Ugrás a tartalomhoz

Hígtrágya és szennyvíziszap kezelés

Kocsis István (2011)

Szent István Egyetem

2. fejezet - A szennyvíziszapok tápanyagtartalma és szennyező anyagai

2. fejezet - A szennyvíziszapok tápanyagtartalma és szennyező anyagai

Bevezetés

A víztelenített iszapok beltartalmát összevetve az istállótrágyával, a nedvesség- és a szárazanyag-tartalom hasonlóan alakul, a nitrogén- és foszformennyisége közel kétszeres a víztelenített iszapban, a káliumtartalom pedig közel azonos Ezek alapján a szennyvíziszapok valóban alkalmasak tápanyag utánpótlásként való hasznosításra és mintegy átvehetik az egyre kisebb mennyiségben keletkező állati eredetű trágyák szerepét. A hasznos anyagok mellett azonban káros hatású vegyületek, köztük nehézfémek is előfordulnak az iszapban

A szennyvíziszapban található anyagok két csoportba sorolhatók:

  • hasznosítható anyagok

  • hasznosítást gátló anyagok

A két anyagcsoport mennyiségi viszonyai fontosak a további kezelés és hasznosítás szempontjából.

Követelmény

  • Ismerje meg a szennyvíziszap beltartalmi paramétereit a felhasználás technológiájának kiválasztásához.

  • A trágyázási cél megvalósításához tudja a tápanyag-tartalom összetételét, vegye figyelembe a nehézfém tartalmat is.

A szennyvíziszapok összetétele

Magyarországon az eddigi kutatási eredmények megerősítik, hogy a 100 mm/ha-os szennyvíziszap terhelésnél a kimosódást minimálisnak. A hazai szaktanácsadás során azonban nem veszik figyelembe a tisztítási technológiák okozta nitrogénformák átalakulását. A csak mechanikai tisztításon keresztül ment szennyvízből származó iszapok esetében a szervetlen (nitrát, ammónium) formák dominálnak - az iszap alacsony szervesanyag-tartalma miatt - a szerves kötésű nitrogénformákkal szemben. A stabilizálatlan, bűzös és fertőzőképes nyers iszapot ezért a kijuttatás után azonnal be kell dolgozni. A bedolgozás késésével a felszíni lefolyási veszteség mellett (élővizek és kutak vízminőségét kockáztatva) igen jelentős lehet az ammónia alakjában bekövetkező légköri veszteség.

A biológiai tisztítóból kikerülő, (főleg az elpusztult mikrobatömeg protoplazmájában) kötött nitrogénformák lassú mineralizációja következtében jóval kisebb a nitrogénveszteség kockázata. Értelemszerűen hasonló a hatás érett szennyvízkomposztok esetében is. A fentiekből következik, hogy az iszaperedetű nitrogénformák lebomlási folyamatai és azok gyorsasága erősen függ a tisztítási technológiától. Az átlagos felvehető összes nitrogén tartalom az iszapokban szárazanyagra vetítve 1,5-2% körül van a kihelyezés időpontjában, a keletkezéstől és tisztítási technológiától függően.

Foszfor. A szennyvíztisztításban alkalmazott módszerek egyik legfőbb célja, hogy a szennyvizeket megszabadítsák annak oldható foszfortartalmától. Ennek oka, hogy az eutrofizációt okozó elemek közül a foszfor vihető legkönnyebben minimumba. Az élővizekbe jutott foszfor eutrofizációs folyamatokat indukál, melyek az élővizek nagymértékű szennyeződéséhez vezetnek.

Angliában és Walesben az élővizek foszfortartalmának 90%-át a szennyvizekkel bekerült foszfor teszi ki.

1. táblázat. A szennyvíziszap fizikai sajátosságai, a víztartalom függvényében

2. táblázat. A szennyvíziszap hasznosítható és a hasznosítást gátló anyagai

A nehézfémekkel erősen szennyezett iszapoknál a foszfátok 30-40%-a oldhatatlan fémfoszfátok alakjában van jelen. Ezért a nehézfémtartalmú iszapokból a növények kevesebb foszfort tudnak felvenni, mint a nehézfémekben szegény iszapokból.

Szennyvíziszappal kezelt talajok humusztartalmának növekedése mellett annak összes oldható foszfortartalma is növekszik, ez különösen foszforban gyengén ellátott talajokon jelentős.

