nagysága a napi iszaptömeg és a szükséges rothasztási, valamint tárolási idő figyelembe vételével a fűtetlen iszaprothasztókra vonatkozó elvek alap­ján határozható meg. Tájékoztató adatként 50 L/LEé értékkel számolhatunk nyersiszapnál, 90 L/LEé csepegtetőtestes és 150 L/LEé eleveniszapos tisztításnál..

A kirothadt iszap eltávolítására a hazai gyakorlatnak megfelelően Æ150 mm átmérőjű irány­törés nélküli iszapcső szolgál, amelyen az iszapleeresztés gravitációs úton, az ülepítő víznyomása (max. 1 m) hatására megy végbe.

3. Biológiai szennyvíztisztítás

3.1. A biológiai szennyvíztisztítás alapjai

A mechanikai módszerekkel nem távolítható el a szennyvízből - környezetvédelmi szem­pontból kellő mértékben - minden szennyeződés. A szennyvízben marad a szerves és szer­vetlen kolloidális lebegőanyag valamint az oldottanyag. Főként a szerves anyagok okozhatnak gondot a továbbiakban, mivel a szennyvizet élővízbe vezetve a mikroorganizmusok a szerves anyagok lebontásához szükséges oxigént a befogadó vizéből veszik fel, csökkentve annak oldottoxigén-készletét.

A biológiai szennyvíztisztítás minden olyan folyamat és módszer, amelyben a szervesanyag-lebontás mikroorganizmusok segítségével megy végbe. Általánosságban a műtárgyas kör­nyezetben végzett szennyvíztisztítás a természetben lejátszódó öntisztulási folyamatok célra orientált, folyamatszabályozott, intenzív megvalósítása.

A biokémiai folyamatok két csoportra oszthatók aszerint, hogy a közreműködő mikro­organizmusok a tápanyaglebontó tevékenységükhöz igényelnek-e oldott oxigént vagy sem. Az előbbi az aerob, az utóbbi az anaerob lebontás (fermentáció).

A szervesanyag lebontásának és az élő sejtanyag szintézisének folyamata bonyolult reakció­sorozatok eredménye. A folyamatok az élősejt által katalizált (biokatalízis), zömében sejten belüli folyamatként mennek végbe.

A fermentációs tevékenység nyersanyaga a szennyvíz finom lebegő, kolloid és oldott szerves­anyaga. A mikroszervezetek a lebegőanyagban lévő szerves vegyületeket a biológiai tisztítási folyamat első lépéseként felületükön adszorbeálják, majd exoenzimek segítségével hidrolizált szerves anyagot a sejtfalukon átengedve megkezdődik a sejten belüli lebontási folyamat. Oldottanyag esetén a tápanyagfelvétel útja egyszerűbb: az anyag felvehető, hasznosítható, ha a sejtnek arra szüksége van.

Minden élő szervezet igen sok elemből épül fel, amelyek közül a legalapvetőbbek a C, H, O, N, P, S. Az élő szervezetek jellemzője, hogy életre kelésük után táplálkoznak, növekszenek, fejlődnek, szaporodnak, majd pedig elpusztulnak. A lebontási folyamatok végtermékei ugyan­azok az alapvető építő elemek - szabad (ásványi) formában -, mint az élő szervezetek alkotó­részei; így azok újabb élősejt anyaggá szintetizálódhatnak. Ez a jelenség az anyag természetes körforgása, amit leegyszerűsítve a szén, a nitrogén és az oxigén körforgásaként szokás szemléltetni. A szennyvizekben megtalálható az összes biogén szerves alkotórész, minden fázisban, azaz a növényi és az állati szervezetek a fejlődés és bomlás különböző fázisában, bomlástermé­keikkel együtt.

Kémiai szempontból a szerves anyagok nagymolekulájú szénvegyületek. A lehetséges köté­sek megszámlálhatatlan térbeli gyűrűt és láncot képezhetnek. Az ezekhez kapcsolódó híd­rogén, oxigén, nitrogén, foszfor és kén atomokkal kialakuló szervesanyagok eddig ismert száma milliós nagyságrendű. Mindezek a szénhidrátok, szénhidrogének, zsírok, valamint fehérjék azaz a proteinek csoportjába sorolhatók.

A biokémiai reakciók katalizátorai az enzimek. Az enzimek egyik legjellegzetesebb sajá­tossága specifikus jellegük, azaz meghatározott enzimek csak meghatározott szubsztrátummal lépnek kapcsolatba, (élettani szólásmondással megvilágítva: az enzim és szubsztrátuma úgy illenek egymásba, mint kulcs a zárba).

3-1.ábra. A szervesanyag aerob lebontásának fázisai [ ]

Az enzimek aktivitása, azaz a biokémiai reakciósebesség az alábbi tényezőktől függ:

a lebontandó anyag kínálatától (koncentrációjától) a fermentációs rendszerben;

a lebontandó anyag (szubsztrátum) kémiai minőségétől és összetételétől;

a szubsztrátum fizikai eloszlásától és egyéb feltételektől (hőmérséklet, turbulencia);

a biológiai feltételektől: a jelenlévő baktériumok fajtájától és adaptációjuk mértékétől;

a kémiai feltételektől: (elegendő O₂, megfelelő pH, redoxpotenciál, inhibítorok stb.).

Az enzimek aktivitásának maximuma szűk (és az enzimre specifikus) pH- és hőmérséklet-tartományban található. Aktivitásuk egy bizonyos felső határig arányos a szubsztrátum kon­centrációjával.

Az I. fázisban a nagy molekulák széthasadnak egyszerűbb egységekké: a fehérjékből amino­savak, a szénhidrátokból monoszacharidok, a zsírokból glicerol és zsírsavak képződnek. Ezekből a folyamatokból viszonylag kevés energia szabadul fe1.

A II. fázisban a lebom1ás első fázisának termékei tovább, de még nem teljes mértékben oxidálódnak és közben CO₂ és H₂O keletkezése lehetséges.

A III. fázis a citrátciklus. A folyamatokban keletkező nagyszámú közbenső szubsztrátum ellenére energia felszabadításra csak ebben az egy ciklusban kerül sor. (3-1.ábra.)

3.2. A szennyvíztisztítási folyamatokban résztvevő mikroorganizmusok

A biológiai szennyvíztisztításban a legfőbb szerep a zoogleális csoportosulásokat alkotó bak­tériumoknak jut. A tisztítási folyamat lefolyásáról és eredményességéről ezek aktivitása dönt. A 3-2.ábra egy baktériumsejt felépítését vázolja.

3-2.ábra: A baktérium-sejt felépítése (McKinney szerint)

A biológai csepegtetőtestek, eleveniszapok, levegőztetett tavak stb. biocönózisát általában ugyanazon fajtájú szervezetek alkotják. Eltérés csupán annyiban mutatkozik, amennyiben:

a biológiai csepegtetőtestek immobilizált biomasszájában bizonyos előfordulási sor­rend, rétegződés figyelhető meg a töltet mélységében: poliszaprob, a-szaprób és a b mezoszaprob övek jelölhetők ki, míg a diszperz biomasszával dolgozó eleveniszapos reaktorban az erős turbulencia miatt a különböző szaprób övezetek indikátorszer­vezetei egyenletes eloszlásban találhatók;

a biológiai csepegtetőtesten a biomassza a töltőanyag felületére telepedve biológiai hártyát (biofilmet) képez, míg az eleveniszapos reaktorokban a biomassza folyadék közegben van eloszlatva (diszpergálva, szuszpendálva).

A szennyvíztisztítást végző biomasszában a baktériumokon kívül megtalálhatók a gombák, az algák (kék- és zöldalgák), egysejtűek (főként ostorosok: Flagellata, gyökérlábúak: Rhizo­po­da, csillósok: Ciliata és Infusoria), valamint magasabbrendű szervezetek: férgek és ízelt­lábúak.

A biomassza összetétele alapján sok esetben következtetni lehet a rendszer üzemére. Például a jól működő eleveniszap-pelyhek összetételére jellemző, hogy a zoogleális baktériumkolónia főként ázalék állatkákból áll, Vorticella, Carchesium, Aspidisca és Loxophyllum fajok részvé­telével; amőbákból és ostorosokból csak kevés fordul elő.

Eleveniszap pehely alatt a továbbiakban a biomassza és az adszorbeált lebegő szennyező­anyag szárazanyag tartalmát és a biológiailag- (intracellulárisan), kémiailag-, fizikai-kémiai­lag- (kolloidálisan) és fizikailag (adhéziósan, pórusvízként) kötött, a szárazanyaggal együtt­mozgó vizet értjük. Ez a magas víztartalmú formáció önálló mozgású, deformálódó, a környe­zetében lévő szabad vízzel anyagcsere kapcsolatban lévő, a szabad víznél kissé nagyobb eredő sűrűségű, ülepedőképes. Ilymódon határozott különbséget és elhatárolást teszünk a pehely és annak szárazanyag-tartalma között.

A biológiai tisztítás paraméterei

A biológiai tisztítórendszernek a következő, egymásra is ható feltételeket kell biztosítania:

a szervesanyag lebontása és az asszimiláció (új sejtek szintézise) közötti egyensúlyt;

a konzumensek (mikroorganizmusok) mennyisége és a tápanyag mennyisége közötti egyensúlyt;

a biocönózis és a biotóp (ez lényegében a környezet, amelyen vagy amelyben az élet­tevékenység lezajlik, itt a biocönózis és környezete) közötti egyensúlyt.

3.3. A szervesanyagok aerob 1ebontása

Amikor a biológiai tisztítórendszerbe szervesanyag kerül, ennek egy része a legalacsonyabb energiaszintű vegyületekké - víz, széndioxid, oxidált nitrogén-, kén- és foszforformák - oxidálódik, másik része az oxidáció során felszabadított energiával együtt új sejtek építéséhez használódik fel.

Tápanyagszükséglet

A biomassza zavartalan növekedésének, valamint a biológiai tisztítási folyamatoknak is feltétele két alapvető növényi tápanyag, a nitrogén és foszfor megfelelő kínálata. Ezen tápanyagok mennyiségét a BOI₅-mennyiséghez célszerű viszonyítani. Az alábbi arányok tekinthetők optimálisnak ill. még elfogadhatónak:

BOI₅:N=17:1 (32:1)

BOI₅:P=30:1 (150:1)

Szokás a BOI₅:N:P=100:5:1 arányt is említeni. [ ]

Mivel a szennyvíztisztítási folyamatokban meghatározó baktériumsejtek anyagának átlagosan 12,3%-a nitrogén és 2,3%-a foszfor, ezért ezen tápanyagok kínálatának szükséges értékei [ ]:

N=0,123 X_v+l,0 g/m³

P=0,023 X_v+0,05 g/m³

Mivel az iszapszaporulatot (fölösiszap) folyamatosan kivonjuk a körforgalomból, így a táp­anyagokat is állandóan pótolni kell.

Hőmérsékletfüggés

A kémiai reakciók sebessége a hőmérséklet emelkedésével növekszik.

A biokémiai folyamatok szintén hőmérsékletfüggők. A reakciósebesség növekedése vagy csökkenése azonban ebben az esetben nem egyedül a környezet hőmérsékletváltozásának eredménye, hanem az adott hőmérsékleti viszonyokhoz legjobban alkalmazkodni tudó bio­cönózis kifejlődésének hatását is magába foglalja.

A pH hatása

A biológiai folyamatoknak pH-optimumuk van. Az optimális pH-tartomány a települési szennyvíz tisztítására 6,5-8,0 értékek között van. Az eleveniszappal végzett vizsgálatoknál megfigyelhető, hogy az bizonyos önregulációs képességgel rendelkezik. Jól adaptálódott biocönózisnál várható pH-változások:

pH=5,5-6,0-ról 6,5-7,0-re

pH=9,5-9,0-ről 8,5-re

Aerob biológiai tisztítás előtt tehát a szennyvizet pH 6,0-9,0-nél nem kell jobban sem­le­gesíteni, mert a többit rá lehet bízni a baktériumok pufferrendszerére. Az autokorrekció az érkező szennyvíznek mind állandó, mind változó pH-ja mellett megfigyelhető. Gyakori és hirtelen ingadozások azonban az iszap aktivitását fokozottan befolyásolják.

Mérgező anyagok

A toxicitás a biológiai rendszerekben az alábbi formákban jelentkezik:

szervesanyag jelenléte, amely nagyobb koncentrációban mérgező, de kisebb koncent­rációban még lebontható (p1. fenol);

mérgek, meghatározott küszöbkoncentrációval (pl. nehézfémek);

szervetlen sók jelenléte nagy koncentrációban, ami fékezi a biológiai folyamatokat (inhibíció).

A toxicitás főként ipari szennyvizeknél észlelhető, ezért ezeket az anyagokat a szükséges mér­tékben előtisztítási folyamatban kell eltávolítani.

A toxikus anyagok bizonyos koncentrációjához a mikroorganizmusok hozzászoktathatók. Általában nem lehet szigorú határokat meghúzni. Az akklimatizálódott iszap a még nem al­kalmazkodott iszap tűrőképességéhez képest annak többszörösét is elviseli.

Nitrifikáció és denitrifikáció

A szennyvízben lévő szerves nitrogén a biológiai tisztítási folyamatok során több lépcsőben nitráttá oxidálódik. A nitrogén a lebomlás közbenső termékeivel (NH₄⁺, NO₂^-) együtt anyag­körforgalomban vesz részt, mivel az élő sejtek alapvető építőköve. A szerves nitrogén aerob vagy anaerob viszonyok között az ammonifikációs folyamatban szabadul fel vegyületeiből (fő hordozója az urea - az emberi és állati vizelet). A folyamat már a csatorna hálózatban meg­indul, végső soron a tisztítótelepen, a biológiai reaktorban fejeződik be. Az NH₄⁺ oxidá­cióját NO₃^--tá nitrifikációnak nevezzük. A nitrifikáció sebessége lényegesen kisebb, mint a szerves­anyag oxidációjáé, s bár a két reakció egymás mellett lejátszódhat, a nitrifikáció csak akkor indul meg, amikor a szerves anyagok már nagyobb részben lebomlottak.

Elégtelen oxigénkínálat esetén denitrifikáció mehet végbe. Ennek során az NO₂^- és NO₃^- lebontásáva1 a biológiai folyamatok oxigénhez jutnak, miközben N₂, N₂O esetleg NH₃ (a ké­miai egyensúlyi viszonyoktól függően leginkább NH₄⁺) szabadul fel.

3.4. Biológiai csepegtetőtestek

3.4.1. Működési elve és alkalmazott rendszerek

A biológiai csepegtetőtest a mechanikailag tisztított szennyvíz lebegtetett és oldott szerves szennyeződésének aerob körülmények közötti lebontására alkalmazott szilárd anyagú töltettel (biológiai hártya hordozóanyaga) kialakított tartályszerű (töltött oszlop) műtárgy. A töltet a­nyaga leggyakrabban zúzottkő, természetes tufa, (régebben salak vagy koksz is) vagy (az u­tóbbi három évtizedben) műanyagból készült töltőtest ill. ömlesztett töltet. A szennyvíz tisz­títását a töltet felületén kialakuló biológiai hártyában lévő mikroorganizmus közösség végzi, megfelelő szervesanyag, növényi tápanyag (N és P) valamint oldottoxigén jelenlétében.

3-3.ábra. A biológiai hártya szerkezete és fő transzport folyamatai

A biológiai csepegtetőtest működése szempontjából lényeges körülmények:

a szennyvíznek minél nagyobb felületen kell érintkeznie a biológiai hártyával;

a biológiai hártya aerob állapotban tartása (min. 18 m/h levegőáram) [ ];

a bomlástermékek és a töltőanyagról leszakadó biológiai hártya eltávolítása.

A szennyvíz kontaktusa a biológiai hártyával történhet:

a töltet időszakos elárasztásával;

a szennyvíz átcsörgedeztetésével a töltőtesten;

a test periodikus bemerítésével a szennyvízbe.

A bomlástermékek eltávolítása a biológiai hártya belsejéből és annak környezetéből diffúzió útján megy végbe a hártyával érintkező szennyvízbe és levegőbe, az elpusztult hártyarészeket pedig a tisztított szennyvíz - hidrodinamikai hatások révén - kiöblíti.

A biológiai csepegtetőtestek biológiai hártyájának vastagságát elsősorban a hidrodinamikai hatások határozzák meg, ezért a felületi hidraulikai terhelésnek működésmód meghatározó szerepe van. A térfogati szennyezőanyag terhelésnek a tisztítás eredményére, annak elérhető mértékére van hatása.

Ezen elv szerint eltérő működésű alacsony hidraulikai terhelésű (kisterhelésű) és nagy hidra­ulikai terhelésű (öblített) csepegtetőtestes tisztító rendszereket tárgyalunk.

Kisterhelésű csepegtetőtestek

Ezen címszó alatt a szakmai gyakorlat az alacsony hidraulikai terhelésű (és a működésmódból adódóan kis térfogati szervesanyag terhelésű) csepegtetőtesteket érti, amelyek egyszerű bio­lógiai szűrőknek is tekinthetők. Ezeknél az öblítő hatás jelentéktelen mértékű, így az elpusz­tult hártyarészek döntő többsége a töltetben marad és erre egyre újabb és újabb aktív hártya telepszik. A csepegtetőtestben végeredményben szerves iszap akkumulálódik, amelynek mi­neralizációjához a szükséges oxigént a test töltőanyagán átáramló levegőáramnak kell biztosítania. A felgyülemlő iszap évente néhány alkalommal önmagától leürül (vedlik). Ez az iszap már jelentősen elásványosodott, földszerű, gyakran inkább szemcsés mint pelyhes formájú. Konzisztenciáját az alacsony víztartalom (92%) határozza meg. Az angolszász szakirodalom ezt az iszapot humusznak tekinti. (Ebből kiindulva a szakmai zsargon valamennyi csepegtetőtestes iszapot - helytelenül - humusziszapként említ. Mivel a kister­helésű csepegtetőtestről eltávozó anyag általában már nem rothadóképes, ezért utóülepítőt nem alkalmaznak, helyette a rendszerint alkalmazott fertőtlenítő medence tölti be az alkalmi utóülepítő feladatát.

A szennyvíz időben szakaszos adagolását kisterhelésű berendezéseknél billenővályú vagy adagolószifon; elosztását rögzített, pozícionált osztóvályú vagy perforált cső végzi. (3-4.ábra)

3-4. ábra. Kisterhelésű csepegtetőtest adagoló eszközei (a -szifon, b - billenővályú)

Ezt a tisztítási módszert kisebb egységek elsősorban házi szennyvíz tisztítására alkalmazzák, ill. alkalmazták a megelőző évtizedekben a bővített oldómedence-adagoló berendezés-cse­pegtetőtest-fertőtlenítő medence-talajszűrő (szikkasztó alagcső-hálózat) vagy - élővíz befo­gadó esetén - a talajszűrő helyett homokszűrő műtárgy technológiai sorral.

A felületi hidraulikai terhelés 0,5-5,0 m/d, a térfogati szervesanyag-terhelés legfeljebb 180 g BOI₅/m³ d értéket vehet fel.

3-5. ábra. Kisterhelésű csepegtetőtest pozicionált szórófejes megtáplálása

(a - elrendezési vázlat: 1-adagoló szivattyú akna, 2-csepegtetőtest vasbeton medencében, 3- elosztó (szárny) vezeték, 4 szórófej; b - szórófejek kiosztási mintái)

3.4.3. Nagyterhelésű csepegtetőtestek

3.4.3.1. Működés

Az alkalmazott nagy felületi hidraulikai terhelés (0,5-0,8 m/h) miatt töltőanyagán csak vékony biológiai hártya alakul ki, amelyben a mikroorganizmusok a szaporodás fázisában vannak, tehát folyamatosan magas szervesanyag-tartalmú biomassza képződik. Ez az anyag mint fölösiszap jelentkezik, amelyet a testről a nagy felületi terhelés következtében fellépő erős öblítő hatás távolít el. Fázisszétválasztó (utóülepítő) alkalmazása szükséges. A leöblített iszap magas víztartalmú, rothadóképes. A nagyterhelésű csepegtetőtestek jellemzője a fajla­gos térfogati BOI₅ terhelés függvényében változó tisztítási hatásfok és nitrifikációs képesség. A testre feladott szennyvíz alacsony BOI₅ koncentrációjú, ami a mechanikai előkezelés és a recirkulációs rendszerek (nagykörös és kiskörös recirkuláció) optimalizált működtetésével érhető el.

3.4.3 2. Technológiai jellemzők

A biológiai csepegtetőtestek működését befolyásoló fő tényezők:

A biológiai hártya vastagsága és minősége

A biológiai hártya aerob részének vastagsága átlagosan nem több 2-3 mm-nél. A vastagság a tápanyagellátás és az előülepítőből továbbjutó lebegőanyagok mennyiségének függvénye. A mikroorganizmusok szaporodásának hatására a hártya vastagsága kifelé, vagyis a töltőanyag-szemcse felületéről távolodva növekszik. A mikroorganizmusok ily módon rétegesen egy­másra települnek és a túlvastagodó hártya belső rétegeiben az anaerob folyamatok jelenhetnek meg. A biológiai hártya aerob zónája szürke vagy barna, míg az anaerob zóna fekete színű. A teljes biomassza tömege a működési körülményektől függően széles határok között ingadozik: nagyterhelésű csepegtetőtesteken 3.250-6.500 g/m³.

A hártya elsősorban a műtárgy felső részén gyarapszik erőteljesebben, mivel az ott élő mikro­organizmusok bő választékú tápagyaghoz jutnak.

A hártya túlzott mértékű elhízását és az ennek eredményeként várható tócsásodást a követ­kező tényezők gátolják meg:

a testre erős sugárban érkező víz hártyát leöblítő hatása (hidrodinamikus hatás);

szervesanyag szubsztrátum hiánynál fellépő endogén légzés, (a mikroorganizmusok autooxidációja);

a mikroorganizmusok telepeit képező hártyát tápanyagként részben felélő, részben az összefüggő rétegek fellazításával a kiöblítést is megkönnyítő makrofauna (Tubifex férgek, Psychoda legyek lárvái stb.) kialakulása;

a túlvastagodó hártya mélyén uralkodóvá váló anaerob folyamatok.

A szennyvíz minősége

A biológiai csepegtetőtestes szennyvíztisztítás optimális körülményei a testre érkező szenny­víz 100-200 g BOI₅/m³ koncentrációjánál várhatók. A maximális koncentráció nem lehet ma­gasabb 500 g BOI₅/m³-nél. A terhelhetőségi határok ilyen mérvű szóródásának oka a töltő­anyagok fajlagos felületének különbségén túl a szennyvízben lévő szervesanyagok struktú­rájában keresendő. A biológiailag könnyen bontható szervesanyagokat tartalmazó szenny­vizek csepegtetőtestre bocsátható töménysége meghaladhatja az optimális értéket.

