Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák II.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

8. fejezet - Faültetvényes talajbiológiai rendszerek

8. fejezet - Faültetvényes talajbiológiai rendszerek

Bevezetés

A szennyvizek talajban való elhelyezése – amennyiben olyan adagolással történik, hogy magában a talajban nem okoz kárt – nem csak a szennyező anyagok eltávolítását és ártalmatlanítását oldja meg, hanem megteremti a szennyvízzel távozó, még értékes anyagok hasznosításának lehetőségét is. Ezt a kettős célt lehet megvalósítani a szennyvizek faültetvényes rendszerekkel történő tisztítása és talajban való elhelyezése során.

Követelmények:

  • ismerje meg faültetvényes talajbiológiai rendszer lényegét;

  • tudja előnyeit, hátrányait;

  • tanulja meg a jogi hátterét;

  • ismerje a szennyvíz elhelyezésének módjait;

  • tudja a faültetvényes technológia elemeit;

  • ismerje az alkalmazott fafajokat, fajtákat, előnyeiket, hátrányaikat.

Faültetvényes talajbiológiai szennyvíztisztító rendszerek legfőbb jellemzői

  • A talajban a szennyvíz olyan természetes biológiai (talajbiológiai) tisztítása játszódik le, ahol ezáltal biztosított a víz és a tápanyagellátás is a faültetvények vegetációjához.

  • A faültetvények nem szigetelt rendszerek, ezért a tervezésük és kivitelezésük nagy pontosságot, speciális szakmai ismereteket igényel, hogy ne fordulhasson elő talaj, illetve talajvízszennyezés.

  • Ezek a rendszerek - megfelelő tervezés, kivitelezés és üzemeltetés esetén - a szervesanyagok mellett a növényi tápanyagokat is képesek igen jó hatásfokkal eltávolítani a szennyvízből, melyek jelentős részét a növények hasznosítják.

  • Az e célból telepített erdőknek kiemelkedő jelentőségük van az ártalommentes szennyvíz-elhelyezés és -hasznosítás gazdaságos, egész éven át, időjárástól függetlenül történő megoldásában.

  • A faültetvények terhelhetősége sokszorosa a mezőgazdasági növényekének, ezért kisebb a területigényük is.

  • A termelt növény nem kerül emberi, vagy állati fogyasztásra, így enyhébbek a közegészségügyi korlátok.

  • A növényeknek elsősorban a szennyvizek hasznosításában van szerepük, mivel felveszik a bizonyos mértékig lebomlott, feltárolódott szennyeződéseket/tápanyagokat és természetesen kielégítik vízigényüket.

Tervezés

A kivitelezéshez szükséges előre megtervezni (megfelelő szaktudással rendelkező szaktervezőnek) a fák egymástól való távolságát az illetékes Mezőgazdasági Szakigazgatási Hivatal (MGSZH) bevonásával, esetleg (ha erdős területen létesítik) erdészeti szakértő közreműködésével.

A tervezés során figyelembe kell venni, hogy a szennyvizet milyen hasznosítási célra akarjuk felhasználni. Ha mezőgazdasági területet öntözünk vele (időszakos elhelyezés) a 170 kg/ha N terhelés a mértékadó tervezési paraméter, és az 50/2001-es kormányrendelet vonatkozik rá.

Abban az esetben, ha szennyvizet talajon tisztítjuk és helyezzük el, már jóval nagyobb terhelés éri a talajt, és ki kell vonni a mezőgazdasági művelésből. Így már nem vonatkozik rá az 50/2001-es kormányrendelet, és a talaj lebontó képességére, illetve a növényzet felvevő képességére kell méretezni.

Ezek alapján készül a termőhely-feltárási szakvélemény és a telepítési terv, melyet az illetékes környezetvédelmi felügyelőség hagy jóvá az elvi vízjogi engedélyezési terv alapján.

A szakvéleménynek tartalmaznia kell az elhelyező területtel érintett felszín alatti vizek minőségi állapotvizsgálatának eredményeit is (minőségi alapállapot), és ezt véleményezi a többi érdekelt hatóság is.

Felszín alatti víz-figyelő kutakat kell telepíteni, ezekben a vízminőséget a helyi viszonyok szerinti gyakorisággal kell vizsgálni. A megfigyelés (monitoring) követelményeit a környezetvédelmi hatóság a vízjogi engedélyezés során állapítja meg.

Az „elvi vízjogi engedély” megszerzése után a második tervfázis a „megvalósíthatósági tanulmányterv”. Ennek tartalmaznia kell a tervezett változatok gazdasági, pénzügyi elemzését, a beruházás költségétől a tervezett pénzügyi forrásokon át (önrész, pályázati források, stb…).

