Ugrás a tartalomhoz

Vízellátás és szennyvízkezelés

Dr. Török Sándor (2011)

Szent István Egyetem

9. fejezet - A biológiai szennyvíztisztítás

9. fejezet - A biológiai szennyvíztisztítás

Bevezető

A második szennyvíztisztítási fokozat a biológiai tisztítás. Célja a szennyvízben maradt kolloidális és oldott állapotú szerves szennyeződés lebontása.

A biológiai szennyvíztisztítás alapvetően a mikroorganizmusok irányított tevékenységét jelenti. A mikroorganizmusok tevékenységének színtere a biológiai tisztítás műtárgya, amelyben az életkörülményeket befolyásoló paraméterek: az oxigén, a tápanyag, a pH és a hőmérséklet.

A mikroorganizmusok lehetnek:

  • Aerob szervezetek: oldott oxigént felhasználók.

  • Anaerob szervezetek: oldott oxigént nem igénylők. Azonban a lebontási (oxidációs) folyamataikhoz nekik is kell oxigén, illetve energia, amit a vegyületekben kötött formációkból nyernek.

  • Egyes mikroorganizmus fajok a környezeti feltételeiknek megfelelően, aerob és anaerob jellegű lebontásra is képesek. Ezek a fajok a fakultatív mikroorganizmusok.

A szennyvíz biológiai tisztítása természetes körülmények között is megvalósul, illetve megvalósítható. Hiszen ez megy végbe a folyókban, tavakban is az öntisztulás során, a bejutó szerves anyagokat itt is mikroorganizmusok bontják le, emberi beavatkozás nélkül.

Mesterséges körülmények között, a szennyvíztisztító telepek berendezéseiben az előülepített (mechanikailag tisztított) szennyvízben lévő, elsősorban oldott állapotú szervesanyagot aerob folyamat bontja le. Ekkor az aerob mikoorganizmusok a szerves anyagot, mint tápanyagot sejtanyaggá alakítják, majd saját sejtanyagukat is felélik. A visszamaradó anyag már rothadásra hajlamos, és elásványosodott anyaggá válik.

Oldott oxigént használnak még: a nitrifikáló baktériumok, a kénfaló baktériumok, a vasbaktériumok és a metánoxidálók.

Az anaerob folyamatok az ülepítőberendezésekben kiülepedett iszap kezelésénél jutnak szerephez. Az iszapot döntően pelyhes szerkezetbe összeállt kolloidális szerves anyagok és fölös mikroorganizmus szervezetek alkotják. Ezt a nehezebben hozzáférhető szerves anyagot előbb savtermelő baktériumokkal cseppfolyósítják, majd metántermelő baktériumokkal bontják le a hozzáférhetővé tett szervesanyagot.

Anaerob bakteriális folyamatok közül fontos a denitrifikáció. Véghezviteléhez megfelelő szénforrás (pl. a szennyvíz szervesanyaga), valamint az előrehaladott nitrifikáció szükséges.

A biológiai szennyvíztisztítók két leginkább használt formája:

  • a csepegtető testes - fix filmes - szennyvíztisztító,

  • az eleveniszapos - lebegő, diszperz ágyas - szennyvíztisztító.

Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük:

  • a biológiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat,

  • a természetes biológiai tisztítás eljárásait,

  • a csepegtető testes és

  • az eleveniszapos technológiát.

A tanulási egység követelményei:

  • ismerni kell a biológiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat,

  • rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat,

  • rajzolni kell tudni a különböző szennyvízkezelési technológiák blokk-diagramját.

9.1. Természetes biológiai tisztítás

A természetes biológiai szennyvíztisztítás az a folyamat, melyben a szennyvíz másodfokú tisztítása, vagyis szilárd részeinek eltávolítása és szervesanyagainak lebontása természetes ökoszisztémák (ökológiai rendszerek) igénybevételével folyik, szemben a mesterséges biológiai tisztítással, ahol mindez műtárgyakban, gépi berendezések segítségével, fosszilis energia felhasználásával megy végbe (Vermes, 1997).

A természetes biológiai tisztítás is igényel műszaki létesítményeket és beavatkozásokat, de a tisztulás folyamatai zömmel természetes, újratermelődő energiaforrások fölhasználásával zajlanak. Ide tartoznak: a tavas szennyvíztisztítás, a szennyvizek mező- és erdőgazdasági hasznosítással egybekötött tisztítási és elhelyezési megoldásai, valamint az egyéb szűrőmezős eljárások.

A szennyvízben lévő szerves és szervetlen anyagokat a vízben élő baktériumok, növényi és állati szervezetek populációi alakítják át, bontják le és használják föl saját testük felépítéséhez.