A foszfortartalom az iszapokban alatta marad a nitrogén tartaloménak, szárazanyagra vetítve 1% körül van. Ez értelemszerűen az iszapok keletkezési és kezelési körülményeitől függően változik.

Szerves szennyező anyagok

Közismert a szerves anyagok változatossága, igen nagy száma. A szerves szennyezők analitikai meghatározása drága, komponensenkénti megadása ezért igen bonyolult és gazdaságtalan volna. Az analitikai megadás helyett a gyakorlatban a szerves anyag tartalom jellemzésére egy egyszerű jellemzési mód - a lebontásához szükséges oxigén igénnyel való jellemzés - terjedt el.

A szerves anyagok oxidálása a környezetben biológiai úton valósul meg.

3. táblázat. A szennyvíziszapok típusai és jellemzői

Nehezen lebomló szerves szennyező anyagok

A szerves szennyező anyagok nagy többsége nagy koncentrációban a vizek oxigéntartalmának csökkentésével fejti ki káros hatását. Kis hányaduk nehezen bomlik és már kis - mikrogramm/l - koncentrációban is káros, mérgező, rákkeltő, vagy felhalmozódó tulajdonságú. Ezek, a szerves mikroszennyezők néven is számon tartott vegyületek:

  • növényvédő szerek, rovarölő szerek,

  • kőolajok és származékaik,

  • szintetikus mosószerek,

  • poliklórozott bifenilek (PCB-k),

  • fenolok.

Valamennyien speciális szennyező hatást okoznak. Jelenlétük speciális megítélést, eltávolításuk speciális technikákat igényel.

A mérgező vegyületek mennyiségét, illetve mennyiségi korlátját a MAK-értékhez hasonló toxicitási mérőszámmal jellemzik:

  • LD50 - a vizsgált élőlények 50%-át elpusztító dózis,

  • LC50 - a vizsgált élőlények 50%-át elpusztító koncentráció.

A felhalmozódás-veszélyes anyagok igen kicsiny, de hosszantartó terhelésnél okozhatnak megbetegedést, sőt halált azáltal, hogy az élő szervezetből nem távoznak el. Így hosszú idő után a szervezetbeli mennyiségük, koncentrációjuk elérheti a megbetegedést okozó szintet.

Mikrobiológiai szennyezők

A szennyvizek - a tisztán ipari szennyvizektől eltekintve - jó táptalajai a mikroorganizmusoknak, ezért számtalan fajtájuk található meg a szennyvizekben (számuk 13 is lehet). 8106−•/cm3

A mérnöki gyakorlatban az emberi szervezetre veszélyes mikroorganizmusokat vesszük csak számításba, mint szennyezőket. Ez 20-30 fertőző komponenst jelent csupán. Ezeket is igen nehéz volna a többi mellett kimutatni. Megállapították viszont, hogy a fertőző mikroorganizmusok emberi vagy állati ürülékkel kerülnek a szennyvízbe. Forrásuk:

  • fekáliás szennyvíz,

  • vágóhidak szennyvize,

  • állati termék-feldolgozók szennyvize,

  • vidéki állattartó-telepek túlfolyói.

Mivel a 20-30 féle fertőző kórokozó identifikálása, vagy jelen nem létének bizonyítása is nehézségekbe ütközik, az a gyakorlat alakult ki, hogy a fertőzöttség megállapítására a fekália jelenlétét vizsgálják, nem fertőző, de jól reprodukálható reakciót szolgáltató mikroorganizmus kitenyésztésével.

Alkalmazott indikátor-mikroorganizmusok:

  • fekália koliform - ez a legtöbbet alkalmazott indikátor.

  • fekáliás streptococcus – (1964 óta használják Európában és az USA-ban),

  • clostridium perfingens - igen ellenálló, hő- és kiszáradás tűrő (70 °C-on is megél), ezért az időnként előforduló, vagy távoli fertőzés kimutatására alkalmas.