A harmadik tervfázis a „létesítési engedélyezési terv”, melynek már alkalmasnak kell lennie a kivitelezés megtervezésére is.

A faültetvényes rendszer alkalmazásának korlátai:

Nem létesíthető a következő területeken:

  • ahol a talajvíz évi maximális szintje a terepszinthez 1,5 m-nél közelebb van;

  • a 219/2004. (VII. 21.) Korm rendelet 10. § 2. pontja szerint a 2. számú melléklet 1. pontja szerinti fokozottan érzékeny területeken.

Egyes fafajok nem csak jól elviselik az időnként fölöslegben rávezetett vizet, valamint tápanyagokat, de zömében hasznosítani is képesek azokat. (A többit a talaj mikroszervezetei mineralizálják.)

A kimondottan szennyvíztisztítás és elhelyezés céljából kialakított faültetvények nagy mennyiségű szennyvíz folyamatos tisztítását és elhelyezését teszik lehetővé, ezen kívül a szennyvízöntözés hatására jelentős fatömeg-növekedést eredményeznek. Laza talajokon a nyárfa, kötött talajokon a fűz, különösen a husángfűz alkalmazása javasolható.

A szennyvíz elhelyezésének módja:

  • Felületi elárasztásos módszerek:

    • barázdás kialakítással,

    • mélyárkos kialakítással,

    • sávos-csörgedeztető módszerrel,

    • kalitkás árasztó módszerrel.

  • Esőztető módszer: a szennyvíz kipermetezése is hozzájárul annak (t.i. a szennyvíznek) minél gyorsabb és tökéletesebb tisztulásához, illetve a talajfelület jobb kihasználásához, ez esetben azonban számolni kell a cseppfertőzés veszélyével és a szaghatással.

A faültetvényes (gyors beszivárogtatású) rendszert általában tisztított szennyvíz elhelyezésére használják. Az ilyen rendszerek a talajvíz felé nyitottak, ezért fennáll a talajvíz szennyeződés veszélye. Drénezéssel a tisztított víz nagy része visszavezethető a rendszer elejére, vagy elhelyező telepre vezethető, így a talajvíz szennyeződése megelőzhető (29. és 30. ábra). A faültetvényes tisztítók hidraulikus terhelhetősége nagy, ezáltal helyigényük viszonylag kicsi.

A faültetvényes technológia elemei:

  • előtisztító (ülepítő medence, esetleg anaerob tó);

  • szennyvízelhelyező terület, például nyárfával telepítve (drénhálózattal, vagy anélkül).

Amennyiben a természetes vízgazdálkodási viszonyok mellett a talajvíz elszennyezésének kockázata nagy, akkor drénezésre van szükség. (Nagy hidraulikai terhelés – Q>2000 mm/a – és magas talajvíz állás – 1,5 m – esetén)

29. ábra. Faültetvényes rendszer elemei

30. ábra. Faültetvényes tisztító rendszer

Jogszabályi környezet

A faültetvényes (nyárfás) szennyvíztisztítás létesítése - mezőgazdasági művelésből kivett területen - vízjogi engedély alapján történhet.

Az engedélyezési eljárás során a környezetvédelmi jogszabályok a meghatározóak. Az alkalmazás környezetvédelmi korlátai:

  • fokozottan érzékeny felszín alatti vízvédelmi területeken nem alkalmazhatóak,

  • nem okozhatja a felszín alatti víz és a földtani közeg állapotának romlását,

  • nem eredményezhet kedvezőtlenebb állapotot, mint amelyet a „B” szennyezettségi határérték, vagy az „Ab” bizonyított háttérkoncentráció, ill. az „E” egyedi szennyezettségi határérték.

Jogszabályi háttér

  1. Faültetvényes szennyvíztisztítás alkalmazása esetén a faültetvényre szolgáló terület erdő- és mezőgazdasági művelésből történő kivonásáról gondoskodni kell, a 219/2004. (VII. 21.) Korm. rendelet előírásai alapján kell eljárni, a területileg illetékes környezetvédelmi felügyelőség talajtani szakhatósági állásfoglalása szerint.

  2. A faültetvényes szennyvíztisztítás területe a 253/1997. (XII. 20.) Korm. rendelet (253/1997. (XII. 20.) Korm. rendelet az országos településrendezési és építési követelményekről) 2. számú melléklete szerinti 1.3.5. jelű „Beépítésre nem szánt egyéb vízgazdálkodási terület”-nek tekintendő.

