Ugrás a tartalomhoz

Vízellátás és szennyvízkezelés

Dr. Török Sándor (2011)

Szent István Egyetem

9.3. Az eleveniszapos biológiai tisztítás

9.3. Az eleveniszapos biológiai tisztítás

Az eleveniszapos szennyvíztisztítás a legelterjedtebb biológiai szennyvíztisztító eljárás. A lebontást végző mikroorganizmusok pehely formájában, a szennyvízben alakulnak ki. A szervesanyag lebontását úszva-lebegve végzik. Egy-egy iszappehely több százezer élő szervezetet foglal magába. Innen ered az eleveniszapos elnevezés.

A mikroorganizmusok lebontó tevékenységüket a reaktorban végzik, amely hosszanti átfolyású, téglalap alaprajzú medence, levegőztetővel és keverővel ellátva. A biomassza lényegileg a reaktorban marad. Iszap ugyan állandóan lép ki a medencéből, de annak nagy része visszatáplálásra kerül a kellő iszapkoncentráció biztosítására.

A mikroorganizmusok folyamatos oxigén-ellátást igényelnek, és keveréssel lebegésben kell tartani az élő iszapot. Az eleveniszapos technológiákban a reaktort követő utóülepítő a rendszer szerves részét képezi. Nemcsak a szilárdanyagok leválasztását biztosítja, mint a csepegtetőtestes technológiáknál, hanem a biológiai tisztítási folyamat is folytatódik benne. Ezért minimum 2 óra tartózkodási időt kell ott biztosítani. Az eleveniszapos technológia és fő paramétereinek összefoglalását adja a 62. ábra (Tömösy, 2004).

62. ábra: Eleveniszapos technológia

Üzemeltetési szempontból megkülönbözetünk:

  • nagyterhelésű

  • kisterhelésű („hagyományos”) folyamatokat.

A nagyterhelésű folyamatoknál a biomassza növekedése, az eltávolítandó szervesanyagok beépítése dominál. Bomlástermékként víz, széndioxid, és az iszapelhalásból ammónia képződik. Jellemzi a folyamatot, hogy a szuszpendált szilárd anyagok koncentrációja és térfogati terhelése nagy. A tisztítás összhatásfoka gyenge, de viszonylag nagy szervesanyag lebontást eredményez. Ilyen rendszereket nagy szennyvíz mennyiségeknél Qd ≥ 18000 m3/d, terhelési tartományban használnak. A jellemző iszapkor < 2 nap. Bonyolultabb, drágább rendszer, de jobban feldolgozott iszapot bocsát ki, és biogázt termel (63. ábra).

63. ábra: Nagyterhelésű eleveniszapos szennyvíztisztító

A kisterhelésű folyamatoknál a fölösiszap-hányad sokkal kisebb. A tápanyag/mikroorganizmus arány a nagyterhelésűnek kb. 50 %-a. Az iszappelyhek mikroorganizmus összetétele sokkal gazdagabb, a nitrifikáló baktériumok is megjelennek.

A 64. ábra egy kisterhelésű - szaknyelven teljes oxidációs - szennyvíztisztító rendszert mutat be. Átlagos települési szennyvíznél a tisztítás hatékonysága:

  • a szerves anyagra 85-95%,

  • az ammóniára 92-98%,

  • a nitrogénre 60-65%,

  • az összes foszforra 20-25%.

Kis és közepes terhelésű telepeknél e rendszer igen jól alkalmazható, Qd ≤ 18000 m3/d -ig. Nem igényel kvalifikált személyzetet, könnyen és biztonságosan üzemeltethető, de energiaigénye nagy. Kevés, egyszerű műtárgyból áll, könnyen elhelyezhető. Jellemző a nagy iszapkor > 7 nap, kb. 20 napos iszapkor ad jó hatásfokot.

64. ábra: Kisterhelésű, teljes-oxidációs települési szennyvíztisztító

Az eleveniszapos reaktorban a biomasszának O2 -re van szüksége és az iszap leülepedésének megelőzését is meg kell akadályozni keveréssel. Az oxigénbevitelt felületi-, vagy mély levegőztetőkkel oldják meg. Felszíni levegőztető berendezések láthatók a 65. ábrán.

65. ábra: Felszíni levegőztető berendezések

Mélylevegőztetőknél a bekeverés 4 - 6 m-re a felszín alatt történik. A kompresszoros rendszerek lemezes vagy csöves légbevezetői műanyagból, kerámiából, szivacsos anyaggal borított csőből, furatos gumilemezből stb. készülnek, és a medencék fenekén helyezkednek el. Finom buborékos (0.5 - l mm-es furat) és nagybuborékos rendszereket (2-5 mm-es furat) különböztetnek meg.

A széles választékból a tányéros változat látható a 66. ábrán és a kiemelhető, csöves rendszer a 67. ábrán.