A nehezen bontható vegyületeknél a biológiai hártyával való hosszabb érintkezés kívánatos, ami szükségessé teszi recirkuláció alkalmazását, ill. a csepegtetőtest magasságának növelését esetleg korlátozott mértékben a hidraulikai terhelés csökkentését.

A szennyvíz minősége szempontjából a hagyományos töltőanyagú testeknél kívánatos, hogy a testre ráfolyó szennyvíz ne tartalmazzon 80 mg/dm³-nél több lebegőanyagot, tehát jól legyen előülepítve. Zsírtól, olajtól a testet óvni kell. Mérgező anyagok nélkül a szennyvíz pH-jának 6-8 közötti intervallumban ingadozását még negatív hatás nélkül elviseli a csepegőtest, mivel jelentős a pH-kiegyenlítő képessége.

Műanyagtöltetű csepegtetőtestek megkívánt hidraulikai terhelése nagyobb: 0,8-2,5 m/h, a töltet jellemzőitől, ill. a többfokozatú rendszerekben elfoglalt pozíciótól függően. Ugyanez vonatkozik a feladott szennyvíz lebegőanyag-tartalmára is. Ipari szennyvíz (elő)tisztításánál gyakran csak mechanikai előtisztítást alkalmaznak a csepegtetőtest előtt. Ez esetben a hid­raulikai terhelés biológiai hártya vastagságot szabályozó szerepe nem csupán tisztítástech­nológiai, hanem a műtárgy (szerkezet) statikai viszonyait is érintő, a biológiai túlszaporulatot, ezzel a túlterhelést (a műanyag töltet összeroskadását) előzheti meg. [ ]

Szervesanyag-terhelés

A biológiai szennyvíztisztítás folyamatában kétféle mechanizmus érvényesül. Az oldott szervesanyag (szubsztrátum) felvétele a mikroorganizmusok sejtfalán át folyamatosan, egyenletes ütemben történik. A kolloidok valamint az ülepítéssel el nem távolított lebegő­anyagok koagulációs-adszorpciós úton megkötődnek a biológiai hártyán és nyomban megkez­dődik hidrolízisük. Ezeknek a folyamatoknak az eredményeként a szennyvíz eltávolítható BOI₅ értéke közel 90%-kal csökken. A BOI₅, valamint szerves nitrogén csökkenése szorosan összefügg a baktérium-szaporodással. A szennyezőanyag eltávolítása legnagyobb mértékű a csepegtetőtest felső szintjén és a mélységgel egyre csökken. A második fázisban végbemegy az ammónia-nitrogén oxidációja nitrit-nitrogénné a Nitrosomonas baktériumcsoport tevé­kenysége révén, majd ezt követően azonnal a további oxidáció nitrát-nitrogénné a Nitrobacter baktériumcsoport közreműködésével.

A nitrifikációs folyamatok legintenzívebbek a csepegtetőtest alsó szférájában. Ez azzal ma­gyarázható, hogy a csepegtetőtest felső rétegében főként heterotróf baktériumok és egyéb heterotrofikus organizmusok telepednek meg. (Így, - amennyiben a recirkulációval hígított vízben nitrátok vannak és anoxikus feltételek lokálisan előállnak - denitrifikációs folyamatok is beindulhatnak.) A csepegtetőtest alsó részében a szervesanyag-tartalmában csökkentett szennyvíz miatt, különösen, ha jobb oxigénellátás is jelentkezik kedvező feltételek alakulnak ki az autotróf nitrifikálók szaporodásához.

A biológiai csepegtetőtest működésének elméletéből következően minden csepegtetőtest-fajtához tartozik valamilyen optimális BOI₅ terhelési intervallum, amikor állandó hidraulikai terhelést fenntartva, a biológiai hártya aerob viszonyai kizárólagosak. Az optimális terhelési intervallum határát átlépve az aerob övezet mellett megjelenik az anaerob is. Az anaerob (anoxikus) körülmények célzottan is megteremthetők amennyiben az előzetesen nitrifikált szennyvizet légáramlástól mentesített (anoxikus) csepegtetőtestre vezetjük, tervezetten denit­rifikációs céllal.

Minden határérték átlépés a tisztítási hatásfok érzékelhető csökkenésével jár, azonban a gya­korlatban az átmenet folyamatos. Rincke feldolgozott adatai szerint a tisztítási hatásfok és a térfogati szervesanyag terhelés közötti összefüggés 3,0-4,2 m magas, hagyományos töltetű csepegtetőtestekre [ ]:

h T_b [%], (100<T_b<1.200)

ahol: T_b - fajlagos térfogati szervesanyag-terhelés [gBOI₅/m³ d] (3-6.ábra)

Felületi hidraulikai terhelés

A hidraulikai terhelésnek a tisztítás hatásfokára gyakorolt hatása egyrészt a biológiai hártya (biomassza) működési körülményeinek alakításában, másrészt a víznek a csepegtetőtestben tartózkodási idejében (kontaktus-, reakcióidő) nyilvánul meg.

Az átlagos kontaktus idő t függvénye a töltet magasságának H, a töltőanyag fajtájának és a csepegtetőtest felületi hidraulikai terhelésének T_h

3-6. ábra. Nagyterhelésű, hagyományos töltetű csepegtetőtestek üzemi teljesítőképessége

Hagyományos (zúzottkő, tufa) töltetű csepegtetőtestekre, szokványos 4-8 cm szemnagyságú töltőanyagra:

A "K_s" állandó és az "m" kitevő a töltőanyag fajlagos felületének (a) és alakjának a függ­vénye. Meghatározásuk kísérletes mérési módszerrel lehetséges.

A csepegtetőtestről elfolyó víz szennyezőanyag-koncentrációja növekszik a ráfolyó víz kon­centrációjának, valamint a hidraulikai terhelésnek az emelésével, de csökken az érintkezés idejének, a töltet magasságának (vastagságának) növelésével.

Recirkuláció

A recirkuláció alkalmazásának célja lehet:

a kívánt hidraulikai terhelés létrehozása (kiegyenlítés);

a csepegtetőtestre ráfolyó szennyvíz koncentrációjának csökkentése (hígítás);

a csepegtetőtest magasságának csökkentése;

a nyers szennyvíz felfrissítése (oldottoxigén biztosítása), pH korrekciója, beoltása;

iszaptranszport az utóülepítő zsompjából a kétszintes előülepítő elé.

A recirkuláció alkalmazott módszerei:

Nagykörös recirkuláció: az utóülepítő iszapzsompjából az előülepítő elé. Feladatai: 1-iszaptranszport, 2-beoltás, 3-kiegyenlítés, 4-hígítás.

Kiskörös recirkuláció: a tisztított szennyvíz visszavezetése az átemelőbe, a csepeg­tetőtest elé. Feladatai: 1-hígítás, 2-kiegyenlítés, 3-beoltás.

Műanyag töltetű, nagyterhelésű csepegtetőtestes technológiáknál, többfokozatú rendszer első fokozatánál alkalmazható közvetlen recirkuláció is, azaz a csepegtetőtestről elfolyó víz visszavezetése a nyersszennyvíz átemelőbe.

A különböző recirkulációk alkalmazásának fontos hatása a csepegtetőtestre vezetett szennyvíz hígítása. A kevert szennyvíz szennyezőanyag-koncentrációja C_k számítható:

ahol C₀ - a tisztítandó szennyvíz szennyezőanyag koncentrációja, g /m³,

C_e - az elfolyó (tisztított) szennyvíz szennyezőanyag-koncentrációja, g /m³,

R - a recirkulációs ráta (arányszám).

A recirkulációs ráta (arányszám) R a recirkuláltatott víz napi mennyiségének és a telepre érkező nyers szennyvíz napi mennyiségének hányadosa.

Hőmérséklet

A tisztítás hatásfoka erősen függ a biológiai hártya hőmérsékletétől, amit viszont a levegő, de főként a szennyvíz hőmérséklete határoz meg. A csepegőtest tisztítási hatásfokának alakulása hőmérséklet-változás hatására:

h_t=1,035^(t-20) h

ahol                                         h_t: tisztítási hatásfok t ^oC hőmérsékleten,

h : tisztítási hatásfok 20 ^oC -nál.

3.4.3.3. A csepegtetőtestek oxigén-ellátása (levegőztetése)

A biológiai szennyvíztisztítás folyamatában a levegőztetésnek kettős feladata van:

biztosítja a töltőanyagra települt szervezetek metabolizmusához szükséges oxigént;

eltávolítja a szerves anyagok mineralizációs folyamataiban keletkező CO₂-t.

A levegő természetes áramlása a tölteten keresztül a kürtőhatás következtében megy végbe. A légáramlás sebességét a külső levegő és a töltet belsejében uralkodó hőmérséklet különbsége határozza meg. Hideg évszakokban a belső, melegebb levegő felfelé áramlik. Ez esetben a szennyvíz átfolyásához viszonyítva ellenáramú mozgás érvényesül. Meleg nyári napokon pedig fordított helyzet alakul ki, amikor a szennyvíz átfolyásával egyirányban, lefelé áramlik a levegő. Imhoff szerint a kielégítő oxigénellátás 4˚C hőmérséklet-különbség esetén, 18 m/h légsebesség mellett létrejön. 2 C hőmérséklet különbség értékig nem alakul ki légmozgás, ami a csepegtetőtest üzeme szempontjából kritikus időszak.

3-7. ábra. A légáramlás alakulása a csepegtetőtest belsejében

(A - légáramlás felfelé (ellenáram), B - légáramlás lefelé (egyenáram), D - a külső (levegő) és a belső (szennyvíz) hőmérséklet különbsége, E - külső melegebb levegő tartománya, F - külső hűvösebb levegő tartománya)

A levegőből felvett oxigén mennyisége a testen átfolyó szennyvíz turbulenciájától, tehát közvetve a hidraulikai terheléstől és a töltőanyag típusától függ. A csepegtetőtest oxigén­felvételi kapacitásának számítására ajánlható empirikus összefüggés [ ]:

ahol: OC - oxigénbeviteli képesség 1 m² csepegtetőtest felületre, [g O₂/m² h]

H - a töltet magassága [m]

T_h - hidraulikai terhelés [m³/m² h]

3.4.4. Szerkezeti kialakítás

A csepegtetőtestek lehetnek nyitott, félig nyitott vagy fedett kivitelűek a mérettől (átmérőtől) és egyéb helyi körülményektől függően. Az egészen alacsony és a nagy átmérőjűek (25-50 m) kivételével, a töltőanyagot olyan oldalfal veszi körül, amely megtámasztja és védi a testet a lehűléstől, valamint a kürtőhatás előidézésével elősegíti a 1égcserét. A fal a szennyvíz kifröccsenése és a cseppelhordás megakadályozására 1 m-rel magasabb a töltőanyag felső szintjénél és 50 cm-rel a permetezőkar szóró nyílásainál.

3-8.ábra. Csepegtetőtest szerkezeti kialakítása (Passavant konstrukció)

(1 - szennyvíz bevezetés; 2 - forgó permetező; 3 - töltet; 4 - köpenyfal; 5 - előregyártott elemekből készült fenék; 6 - szennyvízelvezetés)

A test töltőanyaga 4-8 cm szemcsenagyságú homogén szemcseszerkezetű, érdes felületű, a mechanikai, kémiai és biológiai hatásokkal szemben igen ellenálló anyagokból készül. Nagy hidraulikai terhelésű technológiát alkalmazó tisztító telepeken forgópermetezős elosztó berendezés végzi a folyamatos öntözést. Ez utóbbi szerkezet a Segner-kerék elve alapján működik (a kiömlő víz reakcióereje hajtja a körbeforgó permetező szerkezetet).

Orientált műanyag töltetű csepegtetőtesteken finomabb vízelosztás (porlasztás) szükséges tekintettel a másodlagos elosztás (a töltet felső felületén bekövetkező szétfröccsenés) ked­vezőtlenebb körülményeire. Dugulásmentes fúvókák előnyösen alkalmazhatók erre a célra.

A torony-csepegtetőtestek torony, ill. kéményszerű építmények, melyeknek hasznos magas­sága 6-8-szorosa belső átmérőjüknek. A műanyag töltetek elterjedése előtt a csepegtetőtestes technológia fejlesztésének irányát jelentették. Előnye a kis helyigény, magassága folytán kisebb recirkulációval dolgozik, vagy nagyobb töménységű szennyvíz fogadására alkalmas. Inkább ipari szennyvíz előtisztító berendezésként alkalmazható gazdaságosan. A szennyvíz kívül elhelyezett, hőszigetelt nyomócsövön jut a műtárgy felső szintjére, ahol azt osztótálca, zuhanyrózsa-szerű elosztófej, perforáltcső-karok, esetleg kis forgópermetező osztja szét.

(3-9a.ábra)

3-9. ábra. Toronycsepegtetőtest és kétzónás műanyag töltőtestes csepegtetőtest elvi kialakítása

b/ (1 - előkezelt nyersvíz rávezetés, 2 - tisztított szennyvíz elvezetés, 3 - közbenső ülepítő és átemelő, 4 -

utóülepítő)

Merülőtárcsás és merülőtestes berendezések töltet-rendszere leggyakrabban műanyagból ké­szül. A tárcsák, testek anyagának kiválasztásakor döntő szempont, hogy könnyű legyen, de megfelelően stabil, figyelembe véve a biológiai hártya és a lemez önsúlyát, valamint a vízbe merülő részre ható felhajtóerőt is.

A gyakorlatban alkalmazott tárcsa ill. testátmérő 2-3 m. A szabad térköz mérete 3-5 cm. A szennyvízbe bemerülő felület a teljes felület kb. 40%-a. A műtárgyteknő alakja követi a tár­csatestet, az átfolyási hézag kb. 5 cm. A szennyvíz rá- és elvezetését a tárcsatest teljes széles­ségében végzik. A leöblített biomassza gyakran a kétszintes ülepítők ülepítőterének konstruk­ciója szerint készült térbe, onnét csúszólapokon a rothasztótérbe kerül.

Válaszfalakkal kaszkád-rendszerű tisztító egység építhető ki kompakt megoldásban.

Alámerített (szubmerz) töltet is alkalmazásra kerül. Lehetséges a töltet alatti levegőztetés, ilyenkor aerob viszonyok alakíthatók ki a töltet belsejében. A levegőztetés akár időszakos szüneteltetésével anoxikus, vagy anaerob miliő alakítható ki a tervezett technológiai folyamat igényének megfelelően.

3.5. Eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítás

3.5.1. Általános jellemzés

Az eleveniszapos szennyvíztisztítás technológiai eljárásai az utóbbi évtizedekben jelentős fejlődést mutattak, így szerepe a biológiai tisztítási eljárások alkalmazásában megnőtt. A technológiai megújulás hazánkban is végbement az utóbbi két évtizedben. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás az öntisztulási folyamatok koncentrált formája. A tisztítótelepen a meg­növelt tápanyag- és oxigénkínálattal a mikroorganizmusok fejlődéséhez optimális körül­mé­nyeket biztosítunk és így a folyamatok intenzívebbé válnak.

3.5.2. A technológiai folyamat jellemzői

A biológiai szennyvíztisztításra általánosan érvényes törvényszerűségeket az előzőekben már ismertettük. A továbbiakban csak a kiegészítő ismereteket tárgyaljuk.

Iszapszaporodás

Az eleveniszapos tisztítási folyamat fontos paramétere az iszapszaporodás, ugyanis ebből alakul ki a működő biomassza és ebből kerül ki a fölösiszap, amit a folyamatból el kell távo­lítani, majd pedig kezelni kell. A képződő, fölösiszapként eltávolítandó iszap mennyisége Imhoff szerint a napi szennyvízhozam 3%-a (99,3% víztartalmú fölösiszappal számolva). McNicholas szerint 0,75-1,0 kg/kg eltávolított BOI₅, Sawyer és Heukelekian a biomassza szaporulatra 0,5 kg/kg BOI₅ értéket közölnek, míg ugyanez Servizinél és Bogannál 0,57 kg/kg bruttó BOI₅-re [ ].

A bioszintézissel párhuzamosan folyik a szennyvízben lévő anyagok oxidációja és a sejtek autooxidációja is. A nettó akkumuláció a szintézis és oxidáció eredményének különbsége.

Oxigénigény

A biokémiai oxidáció folyamataihoz a rendszerbe oxigént kell bejuttatni, mivel a szintézis folyamataiban ez szolgál energiaforrásul; továbbá a biomasszában lévő mikroorganizmusok életműködéséhez szükséges.

Iszapindex

Az eleveniszap fontos tulajdonsága az ülepedőképesség. Az utóülepítőkben kiülepedő iszap egy részét vissza kell juttatni a tisztítási folyamatba. Rossz ülepedőképesség esetén az iszap jelentős hányada az elfolyó szennyvízzel megszökik és ilyenkor a levegőztető tér (reaktor) megkívánt iszapkoncentrációjának fenntartása is nehézséget okoz.

Az iszap ülepedőképességének mértéke az iszapindex (Mohlmann-index), ami a literes mérő­hengerben 30 perc alatt kiülepedő iszap (V₃₀) [mL/L]-ben megadott üledéktérfogatának és a gravimetriásan meghatározott (eredeti) szárazanyag-tartalomnak (X) [g/L] a hányadosa:

[mL/g; L/kg]

Az iszapindex az iszap fiziológiás állapotát tükrözi. Jól ülepedő, egészséges iszap indexe 100 alatti, kb. 150 értékig az iszap működése megfelelő, 150-200 között az iszapstruktúra fellazult (duzzadás), fokozottan jelentkeznek a fonalas szervezetek, ami az iszap ülepedését gátolja, felúszást (erős uszadékképződést) eredményez a biológiai rendszer műtárgyaiban; a rendszer beavatkozást igényel. 200 feletti iszap beteg (felfúvódott) a fonalas mikroorganizmusok elszaporodása a mikroszkópos vizsgálatban szembetűnő.

Iszapkor

A levegőztetett rendszerben levő iszapmennyiség és a napi fölösiszap mennyiség hányadosa, vagyis az iszaprészecskék átlagos tartózkodási ideje a rendszerben. Az iszapkort a mikro­organizmusok generációs idejével összevetve tájékozódhatunk a biomassza technológiai lehetőségeiről. A nitrifikációt végző autotróf szervezetek lassú fejlődése és alacsony tömeg­hányada miatt az iszapkor a nitrifikáció tervezésekor alapvető paraméterként szolgál.

Nitrogén és foszfor kínálat

A biológiai szennyvíztisztítás folyamatához - az eleveniszapot alkotó biomassza szintézisének zavartalanságához - kellő mennyiségű nitrogénre és foszforra van szükség. A szennyvizekben előforduló foszforkoncentráció 15-50 g PO₄^3-/m³ és ennek 25-35%-a felhasználódik a tisz­títási folyamatban a biomassza normális növekedési feltételei mellett.

A kommunális szennyvizek nitrogéntartalma szintén meghaladja az igényt. A nitrogén és foszfor fölös mennyisége a tisztított szennyvízzel a befogadóba kerülve, növeli annak növényi tápanyag-készletét.

A szerves nitrogénvegyületek lebontási foka függvénye az iszapterhelésnek és iszapkornak. Alacsony iszapterhelésnél és 4 napos iszapkornál 20 C-on, egyenletes nitrogén-terhelésnél a nitrifikáció elméletileg teljesen végbemegy, amennyiben a rendszerben nincs inhibíció.

3.5.3. A tisztítási folyamat műszaki jellemzői

A számításoknál használt fontosabb műszaki-technológiai paraméterek:

szennyvízhozam Q_d, Q_h [m³/d, m³/h]

nyers és a mechanikailag tisztított szennyvíz releváns szennyezőanyagainak koncent­rációja C_i,0, C_i,b [g/m³] (i: KOI_k, BOI₅, lebegőanyag, NH₄-N, TKN, öP stb.)

napi szennyezőanyag-hozam (a releváns szennyezőkre) L_i,0, L_i,b [kg/d]

az iszap BOI₅ szennyezőanyag-terhelése, T_i [kgBOI₅/kg sza. d],

a rendszerben lévő iszaptömeg, SX [kg]

a levegőztető térben lévő biomassza mennyisége, SX₁ SX∙ε [kg],

iszapkoncentráció az eleveniszapos medencében, X [g/m³]

biomassza koncentráció a levegőztető reaktorban, X₁=X∙ε [g/m³]

a levegőztető medence térfogata, V₁ [m³]

átlagos levegőztetési idő, t=24 V₁/Q_d [h]

fajlagos iszapszaporulat DX [kg/kgBOI₅, vagy kg/m³ d]

napi fölösiszap tömeg, SDX=L_b,BOI(5) DX, vagy V DX [kg/d]

iszapkor, IK=SX/SDX [d]

az eleveniszapos medence szükséges térfogata, V₁=IK SDX/X [m³]

fajlagos oxigénigény (OF)_v [gO₂/gBOI₅ d vagy gO₂/m³ d]

napi oxigénbeviteli igény: S(OC)_d [kgO₂/d]

(OC)_d/T_b arány

a levegőztetés gépészetének műszaki adatai (diffuzorok, fúvók, keverők száma, szál­lítása, villamos teljesítménye, nyomásigény, nyomásveszteségek)

Terhelések

Az eleveniszapos szennyvíztisztításnál többféle terhelés különböztethető meg, mint:

az eleveniszapos medence térfogati szervesanyag terhelése, T_b [kgBOI/m³ d];

az eleveniszapos medence térfogati hidraulikai terhelése, T_v [m³/m³ d=1/d];

iszapterhelés, T_i [kgBOI₅/kg sza. d]; (sz.a.=MLSS)

fajlagos lebontási sebesség, v_s [kg elt.BOI₅/kg sz.sza. d]. (sz.sza.=MLVSS)

A tápanyagul szolgáló szervesanyag kínálata és annak fogyasztása között egyensúlynak kell lennie, azaz egységnyi biomasszára (kg sz.sza.) megfelelő mennyiségű tápanyagul szolgáló szervesanyagnak kell jutnia.

A magas iszapterhelésű tisztítási módszereknél tápanyagfölösleg van, ami intenzív bio­massza-szintézist okoz, ellenben a sejtek autooxidációja jelentéktelen. A szintézis magas foka és túlsúlya nagymérvű fölösiszap-képződésben nyilvánul meg, ezt a folyamatból el kell távolítani.

Kisterhelésű és teljesoxidációs tisztítási módszereknél az iszap "éhezik" és az autooxidáció túlsúlya figyelhető meg. Az iszapszaporulat tehát kisebb.

Iszaptömeg, iszapkoncentráció

A tisztítórendszerben meghatározott biomassza mennyiséggel kell rendelkezni, ami nagy rész­ben a levegőztető medencében (reaktorban), kisebb részben pedig az utóülepítőkben helyez­kedik el. A levegőztető medence (reaktor) iszapkoncentrációja, X [kg/m³].