  3. A faültetvényes szennyvíztisztítás ártalommentes alkalmazása érdekében minden egyes esetben, a hektáronként kihelyezhető szennyvíz mennyiségének és egyéb feltételeinek meghatározására a műszaki tervező talajtani szakvéleményt készíttet, melyet az illetékes környezetvédelmi felügyelőséghez kell benyújtani. A szakvéleménynek tartalmaznia kell az elhelyező területtel érintett felszín alatti vizek minőségi állapotvizsgálatának eredményeit is (minőségi alapállapot).

  4. A faültetvényes, és egyéb, nem szigetelt szennyvíztisztítás alkalmazása esetén a felszín alatti vizek védelmének érdekében a 219/2004. (VII. 21.) Korm. rendelet előírásait kell figyelembe venni.

  5. A fentiek mellett nem létesíthető faültetvényes, és egyéb nem szigetelt rendszerű természetes szennyvíztisztító telep a következő területeken:

    • ahol a talajvíz évi maximális szintje a terepszinthez 1,5 m-nél közelebb van,

    • a 240/2000 (XII. 23.) Korm. rendeletben kijelölt érzékeny felszíni vizek 250 m-es parti sávjában;

Fafajok és technológiák

A legősibb, szerte a világon, a legtöbb helyen alkalmazott természetes tisztítás a talajon játszódik le évezredek óta. Ha pedig a talajban lefolyó talajbiológiai tisztítás hatásfokát növelni akarjuk, és e mellett még hasznot is akarunk húzni belőle, a szennyvizek minden alkotójával együtt fatermelésre használhatjuk fel hasznosan.

A kifejezett erdő területeken végzett elhelyezésnek több korlátja van. A korosabb állomány nehezen tud alkalmazkodni a terhelésre. Ezzel szemben a speciálisan ilyen célra telepített ültetvények kiválóan alkalmasak szennyvizek és híg iszapok fogadására.

A faültetvényes szennyvíztisztítás alkalmazásakor a felületi elhelyezés jöhet számításba. Ez esetben a szennyvizet a fasorok közé helyezik el a bakhátak közötti barázdákban, vagy mélyárkokban. A szivárogtató árkok két-két nyárfasort fognak össze.

A fiatal állományok jobban alkalmazkodnak, és esetenként kifejezetten meghálálják az ilyen módon kijutatott vízmennyiséget. Különösen a gyors fejlődésű, nagy tápanyag- és vízigényű nyárfák alkalmasak ilyen kezelésre.

Az Erdészeti és Faipari Egyetem által végzett kísérletekben az I-214 olasznyár, óriásnyár mutatta a legnagyobb növekedési erélyt. Javasolható még a bédai egyenes fehérfűz, kevésbé az akác, míg az erdei fenyő viszont rosszul bírta a kezelést (31. ábra).

31. ábra. A nemzetközi és hazai tapasztalatok szerint leggyakrabban alkalmazott fafajok

Évtizedek óta erre a célra leginkább bevált fafajta a nemes nyár. A szennyvíz-elhelyezés pedig – a szennyvíz minőségétől függően – széles (1,5-2 m) teknős (32. ábra), vagy keskeny (0,5-1,0 m) árkos módszerrel történik (33. ábra).

32. ábra. Teknős rendszerű nyárfás tisztító rendszer

33. ábra. Árkos rendszerű nyárfás tisztító rendszer

34. ábra. Árkos elosztás drénhálózattal

Az utóbbi években kevésbé alkalmazott, pedig az egyik legjobb a talajbiológiai tisztítás nyárfás hasznosítással. Még „tömény” folyékony hulladékok (TFH) elhelyezésénél is kiváló eredményeket mutat.

35. ábra. Vízzel teli tálca, előtérben az elosztóárok

36. ábra. Előtérben a dréncsövek, melyek a szennyvizet összegyűjtik és elvezetik

A nemes nyárak vízigénye és terhelhetősége nagy. Ennél csak a husángfűzé nagyobb. Egész évben, még télen is öntözhetők. Lengyel, de hazai (Aparhant) tapasztalatok szerint a nyárasok téli öntözését még -10 ˚C alatt, és hó alatt is folytatni lehet, ha a talaj 50 cm-nél mélyebben nincs átfagyva.

A fák víz- és tápanyag igénye igen nagy. Egy kg szárazanyag előállításához a fa mintegy 400 l vizet párologtat el, amely átlag 10 éves életkort figyelembe véve a faállomány 3300 m3/ha (330 mm) vizet párologtat el évenként, vagyis a nitrát-kivonás révén biológiailag megújítja és ezáltal meg is tisztítja azt. A teljes hasznosított vízmennyiséget a fa által elpárologtatott víz, a fa nem hasznosítható részei (gyökér, tuskó, levélzet) által felhasznált víz, valamint az öntözőárkok átnedvesített talaja által elpárologtatott víz összessége adja (37. ábra).