Fertőző anyagok

A települési szerves hulladékban megtalálható patogén kórokozók; a vírusok és a paraziták (bélférgek és protozoák). Az előbbi kategóriákon belül a különböző szervezetek százai találhatók meg a települési szennyvízben. A szennyvíziszapban mindazok a kórokozók megtalálhatók, mint ami a szennyvízben és ez potenciális veszélyként jelentkezik a szennyvíziszap felhasználása során. A szennyvíziszap hasznosításánál számolni kell a szalmonellával, a Cysterus bovis petéjével, valamint az embert és szarvasmarhát egyaránt fertőző Taenia saginitával. A szennyvíziszap hasznosításának egészségügyi problémáival számos tanulmány foglalkozik.

A települési szilárd hulladék is tartalmaz patogén szennyezést, amelynek két fő forrása a házi állatok hulladékai és az elhasznált pelenka. A szennyezést tovább növelik egyéb háztartásai eredetű egészségügyi hulladékok és a hulladékot fertőző legyek, rágcsálók, rovarok. Vizsgálatok során nagyszámú patogén indikátor szervezetet találtak a települési hulladékban, amely a szennyvíziszappal megegyező vagy esetenként azt meghaladó szennyezettségre utal. Ezt, a vizsgálatok szerint a háziállatok hulladékai okozzák. A fertőzés veszélye eredményesen csökkenthető a mezőgazdasági és az erdészeti hasznosítás során alkalmazott védekezési módszerekkel és intézkedésekkel.

Szervetlen szennyező anyagok

A szerves hulladékokban található nyomelemek lehetnek toxikusak, de akár hasznosak is az élő szervezetek számára. A nehézfém kategória számtalan elemet foglal magában, amelyeket általában toxikusnak tekintenek. A szerves hulladékokkal a környezetbe vitt nehézfém-terhelés a szerves hulladékok hasznosításának egyik legexponáltabb kérdése napjainkban. A kutatókat és a gyakorlati szakembereket egyaránt foglalkoztatja az a kérdés, hogy ezek az elemek a talaj-növény-állat-ember biológiai láncolatban milyen mértékben vesznek részt és hol a határ, ahol ezek a fémek még tolerálhatók. A magyarországi szennyvíziszapok nehézfém-szennyezettsége nem olyan magas, hogy az egy-két kiugró eredmény ellenére gátolná a hasznosíthatóságot.

A települési szennyvíziszap toxikus anyag tartalmának limitálása szempontjából is elsőrendű feladat a forráskontroll. Az iszapelhelyezéssel kapcsolatos problémák megoldását nagymértékben elősegíti a csatornába vezethető ipari és egyéb nem kommunális jellegű szennyvizek minőségének szigorúbb – az EEC direktívák szerint is megkövetelt – szabályozása. Ezt célozza az úgynevezett szennyvíz-előkezelési akcióprogram bevezetése, amely értelmében minden településen, ahol olyan ipari tevékenységet folytatnak, amelynek a hulladékai mérgezőek vagy egyéb szempontból veszélyesek és az ipari szennyvizet a közcsatornára kötve kívánják elvezetni, ipari szennyvíz-előkezelés keretében kötelesek csökkenteni vagy megszüntetni a káros anyag kibocsátást.

A szervetlen szennyezők mennyiségét egyedi koncentrációjukkal kell jellemezni, nincs a BOI, illetve KOI-hez hasonló együttes mérőszámuk.

Nitrogén

Öt formában fordulhat elő: elemi-, szerves-, nitrit- és nitrát-nitrogén, ammónia.

Az elemi nitrogén vízben jól oldódik, inert tulajdonságú, nem jelent szennyezést. A többi előfordulási forma viszont szennyezőnek számít.

A nitrogénvegyületek a vizekbe többféle forrásból juthatnak: műtrágyából, szerves trágyából, szerves anyagok bomlása révén, és a szennyvízkezelő berendezésekből.

Az ammónia a szerves nitrogénvegyületek bomlástermékeként kerül a szennyvízbe: jelenléte egyértelműen indikálja a bomló szerves anyagok jelenlétét.

Az ammónia a sejtmembránon áthatoló sejtméreg. Mérgező hatása egyéb vízjellemzők függvénye is, 0,2-2 mg/l koncentráció-értéktől toxikus. A megengedett koncentráció: 0,02-0,025 mg/l.

Az ammóniát a nitrifikáló baktériumok oxidálják, e közben oxigént fogyasztanak, nitriteket és nitrátokat hoznak létre az alábbiak szerint:

1 g NH3 oxidálása 4,57 g O-t fogyaszt: a szerves anyagokhoz hasonlóan oxigén fogyasztó "terhelést" jelent a szennyvizekben, kis koncentrációban is.