Az eleveniszapos tisztítási módszerek mindegyikének jellemzője a levegőztető tér iszap­koncentrációja (e - az iszap szerves-hányad értéke):

teljesoxidációs tisztításnál (nincs előülepítő, van részleges iszapstabilizálás)

X=4.000-6.000 g/m³, (e

• kisterhelésű (nitrifikációs) tisztítás előülepítő nélkül, nincs iszapstabilizálás

X=3.500-4.500 g/m³, (e

• kisterhelésű (nitrifikációs) tisztítás előülepítő alkalmazásával (hagyományos)

X=3.000-3.500 g/m³, (e

• nagyterhelésű, teljes biológiai tisztítás, nitrifikáció nélkül (hagyományos)

X=.3000-3.500 g/m³, (e

• nagyterhelésű, részleges biológiai tisztítás (AB technológia A-fokozata)

X=5.000-8.000 g/m³, (e

• szuper terhelésű (nagykoncentrációjú ipari szennyvízre, membránszeparációval)

X=15.000-20.000 g/m³, (e

Levegőztetési idő

A levegőztetési idő a lebontási folyamat egyik alapvető jellemzője. Az oldott és kolloid szennyeződések adszorpciója az eleveniszap pelyhekre 15-30 perc alatt végbemegy. Egyes részleges biológiai tisztítási módszereknél ezért a minimális levegőztetési idő 30-60 perc lehet. Kisterhelésű és teljesoxidációs rendszereknél azonban a levegőztetési idő jelentősen megnyúlik és hat órától több napig terjedhet. A levegőztetési idő a levegőztető medence térfogat és a szennyvízhozam hányadosa.

A szükséges levegőztetési idő a lebontási sebességre vonatkozó összefüggésből is meghatá­rozható amennyiben a lebontási sebesség értékét kísérletes úton meghatározták és a folyamat többi jellemzői adottak (ismertek).

Iszaprecirkuláció

A szubsztrátum-kínálat és a konzumensek mennyisége közötti egyensúly fenntartására az eleveniszapban foglalt biomasszát vissza kell juttatni az eleveniszapos reaktortérbe.

Az iszaprecirkulációnak többirányú feladata van:

az iszapkoncentráció kívánt értéken tartása;

a befolyó szennyvíz hígítása;

teljes értékű, regenerálódott, adszorpcióképes iszap betáplálása a levegőztető térbe (iszap­regenerációs technológiáknál).

A recirkuláció mértéke többek között az iszapindex függvénye.

A recirkulációs arány az iszap fiziológiás állapotától (iszapindex értékétől), a hőmérséklettől, a működő iszapkoncentrációtól és az utóülepítő iszapsűrítő képességétől függően általában 50-100%-os, de magas iszapkoncentrációval üzemelő rendszernél gyenge sűrítés mellett akár 200%-os értékű is lehet. A recirkuláció minimális mértékét olykor az alkalmazott szívókotró berendezés üzemelésének feltételei kényszerítik ki.

A szennyvíz levegőztetése - oxigénbevitel

A levegőztető rendszernek az a feladata, hogy a szennyvíz és a levegő (oxigén) legjobb kontaktusát, valamint - levegőztetési rendszertől függően - az eleveniszap pelyhek egyenletes lebegésben tartását biztosítsa. A folyadék-gáz fázisok határfelületének állandó megújulása a levegő oxigénjének a szennyvízbe diffundálását elősegíti.

Az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztításnál a levegőztető térben 1-2 g O₂/m³ koncent­rációt tartunk fenn. 1 g O₂/m³-nél kisebb koncentráció az iszappelyhek belsejében anaerob állapot kialakulásához vezethet. 2 g O₂/m³-nél nagyobb koncentráció fenntartása 15˚C víz hőmérséklet felett, megfelelő reaktortér méretnél nem gazdaságos.

Az oxigénbeviteli kapacitás mérése a definíció szerinti állapothoz közelálló körülmények között megy végbe, azaz oxigénmentesített tiszta vízben, amikor a relatív átadási tényező a 1,0. Átlagos töménységű szennyvízre a értéke kisebb 1-nél:

- nyers szennyvízre a

- tisztított szennyvízre a

ezért pl. 30 %-os recirkulációnál a levegőztető medencére vonatkoztatva:

a=0,70 Q_d 0,6+0,3 Q_p 0,9=0,69

A recirkuláció növelésével a értéke is növekszik.

A szakirodalomban az oxigénbeviteli kapacitás mindig standard körülményekre (10ºC, 1013 mbar, 0 g/m³ oldottoxigén-koncentráció) vonatkoztatva szerepel, ezért az a tényező csök­kentő hatásának figyelmen kívül hagyása oxigénbeviteli kapacitás-hiányhoz vezethet.

3.5.4. Eleveniszapos szennyvíztisztítási rendszerek

Teljesoxidációs rendszer

Szerkezetileg egyszerűsített, de teljes biológiai tisztítást (a BOI₅ eltávolítás mértéke 90% feletti és a tisztított szennyvíz BOI₅ koncentrációja nem haladja meg a 25 g/m³ értéket), nitrifikációt, valamint teljes vagy részleges iszapstabilizációt biztosít. Ez hosszú leve­gőztetési idővel (t=16-48 h), magas iszapkoncentrációval (4-6 kg/m³) és magas iszapkorral (IK>30) érhető el. Előülepítőt nem alkalmaz.

Kisterhelésű rendszer

Rövidebb (6-16 h) levegőztetési idővel és mérsékelt eleveniszap-koncentrációval (3-3,5 kg/m³), kb. 10 napos iszapkorral teljes biológiai tisztítást nyújt nitrifikálással. Nincs részleges iszapstabilizálás sem. Előülepítő alkalmazása a tisztító kapacitástól, a szennyvíz minőségétől függően műszaki-gazdasági megfontolások szerint történik.

Nagyterhelésű rendszer

a/ teljes biológiai tisztítást nyújtó módszer. A tisztítás hatásfokát meghatározó tényező a le­vegőztető reaktorban fenntartott magasabb iszapkoncentráció (3-5 kg/m³), az iszap­terhelés (0,4-1,0 kg BOI₅/kgMLSS·d) magasabb értéke, ezért az iszapszaporulat is magas értékű. Előülepítő alkalmazása esetén alacsonyabb iszapkoncentrációt lehet fenntartani;

b/ részleges tisztítást nyújtó módszer. Megvalósulhat a levegőztető tér iszapkoncentrációjának alacsonyabb szintjén kialakuló magas iszapterhelési értéknél vagy előülepítés mellőzé­sével magas iszapkoncentráció és magas szervesanyag terhelés mellett (pl.: AB-tech­nológia A-szakasza).

Biológiai fokozatba integrált növényi tápanyag (N és P) eltávolítást biztosítő rendszerek

Ezek alkalmazási formái is leggyakrabban eleveniszapos rendszerűek, bár immobilizált bio­masszával is megvalósíthatók. Terjedelmi okokból az utótisztítási technológiáknál tárgyaljuk részletesen.

3.5.5. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás alkalmazott módszerei

Hagyományos módszer. Ennél a megoldásnál mind a szennyvíz, mind a recirkuláltatott iszap a medence elején kerül bevezetésre. A medence téglalap alaprajzú, 4:1 oldalarányú. Az aszimmetrikus levegőztetés forgó vízhenger kialakulásához vezet, ami egyúttal az eleveniszap lebegésben tartását is biztosítja. Ez a módszer az eleveniszapos rendszerek kezdeti idő­szakában volt általánosan használatos.

Fokozatos terhelésű módszer (Gould-rendszer). A szennyvizet a medence hosszának 2/3 részén megosztva, a recirkuláltatott iszapot a medence elején bevezetve az eleveniszap terhelése fokozatossá, az oxigénfogyasztás pedig egyenletesebbé válik. Az előző módszerhez viszonyítva nőtt az iszap adszorpciós képessége, valamint az iszapkor (az iszapszaporulat csökkenése következtében) és a tisztítóképesség. A ma már nem alkalmazott Kessener rendszer erre a módszerre épült, mechanikus felületi levegőztetési módot alkalmazva.

Fokozatos levegőztetésű módszer. Szerkezetileg ez a módszer a hagyományoshoz hasonlít. A medence elején pontszerűen bevezetett szennyvíz-iszap elegynek a medencehossz mentén adódó egyenlőtlen oxigénfogyasztását annak megfelelő légbevitel biztosítja. Ezért a medence elején az egységnyi hosszra jutó oxigénbeviteli diffúzorok száma nagyobb, majd a hossz mentén csökken. A módszer ma is széleskörűen alkalmazásra kerül.

Iszapregeneráló módszerek. Az eleveniszap bioszorpciós tulajdonságát kihasználva, meg­felelő hatásfokú BOI-eltávolítás érhető el rövid, pl. 30-60 perc levegőztetési idő és magas iszapterhelés mellett is, ha az utóülepítéssel elválasztott iszapot az eleveniszapos reaktorba visszavezetést megelőzően, külön medencében 2-4 óráig levegőztetjük a recirkulációs vona­lon. Ezen idő alatt az iszap regenerálódik. A nagymértékű fölösiszap elvétellel jelentős mennyiségű feldolgozatlan szervesanyag vezethető el a rendszerből iszapkezelés (biogáz előállítás) céljára. Nagy telepek esetén, mérsékelt befogadó követelmények (tengerpart) célszerűen alkalmazható megoldás. Kis telepeknél, toxikus hatások kivédésére is alkalmaz­ható módszer. Ma is alkalmazásra kerül különböző védett technológiai rendszerekben.

Sorbakapcsolt (kaszkád-rendszer). A szükséges reaktor-térfogat több részre osztásával és sorba kapcsolásával az egyes reaktor-részek eltérő üzemi (szervesanyag-terhelési) körül­mények közé kerülnek, így azonos feladat megoldásához kisebb reaktor össztérfogat szük­ségletet, ill. azonos térfogat mellett jobb hatásfokú tisztítást eredményez. Ilyen rendszerekben megszűnik a hidraulikai rövidre záródás lehetősége, ugyanakkor megnő az esetleges toxikus hatás veszélye a rendszer elején. A korszerű technológiai rendszerek ma is alkalmazzák a sorbakapcsolt (kaszkád) reaktorok módszerét.

Egyszerűsített módszerek. A műtárgyak számának csökkentésével, többfunkciós terek kialakí­tásával a kisebb telepek igényét lehet kielégíteni. Az alkalmazott hosszú levegőztetési idő miatt ez a módszer közelíti meg leginkább az ideális keverős tartályreaktor típusú folyamatot.  A megvalósítási formát tekintve ezek vagy oxidációs árkok vagy egyesített berendezések. Ide sorolható az egymedencés (SBR-rendszerű) tisztítás, amikor az egyes tisztítási részműveletek: szervesanyag-lebontás, ülepítés, dekantálás (tisztított szennyvíz elvezetés) stb. időben cikli­kusan egymást követően történnek. Az iszaprecirkuláció a reaktorban autorecirkuláció formá­jában valósul meg. (3-10.ábra.)

3-10.ábra. SBR-rendszerű tisztítás műveletsora

(1 - töltés és keverés, 2 - töltés, keverés és levegőztetés, 3 - keverés és/vagy levegőztetés, 4 -ülepítés, 5 - dekantálás és fölösiszap-elvétel)

Többszörös tisztítási módszerek. A folyamatok kaszkádszerű megismétlését az indokolja, hogy a hatásfok minden ciklusnak az elején jobb, mint későbbi fázisában. A többszörös tisz­títási technológiáknál mindegyik levegőztető medence után egy közbenső ülepítő készül és a recirkuláció az ülepítőkből a saját levegőztető medencéjükbe történik. A módszer az AB technológiában nyert részletes ismertetést és került ismert alkalmazásra. Az első fokozat rész­tisztítást nyújtó, nagyterhelésű, a második alacsony terhelésű nitrifikációs fokozat. Sorba kapcsolt rendszer eredő tisztítási hatásfoka (η_ö): 1-η_ö=(1-η₁)ˇ(1- η₂) . (1-η_n)

3.5.6. Szerkezeti és gépészeti kialakítás

Az eleveniszapos tisztítóberendezések műveleti egységei a levegőztető medence (reaktor), az utóülepítő (fázisszétválasztó) és az iszaprecirkulációs rendszer.

3.5.6.1. Levegőztető medencék

Üzemüket meghatározza az oxigénbeviteli és az átkeverést biztosító berendezés, ami hatással van a medence szükséges geometriájára (és szerkezetére). A műtárgynak és a levegőztető szerkezetnek szoros üzemi egységet kell alkotnia. A jó működéshez a magas tisztítási hatás­fokon túlmenően hozzá tartozik a kedvező energiafajlagos (az 1 kWh-ra eső bevitt oxigén mennyisége) és a medencefenéken mérhető minimálisan szükséges áramlási sebesség (kritikus fenéksebesség: 0,2 m/s) keltéséhez felhasznált villamosenergia alacsony értéke

A medence oxigénbeviteli és keverési (áramlásképzési) feladatait szét lehet választani.

Forgó vízhengeres levegőztetési-áramlási rendszer esetén az oxigénbeviteli és keverési funk­ciót egyaránt a levegő befúvás biztosítja.

3-11.ábra. Forgó vízhenger kialakulása levegő befúvásnál

Ennek az eszköztakarékos, az eleveniszapos rendszerek megalkotása óta (90 éve) üzemelő rendszernek hátránya a levegő buborékok és a víz egyirányú mozgása, aminek következtében a buburékok élettartama lerövidül, ez kedvezőtlenül hat az anyagátadási folyamatra.

Horizontális áramlási rendszerben, csatornamedencés kialakításnál a vízmozgás elméletileg nem tartalmaz függőleges irányú összetevőt, így a légbuborékok élettartama a levegőbefúvási mélység és a buborék felszállási sebesség hányadosaként adódik.

3-12. ábra. Horizontális áramlású levegőztető rendszer

Összevetve a forgó vízhengeres rendszerrel az anyagátadási hatásfok kedvezőbb, tekintettel a megnövekedett fajlagos fázishatár-felület értékre, ami a lassú felszállási sebesség (hosszabb buborék tartózkodási idő) miatt következik be. A jobb oxigénhasznosítás ebben az esetben külön áramlásképző gép beépítésével és üzemével valósul meg. A keverő és a levegő befúvás térbeli elhelyezését áramlási kisminta kísérletek eredményei és üzemi tapasztalatok alapján a 3-13.ábra szemlélteti.

3-13 ábra. A diffúzorok és az áramlásképző gépek elhelyezése horizontális rendszerben

Horizontális áramlási rendszerben, áramlásképző gép nélkül, padló levegőztetés kialakítással, (amikor a medencefenék csaknem teljes felületét légbefúvó elemmel beépítjük) speciális kon­vekciós cellák alakulnak ki, ami a forgó vízhengeres levegőztetési modell egy változatának tekinthető, ennélfogva a valós horizontális áramlású rendszerekénél alacsonyabb oxigénhasz­nosulás érhető el.

3-14. ábra. Padlólevegőztetésnél kialakuló áramláskép

3.5.6.2. Az oxigénbevitel eszközei, a levegőztető eszközrendszerek csoportosítása

Légbefúvásos levegőztető berendezések

finombuborékos, (fenékközeli porózus cső vagy lap, mindig nagynyomású, 0,4-0,55 bar);

perforáltcsöves, közép- vagy nagybuborékos, (felszínközeli befúvással kisnyomású (0,1 bar), fenékközeli befúvással közepes nyomású (0,2-0,3 bar).

Felszíni mechanikus levegőztető berendezések

vízszintes-tengelyű rotor;

függőleges-tengelyű levegőztető kerék (turbina).

Egyéb levegőztető berendezések

víz-levegő ejektorok;

kavitátorok;

mechanikus buborékaprítók (diszpergátorok).

Légbefúvásos levegőztető rendszerek

Finombuborékos nagynyomású rendszerek (mélylégbefúvás)

Ezeknél az oxigénellátás és keverés a reaktor (műtárgy, berendezés) fenék-közelében benyo­mott levegővel történik. A buborékképzésre porózus kerámia anyagból készült lemezek, csö­vek vagy perforált gumimembránok (tányér, cső vagy síkpanel), közös néven diffúzorok hasz­nálatosak.

3-15.ábra. Kerámia korong-diffúzor

A diffúzorok pórusai 20-100 mm méretűek. Eltömődésük ellen a befúvott levegőt por- és olajmentesíteni kell, de még így is elkerülhetetlen az időszakos tisztítás.

3-16.ábra. Kerámia csődiffúzor

A diffúzorokhoz általában csak a medence kiürítése után lehet hozzáférni, ami üzemeltetési szempontból hátrányos. A diffúzorok elhelyezése (fenék felületén egyenletes elosztás: padló­levegőztetés, vagy a medence hosszában a (válasz)falak mentén) a víz áramlási rendszerét, ezzel az oxigénbevitel és a keverés hatékonyságát alapvetően befolyásolja, ezért annak terve­zése műszaki-gazdasági elemzést igényel.

3-17 ábra. Finombuborékos, gumimembrános levegőztető panel

Perforáltcsöves, közép- vagy nagybuborékos rendszerek

Perforált csövek alkalmazásakor középbuborékos levegőztetés esetén a furatok mérete 0,5-2 mm, nagybuborékos levegőztetésnél 5-10 mm. A furatméret-választást a szennyvíz jellege, a dugulásveszély mértéke szerint kell megválasztani. A furat-, ezzel a buborékméret növelésé-

3-18. ábra. Diffúzor jelleggörbék

vel csökken az eltömődési veszély, a befúvó elem ellenállása és a víz-levegő határfelület, ennek eredményeként a fajlagos oxigénhasznosítás mértéke (a bevitel hatásfoka) is kisebb.

3-19.ábra. Üzem közbeni diffúzor-tisztítás lehetősége

3-20. ábra. Kémiai diffúzor tísztítás

A nagybuborékos, felszínközeli légbefúvás ismert megoldása az Inka rendszerű levegőztetés. Hosszirányú elrendezésű medencékben, a medence egyik oldalán kb. 80 cm mélységben 2,5-6,0 mm átmérővel perforált csőrácson levegőt fújnak be. Ezzel az elrendezéssel kialakul a forgó vízhenger, amit egy függőleges helyzetű válaszfal beiktatásával is elősegítenek.

A rendszer gazdaságosságát a kisnyomású levegőt (900-950 mm H₂O) szolgáltató radiálven­tillátoroknak a fúvógéphez viszonyított kisebb energiaigényén alapul. Üzemeltetési szem­pontból a légelosztó csőrácsozat könnyen kiemelhető és cserélhető kialakítású.

A légbefúvásos rendszerek oxigénkihasználása a befúvási mélység és a buborékátmérő függvénye. Ez utóbbi viszont a kilépő nyílás (pórus) méretététől függ.

Mechanikai levegőztető berendezések

Az utóbbi másfél évtizedben a korábban csaknem kizárólagosan használt mechanikai leve­gőztető eszközök alkalmazása visszaszorult, ami a kordivaton túlmenően a finombuborékos levegőztető eszközök könnyű elérhetőségével és jobb energetikai jellemzőivel magyarázható. Az energetikai szempontok különösen a közepes és nagy telepeknél játszanak döntő szerepet. A vízszintes tengelyű rotorok alkalmazása először a Kessener-medencékhez (1935-1980.), az oxidációs árkokhoz (1955-) majd a (bécsi-) csatornamadencés (1970-) rendszerekhez kötődik. Az utóbbi évtizedekben ezeken a helyeken is igyekszenek kiváltani a rotorokat: előbb füg­gőleges tengelyű aerátorokra, majd ejektoros vagy légbefúvásos-keverős megoldásokra.

Teljesoxidáció esetén a csekély oxigénbeviteli sebesség energiaigénye (gyakran csupán 5 W/m³) nem elégíti ki az ülepedésmentes áramláshoz szükséges energiaigényt, amely az előbbi érték 3-4-szerese. A kielégítő fenéksebesség és a gazdaságos oxigénbevitel összhangba hozása csak horizontális áramlás biztosításával lehetséges. Ez Ø80-1,00 mammutrotorok gyűrű alakú árokban való alkalmazásával valósulhat meg.

3-21. ábra. Vízszintes tengelyű levegőztető rotor hajtási rendszere

A függőleges tengelyű aerátorok, (kerekek, turbinák) alkalmazása az eleveniszapos szenny­víztisztításban és az utó- és tólevegőztetésben az 1970-es évektől kezdődően terjedt el ha­zánkban. A folyamatot elősegítette a berendezések hazai választéka, ami lényegében megfe­lelt az akkori műszaki színvonalnak és üzemeltetés-gazdaságossági elvárásoknak.

Különböző típusú függőleges tengelyű levegőztető szerkezetek jellemzője, hogy egyetlen motor-hajtómű-rotor egység akár 1.500-2.000 m³ víztér átkeverésére is alkalmas. Az ehhez szükséges medence kialakítása is egyszerű és több gép beépítésével akár 20.000 m³-es medencék is kialakíthatók, egyszerű négyzetes alaplemezhez csatlakozó függőleges oldal­falakkal. Ezáltal a fajlagos beruházási költség is jelentősen csökken.

A függőleges tengelyű aerátorok esetében a bevitt teljesítmény szivattyúhatást eredményez ami a vízáram cseppekre bontását és a víztükör felületére terítését, a víztestben pedig áramlás kialakulását végzi.

3-22.ábra. Függőleges tengelyű aerátor áramlásképzése

A bevitt O₂ bizonyos határok között a szivattyúzási kapacitással ill. a befektetett teljesit­ménnyel arányos. A turbina kerületi sebességének optimuma hasonlóan a rotorokéhoz 5,5 m/s érték közelében található, ami meghatározza az átmérőhöz tartozó fordulatszámot. A kerék­átmérőhöz és a bemerülési mélységhez tartozó OC-értékeket a gyártó cégek katalógusai általában grafikusan tartalmazzák. Az oxigénbevitel a medence geometriai formájának is függvénye.

3-23 ábra. Úszókra szerelt levegőztető kerék

3-24. ábra. Víz-levegő ejektor (EMU) elhelyezése

Egyéb levegőztető berendezések

Ebbe a csoportba a legkülönfélébb levegőbeviteli eszközök tartoznak. Az innováció, a felta­lálói-fejlesztői tevékenység számos különféle eszközt alkotott, fejlesztett ki, amelyek egyen­kénti tárgyalása lehetetlen. A főbb csoportok a működés rendje szerint:

Víz-levegő ejektorok

A primer vízsugár keltette vákuum szekunder közeg - esetünkben levegő - beszívását ered­ményezi a célszerűen kialakított konfuzor-keverőcső-diffuzor csőben. Az intenzív turbulencia hatására az ejektor folyamatban a közeg oxigénnel telített állapot közelébe kerül. A diffu­zorból (esetleg toldócsőből) kilépő víz-levegő elegy a víztesten átbuborékolva további oxi­génbeviteli és keverő hatást eredményez. A folyamat paraméterei: a fúvóka sebesség: 8-15 m/s, a konstrukciós tényező (a keverőcső és a fúvóka méretviszonya) és a bemerülési mély­ség. Az alkalmazás gazdaságossága horizontális áramlási rendszerben kielégítő, amit fokozni lehet kisnyomású, gépi levegő rátáplálással.