37. ábra. A kijuttatott szennyvíz sorsa, faültetvényes rendszer esetén

Az öntözési módszerekkel üzemeltetett szennyvíz-elhelyező és -hasznosító rendszerekben, ahol a talaj a tisztítás/hasznosítás fő közege, a kutatások és a gyakorlati tapasztalatok egybehangzó tanúsága szerint nem a szerves anyag, hanem a hidraulikus és a nitrogénterhelés a fő limitáló tényező, szemben a mesterséges tisztítóberendezésekkel, ahol éppen fordított a helyzet.

Talajbiológiai tisztítás során a BOI5 lebontáson túl, az ammónia jelentős része elpárolog, ill. a talajban nitrifikálódik, majd mélyebbre szivárogva a nitrát denitrifikálódik. Különösen vonatkozik ez az erősebben szennyezett vizekre.

A fajlagosan nagy N, illetve szervesanyag-terhelésnél működik igen eredményesen a talajbiológiai tisztítás.

Az egész évben jó hatásfokkal működő talajbiológia feltétele, hogy a szennyvíznek a talajba juttatása – inkább kisebb adagú –, de minél gyakrabban ismétlődő legyen.

38. ábra. Nyárfás árkos szennyvíztisztítás próbaüzeme Vasadon

A husángfűz olyan fafajta, amely a szennyvíz-hasznosításban még a jól bevált olasz nyáron is túltesz. Még intenzívebb a fejlődése, s ezzel kettős hasznot eredményez:

  • még több szerves anyagot, N és P tápanyagot képes hasznosítani és ezzel

  • sokkal nagyobb termés-eredményt produkálni.

A füzek kétszikű, kétlaki fás növények, viráguk barkában, általában még lombfakadás előtt jelenik meg, rovarbeporzásúak. A fűzfák lombhullatók, hengeres hajtásúak, fák vagy cserjék formájában fordulnak elő. Leveleik szórt, ritkán átellenes állásúak, leginkább lándzsa alakúak. Szaporításuk legelterjedtebb formája fás dugványok ültetése. Magyarországon számos fajuk megtalálható:

  • Salix alba (fehérfűz - őshonos faj),

  • Salix babilonica (szomorúfűz),

  • Salix caprea (kecskefűz).

Japánban több fűzfafajta felhasználásával kinemesítésre került és a világ több országában elterjedt a gyorsan növő „husángfűz” (Salix Viminalis Sp.).

A mai ismeretek szerint ez a fafajta a leggyorsabban növő, úgy hosszra (naponta 3-5 cm-t képes a hajtás növekedni), mint tömegre, mivel már az első vegetációs év után is vágható állapotba kerül. Hozama az első év után kb. 8-10 tonna/hektár/év, míg 3-4 év után ez a mennyiség már 20-40 t/ha/év. Az első éves hajtások 3-4 m hosszúak, míg 3-4 év után az éves hajtás akar 8 métert is képes elérni (ha nem vágnánk rendszeresen).

A gyorsan növő „husángfűz” (Salix Viminalis Sp.) magyarországi termesztésre, elsődlegesen energetikai célra történő felhasználásra javasolt az alábbiak miatt.

  • Magas talajvizű vagy árvizes területen naponta egy kifejlett növény kb. 15-20 liter vizet képes naponta elpárologtatni. (10.000 tő/ha telepítési sűrűségnél ez kb. 150 m3/ha/d mennyiség. Azaz 15 mm/d a párologtatás.)

  • E fűz kedvező tulajdonsága, hogy az éves N-felvevő képessége 600-800 kgN/ha/a, amely kétszerese a jól ismert és eddig használatos hibrid nyárfának; az éves P-felvevő képessége 800-1000 kg/ha.

  • A kinemesített husángfűz (Salix Sp.) jó mézelő növény.

  • A füzek (Salix Sp.) igen széles területen, gyakorlatilag a mérsékelt és hideg éghajlati övezetekben mindenütt előforduló növények. Különösen jól tűrik az eltérő hőmérsékletű viszonyokat.