A fentiek miatt a megengedett határérték nitrátionból 40 mg/l az ivóvízben.

Jól működő szennyvíz-tisztítóknál az elfolyó víz 10-40 mg/l NH és 5-30 mg/l tartalmú. Anaerob körülmények között számos szervezet képes a nitrát oxigénjének felhasználására, így a nitrátból N képzésére (denitrifikáció). Több országban (Dánia, Hollandia, Anglia, Magyarország, stb.) a kiadható szennyvíziszap mennyiségének egyik behatároló tényezője, hogy az iszap nitrogéntartalmát a növények maradéktalanul hasznosítsák és a felesleges kimosódások ne okozzanak környezetszennyezést. A szennyvíziszapokban lévő tápanyagok formáját, felvehetőségét nagymértékben meghatározza az, hogy az elhelyezés előtt milyen volt a szennyvíztisztítási és iszapkezelési technikai megoldása. Az eljárások a tápanyagok mennyiségét is megváltoztatják.

Foszfor

A foszfor nem mérgező, de fölös mennyisége a természetet károsan deformálhatja "terhelő" összetevő. A természetes emberi tevékenység is okoz foszfor szennyezést. Az emberi kiválasztás naponta, személyenként 2 g foszfort, ezen felül a hagyományos mosószerek további 2 g foszfort visznek a vizekbe. Az erőteljes műtrágyázás is folyamatos foszfor-kimosódást okoz. A természetben kőzetek mállásterméke bomlásaként is keletkezhet oldható foszfor.

A foszfor az élő szervezetek fontos építőeleme. A bioszférában szinte kizárólag teljesen oxidált formája van jelen, foszfátként, a pH-tól függően (ortofoszfát) vegyületeként. A növények csak ezeket a reaktív foszforalakokat tudják felvenni. A nem reaktív szerves és szervetlen kondenzált foszfátokat a növények nem képesek hasznosítani.

A foszfátok fémionokkal (vas-, alumínium-, kalcium) fémfoszfát vegyületeket képeznek, oldatból kicsapódnak (oxidáló környezetben).

A foszfor körfolyamatban, "foszfor-ciklusban" vesz részt: részint szervetlen vegyületek formájában a környezet összetételétől függően kicsapódik (ezzel kilép a táplálkozási láncolatból), vagy visszaoldódik. Másrészről az ortofoszfát vegyületeket a növények felszívják, szervezetükbe beépítik, szerves, kondenzált foszfor-vegyületet képeznek. Az elhalt növények kondenzált foszfát tartalma nem aktív, (kilépés a ciklusból). Baktériumok ezt azonban újra hidrolizálják ortofoszfáttá, s ezzel visszaviszik az aktív ciklusrészbe. (A biológiai szennyvíz-tisztítókban ez a folyamat is lejátszódik).

A biológiai szennyvíztisztítás foszforciklust módosító hatására jellemző:

  • a nyers szennyvíz 5-20 mg/l összes foszfor tartalmának 15-20%-a aktív;

  • a biológiailag tisztított szennyvíz 3-10 mg/l foszfort tartalmaz, de ez 50- 90%-ban ortofoszfát.

A legtöbb természetes rendszerben a foszfor van a legalacsonyabb (aktív) koncentrációban, tehát limitáló tényező. Mintegy 10 mg/m3 foszfortartalom alatt a rendszer oligotrof, nem történik biológiai produkció. 20 mg/m3 felett eutrotróf, azaz a fotoszintézis végbemehet, megindulhat az algaburjánzás.

Kálium

A szennyvíziszapok általában sokkal kevesebb káliumot tartalmaznak, mint nitrogént és foszfort. Szárazanyagra vonatkoztatott kálium tartalom 0,5% alatt van. Ezért ott ahol kizárólag iszapot használnak trágyaként kiegészítő káliumadagolás szinte minden esetben szükséges. Szlovákiai (pozsonyi) szennyvízzel történt öntözési vizsgálatok során a szennyvíziszap káliumtartalmának felvehetőségét 80-100%-osnak találták. A fentiekből látható, hogy a szennyvíziszapok az alkalmazás szempontjából nem tekinthetőek homogénnek. A makro- és mikroelem tartalmat az iszapok száraz anyagtartalma befolyásolja leginkább. Ez a paraméter viszont leginkább a tisztítási (víztelenítési eljárások hatékonyságától függ) illetve a szállítási és elhelyezési idő hosszától. A makro tápanyagok mennyisége és növényi felvehetősége az érett szervestrágya felvehetőségéhez áll közelebb, mint a műtrágyákéhoz

Toxikus fémek

Egyes fémek kis mennyiségben szükségesek az élővilág számára (esszenciális fémek). Ezek a bór, cink, króm, kobalt, mangán, molibdén, ón, réz és vas.