Kavitátorok

A gravitációs levegő beszívást forgó mozgással keltett depresszióval idézi elő. A beren­dezések elhelyezése lehet vízfelszín közeli vagy fenékközeli. Kisnyomású levegő rátáplálás az oxigénbevitel gazdaságosságát javíthatja.

Kombinált levegőztetési rendszer

A buborékok belépő nyílása felett olyan forgó lapátkoszorú helyezkedik el, ami a nagy buborékokat felaprítja és egyben vízszintesen szét is szórja.

Számos egyéb konkrét célra kidolgozott megoldás létezik.

3-25.ábra. Víz-levegő ejektor kialakítása (ITT-FLYGT Flo-Get 303-37 típ.)

3.5.6.3. Kompakt- és kisberendezések

A kompakt tisztító berendezések (zsebtelepek) világszerte számos változatban, sorozatban gyártott, gyorsan felszerelhető, gépi üzemű berendezések. Külföldön akár 5.000 LEé-ig (ná­lunk egy nagyságrenddel lejjebb, kb. 500 LEé-ig) használatosak, így kistelepülések, lakó­tömbök, üdülőtelepek, kempingek, iskolák, kórházak, szanatóriumok stb. esetében csator­napótló megoldásként szolgálnak.

3-26. ábra. Kavitátoros levegőztető

Általában biológiai tisztításra, de megfelelő módosításokkal utótisztításra is alkalmasak.

A kisberendezések tisztítási technológiája általában a nagyobb telepeken szokásos módszerek valamelyikét követi. Jellemzőjük a többfunkciós térkihasználás, autorecirkulációs rendszer alkalmazása, akár egyetlen szivattyú mint átemelő, keverő, levegőztető recirkuláció és fölös­iszap-elvételi eszközkénti alkalmazása.

A kisberendezések az alkalmazott tisztítási és iszapkezelési technológia alapján a következők szerint osztályozhatók:

- hagyományos kisterhelésű eleveniszapos tisztítás, anaerob iszaprothasztással, kétszintes ülepítőben;

- teljesoxidációs eljárás (egyidejű aerob iszapstabilizálással);

- teljes biológiai tisztítást és tápanyag eltávolítást biztosító többfokozatú rendszerek. Valamennyi módszerre készülnek berendezések.

3-27.ábra. Kompakt eleveniszapos tisztító (Purator)

3.6. Természetközeli szennyvíztisztítás

A természetes (természetközeli) körülmények között végzett szennyvíztisztítási eljárások al­kalmasak a szennyvíztisztítás mindhárom fokozata (mechanikai, biológiai és utótisztítás) feladatainak ellátására.

Ugyanazon mikroorganizmus csoportok végzik a szervesanyag-lebontást és a kapcsolódó biológiai nitrogén-átalakítási folyamatokat mint a műtárgyas rendszerekben. Alapvető kü­lönbség ezen mikroorganizmusok térfogatbani mennyiségében és a működés külső körül­ményeiben ill. az algák oxigéntermelő képességének hasznosításában jelentkezik. Alacsony terhelési értékek és kedvező körülmények között magas tisztítási hatásfok a jellemző ezekre a rendszerekre. A módszerek csoportosítása:

3.6.1. Szennyvíztisztító tavak

A szennyvíztisztító tó olyan biológiai tisztítást nyújtó tó, ami a baktériumok és algák kölcsönös tevékenységét hasznosítja. A baktériumok a szennyvíz szervesanyagait biokémiai úton oxidálják, miközben a széndioxidot és egyéb anyagcsere-termékeiket a vízbe juttatják. A klorofillal rendelkező algák ezen anyagcsere-termékek egy részét, a szervezetük felépítéséhez a napenergiát felhasználva redukálják, miközben a vízbe a baktériumok tevékenységét segítő oldott oxigént juttatnak (fotoszintézis).

A tavak a bennük lejátszódó domináns lebontási folyamat jellege szerint feloszthatók:

- anaerob,

- fakultatív,

- aerob tavakra.

Anaerob tavakban a lebomlás szabad oxigén nélkül játszódik le. Az ilyen túlterhelt tó ala­csony hatásfokú és inkább csak a darabos, lebegő szennyezőanyagok feltárására, részleges lebontására és ülepítésére szolgál. Mint ilyent, gyakran a fakultatív szennyvíztisztító tó elé helyezik, és ilyenkor az előtisztítást biztosítja. Mélysége 2,50-4,0 m vagy ennél is nagyobb, hogy a rothadást kedvezőtlenül befolyásoló hőveszteség kisebb legyen. Az anaerob tó nem feltétlenül terjeszt erős bűzt, mert egyrészt a tó felületén kialakuló uszadék, majd kéreg elősegíti a biogázban lévő kénhidrogén oxidálását, ezzel a szaghatás csökkentését, másrészt, ha lúgos kémhatatású (metános) erjedés dominál (a tó beállása után), úgy a kénhidrogén ol­datban marad. Kedvező szélirányban is azonban az 1000 m-es védőtávolság tartása indokolt.

Fakultatív tavakban az aerob és anaerob viszonyok egyidejűleg jelentkeznek. Az ilyen tóban két, egymás feletti, jellegzetes réteg található. Az alsó az anaerob, a felső az aerob zóna. A mikroorganizmusok egy része, az elhalt algák, az érkező majd adszorbeált, illetőleg asszi­milált szervesanyag egy része, mint iszap a tó fenekére ülepszik, ott fenékiszapot képez. A tó felső rétegében tehát még aerob, míg a fenék közelében már anaerob lebomlás folyik és az anyagcsere termékek keveredése folytán kicserélődnek, ill. az anaerob lebomlás köztes termékei az aerob zónában oxidálódnak vagy a fenékiszapban akkumulálódnak. Az ilyen működés feltételei, hogy a vízmélység 1,5-2,5 m közé essen és iszapréteg képződjön a fenéken. A fakultatív tóból elfolyó víz minősége terhelés és hőmérséklet függő.

A fakultatív tó üzeme mesterséges levegőztetéssel intenzifikálható. A bevitt fajlagos energia értékétől függően közelíthető a teljesoxidációs tisztítás. Ilyenkor a tóból az eleveniszap eltá­vozásának megakadályozására a sarokövezetben célszerűen lemezes fölöző berendezést he­lyeznek el vagy ülepítő(tavat) építenek a technológiai sorba, amelyből a biomasszát recirku­láltatni kell..

Aerob tavakban minden lebontódás aerob mikroorganizmusok tevékenységének eredménye. A tóban az aerob miliő fenntartása, azaz a biokémiai oxigénigény kielégítése a vízfelszínen történő természetes levegőzés útján és az algák fotoszintézisén alapuló oxigéntermelésen keresztül valósul meg. Ennek az állapotnak a fenntartásához az szükséges, hogy a fény a fenékig lehatoljon, ezért a tó mélysége legfeljebb 90 cm lehet, és a keveredés biztosított legyen. Magasabbrendű zöld növényzet is kialakulhat a tóban.

Az egyes, működésükben eltérő tavak sorba, vagy vegyesen kapcsolva szennyvíztisztító tórendszert képeznek, ami alkalmas lehet települési vagy ipari szennyvíz tisztítására. Ez utóbbinál a meleg szennyvizek, vagy az időszakos kibocsátású szennyvizek tisztítása jöhet elsősorban számításba.

A szennyvíztisztító tórendszerrel együttműködő halastavas tisztítórendszer is kialakítható. A tórendszer öntözéses hasznosító-, vagy gyökérmezős tisztítórendszerrel is együttműködhet.

3.6.2. Gyökérmezős szennyvíztisztítás

Egyesíti a szennyvíztisztító tavak és a magasabbrendű növényzet szennyvíztisztításra gya­korolt pozitív hatását. A magasabbrendű zöld növények nem csupán a növényi tápanyagok (N és P) eltávolítását segítik, hanem csöves-üreges szerkezetük révén részt vesznek a mélységi oxigéntranszportban is. További igen figyelemre méltó adottság a nád mobilis gyökérterében megtelepedő biomassza, ami a szervesanyag lebontás, a nitrifikáció és a szimultán denit­rifikáció lehetőségét is hordozza. Célszerűen kialakított nádágyas tisztítórendszerek kutatása, üzemi bemérése jelenleg folyik több helyen az országban.

3.6.3. Szennyvíztisztítás talajban

A mezőgazdasági hasznosítás nélküli, talajban végzett szennyvíztisztítás célja a biológiailag tisztított szennyvíz további biológiai tisztítása, szűrése és elhelyezése a talajban.

A szikkasztó, szivárogtató feladata az oldómedencében (t=3 d), vagy részleges biológiai tisztítás is nyújtó, 10 napos tartózkodási időre (t=10 d) tervezett bővített oldómedencében kezelt szennyvíz aerob biológiai hártyán átszűrődést követően a talajba bevezetése és elhelyezése úgy, hogy a talajvíz káros szennyeződése ne következzék be. Ennek általános feltétele a megfelelő mélységű előtisztítás és a szivárogtató-szikkasztó rendszerben az aerob biológiai hártya működési feltételeinek biztosítása. Ez szellőzéssel és a terhelés korlátozásával (tervezett értékének betartásával) valósítható meg.

3-28.ábra: Oldómedence (gyakran alkalmazott) kialakítása

A szikkasztó berendezések közül a legkedvezőbb a szikkasztó alagcsőhálózat, mert az elszik­kasztott szennyvíz legnagyobb részét a hálózat feletti növényzet hasznosítja.

A szikkasztó rendszer részei: adagoló- és elosztó berendezés valamint a szikkasztó alagcső (drén) hálózat. Az adagoló- és elosztó berendezés működésénak követelménye, hogy a szik­kasztóhálózat valamennyi ága közel azonos vízmennyiséget kapjon.

Természetes és mesterséges talajszűrő

A talajszűrő és a homokszűrő árok (vagy külön műtárgy) feladata az előkezelt szennyvíz további tisztításában kettős: a már tisztított szennyvíz biológiai utótisztítását végzi, továbbá a talajbaktériumok közreműködésével a szennyvizet fertőtleníti. A megszűrt víz ezután élő­

vízfolyásba vagy valamilyen belvízlevezető csatornába bebocsátható. A talajszűrő lehet természetes, amikor a természetes állapotú szemcsés talajba csak be- és kivezető alagcsöveket helyeznek, és lehet mesterséges, amikor a szűrőágyat szemcsés anyagból talajcserével alakít­ják ki. (3-29.ábra.) A homok- és talajszűrés a kórokozó baktériumok számát mintegy 90-99%-3-29.ábra. Homokszűrő árok kialakítása

kal csökkenti. A homokszűrő árkok szokásos méretei: az árkok szélessége 80 cm, a szűrőréteg legalább 70 cm vastagságú iszapmentes, 0,5-2,0 mm szemcsenagyságú kvarchomok, a gyűjtő alagcsövek a terepszint alatt kb. 1,0 m mélységben, egymástól legfeljebb 1,0 m távolságban vannak, egy-egy ág hossza maximum 25 m. Korszerű konstrukciók műanyag dréncsöveket használnak, ami a fektetést lényegesen gyorsítja.

Szűrőmező

Speciális, drénezett talaj(homok) szűrő. A tisztítás létrejötte ennél a módszernél több folyamat (ülepítés, pehelyképződés, biológiai hatás, szűrés) együttes eredménye. Az általában mechani­kailag, esetleg részben biológiailag is tisztított szennyvizet a legfeljebb 0,4 ha területű szűrő­mezőre adagoljuk, ahol legfeljebb 0,2 m vastagságban szétterül a felületen, majd beszivárog. Öntöző terület biztonsági területeként, vagy ideiglenes szennyvíztisztító létesítményként is szolgálhat a védőtávolság figyelembe vételével.

3.6.4. Mezőgazdasági hasznosítással egybekötött szennyvíztisztítás

Az agronómiai, környezetvédelmi és közegészségügyi követelmények együttes figyelembe­vételével végezhető. A tervezésnél a víz-, a szervesanyag-, a növényi tápanyag (N és P) ter­helést összhangba kell hozni az agrotechnikai követelményekkel, valamint nehézfémek tekin­tetében meg kell határozni a területre releváns nehézfém szennyezőt és a hasznosítás idő­horizontját.

A szennyvízöntözési módok mindegyike a valamilyen mértékben már tisztított szennyvízben maradó szennyezőanyagokat juttatja a talajba. A növényi tápanyagok a talajban közvetlenül hasznosulnak. Az öntözött terület 100 LEé/ha terhelése mellett a szennyvízben lévő táp­anyagok (irányszámként) a következőképpen hasznosulnak: foszfor 100%-ban, nitrogén 75%-ban, kálium 70%-ban.

4. Szennyvíz-utótisztítás (harmadik tisztítási fokozat)

A felszíni vizek védelme a növényi tápanyagoktól (N és P) és a mikroszennyező anyagoktól az utóbbi időben egyre inkább előtérbe kerül. Ezeknek az anyagoknak a kívánt mértékű eltá­volítására kifejlesztett eljárások alkotják a harmadik szennyvíztisztítási fokozatot. Ez a tisz­títási fokozat a biológiai tisztítás után a szennyvízben maradt ásványi növényi tápanyagok: nitrogénvegyületek és foszforsók, a lebegőanyagok és az oldott, rezisztens szerves vegyü­letekkel teli mikroszennyező anyagok bizonyos fokú eltávolítását célozza.

A harmadik tisztítási fokozat beiktatására a biológiai tisztítási fokozat után a szennyezésre érzékeny befogadók védelme, a víz újrahasználata, vagy a közegészségügyi veszélyek kikü­szöbölése céljából kerül sor.

4.1. Növényi tápanyagok (N és P) eltávolítása a szennyvízből

A növényi tápanyagok a tavakban, tározókban, lassan folyó vizekben eutrofizálódást okoz­hatnak. Az eutrofizálódás a primer produkció (növényi túlburjánzás, hínárosodás, algásodás) időbeni erősödéséhez vezet, aminek következményeként (a szervezetek elhalásakor) oxigén­hiányos állapot (halpusztulás) következhet be, továbbá íz- és szaganyagok képződhetnek, ami a víz további felhasználását, tisztítását megnehezíti.

Az algák sejtjei általánosságban a C_aH_bO_cN_dP összegképlettel írhatók le. Ha a víz a fenti legfontosabb elemekből megfelelő mennyiséget tartalmaz, akkor a növényi mikroorganizmu­sok sejtanyagai létrejönnek és anyagcsere-tevékenységet folytatnak. A növényi tápanyagok közül a limitáló, (minimum) faktor szerepét általában az oldott formában lévő foszfor tölti be.

A tisztítási eljárások célja

A tápanyagforrások gondos, számszerű mérlegelésével dönthető csak el, hogy az eutrofizá­lódás megakadályozása céljából melyik komponens eltávolítása vezet eredményre.

Általában a foszfor természetes forrásai a szűkösebbeek, így számos esetben a felszíni vízre nézve ez az eutrofizálódást limitáló elem.

4.1.1. Foszfor-eltávolítás

A foszfor szennyvízben előforduló formái: sejtben kötött szerves foszfor, komplex szervetlen foszfát, oldható szervetlen ortofoszfát-ion.

4.1.1.1. A foszfor-vegyületek kicsapatása

A szennyvíztisztítás első és második fokozatában elérhető foszforeltávolítás az érzékeny befogadók védelme szempontjából nem elegendő. A biológiai iszapba beépüléssel az átlagos szennyvíz foszfortartalmának csak 20-35%-a távolítható el. Ezért válik szükségessé, hogy a foszfor-vegyületeket az utótisztítási fokozatban kémiai kicsapatás révén, vagy a biológiai tisztítási fokozatba integráltan, biológiai úton távolítsuk el.

A kémiai kicsapatás során az adagolt reagens vegyszerek az ortofoszfáttal gyakorlatilag oldhatatlan sókat alkotnak. Alkalmazott kicsapószerek: alumíniumszulfát, poli-alumínium­klorid, vasklorid, vas(II)- és vas(III)-szulfát, továbbá a mész (CaO vagy Ca(OH)₂ formában). A foszfátkicsapás technológiai rendszeren belüli helye szerint lehetséges (4-1. ábra):

Előkicsapás. A kicsapószer a szennyvíztisztító telep előtti csatorna tisztítóaknába, a homok­fogóba vagy az előülepítő elé adagolható. Berothadt állapotú, sok szulfidot tartalmazó szenny­víz esetén célszerű az adagolást a légbefúvásos homokfogó utáni pontra helyezni. Külön kicsapó medence alkalmazása nem szükséges. A kémiai kezelés az eleveniszapos medencében lejátszódó folyamatokat is befolyásolja: kedvező esetben a szerves (BOI₅) terhelés akár 50%-kal is csökkenhet, ellenben a fölösiszap térfogata 25%-kal nőhet. Ezt a techno­lógiát túlterhelt, vagy fejlesztést megelőző állapotban lévő települési szenny­víztisztító telepek, vagy ipari szennyvíz előkezelés esetén alkalmazzák.

Szimultán-kicsapás. A kicsapószert közvetlenül a biológiai tisztítást nyújtó műtárgyba (le­vegőztető medence utolsó harmadába) adagolják. A biológiai reaktor magas iszapkoncent­rá­ciója miatt a szükséges kicsapószer-adag az elméletileg szükségesnél nagyobb. Több iszap képződik és a vas­iszap a recirkulációs rendszerbe kerül. A vas adagolása révén képződő vasfoszfátok és -hidroxidok beépülve az iszappelyhekbe javítják az iszappelyhek ülepedési tulajdonságait. Ez a technológia széles körben alkalmazásra került fejlett vízvédelemmel rendelkező országokban is (Németország, Ausztria stb.), ahol korábban kiépült biológiai tisztító rendszerek egyszerű kiegé­szítéseként alkalmazzák, az idők folyamán megszigorított kibocsátási határ­értékekre tekintettel.

Közbenső kicsapás. Az utóülepítő előtt, külön utólevegőztető és vegyszerbekeverő medencébe történik a kicsapószer adagolása. A rosszul oldódó vasfoszfát az utóülepítőben kiülep­szik együtt az eleveniszappal. Egy része a fölösiszappal eltávozik a rendszerből. A többi rész a recirkulációval visszakerül a biológiai reaktorba, ahol stimuláló hatást fejt ki.

Olyan esetekben kerül sor ennek a technológiának az alkalmazására, ahol egyéb okokból egyébként is utólevegőztetést alkalmaznak.

Utókicsapás. A kicsapás a biológiai tisztítási fokozat után következik. A kicsapószer itt a biológiai folyamatokat nem befolyásolja. A kicsapószer adag alacsony, a jól szűrhető alumínium tartalmú kicsapószerek előnyösen alkalmazhatók. Ezzel a módszerrel érhető el a legjobb garantált eredmény. Az utókicsapás eredményeként csökken a kezelt víz lebegőanyag, szervesanyag, mikroszennyező és többpontos klórozás alkalmazásával jelentős mérték­ben a baktérium tartalma.

4-1 ábra. Alkalmazott kémiai foszfor-kicsapatási technológiák

Szimultán foszforkicsapatás

A kicsapószert a levegőztető medencébe adagoljuk. Kicsapószerként vas(II) vagy vas(III) sókat alkalmazunk. A foszfor kémiai úton történő eltávolítása több, kémiai és fizikai-kémiai folyamat összességeként adódik: csapadékképzés, adszorpció a hidroxidok felületén, agglo­me­rációs és ioncserés folyamatok; végül a megkötött foszfor a fölösiszappal kerül ki a rendszerből.

A szükséges vegyszeradag: 1 3 mol Fe 1 mol P-ra.

A gyakorlatban a foszforeltávolítás 5,5£pH£7,0 tartományban megy végbe eredményesen. A szennyvíz alacsony lúgossága esetén a pH³5,5 fenntartásával előnyösen adagolható NaAlO₂ (nátrium-aluminát) vagy Fe kicsapószerek CaO-adagolással kie­gészítve. Elérhető P-eltávo­lí­tási érték: 75 85%, ami megfelel 1 2 (g P/m³) koncentrációnak a tisztított (ülepített) szenny­­vízben. A tisztított szennyvíz szűrésével elérhető 0,5 (g P/m³) érték is.

Kétvegyértékű vassók adagolása esetén, az oxidációhoz szükséges oldottoxigén-fogyasztást is figyelembe kell venni: kb. 0,15 (g O₂/g Fe²⁺).

A szimultán foszforeltávolítás előnyei az utó P-kicsapatáshoz képest:

alacsony beruházási költség;

kicsi helyigény;

jó ülepedő- és adszorpció-képességű eleveniszap.

Hátrányok:

nagyobb P-koncentráció az elfolyó (tisztított) szennyvízben;

az optimális vegyszeradag megállapítása nehezebb, az eleveniszappal létrejövő inter­akció következtében;

a kicsapó vegyszer nem nyerhető vissza.

Az összes szimultán P-kicsapatási költség 75%-a üzemeltetési jellegű. A megkötött foszfor fel­­­szabadulása a további (anaerob) sta­bilizációs folyamatban nem jelentős.

4.1.1.2. Biológiai foszforeltávolítás

A biológiai szennyvíztisztítás folyamatában a szerves foszforvegyületek ortofoszfátokká alakulnak át (oxidálódnak). A szennyvízben lévő foszfor egy részét a fejlődő biomassza asszi­milálja, azonban a megmaradó foszfor mennyisége (koncentrációja) a települési szennyvizek esetén jelentős marad.

A biológiai foszforeltávolítás viszonylag új technológiai eljárásai azon a megfigyelésen alapulnak, hogy az eleveniszap ciklikusan váltakozva anaerob és aerob viszonyok között foszforakkumulációt mutat, ami meghaladja azt a mértéket, ami normális növekedési-szapo­rodási feltételek mellett, hagyományos eleveniszapos rendszerekben bekövetkezik.

Foszforeltávolítás az aerob biomassza normális növekedési feltételei mellett

Az asszimilációs úton eltávolított foszfortömeget a fölösiszapban lévő foszfor jeleníti meg. Az elemi biomassza összetételét elfogadva  C₆₀H₈₇O₂₃N₁₂P összegképlettel a foszfor aránya a biomasszában 0,023. Amennyiben ismert az iszapszaporulat (SDX₁), számítani lehet a tisz­tított szennyvízben maradó foszforkoncentrációt (P_e):

P_e=P₀-w SDX_a/Q₀

Példa: P₀=8,59 (g/m³)

SDX₁=570 (kg sz.sza./d)

Q₀=10.000 (m³/d)

P_e=8,5 570 000/10 000=7,19 (g/m³)

A SDX₁/Q₀ arány (fajlagos iszapszaporulat) annál nagyobb, minél rövidebb az iszapkor. Az iszapkor növelése ennélfogva a foszfor asszimilatív eltávolításának csökkenését eredményezi.