  • A husángfűz képes igen kedvezőtlen talajon pl. külszíni bányák meddőhányóin, mint rekultivációs növény fejlődni. Természetesen lassabb tempóban, mint más ún. normál talajon, de mélyreható gyökérzete lehetőséget ad a rossz minőségű talajokban való növekedésre is. Az ilyen talajon viszont a területek humuszképzésében óriási szerepe lehet. A növény részére optimális az 5,5-6,5 közötti pH-érték, de ültethető 3,5-10 pH-jú talajon is. Kedvező, ha a talaj vízháztartása aránylag jó. Ez a rendszeres öntözés esetén már nem akkora jelentőségű.

A szennyvízhasznosítás esetén nincs szükség tápanyagpótlásra. Szükséges azonban a tervezőnek egy jó üzemeltetési utasítás elkészítése.

Ennél figyelembe kell venni a talajnak a talajbiológiai tisztítással elérhető N és P eltávolítási hatását, majd a fűz fejlődésével járó jóval nagyobb víz- és tápanyag igényét.

A husángfűz előzetesen számítható terhelési értékeit mutatja a 7. táblázat.

6. táblázat. Husángfűz terhelési értékei

  • Energetikai célra legalkalmasabb a 3. és az utáni években kitermelt fűz.

  • A betakarított fűzvesszők nem igényelnek speciálisan fedett raktározást.

  • A megfelelően telepített fűz várható termesztési ideje 25-30 év, melyről évente hektáronként 10-40 tonna száraz faanyag nyerhető.

  • A husángfűz az előtisztított (jól ülepített) szennyvíz hasznosításában még jelentősebb, mint a már jól ismert nyárfa.

  • A rendkívül gyors növekedésével jóval több szennyvíz és a szennyvizekben lévő N és P felvételére alkalmas.

  • Betakarítása alkalmassá teheti a térségi foglalkoztatás szintjének jelentős növelését, lehetővé téve az alacsony szakképzettségű emberek tömeges foglalkoztatását.

  • Környezetkímélő módon egészítheti ki a kistelepülések fűtési energia igényét.

  • Értékes – kiegészítő – forrása lehet a „méh legelőknek”.

  • A husángfűz széles körben felhasználható, rendkívül gazdaságosan előállítható olyan növény, amely értékes új alternatívát jelenthet a természetközeli szennyvíztisztításban és az alternatív energia felhasználás területén.

39. ábra. Husángfűz nagysága: 3, 2, és 1 éves korban

A világ hagyományos energiaforrásainak fokozatos kimerülése és az energiaköltségek folyamatos növekedése miatt kiemelkedő jelentőséget kap az ún. alternatív energiaforrások felderítése és hasznosítása. Az alternatív energiák közé tartoznak azok a fafajok, melyek termesztése szabályozható és növekedése gyors. Ilyen a husángfűz. Termesztése különös jelentőséggel bír egy olyan országban, mint hazánk, amely energiaszükségletének nagy részét importból szerzi be.

Az EU-ban számos kultúrnövény termesztése mennyiségileg szabályozott, míg ezt a növényfajtát korlátozások nélkül – sőt támogatások mellett – lehet termeszteni.

Tekintettel a husángfűz gyors és arányos növekedésére, ezzel a fával ki lehet váltani a hagyományos erdők tüzelőfa céljából történő irtását. Itt már az első évben és ezt követően is 25-30 évig minden évben a hagyományos fa mennyiségének többszörösét lehet előállítani.

Összefoglalás

A szennyvizek talajban való elhelyezése az egyik legrégebben alkalmazott tisztítási és elhelyezési eljárás. Nagy mennyiségű szennyvíz folyamatos tisztítását és elhelyezését teszik lehetővé, ezen kívül a szennyvízöntözés hatására jelentős fatömeg-növekedést eredményeznek, ami hasznosítható.

A felületi elárasztásos és az esőztető módszerek terjedtek el. A faültetvényes technológia elemei:

  • előtisztító (ülepítő medence, esetleg anaerob tó);

  • szennyvízelhelyező terület, például nyárfával telepítve (drénhálózattal, vagy anélkül).

A faültetvényes szennyvíztisztítás alkalmazásakor a felületi elhelyezés jöhet számításba. Ez esetben a szennyvizet a fasorok közé helyezik el a bakhátak közötti barázdákban, vagy mélyárkokban. A legjobban bevált fafajok a nyár és a fűz.

Ellenőrző kérdések és feladatok

Kérdések

  1. Mi az elvi alapja a szennyvizek talajban való elhelyezésének?

  2. Mik az előnyei és hátrányai?

  3. Milyen szempontokat kell figyelembe venni a tervezésénél?

  4. A szennyvíz kijuttatásához milyen módszereket alkalmaznak?

  5. Melyek az alkalmazott fafajok, előnyeik, hátrányaik?