Jelenleg is folyó környezetvédelmi kutatások egyik kiemelt célja olyan ökológiai rendszerek kialakítása és fejlesztése, amelyek alkalmasak a természetben, a természetes ökoszisztémákban érvényesülő hulladéklebontó és anyagátalakító folyamatok felhasználásával az egyre nagyobb mennyiségben keletkező természetes eredetű szennyvizek és hulladékok ártalmatlanítására és egyben hasznosítására.

Az ebből a célból szóba jöhető ökológiai rendszerek két nagy csoportba sorolhatók:

  • a vízben (víz-növény-állat), valamint

  • a talajban, illetve talajon (talaj-növény-állat) kialakult ökológiai rendszerekre.

A vízben kialakult ökológiai rendszerek:

  • tavas szennyvíztisztítás

  • az ,,élőgépek”

  • a szennyvíztisztító és hasznosító halastavak

A talajban, illetve talajon kialakult ökológiai rendszerek:

  • a speciálisan a szennyvízhasznosításra létrehozott faültetvények (pl. cellulóz-nyárasok, energiaerdők),

  • a szántóföldi művelés alatt álló területek és

  • a nádas vagy gyepes szűrőmezők.

A nád gyökérzónás szennyvíztisztításról készült film a következő internetcímről érhető el: http://www.youtube.com/watch?v=k2isp0SOCDg

Tavas szennyvíztisztítás

A természetes biológiai szennyvíztisztítás sokfelé elterjedt módszere, ahol a szennyező anyagok a vízben lezajló természetes folyamatok hatására bomlanak le. A rendszerint földmedrű és viszonylag sekély tavakban a bevezetett szennyvizet a fizikai, a kémiai és a biológiai hatások együttese tisztítja meg, miközben hígulás, oldódás, ülepedés, beszivárgás, szűrés, oxidáció, sejtszintézis, fotoszintézis, gázcsere, párolgás, hőcsere és más folyamatok mennek végbe.

A szennyvíz kiülepedett és szuszpenzióban lévő szerves anyagait egyaránt a vízben élő baktériumok bontják le. Jól tervezett és szakszerűen üzemeltetett szennyvíztavakban ezek a természetes folyamatok eredményesen, megfelelő hatásfokkal hasznosíthatók a kommunális szennyvizek tisztítására. Jellemzőjük a kis beruházási és üzemeltetési költség, valamint az egyszerű üzemeltetés.

A szennyvíztisztító tavak feladatuk szerint lehetnek:

  • Stabilizációs tavak: olyan tisztító tavak, amelyekbe a szennyvizet nyersen, minden előtisztítás nélkül vezetik be, feladatuk a szennyvíz stabilizálása.

  • Oxidációs tavak: ezeket előülepítés után biológiai fokozatként, rendszerint sorba kapcsolva működtetik, bennük oxidatív körülmények uralkodnak.

  • Utótisztító tavak: olyan tavak, amelyekben a biológiai tisztításon átesett szennyvíz minőségét tovább javítják (Öllős, 1992).

Az ,,élőgépek”

Jellemzőjük, hogy töltetként élő növényi gyökereket alkalmaznak, amelyek hatalmas fajlagos felülettel rendelkeznek, valamint oxigénnel és különböző szerves savakkal segítik a lebontást. A növények a medencék felszínére feszített műanyag rácson helyezkednek el, gyökerük 0,5-1,5 m mélyen nyúlik a reaktortérbe. A technológia további jellegzetessége a kaszkádszerűen sorba kapcsolt medencesor.

A szervesanyag és a növényi tápanyagok lebontását legnagyobb részben különböző mikroorganizmusok végzik. Ezt a folyamatot segíti a szennyvíz, illetve a szennyvíziszap reaktortartályok közötti recirkuláltatása a technológiai sor végén elhelyezkedő nyitott aerob tartályokból és az ülepítőből a sor elején elhelyezkedő tartályokba.

A tisztításban részt vesznek egyéb mikroszervezetek, gombák, kagylók, csigák, a technológiai sor végén pedig bioindikátorként halak élnek. Tehát egy mesterségesen összeállított, de komplex természetközeli ökoszisztéma jön létre. Ennek köszönhető a rendszer stabilitása. A technológia előnye még, hogy teljesen zárt, nincs kellemetlen zaj- és szagemisszió, illetve az üde növényfelület látványként sem utolsó.

A hazai viszonyok mellett üvegházba érdemes telepíteni, így a technológia egész évben kielégíti az elfolyó vízzel szemben támasztott minőségi előírásokat. A folyamat során fajlagosan alacsony mennyiségű fölös iszap képződik (56. és 57. ábra).

56. ábra: Élőgép rendszerű szennyvíztisztító Telkiben. (forrás: http://www.telkiviz.hu)

57. ábra: Élőgépek a szennyvíztisztításban