Akkumulatív foszforeltávolítás

Kísérletileg igazolt, hogy bizonyos körülmények között, az eleveniszapos levegőztető meden­cét megelőzve egy anaerob medencével, az utóülepítőbe áramló eleveniszapban megnöve­kedett foszfortartalmat tapasztalhatunk.

Az anaerob medencében az ortofoszfátok felszabadulnak az iszapból és oldatba mennek át. Az így felszabadult ortofoszfát, átkerülve az anoxikus vagy aerob medencébe, könnyen asszi­milálódik. Néhány alapvető fontosságú megfigyelés:

Meghatározott levegőztetési intenzitás alatt a foszforasszimiláció gyengül csökken az el­távolítás mértéke (a biomasszába beépülő foszfor mennyisége).

Az ortofoszfát-akkumuláció sebessége (a korábbi felszabadulás után) lineáris kapcso­lat­ban van a működő biomassza mennyiségével.

Nem találtak egyszerű kapcsolatot az anaerob medencében mérhető redox-potenciál és az ortofoszfát-felszabadulás beindulása között.

Gyors ortofoszfát felszabadulást figyeltek meg abban az esetben, ha az anaerob medencé­ben könnyen bontható oldott szervesanyag volt jelen.

A foszforfelvétel akkor következik be, ha előzőleg megtörtént felszabadulása vegyüle­teiből, és a medencében van oldott vagy kötött oxigén (pl. nitrát).

Az anaerob medencébe adagolt, könnyen bontható szervesanyag (acetát, glükóz) javítja a foszforeltávolítás hatásfokát.

Az akkumulációs folyamathoz elengedhetetlen az anaerob/aerob vagy anaerob/anoxikus feltételek vál­takozása. Ha ilyen technológiai rendszeren belül megszüntetjük az anaerob körül­mé­nyeket (pl. nitrát-recirkuláció hatására), az akkumulációs folyamat azonnal csök­kenni fog.

A foszfor beépül a biomasszába ill. megkötődik az eleveniszap-pelyheken.

Az akkumulációs foszforeltávolítással üzemelő technológiai rendszerekben megfigyelhető az Acinetobacter intenzív szaporodása, amelyek akár testtömegük 20%-áig képesek poli­foszfátokat akkumulálni szervezetükben. Obligát aerob baktérium, mégis az anaerob me­den­cén áthaladása elősegíti konkurrenseinek kiszelektálódását, ezáltal dominanciája kiala­kulását. Hasonlóképpen, az acetátok elősegítik fejlődésüket, annak ellenére, hogy szubszt­rátumként anaerob körülmények között elérhetetlenek számukra.

A biológiai foszforakkumuláció elvén működő technológiai rendszerek

Phostrip-eljárás

Ebben az eljárásban az anaerob (foszforoldó) medence, amelyben a foszfátok felszabadítása történik, hasonló kialakítású a gravitációs sűrítőkhöz. Az utóülepítő iszapjából az iszapot teljes vagy rész-mennyiségben ebbe az anaerob medencébe vezetjük, ahol az esetleges oldott­oxigén-tartalom (a sejtlégzés hatására) gyorsan elfogy. Nitrifikációs eleveniszapos tisztítás­technológia alkalmazása esetén, itt az anerob medencét denitrifikáló medence előzi meg. A foszfor-tartaléktól megszabadult eleveniszapot recirkuláltatják a levegőztető meden­cébe. Az iszapvizet mésszel kezelik, és a foszfor kicsapódása után a foszformentesített iszap­víz az előülepítő elé kerül. Ezzel a technológiával P<1 (g/m³) érhető el.

Kétfajta anaerob medence típust használnak:

1. Recirkulációs medence

A medence zsompjából az iszapot recirkuláltatják a medencébe betáplálandó eleveniszap­hoz. Ezáltal növelhető az iszapvíz foszfáttartalma, ill. csökkenthető a foszformentesített iszap re­cirkulációja által okozott foszforterhelés a levegőztető medencében.

2. Függőleges áramlású (fluid reaktor), iszapátmosással

Iszapmosáshoz előülepített vagy tisztított szennyvizet lehet felhasználni, esetleg a meszes ki­csapatás utáni iszapvíz recirkulációjával oldható meg. A mosóvíz ennek megfelelően függő­legesen folyik át a medencén, az abban lévő iszaprétegen keresztül, biztosítva a felszabadult foszfor transzportját. A tartózkodási idő a reaktorban 4 10 (h).

Phoredox (és belőle leszármaztatott) eljárások

Az eljárások vázlatát a ábrák szemléltetik. Közös jellemzőjük a biológiai foszfor- és nitro­gén-eltávolítás. Jelentősebb működésbeli eltérést csak az eredeti Phoredox technológia mutat, ugyanis a nitrát nagyon alacsony szintre eltávolításához utó-denitrifikáló medencét alkalmaz, sejtből származó szervesszén-forrás felhasználásával és utó-levegőztetéssel. Ha nincs kellő denitrifikációs hatás, akkor a recirkulációs iszapban lévő maradék nitrát-tartalom komoly működési zavart okoz a biológiai foszforeltávolítási folyamatban.

A sejtekben akkumulált foszfor eredményes felszabadulását az anaerob medencében (és következésképpen az egész foszforeltávolítási technológia hatékonyságát) döntő mértékben befolyásolják az anaerob medencében a mikroorganizmusok által elérhető, könnyen bontható oldott szervesanyagok. Az anaerob medencébe táplált nitrátok és oldottoxigén hatására, a könnyen bontható, oldott szervesanyagok koncent­rációja csökken, ami nehezíti az akku­mu­lációs foszforeltávolítási folyamatot. A Phoredox techno­lógia alkalmazása gazdaságos (elér­hető P_e<1,0 g/m³; ha IK£25 d), a­mennyiben a bioló­gi­ai tisztítási foko­zatra érkező szennyvízben KOI_k/SN³ 14,3, BOI₅/SN³ 6,4. Ez a feltétel gyakran teljesül a nyers települési szennyvízre, viszont csak nagyon ritkán a mechanikailag tisztítottra (KOI_k/SN<10, BOI₅/SN <

A 4-2/c ábrán bemutatott UCT technológia függet­leníti az anaerob medence üzemét a recirkulációban lévő nit­rátnitrogén-tartalomtól, mivel az iszapot az anoxikus me­­dencéből (ahol a nitrátnitrogén-tartalom a­lacsony) j 1,0 recirkulációval juttatja az anaerob me­­dencébe. Ha időszakosan megnövekedne a nitrát­nitrogén-koncent­rá­ció (pl. a SN érték időszakos/cik­likus megnövekedése mi­att a tisztított szenny­vízben), akkor a b belső recir­kuláció csök­kentésével lehetne kompenzálni a kedve­zőt-

4-2. ábra. Akkumulatív P-eltávolítási technológiák

len hatást. Ezzel a módszerrel az ana­erob medencében optimális foszforeltávo­lítási feltételek teremthetők meg, ha KOI_k/SN³7,1, (BOI₅/SN³3,2). Amennyi­ben KOI_k/SN<7,1, (BOI₅/SN <3,2), a nitrát-nitrogén koncentrációja a tisztított szennyvízben olyan magas, hogy maga az a-recirkuláció annyi nitrátnitrogént szállít, hogy kimeríti az anoxikus medence denitrifikációs lehetőségét. A belső recirkuláció (b) további nitrátnitrogént szállít, ami a denitrifikációs medencében a nitrát­nitrogén koncentráció emelkedéséhez vezet. Ezért a j-recirkulációval nitrátnitrogén jut az anaerob medencébe, ami a fokozott foszforeltávolítás visszaeséséhez vezet. b 0 eset az anoxikus medencében a nitrátnitrogén-koncentráció szabá­lyozásának feladását jelenti, aminek következménye, hogy minden további kedvezőtlen KOI_k/SN arány a j-recirkulációval az anaerob medencébe vezetett nitrátnitrogén mennyiségét növeli, ezzel a fokozott foszforeltávolítást akadályozza. (A közölt KOI_k/SN 7,1 határeset valós viszonyok között ritkán fordul elő, még mechanikailag tisztított szennyvíz esetén is.) A belső recir­kuláció (b) csökkentése abból a célból, hogy alacsony szinten legyen tartható a nitrátnitrogén-koncentráció az anoxikus medencében, a KOI_k/SN érték csökkenése miatt, a valós tartózkodási idő megnövekedéséhez vezet a denitrifikációs medencében: T₂/(1+a b j). Nagy szervesanyag-tartalmú szennyvíz esetén (KOI_k>500 g/m³), KOI_k/SN<9,1, (BOI₅/SN <4,1) mellett a valós tartózkodási idő hosszabb, mint 1 h, ami lerontja az eleveniszap üle­pedési tulajdonságait. (Eddig még nem tisztázott okokból, a V₃/Q₀ számított és a valós tartózkodási idő hossza nincs káros befolyással az eleveniszap ülepedési tulajdonságaira.)

Ennek a kellemetlen hatásnak a kiküszöbölésére az UCT technológiát módosították (4-2/d ábra), felosztva az anoxikus reaktort két részre. Az egyik rész térfogata akkora, hogy a tisztító­rendszer teljes iszaptömegének 0,1 0,12 részét tartalmazza. Az anoxikus iszaptömeg többi része: (0,88 V₂ X _a2 a másik részben helyezkedik el. Mivel a második rész el van különítve az elsőtől, a b-recirkuláció megválasztásával elérhető, hogy a valós tartózkodási idő ne haladja meg az egy óra időtartamot. Ennélfogva a technológiai folyamat kézbentartása könnyebbé válik, mint az UCT technológiában. Tekintettel az első anoxikus tér viszonylag kis térfogatára, az a-recirkuláció a nitrátnitrogén-tartalom megnövekedését idézheti elő, már KOI_k/SN<9,1, (BOI₅/SN<4,1) értéknél, ami viszont a fokozott foszforeltávolításra hat negatí­van. Ez a határérték tehát a módosított UCT technológia alkalmazási feltétele, egyben ára a b-recirkuláció "lazább" alkalmazhatóságának.

<KOI_k/SN< <BOI₅/SN<4,1) esetén az UCT technológia alkalmazható, de számolni kell az eleveniszap gyengébb ülepedési tulajdonságaival.

Egyéb tervezési és üzemeltetési szempontok

Az anaerob viszonyok fenntartása az anaerob medencében rendkívül fontos. El kell kerülni a nyers (mechanikailag kezelt) szennyvíz és a recirkulációs iszap levegőztetését. Szükségtelen az intenzív keverés: 4 W/m³ keverési teljesítmény elegendő. Elősegíti a folyamatot a rothasz­tó dekantált iszapvizének bevezetése a medencébe, ami továbbá könnyen bontható, oldott szervesanyagot szolgáltat, javítva ezzel a foszforeltávolítást.

Az anoxikus körülmények fenntartása a denitrifikáló medencében ugyancsak fontos, azt a levegőztető meden­céből a β-recirkulációval visszavezetett nitrifikált szennyvíz-eleveniszap elegy magas oldott­oxigén tartalma veszélyezteti.

Levegőztető medence: gazdasági és technológiai okokból is elkerülendő a túllevegőztetés. Az automatikán az oldottoxigén-koncentráció középértékét a hőmérséklet függvényében kell beállítani, ill. jellemző hőmérsékleti időszakonként a műszer hitelesítésével egyidejűleg kell új értéket állítani.

Utóülepítők. Körültekintő tervezés és üzemeltetés szükséges. Az iszap magas foszfor­tartalma miatt az elúszó iszap lerontja a tisztítás eredményét. Folyamatos iszapeltávolítás alakalma­zá­sa, vagy rövid iszaptartózkodási idő betartása a műtárgy zsompjában (az anaerob állapot meg­­előzésére) szükséges. Ezzel a módszerrel a kötött foszfor visszaoldódása megelőzhető.

Iszapkezelés. A fölösiszapot nem szabad az előülepítő elé vezetni, mert a foszfor kioldódik és a könnyen bontható, oldott szervesanyag egy része elveszik. Gravitációs fölösiszap-sűrítésnél  anaerob állapot bekövetkezése miatt a foszfor kioldódhat az iszapból az iszapvízbe. Emi­att az iszapvizet nem szabad visszavezetni a rendszer elejére csak kémiai kezelést követően. A flotációs sűrítés megóv az előzőekben vázolt következményektől.

Alapelvként kezelhető: célszerű az iszapok minél jobb elősűrítése az anaerob stabilizáló előtt, pl. nyersiszap gravitációsan, fölösiszap flotációs eljárással.

4.1.2. A nitrogén-eltávolítás alkalmazott módszerei

A települési szennyvíztisztítás terén széles körben alkalmazott nitrogén-eltávolítási eljárások közé a biológiai módszereket sorolhatjuk.

(Nitrogén eltávolítás lehetséges fizikai-kémiai úton is (ammónia-stripping), amikor a nyers­szennyvíz összes nitrogén tartalmának 75-80%-át kitevő ammónium-nitrogént a szennyvíz pH-jának 11 értékre emelésével az ammónia (NH₃)-gáz, töltött oszlopon, kb. 2500-as leve­gő/víz arány mellett kilevegőztethető. Kisebb mennyiségű ammóniát ioncserés vagy klór­amin-képzési úton is el lehet távolítani. Ezek a módszerek azonban települési szennyvíz tisztítására nem rentábilisak.)

Nitrogéneltávolítás denitrifikációval

Nitrifikációt is nyújtó biológiai tisztítási módszerek után lehetőség van a nitrátok denit­rifikációs úton való eltávolítására, így 80-90 %-os nitrogéneltávolítás is elérhető.

A denitrifikáció elkülönített, anoxikus lebontási viszonyokat biztosító medencében valósít­ható meg diszperz, vagy immobilizált biomassza alkalmazásával.

A denitrifikáció a szervesanyag lebontáshoz hasonlóan heterotróf mikroorganizmusok élet­működésével kapcsolatos: a tervezhető, ipari méretű denitrifikáció disszimilatív úton, vagyis  fakultatív légzés, azaz a nitrátban és nitritben kötött oxigén hasznosítása útján megy végbe.

A denitrifikáció zavartalan lefolyásának előfeltételei:

nitritek és nitrátok jelenléte (előzetesen végbement nitrifikáció);

fakultatív légzést folytatni képes heterotróf biomassza (ez az eleveniszapban, vagy a biológiai hártyában általában kellő mennyiségben jelen van);

anoxikus miliő a denitrifikáló mikroorganizmusok környezetében (a pelyhekben), ami az oldottoxigén-tartalom lehető legalacsonyabb szintjét igényli a denitrifikáló medencében;

könnyen felvehető (oldott) szervesanyag-kínálat a heterotróf, denitrifikáló szerevezetek zavartalan működéséhet (szaporodás, fejlődés);

üzemi feltételek (pH, hőmérséklet, tartózkodási idő, inhibítorok hiánya, stb.)

A denitrifikáció helye a biológiai (eleveniszapos) tisztítórendszeren belül és kívül:

Elődenitrifikáció

A denitrifikáló medence (a szennyvíz folyási irányát tekintve) megelőzi a levegőztető (nitri­fikációs) reaktort. A nitrifikált szennyvíz-eleveniszap elegy belső (R₂, β) recirkuláció révén kerül vissza az anoxikus üzemű denitrifikáló medencébe ahová az előtisztított szennyvíz is érkezik. Ennélfogva biztosított a denitrifikáló szervezetek működésének minden feltétele kü­lön szervesanyag adagolás nélkül.

Ez a módszer a hazai gyakorlatban elterjedt, szinte kizárólagos alkalmazású.

Közbenső denitrifikáció

A denitrifikáló medence a levegőztető medence és az utóülepítő között helyezkedik el. Elő­nye ennek a rendszernek a kialakítás és a gravitációs üzem egyszerűsége. Hátránya kettős: egyrészt kevés a denitrifikációhoz szükséges szervesanyag, ezért a folyamat lassú és kevésbé hatékony, másrészről az eleveniszap fiziológiás állapota romlik a megnövekedett oxigénhiá­nyos időszak miatt. Ez utóbbin a denitrifikáló medence után alkalmazott rövid tartózkodási idejű (20 perc) utólevegőztető medencével lehet segíteni. A szervesanyag pótlást vegyszer­adagolással (pl. metanol, vagy más, akár hulladék oldott szervesanyag) vagy előtisztított szenny­víz közvetlen bevezetésével végezhetjük. Ez utóbbinál ammónium-nitrogén kerül - a nitrifikációt elkerülve - a denitrifikáló medencébe, amit számításba kell venni a tervezésnél ill. üzemeltetésnél. A denitrifikációnak ezt a módját közepes vagy nagyobb telepeinken nem alkalmazzák. A módszer beépül egyes technológiákba.

Utódenitrifikáció

A nitrifikációs biológiai tisztítás utóülepítőjét követően telepített technológiai rendszer önálló reaktorral és fázisszétválasztóval. Alkalmazását meglévő, - elsősorban USA-béli - közepes vagy nagytelepek - környezetvédelmi követelmények szigorodásával járó - technológiai fej­lesztése hozta magával. A szervesanyag pótlás metanol adagolásával történik, ami a leg­haté­konyabb eljárás. A biomassza diszperz, immobilizált (zártterű csepegtetőtest vagy szubmerz töltet) ill. fluidágyas szűrő (különböző töltőanyagokkal).

Nitrogéneltávolítás algákkal

A nitrogénvegyületek sejtanyaggá válás révén (asszimilációs úton) is eltávolíthatók. Erre a célra az algák és magasabbrendű növények használhatók fel. Az algáknak a tisztított szenny­vízből eltávolítására mikrodobszűrést, vegyszeres oldottlevegős flotálást, rapidkoagulációs szűrést és/vagy lassúszűrést alkalmaznak. A magasabbrendű zöld növényzetet aratják és kom­posztálás útján vagy abraktakarmányként alkalmazva hasznosítják.

Az eljárás előnye, hogy sem nitrifikációra, sem denitifikációra nincs szükség. Hátránya, mint minden természetközeli eljárásnak, a nagyfokú időjárási kitettség, a hőmérsékleti viszonyok­tól függő tisztítási hatásfok.

4.1.3. Lebegőanyag-eltávolítás

A tisztított víz újrafelhasználási igényétől függően a vízkezelési technológiáknál alkalmazott homokszűrés (gyorsszűrés), kétrétegű szűrés, rapidkoagulációs szűrés, lassúszűrés valamint a mikrodobszűrők is alkalmazhatók.

4.1.4. Rezisztens szerves vegyületek (mikroszennyezők) eltávolítása

Az alacsony molekulatömegű (440 alatti) szervesanyagok, színezékek, detergensek, szervet­len, biológiailag nehezen bontható anyagok aktívszenes adszorpcióval távolíthatók el. Az adszorpció granulált aktívszén tölteten (GAC), vagy biológiai bevonattal rendelkező granulált aktívszénen (BAC) is megvalósítható, a megfelelően megtervezett és végrehajtott előtisztítást (pl. koagulációs gyorsszűrést és ózonos oxidációt) követően.

Az aktívszénpor (PAC) is sikerrel alkalmazható a technológiai folyamatban a vegyszert (koa­gulánst) megelőzően végzett beadagolással, lebegő iszapfüggönyös derítéssel, és/vagy rapid­koagulációs szűréssel. Ezen műveletekre pl. ipari víz újrahasználat vagy kifejezetten káros szennyezőket tartalmazó szennyvíznél (megfelelő befogadó hiányában) kerülhet sor.

4.1.5. A szennyvíz klórozása

A szennyvíztisztítási technológia folyamataiban fertőtlenítés céljából klórozni kell a rács­sze­metet, a homokot, esetenként az iszapot és közegészségügyi intézkedésre a tisztított szenny­vizet is. A fertőtlenítésen kívül a klórozás célja lehet még:

- egyes ipari szennyvizek tisztítása;

- oxidáció és szagtalanítás;

- rácsszemét, homok, iszap esetén a gyors rothadóképesség csökkentése;

- zsírok, olajok flotációjának és a kísérő lebegőanyagok ülepedőképességének elősegítése;

- fonalas gombák és légylárvák (Psychoda alternata) elpusztítása.

A szennyvíztisztításnál alkalmazott klóradagok tájéloztató értékeit a 4-1. táblázat tartalmazza.

4-1. táblázat. Alkalmazott klóradagok szennyvíz fertőtlenítéshez

5. Szennyvíziszap-kezelés

5.1. Iszapok rendszerezése és tulajdonságai

A szennyvíziszap ásványi és szerves szennyeződéseket tartalmaz. Fajlagos mennyisége és összetétele a szennyvíztisztítási és csatornázási rendszertől függ. Minél jobb hatásfokú és intenzitású a tisztítórendszer, annál több iszap keletkezik. Egyesített rendszerű csatorna­há­lózat esetén 1 LEÉ-re számítva több iszap érkezik ill. kép­ződik. A települési szennyvizek tisz­tításánál használatos iszapfelosztási rendszer:

Friss iszapok

elsődleges (primér) iszap: az előülepítőkben egyszerű ülepítéssel leüle­pített iszap (nyers­iszap);

másodlagos iszap - a biológiai szennyvíztisztítási folyamatban képződő, utó­üle­pítőben le­vá­lasztott iszap; ennek fajtái:

- recirkulációs (a tisztítási folyamatba visszavezetett) iszap,

- fölösiszap (a tisztítási folyamatból eltávolított iszap);

a kémiai tisztítás iszapjai - a szennyvíz kolloid és nem ülepedő lebegőanyagainak vegy­szeres derítése, kicsapatása vagy semlegesítése eredményeként képződő iszapok;

kevertiszap, ami a biológiai tisztítás fölösiszapjának a nyers szennyvízbe (az előülepítő elé) visszavezetése útján keletkezik és eltávolítása az előülepítő zsompjából történik;

összekevert iszap - az elsődleges és másodlagos frissiszapok sűrítőben vagy egyéb mű­tárgyban való összekeverése útján képződik. Minőségében és fajlagos mennyiségi ada­taiban eltér a kevertiszaptól.

Stabilizált iszapok

Bármely, a fenti csoportba tartozó iszapfajta vagy azok keveréke kezelési (stabilizálási) folyamat után, melynek során a szervesanyag hányad csökken oly mértékben, hogy az iszap elveszíti gyors, spontán bomlási képességét. Ennek megfelelően az iszapok elnevezése:

kirothadt (rothasztott) iszap - metános fermentációva1 (anaerob úton) stabilizált iszap;

aerob-stabilizálású iszap - aerob fermentációval vagy teljesoxidációs technológiából ki­ke­rült iszap.