Más fémek - arzén, kadmium, ezüst, higany, ólom, berillium - az élő szervezeteket mérgezik, toxikusak. Az esszenciális fémek optimálist jóval meghaladó koncentrációban, valamint a nem-esszenciálisak növekvő koncentrációban fokozottan mérgezőek. Mérgező hatást csak az oldott fémszennyezők okoznak, az oldhatatlan fémvegyületek biológiailag inaktívak. Szennyvizeink általában igen kis koncentrációban tartalmaznak fémszennyezőket, de a biológiai folyamatok során megkötődnek, és a képződött biomasszában felhalmozódnak, így sokezerszeres koncentrációt is elérhetnek. Előfordulhat, hogy a tápláléklánc végén levő állatot, vagy embert már a felhalmozódásból adódó nagy dózisú mérgező hatás éri.

További gondot okoz, hogy a környezetben felgyülemlő inaktív fémvegyületek a körülmények (pH, oxigén-koncentráció, redox potenciál stb.) változása kapcsán oldódnak, aktiválódnak. (Ilyen jellegzetes, a természetben esetenként lejátszódó folyamat például a higany metileződése: az inaktív higany metilhigany-módosulata jól oldódik vízben és igen mérgező.)

Jellegzetes a toxikus fémek által okozott mérgezéseknél, hogy a nagy dózis gyorsan jelentkező mérgező hatása mellett a legtöbb fém esetében /hosszan tartó/ kis koncentráció is eredményezhet mérgezést, de a káros hatás csak hosszú idő után (hetek, hónapok, sőt évek multával) jelentkezik. A mérgező koncentrációk értéke fémenként változó, és a fentiek miatt nehezen megadható értékű.

Fentiek miatt a fémszennyezések, elsősorban a nehézfém-szennyezések megelőzésére, valamint eltávolítására fokozott gondot kell fordítani.

Cianidok

Mindenhol, ahol élet- vagy ipari tevékenység van, előfordulnak cianidok. Ezért a cianidokat szennyezettséget jelző vegyületnek is tekintik. A cianid ion könnyen megkötődik az állati szervezetekben és gyors mérgezést okoz. Már 50-60 mg halált is okozhat embereknél. Blokkolja a citokróm rendszert (enzim rendszert) és az oxidációs folyamatokat. Természetes vizekben cianid nincsen, vagy csak 0,1 mg/l alatti koncentrációban fordul elő.

Cianid tartalmú vizeket közvetlenül a képződésük helyén kell tisztítani a fokozott mérgezési veszély miatt, valamint azért is, mert a 0,2 mg/l feletti koncentráció a biológiai tisztítást gátolja. A megengedett cianid ion koncentráció: 0,2 mg/l.

Összefoglalás

A szennyvíziszap több komponensű anyag. A szárazanyag nagy része szerves anyag (50-60%).

A szennyvíziszapban megtalálhatók: szerves szennyező anyagok, nehezen lebomló szerves szennyező anyagok, mikrobiológiai szennyezők, fertőző anyagok, szervetlen szennyező anyagok. Ezeket megfelelő tisztítási/ártalmatlanítási eljárásoknak kell alávetni, hogy a szennyvíziszap felhasználása ne okozzon ökológiai katasztrófát.

A makroelemek (N, P, K) 0,2-1,5%-ban találhatók benne. Ezek az anyagok jól hasznosíthatók a tápanyag-gazdálkodásban. A talajerő-gazdálkodási hasznosítás gátja a nehézfémek és poliklórozott szénhidrogének.

Kérdések

  1. Ismertesse a szennyvíziszap kémiai összetevőit!

  2. Mennyi a tápelemtartalom (N, P és K) a szennyvíziszapban?

  3. Milyen nehézfém-szennyeződéseket ismer?