Sűrített iszapok

A szabad víztartalmától - általában gravitációs úton leválasztással - jelentős részben men­tesített friss vagy stabilizált iszap. A folyamatban a szilárdanyag-tartalom - leszámítva a veszteségeket - nem változik. A víztartalom csökkenésével a sűrített iszap mennyisége (tér­fogata és vizes tömege) számottevően csökken, az alábbi közelítő összefüggés szerint:

V_s=V₀ (100-W₀)/(100-W_s)=V₀ (sza₀/sza_s)

Ahol:

V₀, V_s iszap térfogatok sűrítés előtt és után [m³]

W₀, W_s az iszap víztartalma sűrítés előtt és után [%]

sza₀, sza_s - az iszap szárazanyag-tartalma sűrítés előtt és után [%]

A sűrítéssel elérhető százazanyag-tartalom az iszapféleségtől függően: 3-8%.

Kondícionált iszapok

Gépi víztelenítéshez fizikai, kémiai vagy biológiai módszerekkel előkészített általában elő­zetesen sűrített iszapok. Kondícionálással az iszap vízleadó képessége jelentősen növel­hető, mivel a folyamat során az iszap kolloid szerkezete megváltozik: a fizikai-kémiai kötésű víz egy része felszabadul.

Víztelenített iszap

A fizikailag kötött (pórusvíz) víztartalom egy részének gépi víztelenítési módszerekkel tör­ténő eltávolítása után kapott 65-80%-os víztartalmú iszap;

Szárított (szikkasztott) iszap - mesterséges vagy (természetes) úton 30-55% víztartalomig ki­szárított iszap.

Az 5-1. táblázat tájékoztatást nyújt az egyes iszapfajták fajlagos mennyiségére és víztar­tal­mára, elválasztott rendszerű csatornahálózat esetén. Egyesített rendszerű csatornahálózat ese­tén a táblázat adatait legalább 20%-kal növelni kell.

Általánosságban az iszap 30% szervetlen és 70% szerves alkotórészt tartalmaz.

Az iszap szervesanyagainak kb. 50%-a viszonylag könnyen lebontható.

A szennyvíziszap tulajdonságai

Az iszapok fizikai és kémiai vizsgálatakor szokásosan meghatározott alkotórészek és jel­lemzők: szín, szag, hőmérséklet, sűrűség, ülepedési hajlam, pH-érték, savasság, lúgosság (alkalinitás), szárazanyag-tartalom, izzítási veszteség;, izzítási maradék, lebegőanyag-tarta­lom, összes nitrogén, ammónium-nitrogén, szerves nitrogén, illó savak, zsírtartalom és (ne­héz)fém-tartalom. A fizikai és kémiai vizsgálatokon kívül még bakteriológiai és parazi­to­lógiai vizs­gálatokat is végeznek.

Az iszap kezelési módjától függően az alábbi tulajdonságok ismerete lehet fontos:

víztartalom (szárazanyag-tartalom), iszaptérfogat és sűrűség;

rothadóképesség;

reológiai (folyási) tulajdonságok;

vízteleníthetőség (fajlagos szűrési ellenállás);

fűtőérték, trágyaérték.

Az iszapvíz kötésformái

A víz az iszapban különböző formában lehet jelen (5-1. ábra). Tekintettel arra, hogy a víztartalomnak meghatározó szerepe van a kezelendő iszaptérfogat szempontjából, a kérdés részletes vizsgálata nagyon lényeges.

5-1. ábra. A víz kötésformái és mennyisége az iszapban

Szabad víztartalom: az iszappelyhek közötti víz; az iszapvíz zömét képezi. A víztartalomnak ez a része egyszerű sűrítési eljárással eltávolítható. A sűrített iszap szárazanyag-tartalma a kezdeti 1-3%-ról 3-8%-ra növekedhet. A sűrítés tehát az iszapvíz eltávolításának alapvető módja.

Pórusvíz: az iszappelyhekbe zárt és a gravitációs sűrítés komprimációs fázisában felsza­ba­duló, adhéziósan kötött víz. Ennek - a csupán fizikailag kötött - kisebb része a sűrítés végső (komprimációs) fázisában a pelyhekből ill. azok közül kiszabadul, a kollo­idális kötés (hid­rátburok) megszüntetéséhez azonban már nem elégséges a gravitációs erőtér.

A kolloidálisan és kapilláris úton megkötött vizet - a befektetett energia mennyiségétől füg­gően - 20-40% szárazanyag-tartalomig lehet eltávolítani.

A nagyobb energia befektetésére a különböző kondícionálási és víztelenítési eljárások szol­gálnak, melyeknél a hőközlés, a kémiai ágens hidratációs energiája, a mikroorga­nizmusok termelte energia (aerob és anaerob fermentáció), valamint a centrifugális erőhatás és nyomás­különbség hasznosul.

A sejtben kötött víz csak a sejtek feltárása után távolítható el. A sejt feltárása termikus vagy biológiai kondícionálási eljárásokkal végezhető.

5-1. táblázat. Fajlagos iszapmennyiségek változása az iszapkezelés során

5.2. Iszapsűrítés

A sűrítés lényegileg egy konszolidációs folyamat, ami az iszappelyhek közötti szabadvíz-tarta­lom elkülönítése és leválasztása eredményeképpen jelentős iszaptérfogat csökkenést ered­ményez. Az elérhető szárazanyag-tartalom az adott iszapra és a sűrítés műszaki felté­teleire jellemző. A sűrítés:

gravitációs;

flotációs;

dinamikus eljárásokra csoportosítható.

5.2.1. Gravitációs sűrítés

A gravitációs sűrítés elvi alapjának részletes ismertetésére az előző fejezetekben került sor. Szerkezeti kialakítás szerint a sűrítők iszapkotró nélkül vagy iszapkotróval és keverővel ké­szülnek. Az iszapkotró nélküli, zsompos kialakítású sűrítők általában szakaszos üzeműek: túlfolyóig feltöltést követően többórás sűrítési szakasz után az iszapvizet a sűrített iszapról dekantálják, majd az iszapot a további feldolgozáshoz leeresztik.

5-2. ábra. Folyamatos üzemű sűrítő

A folyamatos üzemű sűrítők (pálcás sűrítők) keverővel és iszapkotróval vannak ellátva, a radiális át­folyású ülepítőkhöz szerkezetileg hasonló kialakításúak. Az iszapvíz a hengeres műtárgy pa­lástján kialakított bukóélen átcsordulva (merülőfal védelme itt nem szükséges) a biológiai tisztítási fokozat elejére, vagy a telepi átemelőbe kerül. A kvázi-folyamatos iszap betáplálás a középponti elosztóhengerbe, a sűrített iszap elvezetése a műtárgy zsompjából a további fel­dolgozási igényeknek megfelelően történik.

5.2.2. Flotációs sűrítés

Az iszap sűrítése a korábban ismertetett flotációs technológiával is történhet. Az eleveniszap flotációs úton sűrítése vegyszerek hozzáadása nélkül is lehetséges. Zárt telítő tartályban 3,0-4,5 bar nyomáson az iszapban (vagy recirkulációs flotációnál az iszapvízben) elnyeletett levegő a felúsztató térben végrehajtott nyomás alóli felszabadítás (expandáltatás) után rendkívül finom buborékokat képez, ami elősegíti az eleveniszap pelyhek felúszását és flotációs sűrítését. Az eleveniszapnak a vízfázistól való elkülönítése elérheti 70-90%-ot, ami 5-7% szárazanyag tartalmú flotációs habot eredményez. Az iszap felszíni kotróval, elszí­vással vagy lefúvatással távolítható el.

5.2.3. Dinamikus sűrítők

Gépi berendezések, amelyek teljesítményük optimális kihasználásához igénylik vegyszerek adagolását a sűrítendő iszaphoz. Kialakításuk és működési módjuk szerint függőleges ten­gelyű centrifugák, vízszintes tengelyű, kúpos palástú rotációs sűrítők, vagy vibrációs sziták.

5.3. Iszapstabilizálás

Az iszapstabilizálás célja a szennyvíziszap gyors bomlásra hajlamos szervesanyagainak le­bontása anaerob vagy aerob úton, ezáltal további, környezetet terhelő, spontán bomlási folya­matuk megelőzése. Az alkalmazott stabilizálási folyamat leggyakrabban biológiai, de kivé­telesen lehet kémiai is amikor pl. nagy mennyiségű égetett mész adagolásával, vagy más alkalmas szervetlen adalékanyaggal a szerves hányadot lecsökkentik.

5.3.1. Anaerob iszapstabilizálás (rothasztás)

A legismertebb és nagy tisztító telepeken a általánosan alkalmazott eljárás a rothasztás (ana­erob fermentáció). A rothasztás célja elsősorban az iszap energiatartalmának kinyerése hasz­no­sítási célzattal, továbbá az így stabilizált iszap előkészítése a víztelenítésre, szikkasztásra. A stabilizálási folyamatban csökken az iszap szárazanyag-tartalma is. Az ana­erob iszap­fermentációnál általában a kvázifolyamatos táplálású műveleti rendszert alkal­mazzák.

A rothasztás már régóta alkalmazott kezelési módszer. A hosszú (iszap)tartózkodási idejű oldóme­dencékben leülepedő iszapnál figyelték meg először az elásványosodási folyamatot.

A kétszintes ülepítők iszaprothasztó terében megvalósul a hidegrot­hasztás (10 ºC), amely­nek időszükséglete 90-120 d. Az első különálló iszaprothasztók az 1920-as évek végén jelentek meg. Ma az iszaprothasztás nagyobb tisztítótelepen bármely iszapfajtára gazdaságosan alkalmazható. A rothasztás végezhető természetes környezeti és hőmérsékleti viszonyok között (nyílt földmedencés rothasztók), továbbá a folyamat szempontjából kedvezőbb, magasabb műveleti hőmérsékletű zárt rothasztó műtárgyakban.

A települési és élelmiszeripari szennyvizekből származó szerves iszapoknál az anaerob fermentáció helyes lefolyású, de alkalmazható olyan esetekben is, amikor az iszap nem toxikus és a folyamatot fékező (inhibítor) anyagok hatása nem jelentős.

5.3.1.1. A rothasztás folyamata

Az anaerob fermentáció két fő lépcsője a savképzés és a biogáz-képzés. A működő baktériumok két fő csoportja különböztethető meg:

a fakultativ anaerob baktériumok és

obligát anaerob baktériumok.

Az első lépcsőben fakultativ heterotróf baktériumok heterogén cso­portja a nagymolekulájú szervesanyagokat bontja le kisebb molekulájú köztes termékekké, amelyek kiindulásul szol­gálnak a második lépcsőben működő obligát anaerob metánbaktériumoknak. Ezek végül kis­molekulájú stabil vegyületekké, végtermékekké (me­tán, széndioxid, hidrogén, széndioxid, kénhidrogén stb.) bontják le azokat.

5-3. ábra. Az anaerob szervesanyag-lebomlás elve

Ezen disszimilációs folyamatokkal egyidejűleg az asszimilációs folyamatok eredményeként mindkét fázisban új sejtek is képződnek.

A metánképződést általános formában a következő egyenlet írja le:

4H₂A+CO₂ = 4A+CH₄+2H₂O

ahol a H₂A olyan vegyületet jelöl, ami a végtermék-képzéshez szükséges hidrogéndonorként szolgál a széndioxid metántermelő baktériumok révén történő redukciójával, A metános erjedés során tehát oxidációs-redukciós folyamatok játszódnak le.

A metánképződés a lebomló szervesanyagban elraktározott energia felszabadulásával egy­idejűleg megy végbe.

Az anaerob lebomlást leíró általános összefüggés:

C_xH_yO_z + (x-y/4-z/2)H₂O = (x/2-y/8+z/4)CO₂ + (x/2+y/8-z/4)CH₄

Az obligát anaerob baktériumok az autooxidációhoz szükséges oxigént a lebontott szerves­anyagokból, ill. bizonyos esetekben szulfátokból, karbonátokból és nitrátokból nyerik. Az ilyen irányú oxigénigény a metánképződéssel arányos az alábbi reakció szerint:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + H₂O

16 g CH₄ tehát a szennyvízből vagy iszapból 64 g O₂ egyenértéket (mint BOI vagy KOI_k) vesz fel. Technológiai szempontból a rothasztási folyamatot célszerű három fázisra bontani, úgymint hidrolízis, savas erjedés és lúgos erjedés.

A hidrolizis során a szilárdanyag elfolyósítása megy végbe, szaprofita baktériumok enzim­redszerének (ekto- vagy exoenzimek) katalizáló hatására.

A savas erjedés még további két fázisra bontható:

növekvő savkoncentrációjú szakasz, ekkor a képződő szerves savak hatására a pH csökken;

csökkenő savkoncentrációjú szakasz, amikor a szerves savak és oldott nitrogénvegyületek bomlanak le, miközben kevés CO₂, CH₄, H₂ stb. keletkezik. Ekkor a pH emelkedni kezd.

5-4. ábra. Rothasztási menetgörbe

A lúgos (metános) erjedésű szakaszban a nehezen bontható szénhidrátok (pl. cellulóz) és nit­rogénvegyületek lebontása fejeződik be. Az előző szakaszban képződött szerves savak szin­tén végtermékké bomlanak. A végtermék vegyületek összessége lúgos kémhatást eredmé­nyez. Az anaerob fermentáció egyes fázisait legegyszerűbben szakaszos rothasztási kísérlettel lehet nyomon követni (5-4. ábra).

Üzemi viszonyok között (átfolyásos rendszerben) a rothasztási folyamat egyes fázisai térben és időben egymás mellett mennek végbe, így nem különíthetők el egymástól. A savas és lúgos erjedési fázisok dinamikus egyensúlyát fenn kell tartani. Ha az illó (szerves) savak mennyisége megnövekszik, akkor a lúgos erjedési fázis elmarad és a rothasztás eredmé­nyeként nehezen vízteleníthető, bűzös iszap képződik. Viszont a lúgos közegben megfelelően kirothadt iszap jól vízteleníthető, nem bűzös, barnás-feketés színű anyagot eredményez.

A megfelelően kirothadt iszap szikkasztó ágyon víztelenítéskor mozaikszerűen (egyenletes, finom repedések), míg a kellően ki nem rothadt iszap táblásan repedezik meg (rianásszerü, ritkás durva repedések).

Az anaerob ferrnentáció során képződő gáz mennyisége a folyamat előrehaladásával egy idő után már csökken. A rothasztás műszakilag megkívánt mértéke olyan állapotú iszapot takar, amikor az már könnyen vízteleníthető és savas erjedésnek újra nem indul.

A kirothadási fok az alábbi képletből számítható:

M_f = l00 (1-sz.sza₁ á.a₀/sz.sza₀ á.a₁)  [%]

Ahol:

sz.sza₁ - a kirothadt iszap szerves szárazanyag hányada;

á.a₀ - a friss iszap ásványi szárazanyag hányada;

sz.sza₀ - a friss iszap szerves szárazanyag hányada;

á.a₁ - a kirothadt iszap ásványi szárazanyag hányada.

5-5. ábra. A biogáz termelés hőmérséklet és időfüggése.

A rothasztási folyamatot befolyásoló főbb tényezők

Hasonlóképpen, mint az aerob biológiai tisztítás esetén, az anaerob fermentáció során is biz­tosítani kell a mikroorganizmusok számára a megfelelő mennyiségű tápanyagot és a kedvező környezeti feltételeket. A tápanyagot az iszap szervesanyag-tartalma képezi. A környezeti tényezők közül pedig a hőmérséklet, a pH, a tápanyag-összetétel, toxikus anyagok jelenléte és az illó savak hatása emelhető ki.

A rothasztási hőmérséklet meghatározó jellegű a gázfejlődés szempontjából. Attól függően, hogy a rothasztó milyen hőmérsékleten üzemel, termofil (52-58 °C) vagy mezofil (30-40 °C) baktériumok végzik a lebontást. A hőmérséklet függvényében a lebontás időtartama széles határolt között változik, mint ahogy ezt az 5-5. ábra is szemlélteti.

A hazai alkalmazási gyakorlatban a mezofil hőmérsékleti tartomány alkalmazása az u­ralkodó. Az ábráról leolvasható, hogy fűtött rothasztó esetében, ahol az iszap hőmérséklete 35 körüli, a gyakorlati rothasztási határig szükséges rothasztási idő 12 nap, míg a fűtetlen rothasztóknál (pl. kétszintes ülepítők iszapterében, 10 °C-on) a hasonló mértékű kirothasztás szükséges időtartama 120 nap.

A rothasztás folyamán megváltozik az iszap szerves és ásványi alkotórészeinek aránya. Amíg a friss iszap 70% szerves és 30% szervetlen anyagot tartalmaz addig a kirothadt iszapban 45% körüli a szerves és 55% körüli az ásványi anyag aránya.

Hagyományos és gyorsrothasztók

A technológiai alapelvek szerint a mezofil rothasztás területén vannak hagyományos (egy­tartályos) és ún. nagyterhelésű (kéttartályos) rothasztók.

A hagyományos rothasztó esetében a rothasztás és a fázisszétválasztás időben egymás után, közös térben megy végbe. A nagyterhelésű vagy gyorsrothasztók intenzíven kevert reaktorból és külön, zárt fázisszétválasztó egységből állnak.

Gyorsrothasztók. Az iszap rothasztásakor a szervesanyag mennyiség csökkenése az első 10 napon a legnagyobb, ezért ezt az aktív szakaszt célszerű különválasztani.

A gyorsrothasztók esetén az előrothasztóban (fermentorban) megy végbe a tényleges rot­hadási folyamat nagy része és itt a legintenzívebb a gáztermelődés. Az utórothasztóban (inkább sűrítőben) megy végbe a fázisszétválasztás; a gázképződés intenzitása pedig jentősen visszaesik.

Az eleveniszapos tisztítástechnológia analógiája alapján az előrothasztó (fermentor) a leve­gőztető reaktor­nak, a sűrítő pedig az utóülepítőnek felel meg. Az iszapkoncentráció szabá­lyozása recirkulációval biztosítható.

A rothasztók méretezést általában a fajlagos rothasztó térfogat, vagy a fajlagos szilárdanyag-terhelés alapján végzik. A gyorsrothasztók méretezése mindig az utóbbi alapján történik.

5-6. ábra. Gyorsrothasztó rendszer biogáz hasznosítással

1-Gyorsrothasztó (fermentor), 2-Fázisszétválasztó úszótetős gáztárolóval, 3-Gázmo­tor, 4-Víz­­le­választó, 5-Kéntelenítő, 6-Gázmérők, 7-Visszégés-gátló, 8-Finomszűrő, 9-Gázfáklya, 10-Iszap előmelegítő, 11-Iszapvíz túlfolyó, 12-Kirothasztott iszap elvezetés, 13-Biogáz elvezetés, 14-Iszap feladó szivattyú, 15-Recirkulációs oltóiszap, 16-Hűtővíz túlhevítő, 17-Motorhűtővíz, 18-Hasznosítható (tengely)teljesítmény

Rothasztók kialakítása

A rothasztó berendezéseket különböző szempontok alapján csoportosíthatjuk. A gyakrabban alkalmazott csoportosítások az alábbiak:

A kialakítás alapelve szerint

A/ Egyesített technológiai rendszerek

oldómedencék,

kétszintes ülepítők rothasztótere

B/ Önálló technológiai rendszerek

zárt rothasztók

nyitott rothasztók

A technológia alapelve szerint

hagyományos - egylépcsős rothasztó

gyorsrothasztó - kétlépcsős rothasztó (recirkulációval, intenzív keveréssel)

többlépcsős rothasztó

Az üzemi hőmérséklet szerint

fűtött (meleg) rothasztók,

fűtetlen (hideg) rothasztók.

Az építmény szerkezete szerint

vasbeton-szerkezetű rothasztó műtárgyak,

acélszerkezetű rothasztó tartályok,

földmedencék (nyitott kivitelűek).

A felsorolt fő változatok különböző szempontok szerinti kombinációja, mint pl. a különböző hőmérsékletek és fűtési rendszerek alkalmazása (alacsonynyomású gőz, hőcserélők, meleg­víz­-recirkuláció stb.) különböző födémkialakítások (süllyesztett, mozgó, merev födém) és fenék-kialakítási megoldások (sík, tölcséres) további, másféle csopor­tosításokat is lehetővé tesz.

Zárt rothasztók

A nagyobb tisztító telepeken majdnem kizárólag zárt melegrothasztók épülnek. Fenékkiala­kításuk általában zsompos (kúpos). A födém kialakítás változatai:

süllyesztett födémszerkezetű, amikor is az iszapvíz a födém fölött, az iszap pedig az alatt helyezkedik el;

mozgó födémü, amelynél a födém állandó nyomású gáztér harangjaként funkcionál. Nincs külön gáztartály;

merev födémű, amikor is különálló gáztartály szükséges és az csővezetékkel kapcso­lódik a rothasztóhoz a térfogatingadozások  kiegyenlítésére.

A hazai alkalmazási gyakorlat az utóbbit kedveli.

Nyitott rothasztók

A nyitott rothasztók leggyakrabban földmedenceként hideg rothasztóként készülnek és ma már inkább csak második lépcsőként használatosak.

Rothasztók fűtése

A zárt iszaprothasztó tartályok fűtésére többféle módszert alkalmaztak:

melegviz-forgatásos fűtés a rothasztó tartályon belül elhelyezett fűtőtesttel;

a rothasztó tartályon kívül elhelyezett, ellenáramú hőcserélővel való fűtés;

kisnyomású nedvesgőz befúvása; amely alkalmazás az idők során visszaszorult

A keletkező gázok hasznosításának lehetőségei:

a rothasztók és egyéb berendezések fűtése,

gázmotorok hajtása: villamos áram termelés és a hulladékhő hasznosítása a rothasztók fűtésére;

az iszap termikus kezeléséhez történő felhasználás,

a gáz betáplálása városi vagy ipari hálózatba.

A fölös gázmennyiség elégetésére az elfáklyázás művelete szolgál.

5.3.2. Aerob iszapstabilizálás

Iszapstabilizálás folyékony közegben

Elvileg nincs különbség a szennyvíztisztításnál és az iszapkezelésnél alkalmazott biológiai módszerek között. Az iszap tömény szennyvíznek tekinthető, így az oldott, kolloid és szilárd alko­tórészek egymáshoz viszonyított aránya változik csupán.

Az aerob fermentációnál az enzimek által katalizált reakciósorozatban a külső oxigénforrás elengedhetetlen. Az aerob iszapstabilizációs folyamat végbemehet:

Teljesoxidációs szennyvíztisztító berendezésekben.

Külön iszapstabilizáló medencében.

Az iszapstabilizálás folyamata különböző szakaszokra osztható. Először a hidrolízis folya­mata, ezt követően a szervesanyag oxidációja zajlik le sejtanyag és energia termelődése közben. Végül, az autooxidáció során, az élő sejtekben tározott szervesanyag lebontása megy végbe.

Az iszapstabilizálásnál alkalmazott berendezések reaktortechnikai szempontból is hasonlóak az eleveniszapos biológiai tisztításnál alkalmazottakhoz.

Aerob iszapstabilizáláskor az iszapot mintegy 3-15 napig kell levegőztetni. Ez rövidebb, mint a kisterhelésű fűtött anaerob rothasztókban végbemenő stabilizációhoz szükséges idő.

5.4. Iszapkondícionálás

Iszapkondícionáláson az iszapok olyan kezelését értjük, melynek következtében víztelenítése könnyebben végrehajtható. Az erre szolgáló eljárások lehetnek fizikai, kémiai és biológiai, valamint ezek együttes alkalmazása esetén kombinált eljárások.

Az elsődleges célon felül némelyik eljárásnak másodlagos haszna is van, p1. a fizikai mód­szerek közül a hőkezelés pasztörizált vagy kvázi-steril iszapot eredményez; a biológiai kondícionálás pedig csökkenti vagy megszünteti az iszapok rothadóképességét, tehát stabilizálja az iszapot. A kombinált eljárások a kedvező hatásokat kívánják egyesíteni.

5.4.1. Fizikai iszapkondícionálás

A vízleadás megkönnyítését szolgáló egyik fizikai módszer az iszap hevítése. E módszer több iszapvíztelenítési technológiában megtalálható (pl. Von Roll és Porteous) A 200^oC-ra hevített és az iszap minőségétől függően 0,5-2,0 órán át ezen a hőmérsékleten tartott iszap szerkezete átalakul. A hevítés hatására a koagulálódó fehérjék miatt a sejtfal elveszti szemipermeábilis jellegét, áteresztővé válik, így a sejtnedv eltávozhat. A sejt oldott anyagai az iszapvízbe kerülve annak BOI₅-értékét jelentősen megemelik. A rostos szerkezetűvé váló lebegőanyag viszont könnyen sűríthető. Az esetleges mezőgazdasági iszaphasznosításnál különösen ked­vező, hogy hevítéskor az iszap sterilizálódik.

A termikus kondícionálásnak nincs segédanyag-igénye és ésszerű hőgazdálkodással az iszapgáz hőjéből a gőzszükséglet fedezhető. A kondícionálás gőzszükségleti rátája 0,06-0,07 a nyersiszap szárazanyag-tartalomra vonatkozóan.

A másik fizikai iszapkondícionálási módszer az iszap átmosása tisztított szennyvízzel vagy csapadékvízzel. A szükséges mosóvíz mennyisége az iszaptérfogat 2-5-szöröse. Önálló alkalmazására ritkán kerül sor, bár a szűrési ellenállást egy nagyságrenddel csökkenteni képes. Önmagában nem, kémiai és biológiai kondícionálási eljárásokkal együtt már kedvező költségkihatású. Az iszapmosást a gyakorlatban az iszap közvetlen felmelegítésére is használják az aerob iszapstabilizálási folyamatnál.

5.4.2. Kémiai iszapkondícionálás

A kémiai iszapkondícionálás hatásai:

a negatív töltésű szennyvízkolloidok semlegesítése;

a hidrátburok vastagságának csökkentése.

A két hatás egymással szoros összefüggésben van. A kolloidok stabilitásának legfontosabb tényezője a részecske körüli ionkoncentráció. Az adagolt elektrolitok az iszapvízben disszo­ciálnak és a pozitív töltésű ionok vagy kolloidok a negatív részecske felületen adszorpciós és Van der Waals erőkkel megkötődnek. Az oldatban növelve a pozitív töltésű ellen-kolloidok koncentrációját, annak zéta-potenciálja abszulút értékben csökken, és ezáltal növekszik a ko­a­gulációra való hajlam. A zéta-potenciál megváltozása közvetlen hatással van a hidrát­burok vastagságára is.

A kémiai kondícionálás hatásossága iszapmosással kombinálva javul. A kémiai kezelést megelőző mosással ugyanis a pelyhek közötti kolloid és finom méretű lebegőanyag eltá­volítható, és így a lebegőanyag aktív felülete jelentősen lecsökken, alig csökkenő tömeg mellett.

A nyersiszap és a fölös eleveniszap összekeverése hasonló kedvező hatással van az iszap­sűrítésre, ami azzal magyarázható, hogy a pelyhes szerkezetű eleveniszap a nyersiszap-részeket adszorbeálja, nagyobb sűrűségű új pelyhek keletkezése mellett.

Szűrés előtti vegyszeres kondícionálásnál a koaguláns adagolása után a szűrést azonnal végezni kell, mert a kontakt idő növekedésével a szűrési ellenellás növekszik.

5.5 Iszapvíztelenítési eljárások

Szűrés és préselés

Az iszap mesterséges víztelenítésének egyszerű módozatai közül a legelterjedtebbek és leg­hatékonyabbak a szűrési eljárások.

A szűrésre felhasználható eszközök:

a vákuumdobszűrő;

a nyomószűrő (présszalagszűrő);

a szűrőprés.

A fenti eszközökkel végrehajtott, ún. statikus eljárásokhoz a szennyvíziszapot előkezelni kell. A legfontosabbak ezek közül a biológiai stabilizálást követő kémiai kondícionálás, de nem ritkán alkalmaznak önálló eljárásokat is, pl. a kémiai és termikus kondícionálás.

5-7. ábra. Vákuumdobos szalagszűrős víztelenítő

A vákuumdobszűrők - jól kondícionált iszapok esetén - szárazanyagra vonatkoztatott szűrési teljesítménye általában 30-40 kg/m² h.  Az iszaplepény víztartalma 70-75%.

A présszalagszűrők szűrőszövete készülhet korrózióálló fémszálból vagy különféle anyagú műszálakból. A fémszálú szűrőszövet drága ugyan, de könnyen tisztítható és tartós. A szűrőlepényt a szűrődobról lefutó szűrőszövetről egy kis átmérőjű hengeren választják le.

5-8. ábra. Présszalagszűrő (Belmer-rendszer)

5-9. ábra Szűrőprés elemei

a/ keretes szürő; b/ kamrás szűrő,

1-nyomólap; 2-szűrőszövet; 3-üres keret; 4-iszap bevezetés; 5-szűrlet elvezetés

A szűrőprés előnye: a vákuumszűrővel és a présszalagszűrővel szemben a megnövelt szűrési nyomás, ami a szűrési ciklusban nagyobb szűrési teljesítményt és kisebb víztartalmú szűrő­lepényt eredményez. Hátránya: a szakaszos üzem. A szűrőlepény szárazanyag-tartalma 30-40%, ezért azonban megnövekedett energia-felhasználással kell fizetni.

Dinamikus víztelenítési módszerek

A dinamikus eljárások víztelenítő képessége rosszabb annál, amit a szűrési módszerekkel el lehet érni, kapacitásuk azonban jelentősen felülmúlja azokat.

Az ide sorolható ismertebb eszközök: a centrifuga, a vibrációs szűrő és az Edco szűrő, ami egy szitaszövet palástú forgó dob. Ezeknek a berendezéseknek közös jellemzője, hogy a ve­lük eltávolított víz magas (4-8%) lebegőanyag-tartalmú és a besűrített iszap alacsony (15-25%) szárazanyag koncentrációjú.

A centrifuga

Sűrített iszapok víztelenítésére a centrifugákat elterjedten alkalmazzák. Előnye a statikus esz­közökkel szemben, hogy azonos kapacitás esetén helyszükséglete kisebb, szerkezete egy­szerűbb azoknál.

Az iszapvíztelenítésre használt centrifugáknak két alaptípusa alakult ki: a vízszintes tengelyű ülepítő centrifugák és a függőleges tengelyű centrifugák. Mindkét típus folyamatos üzemű.

Az ülepítő vagy kúpos centrifugát (5-10. ábra) hengeres-kúpos dob határolja, belül a szállítócsiga különböző fordulatszámmal forog. A víztelenítendő iszapot a centrifugális erő a dob felületéhez szorítja, majd. az ettől eltérő fordulatszámmal forgó csiga a dob kúpos vége felé szállítja, ahol a centrifugált lepény eltávozik. A centrifuga a lebegőanyagoknak csak 70-80%-át távolitja el.

5-10. ábra. Ülepítő centrifuga

1-iszapbevezetés, 2-iszapvíz elvezetés; 3-víztelenített iszaplepény; 4-kúpos víztelenítő sza­kasz kopásálló bevonattal; 5-szállítócsiga; 6-hajtómű

5.6. Iszapszárítás

5.6.1. Iszapvíztelenítés és szárítás természetes úton

Szikkasztóágy

A természetes víztelenítésnek több lehetősége van, erre általában a drénezett szikkasztóágy használatos. A szikkasztóágyon két fő folyamat játszódik le, az elszivárgás (dréneződés, szűrés) és a párolgás.

A dréneződés elvi kérdései megegyeznek a szűréssel.

Nyitott szikkasztóágyak (5-11. ábra) esetén az időjárási tényezők a szárítási időt döntően befolyásolják. Megfigyelések bizonyítják, hogy az iszapvíz kb. 25%-a párolgás útján távozik.

Természetes víztelelenítési folyamatok csak biológiai stabilizálást követően alkalmazhatók, egyébként az ágyra terített iszap rothadásnak indul.

5-11. ábra. Iszapszikkasztóágy keresztmetszete (hossz: 10-25 m)

Iszaptó (iszaplaguna)

Az iszaptó a szikkasztóágy feladatán túlmenően nemcsak az iszap-drénezést, hanem átmeneti tárolását, de számos esetben az iszap végső elhelyezését is szolgálja. Kedvező domborzati és geológiai viszonyok esetén a sűrített iszap legolcsóbb elhelyezési módja lehet.

5.6.2. Termikus szárítás

Az iszapok önálló szárítására ritkán kerül sor, mert egyrészt nagyon energiaigényes művelet, másrészt nagy a környezet szagterhelése, ha a magas hőfokú égető fázis elmarad. A termikus szárítás tehát szinte kizárólag az iszapégetést előzi meg, esetleg valamely kombinált eljárás részeként. A legmegfelelőbb szárító közeg a direkt füstgáz, ugyanis kedvező hőhasz­nosítás csak így érhető el.

A Pöpel-féle gyorsszárítás lényege, hogy a 10-20% víztartalmú iszapot olyan arány­ban keve­rik 10% szárazanyag-tartalmú rothasztott iszappal, hogy képlékeny, kb. 55% víztartalmú a­nya­got nyerjenek. Ezt téglává préselik, a nagyobb felület érdekében bordázott és lyukacsos formában. Az így kapott téglákat fedett helyen gúlába rakva, természetes vagy mesterséges szellőztetéssel, esetleg meleg levegővel kiszárítják.

5.7. Az iszap hasznosítása és végső elhelyezése

5.7.1. Szennyvíziszapok mezőgazdasági hasznosítása

A jól stabilizált szennyvíziszap kb. 50% szerves részt, nitrogént, foszfort és káliumot tartalmazó anyag. Az elhelyezés legkézenfekvőbb módja lenne tehát a mezőgazdaságban trágyaként való felhasználása, azonban ennek számos feltétele van, amelyek elsősorban közegészségügyi, környezetvédelmi, de ezeken felül és műszaki és gazdasági jellegűek.

Még a kirothadt iszapban is féregpeték maradnak, így közvetlen fogyasztásra kerülő növé­nyeket nem szabad szennyvíziszappal trágyázni. Veszélytelennek minősíthető viszont a bevizsgált, minősített szennyvíziszap-trágya őszi kihordása és beszántása.

A rothasztott iszapok 50-60 kg/m³ koncentrációig csővezetéken is, az ennél sűrűbb iszapok viszont már csak tengelyen szállíthatók.

5.7.2. Iszapégetés

A víztelenítési eljárások többségével csak kivételesen érhető el 35-45% szárazanyag-tar­talom, viszont az 50% szárazanyag-tartalom alatt az iszap energiatartalma nem biztosítja az önfenntartó égést. Az égetésre így két lehetőség marad.

égetés válogatott kommunális hulladékkal együtt;

égetés előszárítással, pótfűtőanyag használattal.

Az első alternatíva csak sajátos helyi adottságok között valósítható meg.

A szemétégetéstől független, előszárítással dolgozó berendezések a két műveletet (a szárítást és az égetést) egyetlen készüléken belül oldják meg.

Az alkalmazott kemence típusok

forgó csőkemence;

etázskemence - ennek felső szintjein (tálcáin) a szárítás megy végbe, majd kaparókkal ellátott forgó karok az iszapot az alsóbb szintekre továbbítják, ahol begyulladva az iszap elég;

fluidizációs kemence - ennél az őrölt és osztályozott iszap a rajta alulról felfelé törő gáz hatására lebegő (fluidizált)/ állapotba kerül.

Nedves égetés (Zimpro-eljárás). Lényege, hogy a folyékony - tehát nem víztelenített - szer­vesanyag tartalmú hulladék (iszap) 250°C-on, 85 bar nyomáson a levegő oxigénjével mine­ralizálódik.

5.7.3. Iszapok deponálása

Az iszapelhelyezés ezen csoportjába sorolhatók:

vegyes depónia;

iszap monodepónia.

Magyarországon alkalmazott szennyvíztisztítási technológiák

(Dr. Solti Dezső és szerzőtársai anyaga oktatási célra átdolgozva Dr. Ábrahám F. által.)

Magyarország EU csatlakozásával összefüggő feladatai közül az egyik jelentős fejlesztési igény a szennyvízelvezetés és szennyvíztisztítás területén jelentkezik.

Az Európai Közösség a települési szennyvizek elvezetését és tisztítását a Tanács 91/271 EGK Irányelvében szabályozza.

Az ország vállalt kötelezettsége - összhangban az Irányelvvel és az eddigi csatlakozási tárgyalásokkal - a 2000 lakosegyenérték feletti szennyvíz­kibocsátások közműves szennyvízelvezetésére, a szennyvizek M+B. fokú tisztítására és az érzékeny befogadókat 10.000 lakosegyenérték feletti értékkel terhelő szennyvízelvezetési agglomerációk közműves szennyvízelvezetésére és III.fokozatú ( utó-)tisztítására vonatkozik.

Ezt a programot az Irányelvnek és a Bizottság 93/481-es határozatának meg­felelően a 2000 lakosegyenérték terhelést meghaladó települési szenny­víz­­elvezetési agglomerációk Nemzeti Szennyvízelvezetési és -tisztítási Megva­lósítási Programjának nevezzük.

A Program kormányrendeletben való megjelenítése 2002. februárban megtör­tént, melynek alapján - a 2000. december 31-i állapotot figyelembe véve - a 2000 lakosegyenértéknél nagyobb agglomerációkban összesen 373 db szenny­víz­tisztító telep szerepel 5 483 097 lakosegyenértéket képviselve. Célálla­pot­ként a jogszabály 682 db szennyvíztisztító telepet irányoz elő 12 891 130 lakos­egyenértékkel.

Mint az előzőekből is kiderül, a jogharmonizációs követelmények teljesítésén túlmenően minden korábbi fejlesztési programot meghaladó mértékű és ütemű fejlesztésekre van szükség, hogy a vállalt határidőre Magyarország teljesíteni tudja az EU követelményeket mind a csatornázottság, mind a szennyvíztisztítási mutatók vonatkozásában.

A szennyvíztisztítás területén tapasztalható nagymértékű lemaradást az elkövet­kezendő 10-15 évben fel kell számolnunk. Bár a rendszerváltás óta eltelt időszakban - a hazai szennyvíztisztításban - örvendetes mennyiségi növekedés követ­kezett be, a pozitív folyamatok ellenére, a szennyvíztisztító telepek ter­vezése és üzemeltetése terén számos probléma merült fel.

Az utóbbi évtizedben a tervezők a méretezéshez szükséges alapadatok (oxigén-beviteli igény, a oxigénátadási tényező, várható tisztítási hatásfok, várható elfolyó vízminőség, a biológiai terhelés és az elfolyó vízminőség közti össze­függés stb.) kimérésére nem fordítottak kellő figyelmet. Elsősorban szakiro­dalmi alapadatok és tervezői tapasztalatok alapján végezték a szennyvíztelepek tervezését.

Ennek következtében is számos esetben az újonnan épített, vagy a kibővített telepek alul- vagy túlméretezettek, az oxigén-bevitel értéke nem megfelelő, a nitrifikáció és a denitrifikáció toxikus anyagok következtében gátolt, az elfolyó víz minősége nem elégíti ki a határértékeket.

A hatékony és költségkímélő megvalósítás érdekében tudatosulni kell annak a ténynek, hogy a szennyvíztisztítás hazai adottságai túlzottan szerteágazóak ahhoz, hogy a probléma az elterjedt gyakorlatnak megfelelően, "unifor­mizáltan" lenne kezelhető. Ennek egyik oka a vízfogyasztás nagymértékű csök­kenésének eredményeként kialakult szokatlanul tömény szennyvíz, amelyet gyakran az igen kedvezőtlen, alacsony C/N arány is jellemez (ez részben a csatorna­hálózatbani nagy tartózkodási idő eredménye - anaerob körülmények következtében számottevő mennyiségű szén távozik a rendszerből metán és részben széndioxid formájában).

Fel kell ismerni azt, hogy a "kommunális szennyvíz" fogalom, mint általános tervezési "alapinformáció" idejét múlt. A tisztító telepekre érkező szennyvíz összetétele - sok ok miatt - jelentősen eltérő lehet, mint a külföldi szenny­vizeké. Így a másutt esetleg jól bevált technológiák megfelelő adaptációs vizs­gálatokat nélkülöző alkalmazásából szükségszerűen következhetnek a vártnál jelentősen gyengébb eredmények, amit sajnos a hazai gyakorlat számos példája is alátámaszt.

A szennyvíztisztítás számos módszere ismert és a gyakorlatban alkalmazott. Világszerte felismert tény, hogy napjainkban már nem csak kizárólagosan a szén alapú, hanem a növényi tápanyagok (N, P) és számos esetben különböző ipari eredetű szennyezések eltávolítása is a szennyvíztisztítás feladatát képezi.

A szennyvíztisztítás hazai felmérésére, értékelésére, az alkalmazott szenny­víztisztítási technológiák bemutatására az elmúlt években több rész-tanulmány is készült, azonban ezekből nem volt egyértelműsíthető a tényleges állapot. Tekintettel erre 2001. évben a Víz- és Csatornaművek Országos Szakmai Szövetsége az ÖKO Rt-vel közösen az OVF megbízásából elkészítette "A Magyarországon alkalmazott szennyvíztisztítási technológiák katasztere" című tanulmányt, melyben a 2.000 és 30.000 lakosegyenérték tartományba eső telepeket vizsgálta. Bár a tanulmány lényeges része a kataszter, de a hangsúly egy olyan döntés-előkészítő segédlet összeállítása, mely használható segítséget kínál a megvalósíthatósági tanulmányok elbírálását végző szakmai bizottságok, önkormányzatok munkájához és az elsőfokú vízügyi hatósági tevékenység végzéséhez.

Az általános adatgyűjtés érdekében összeállított kérdőív alapján az alábbi adatbázis alakult ki:

A továbbiakban röviden ismertetjük Magyarországon a 2 000 - 30 000 LE ter­he­lési tartományú szennyvíztisztítási technológiákat

Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák

A természetes szennyvíztisztítási technológiák, melyeket a szennyvíztisztítás során alkalmazzuk, lehetnek:

Szilárd hordozójú rendszerűek

szikkasztás,

öntözés

mezőgazdasági területen,

erdőn,

homok, vagy talajszűrés,

gyors beszivárogtatás,

gyökérzónás tisztítás.

Vizes rendszerűek:

csörgedeztetés (overland flow)

szennyvíztisztító tavak,

stabilizációs,

oxidációs,

utótisztító,

úszó- vagy lebegőnövényes szennyvíztisztítás,

természetes vagy mesterségeges nádastó (wetland)

Ezek közül nálunk a leggyakrabban a 2.000 - 30.000 LE terhelési tartományú szennyvíztisztítási technológiák közül az öntözés és ezen belül a faültetvény kapott szélesebb teret.

Kisterhelésű eleveniszapos rendszerek

Teljesoxidációs tisztítás

Az elmúlt több mint két évtizedben a korábbi számbavétel szerint a 100 m³/d és   5.000 m³/d tartományban, azaz 800-40.000 LE szennyvízmennyiségnél a teljes- oxidációs tisztítás a legszélesebb körben elterjedt technológia volt, mely egy­idejűleg az iszapstabilizációt is megoldotta.

A kis terhelésű teljesoxidációs szennyvíztisztítási technológia körében hazánk­ban az alábbi típusok fordulnak elő:

- teljesoxidációs egyesített műtárgyas;

- teljesoxidációs acéltartályos;

- oxidációs árkos;

- teljesoxidációs csatornamedencés rendszer;

- teljesoxidációs SBR rendszer.

Teljesoxidációs árkos rendszer

A technológia alkalmazására leggyakrabban oxidációs árkos berendezések formájában került sor, ezek a hazai gyakorlat szerint annyiban különböztek az eredetileg Pasveer által kidolgozott iker földmedencés berendezésektől, hogy nálunk a földmedencét előre gyártott betonlap burkolattal látták el, és külön utóülepítőt - többnyire dortmundi medencét - építettek a fázisszétválasztáshoz.

A technológia elterjedését segítette, hogy a hazai gyakorlat szerint a legkevésbé igényelt állandó és szakképzett kezelő személyzetet. A felméréseink szerint az oxidációs árkos tisztítás a 90-es években is terjedt, hiszen jó hatásfokkal működő telepeket állítottak üzembe olyan területeken, ahol a 91/271-es EU direktíva szerint a befogadó vízgyűjtője nem számít érzékeny területnek, és ezért a tápanyag eltávolításra a létesítési vízjogi engedélyben előírás nem szerepel.

Ilyen feltételek mellett a rendszer alkalmazása az elkövetkezendő évtizedben is ajánlható, ha nem is vezető, de mindenképpen számításba vehető technoló­giaként.

Az oxidációs árkos tisztítási technológiában a korábbi gyakorlathoz képest változás várható a levegőbevitel módját tekintve, ugyanis míg mostanáig mechanikus felszíni levegőztetés volt rotor alkalmazásával, a jövőben légbevivő szerkezetek (Flygt-Sanitaire, Messner panel stb.) elterjedése várható, illetve a vízmozgás biztosítására a rotorok helyett propeller keverők beépítésére van szükség.

A légbevitel időkapcsolós kialakítása (a keverők egyidejű járatása mellett) lehetőséget teremt arra, hogy a gazdaságosabb oxigén bevitelen túl a nitrifikáció - denitrifikáció is biztosítható legyen.

Az oxidációs árkos berendezések, mint ahogy a dombrádi, siklósi és további telepek adatai is mutatják, biokémiai oxigén igényben a 85-90%-os, míg KOI_k-ban a 80-90 % közötti hatásfokot tartósan biztosítani tudják.

Lényeges kérdés, hogy több technológiai sor esetén célszerű minden tech­nológiai egységnek külön légfúvó berendezést biztosítani, amely 3 technológiai sor esetén is legalább 33 %-os melegtartalékkal kell rendelkezzen, mert korrekt módon a szabályozás másképp nem valósítható meg.

Különösen igaz ez akkor, ha a fázisszétválasztásnál az utóülepítőből az iszap­eltávolítás a geodéziai adottságok miatt vagy egyéb, a tervező által feltárt okból, mammut szivattyúval történik, ebben az esetben a mammut szivattyú(k) levegőbiztosítását szintén külön berendezésről kell megoldani, de az ezeknél tapasztalt dugulások előfordulása miatt jobb a centrifugál szivattyús eltávolítást alkalmazni.

A technológia jellemzője a rendszer relatív rugalmassága, mind hidraulikai, mind szerves terhelés szempontjából. Azonban azt látni kell, hogy a csapadék­vizek, illetve a jelentős infiltráció esetenként technológiai gondokat okozhatnak főleg a hőmérséklet, illetve a relatív iszap elegy tartalom csökkenés miatt.

Figyelemre méltó megoldás volt az oxidációs árkos tisztítás technológia alkal­mazásánál az a mód, mellyel korábban a siklósi telepet kialakították, ott ugyanis részben az anyagiak hiánya, részben a csatornahálózat fokozatos kiépítése és ezért a terhelés lassú növekedés kezelése érdekében, az árkot első ütemben bővített oldó medenceként működtették. (Figyelembe kell természe­tesen venni, hogy a telep elhelyezése a lakóterület határáról több mint 1.000 méterre volt, és az elhelyezésnél az uralkodó szélirányra is tekintettel voltak.)

Feltétlen előnyként kell a telepek alkalmazásánál megemlíteni, hogy túl azon, hogy nem igényel állandó magas színvonalú szakmai felügyeletet, a fajlagos energiaigény nem több mint 0,5-0,6 kWh/m³, sőt korszerű légbevitel esetén ez alatt is lehet. Általában az alapfokú műszerezettség elegendő. A technológia hátránya, hogy <12 ^oC alatti hőmérsékletnél a nitrogéneltávolítás korlátozott. A jelenlegi hazai gyakorlatban még az általában 25 nap feletti iszapkorú stabilizált iszap víztelenítése szikkasztó ágyakon történik, a későbbiekben ezt dekantáló medencével és mobil iszapcentrifuga alkalmazásával célszerű kiváltani, területet biztosítva egyúttal a víztelenített iszap komposztálására illetve átme­neti tárolására.

Teljesoxidációs egyesített műtárgyas és SBR rendszer

Az egyesített műtárgyas rendszerek [Répcelak, Sárisáp] hasonlóan az oxidációs árkos technológiákhoz szervesanyag eltávolításban, akár BOI₅-ben mérve, akár KOI_k-ban képesek 90% feletti tisztítási hatásfokot produkálni. Gondok általában az NH₄-N eltávolításnál vannak, elsősorban téli időszakban, ami érthető.

Alapfokú műszerezettség mellett állandó kezelést nem igényelve különösen ott van létjogosultságuk, ahol nincs szélsőséges hidraulikai terhelésingadozás, illet­ve a telepítésnek területi korlátai vannak. A fajlagos villamosenergia igény 0,5 kWh/m³ körüli csakúgy, mint az árkos rendszernél.

Szakaszos üzemű SBR rendszer [Fertőrákos] üzemeltetése helyi automatika nélkül nem valósítható meg. Üzeme ciklikus (levegőztetés, keverés, állás) asze­rint változtatva, hogy a műtárgyban milyen tisztítási folyamat zajlik (nitri­fi­ká­ció, denitrifikáció, ülepítés). A tisztavíz és iszapelvétel naponta általában egy­szer - jellemzően a kora reggeli - ülepítési ciklus után automatikusan történik.

Gondot jelent, hogy a technológia sajátossága miatt visszaduzzasztás történik a gravitációs hálózatra, valamint, hogy a rendszer igen érzékeny a beállításra.

Ennek ellenére, ha nincsenek különleges hatósági előírások, megfelelő a technológia. A mintatelep alapján az alulterheltség miatt messzemenő következ­tetéseket nem szabad levonni.

Nagyterhelésű egy reaktorteres eleveniszapos rendszer

Kis és közepes nagyságú, 2.000-10.000 lakosegyenérték terhelésű szennyvíz­tisztító telepek esetében ott, ahol a befogadó nem érzékeny vízgyűjtő területű, az elmúlt évtizedekben, több esetben alakítottak ki nagy terhelésű egy reaktorteres eleveniszapos tisztítási technológiát, illetve az automatizálás előnyeit kihasználva az oxigénellátás időszakos leállításával nitrogén­-eltávo­lításra is alkalmazható rendszert.

A felmérésbe bevont telepek [Zámoly, Kincsesbánya, Szápár, Berhida] esetében több esetben gondot okozott az elégtelen oxigénellátás. Azoknál a kis és kö­zepes nagyságú szennyvíztisztító telepeken, ahol a szennyezőanyag terhelés ingadozása jelentős, szükséges az oxigénbevitel széles skálán történő szabályo­zása (1:5), hogy az eleveniszapos medencében tartható legyen az 1-2 g/m³ oxigénkoncentráció. Gazdasági okokból szükségtelen 2 mg/l feletti koncent­rációt tartani.

A nitrogén eltávolítás eseti igénye kielégítésére az egy reaktorteres műtárgyban aerob és anoxikus üzemeltetési szakaszokat kell biztosítani. Ilyen üzemmód prog­ramszabályozással érhető el, ahol az oxigénbevitel változtatása a gépegy­ségek ki-be kapcsolásával, fordulatszám szabályozással vagy lapátállítással ér­hető el. A vizsgált rendszereknél az első megoldás az általános. A gondot az jelentette, hogy légellátási (kapacitás) problémák voltak. Ez visszavezethető tervezési gondra, rendszerállapotra (hőmérsékletingadozás, infiltráció).

A hidraulikai terhelésingadozást a telepek az üzemeltetők véleménye szerint jól tolerálják, azonban ez nem tekinthető objektív ítéletnek, miután a vizsgálatba vont telepek egy kivételével hidraulikailag jelentősen alulterheltek.

Amennyiben az alulterheléstől eltekintünk a tisztítástechnológiai eredmények általában jók:

BOI₅                      90-97%

KOI_k             88-95%

NH₄-N          92-99% nyáron, télen lényegesen gyengébb

Lebegőanyag 80-90 %

Vegyszeres kicsapatással az öP is 50-70%-kal csökkenthető.

Kommunális eredetű szennyvizek tisztítására a nagy terhelésű egy reaktorteres rendszerek nem érzékeny területeken betöltik funkciójukat.

Fajlagos villamosenergia felhasználásuk alulterheltség esetén nem ideális. Célsze­rű a próbaüzem idején a program módosításával ezen finomítani.

A vizsgált rendszereknél előnyös, hogy a rácsszemét kezeléséről (víztelenítés) gondoskodnak, az általában alkalmazott levegőztetett zsír és homokfogók eseté­ben a homok visszatartás előnyös, a levegő a berothadtan érkező szennyvíz é­lesz­­téséhez kevés, a zsíreltávolításhoz pedig veszélyes hulladékkezelésre szako­­so­dott alvállalkozót kell bevonni.

Eleveniszapos két reaktorteres rendszer

A vízminőségvédelmi követelmények egyre szigorodó előírásai között napja­inkra szinte általánossá vált a fokozott nitrogén eltávolítás előírása.

Települési szennyvízből a nitrogén eliminálás legáltalánosabb útja a denit­rifikáció, ez az eleveniszapos tisztításnál az alábbi feltételek mellett történhet meg:

A nitrogén nitrát/nitrit formában legyen jelen.

Az oldottoxigén értéke gyakorlatilag legyen nulla. (anoxikus feltétel)

Legyen bontható széntartalmú szervesanyag. (BOI₅).

Heterotróf, fakultatív biomassza (diszperz vagy immobilizált)

10-12 ºC-nál magasabb hőmérséklet, pH>7

A denitrifikáció a nitrogéneltávolításon túl üzemeltetési előnyöket is hor­doz:

Elkerülhető az utóülepítőben a nitrogén kiválással összefüggésbe hozható úszóiszap kialakulása.

Miután az anoxikus medencében az oxigén a nitrátban áll ren­del­kezésre, ez energiamegtakarítást eredményez.

Csökken a savképződés.

Ahhoz, hogy a nitrifikáció lejátszódjon az eleveniszapos medencében, aerob (oxigénnel ellátott) körülményeket kell teremteni kellő iszapkorral és anoxikus (oldottoxigén-mentes) állapotot a denitrifikációhoz.

Fenti célok elérésére különböző megoldások születtek:

Szimultán denitrifikáció. (Egyidejűleg egy medencében van jelen mindkét állapot, a légbevitel környezetében aerob, távolabb az anox.) Ilyen megoldásokkal találkozni a csatornamedencés rendszereknél.

Váltakozó denitrifikáció. (Ebben az esetben az előzővel szemben nem térben, hanem időben válik szét az aerob és anox állapot. Ezt a levegő­bevitel 1/2-1 óra körüli leállításával érik el ciklikusan. A keverést ekkor is fenn kell tartani.

Elődenitrifikáció. Ennél a technológiai megoldásnál a nitráttartalmú eleveniszapot és a recirkulációs iszapot a bejövő szennyvízzel a biológiai tisztítást végző eleveniszapos medencét a technológiai sorban megelőző (denitrifikációs) anoxikus medencében keverjük, gyakorlatilag 0 mg/l oxi­géntartalom mellett.

Ismert még az elődenitrifikáció és a szimultán denitrifikáció kombinációja. Ezt legtöbbször kaszkádos rendszereknél alkalmazzák.

A vizsgálatba bevont telepek [Gyöngyöstarján, Fehérvárcsúrgó, Sümeg, Bere­mend], valamint a devecseri telep, mely azért kerül külön említésre, miután csak települési folyékony hulladékot kezel, rendre alulterheltek, bár eltérő mér­tékben.

Azoknál a telepeknél, ahol a műszerezettség csak alapfokú és ráadásul a lég­fúvóknak több technológiai részfeladatot kell kielégíteni (aerob medence lég­ellátása, keverő mammut szivattyú kiszolgálása) gazdaságosan és technoló­giailag korrekt módon nem lehet a rendszert üzemeltetni.

A fajlagos villamosenergia igény rendre meghaladja az 1,6-1,8 kWh/m³ értéket.

A sümegi szennyvíztisztító telepnél, ahol a fúvók váltott üzemelését a beállított oxigénszint és időprogram szerint számítógép vezérli a fajlagos energiaigény 1 kWh/m³ körüli.

A vizsgált telepek nyári időszakban általában ki tudják elégíteni a NH₄-N-re vonatkozó előírásokat, téli időszakban <12 ^oC esetén ez már nem mindenütt teljesül.

A tisztítási értékek az alábbi határok között mozogtak:

BOI₅ 80-98 %

KOI_k 90-96 %

NH₄-N téli 80-88 %

nyári 94-98 %

öP 27-54 %

A korábbi bírságolási gyakorlattal összefüggésben az üzemeltetők az elfolyó víz lebegőanyag tartalmára kevesebb súlyt fektettek.

A gyakorlat alapján előnyösnek tekinthető, ha a legalább két műtárgysor a terhelési viszonyok függvényében akár párhuzamos üzemmódban, akár pedig kaszkád rendszerben működtethető.

A hidraulikai általánosan előforduló alulterheltség mellett előfordul, hogy a szervesanyag terhelés 1,5-2-szer nagyobb a tervezettnél. Ez ugyanúgy gondot okoz, mint a parazita vizek (csapadék orvbekötés, infiltráció) bejutása a rend­szerbe. Az előző inkább tervezési, az utóbbi üzemeltetési probléma.

Általános üzemeltetői vélemény, hogy főleg agglomerációt kiszolgáló tisztító telepeknél előnyös az elődenitrifikációs technológiánál az anoxikus medence adta homogenizáló hatás.

Az iszap sűrítése legtöbb helyen vegyszer nélkül, szakaszosan, gravitációsan történik. A sümegi telepnél alkalmaznak csak vegyszert. A víztelenítés napja­inkra egyre inkább favorizált eszköze a centrifuga, bár présszalagszűrő is alkalmazásra kerül. Az iszap elhelyezése kevés kivétellel depóniában (szemétlerekó telepen) történik, akadnak azonban eredményes hasznosítási gyakorlatok is, mint az injektálás.

Ahol a befogadó érdekében a biológiai tisztításon túl a tápanyag-eltávolításban csak a nitrogén bír jelentőséggel, ott az elődenitrifikációs technológia jól alkalmazható eljárás, amint az a fenti adatokból is kitűnik a foszfor vegyszeres kicsapatása önmagában csak mérsékelt eredményt hoz.

5. Eleveniszapos három reaktorteres technológiák

Az elmúlt évtized jelentős vízfogyasztás csökkenésével együtt járt, hogy a szenny­víztisztító telepek hidraulikai terhelése is csökkent, a szervesanyag ter­helés nem csökkent ezzel együtt, sőt sok helyen abszolút értékben is növe­kedett.

A tápanyagok koncentrációja érthetően növekedett, hiszen a kommunális szennyvízben a jórészt emberi anyagcsere folyamatokból származó foszfor és nitrogén kevesebb vízben keveredik.

A szervesanyag biológiai eltávolítása során a N és P kb. 20%-a beépül a sej­tekbe. Ez a csökkenés azonban nem elegendő, a foszfor és a nitrogén csök­kentése érdekében további technológiai lépcsőket kell megvalósítani, első­sorban az érzékeny területeken.

Érzékeny területnek a Balaton, a Velencei tó és a Fertő tó vízgyűjtője lett kijelölve.

A nitrogén főleg ammónia és szerves nitrogén formában van jelen a nyers szennyvízben. Eltávolítását általában biológiai úton oldják meg.

A foszfor a kommunális szennyvízbe legnagyobb részt az emberi ürülékből és mosószerekből kerül, az előbbiből mintegy 0,5-2,5 g/d/fő. A bejövő szenny­vízben leginkább poli- és szerves foszfát formában fordul elő. A tisztított víz­ben főleg ortofoszfát van, ezt egyébként a legkönnyebb kicsapatni.

A foszfor eltávolítása történhet kémiai, biológiai úton vagy a kettő kombiná­ciójával.

A vegyszeres kicsapatás során a foszfát alig oldódó vagy oldhatatlan csapa­dékká alakul. A leggyakrabban használt vegyszerek a következők: mészhidrát, vasklorid, vasszulfát, alumíniumszulfát, esetleg nátrium-aluminát. Ezeknek nem csak foszforkicsapató, hanem ülepedésjavító hatásuk is van, így a szervesanyag terhelést is csökkentik.

A vegyszeres kicsapatás a technológia különböző pontjain történhet önálló medencében vagy a hagyományos technológiai sor valamelyik műtárgyának felhasználásával. Az alábbi megoldások terjedtek el:

Előkicsapatás

vegyszeradagolás a technológiai sor előtt;

adagolás a homokfogóba;

önálló medencébe az előülepítő előtt.

Szimultán kicsapatás

A vegyszeradagolás az eleveniszapos medence második részébe (hátsó felébe) történik.

Utókicsapatás

vegyszeradagolás a biológiai tisztítást követően majd ülepítés vagy gyorsszűrés;

Természetesen a kicsapatás mindig iszaptöbbletet eredményez, amit figyelembe kell venni.

A biológiai foszforeltávolításra több eljárás ismert, de mindegyiknek közös jellemzője, hogy az eleveniszapot váltakozva kell anaerob és aerob viszonyok közé vezetni.

Anaerob viszonyok között a sejtek foszfort adnak le. Az anaerob medencében még kémiailag kötött oxigén sem lehet, szemben az anoxikus medencével, ahol nitrátban kötött oxigén jelen van. Az eleveniszap foszfort ad le a szennyvízbe. Aerob körülmények közé kerülve az eleveniszap ismét felveszi a foszfort a vízből, mégpedig többet, mint amennyit leadott az anaerob fázisban. Így a foszfor akkumulálódik az eleveniszapban.

Anaerob viszonyok között kiszelektálódnak az eleveniszap legfőbb ellenségét képező fonalas gombák, ezen túlmenően pedig pozitív szelekcióként elsza­po­rodnak az anaerob viszonyokat is jól tűrő, fakultatív aerob foszforhalmozó Acinetobacter szervezetek.

Számos különböző módszert dolgoztak ki a biológiai foszforeltávolításra (a teljesség igénye nélkül):

A/0 eljárás (anaerob/aerob)

Az anaerob rész általában 3, az aerob rész 4 sorbakapcsolt medencerekeszből áll. Ily módon lehetőség van a dugattyús áramlás előnyeit kihasználni. Csak biológiai foszforeltávolítást ad, nem lehet a rendszerben nitrifikáció. Ennek megfelelően tervezendő az iszapkor és az iszapterhelés értéke.

A²/0 eljárás az előző technológia nitrifikációval és denitrifikációval bővített változata.

Phostrip eljárás alapjában véve biológiai, de az anaerob medence csurgalék­vizéből (a medence tulajdonképpen egy gravitációs sűrítő) meszes kezeléssel kicsapatják a nagy oldott foszfortartalmat.

Módosított Bardenpho eljárás során az első anoxikus fázisban, a denitri­fikációhoz a befolyó víz szervesanyag tartalmát használják a mikroorga­nizmusok. Itt a nitrátnak akár 70%-a is nitrogén gázzá alakul. Az első aerob medencében szervesanyag lebontás, nitrifikáció és foszfor felvétel történik. A második anoxikus medencében ismét denitrifikáció folyik, végül a má­sodik aerob lépcsőben a relatíve rövid levegőztetés egyrészt meggátolja az anaerob viszonyokat az utóülepítőben, másrészt megelőzi a sejtek által felvett foszfor oldatba jutását.

Az elmúlt évtizedben más technológiákhoz képest igen sok három reaktor­teres eleveniszapos rendszerű telep megvalósítására került sor. Ezt jelzi az is, hogy a vizsgálatba vont telepek közel 40%-a innen kerül ki [Szálka,  Tót­komlós, Nagyvázsony, Herend, Dunaszekcső, Mecseknádasd, Apostag, Fertő­endréd]. A telepek tisztítási paraméterei az alábbi értékek között mo­zognak:

BOI₅ 85-98 %

KOI_k 90-96 %

NH₄-N téli 50-98 %

nyári 69-99 %

öP 47-90 %

lebegőanyag 69-98 %

Jellemző módon a kedvező felső tartományban sűrűsödnek a hatásfok szá­zalékok.

Elsősorban a biológiai foszforeltávolítás kíván az üzemeltetőktől nagyobb technológiai fegyelmet és odafigyelést. Az önértékelést is jelentő kérdőív kitöl­tésekből kitűnik, hogy ennél a technológiánál a laborháttér biztosítására nagyobb gondot fordítanak, és általában a mérés-adatgyűjtésen túl itt általában magasabb szintű az automatizáltság is.

A három reaktorteres technológiák kialakításától eltérő megoldást valósítottak meg a felmérésbe vont két telepnél az ún. lebegő iszapfüggönyös anaerob-anox medencés kialakítást, ahol a szűrt szennyvizet (ívszitán átvezetett) a medence alsó terébe vezetik, ahol anaerob állapotok uralkodnak. A szennyvíz felfelé áramolva szembe találkozik a nitrátos recirkulációval. Anox körülmények alakulnak ki az iszapfüggönyben. A lebegő függönyös rendszernél az anaerob és anox térség aránya az érkező szennyvízmennyiségtől függ, ezért a tech­nológia az alul- és túlterhelésre egyaránt érzékeny. Ezért ezt a megoldást <500 LE telepnél lehet hatásosan alkalmazni, >2.000 LE felett a rendszer kézben­tartása, főleg a denitrifikáció beállítása sok üzemeltetési problémát jelent.

A vizsgált telepek 50% körüli alulterheltsége ott, ahol a rendszer horizontálisan tagolt, ha egy-egy technológiai sor önálló és nem kapcsolt gépészeti beren­dezésekkel került kialakításra, jelentős többlet költséget (az amortizáció vagy bérleti díj és az állóeszköz fenntartáson túl) nem jelentett, egyébként azonban igen. Az energia felhasználásban is gondok jelentkeztek, ha a berendezések működtetését nem lehetett a terheléshez illeszteni. (Mérés-szabályozás hiánya, frekvenciaszabályozás, egyedi lapátállítások, stb.) Ebben az esetben az 1,1-1,6 kWh/m³ körüli fajlagos villamosenergia felhasználás 3 kWh/m³-re vagy a fölé ment.

A három reaktorteres eleveniszapos rendszerek [Dunaszekcső, Fertőendréd] a szervesanyag lebontáson túl a tápanyag eltávolítással szembeni követel­ményeket is képesek maradéktalanul kielégíteni abban az esetben, ha a szenny­víz hőmérséklete nem csökken 12 ^oC alá.

Gondot legfeljebb a már több helyen jelentkezett és a rosszul értelmezett taka­rékosságnak felróható fúvókapacitás és a tartalék eseti hiánya jelent.

Gyakori, hogy a korábbiakkal ellentétben jelenleg a kis és közepes szenny­víztisztító telepeknél elválasztó rendszerű csatornázás esetén is alkalmazzák a homokfogó műtárgyakat. A tapasztalatok szerint a beruházási többletköltség az üzembiztonság növelésben és a karbantartási pótlási költségmegtakarításokban visszatérül.

A rácsszemét és esetleges homok kezelés-elhelyezés a 15-20.000 LE-nél kisebb telepek esetében legfeljebb meszes kezelést illetve víztelenítést jelent a rács­szemétnél és csakúgy, mint a homoknál szeméttelepi lerakást.

A szennyvíziszapok vonatkozásában a vegyszeres vagy vegyszer nélküli gra­vitációs sűrítésen túl, többnyire centrifugával vagy szalagszűrővel víztelenítik és sajnos még ritkábban komposztálás után, helyenként injektálással átadják mező­gazdasági hasznosításra, de inkább depóniába helyezik.

Az üzemeltetőknek, a mezőgazdaságnak, de a nemzetgazdaságnak is az az érdeke, hogy érvényesüljön a "recycling first", azaz a végtermék kerüljön vissza a természeti körforgásba - még akkor is, ha nem a hasznosító, hanem az üzemeltető fizet érte.

A különösen a vízszegény - félarid - területeken szükség lenne a vizek újra­használatára is, közvetlen újrahasználatra azonban a vizsgálatba vont kapacitás-határokon belül (kivéve a természet közeli technológiákat) nem találtunk példát.