66. ábra: Tányéros mélylevegőztető rendszer. (forrás: http://www.multiprojekt-kft.com)

67. ábra: Kiemelhető, csöves mélylevegőztető rendszer. (forrás: http://www.multiprojekt-kft.com)

Biológiai nitrogéneltávolítás

A biológiai szennyvíztisztítási folyamatokban részt vevő mikroorganizmusok eltérőek. A szervesanyagok lebontása (amelynek egyik végterméke a széndioxid), a hagyományos szennyvíztisztító rendszerekben aerob-, vagyis oxigéndús környezetben valósul meg. A szervesanyag lebontást végző szervezetek többnyire nagy szaporodási sebességgel rendelkeznek, vagyis ez a folyamat viszonylag rövid időt vesz igénybe.

Ezzel szemben a nitrogéneltávolítás első fokozataként ismert nitrifikáció meglehetősen lassú folyamat. Az ammónium biológiai oxidációját végző, oldott oxigént igénylő nitrifikáló mikroorganizmusok lassan szaporodnak, és nagyon érzékenyek a környezeti tényezők hirtelen változására, és a mérgező anyagokra is. Ennek következtében a nitrifikáció biztosítása az egyik legnehezebb feladat a nitrogén eltávolítása során.

A nitrifikáció lejátszódását követően azonban a nitrogén még mindig jelen a van a vízben. A nitriten keresztül nitráttá oxidálódó nitrogénvegyület eltávolítása a denitrifikációval történhet meg, amely azonban eltér a nitrifikációtól.

A denitrifikációt ugyanis anaerob, tehát oldott oxigénben szegény környezetben lehet megvalósítani. Mindezt nehezíti az a tény, hogy a denitrifikáló mikroorganizmusoknak szerves szénforrásra van szükségük. Tekintettel azonban arra, hogy azt már egy korábbi lépésben eltávolítottuk (szervesanyag lebontás), a hiányzó mennyiséget vagy pótolni kell (szénforrás adagolással), vagy pedig a nitrifikált szennyvizet a biológiai reaktor elejére kell visszavezetni. Oda, ahol a biológiai reaktorba belépő szennyvízben még van bontható szervesanyag. Ezt a visszavezetést belső recirkulációnak hívjuk. Az ily módon kialakított reaktorelrendezést (tehát először denitrifikáló medence, aztán az aerob medence) elő-denitrifikációnak hívják.

A nitrifikált szennyvíz visszavezetésének helyén, tehát nem szabad levegőztetni. A nem levegőztetett, de kémiailag kötött oxigént (a nitrit, illetve a nitrát oxigénje) tartalmazó környezetet anoxikusnak hívjuk. A medencében az iszap leülepedés elkerülésére általában lassúkeverőket alkalmaznak.

Összefoglalva, a teljes nitrogén lebontás fő feltételei a következők:

  • a nitrifikációhoz:

    • NH3 jelenléte,

    • a szerves vegyületek nagyrészt lebontott volta,

    • aerob körülmények és

    • magas iszapkor szükséges, mert a nitrifikáló baktériumok generációs ideje 12 óra nagyságrendű az egyéb baktériumok l órás generációs idejével szemben.

  • a denitrifikációhoz:

    • anaerob/anoxikus körülmények,

    • nitrátok jelenléte és

    • megfelelő szénforrás kínálat szükséges.

A denitrifikációhoz szénforrásul szolgálhat maga a szennyvíz (pl. a reaktor előtt), vagy az e célból adagolt hidrolizált szerves tápanyag (utánkapcsolt denitrifikációnál).

Biológiai foszforeltávolítás

A biológiai szennyvíztisztítás során a biomassza mind a foszforszennyezést, mind a nitrogénszennyezést csökkenti. E szennyezők célzott, nagyobb mérvű csökkentését lehet elérni a biológiai tisztítás módosításával.

A foszfor az élő szervezetekbe beépül, ezen felül a baktériumok energiatárolásra (szervezetük "szükségállapotának" áthidalására) szolgál. Ez utóbbi az, amit külsőleg befolyásolni (fokozni) lehet azáltal, hogy a baktériumokat ciklikusan stressz-állapotnak teszik ki. A stressz-állapot oxigénmentes periódusok beiktatásával érhető el. Ennek hatására egyes baktérium 6-7% többlet-foszfort vesznek fel.

Ehhez két alapvető technológiai megoldás használható:

  • Főáramú technológia: a biológiai tisztítási fokozat első lépéseként anaerob szakaszt iktatnak be. A csak keveréssel ellátott medencerészben foszfor-felszabadulás lép fel. A levegőztetett medencében ezután fokozott mértékű foszforfelvétel történik, mert a stresszhatás erre ösztönzi a mikroorganizmusokat. A kicsatolt fölösiszap viszi magával a foszfort. (Nagyterhelésű tisztítónál alkalmazható.)

  • Mellékáramú technológia: a recirkulációs iszapot 12-14 órás tartózkodással anaerob reaktorban tartják. Ez fokozott foszfor oldatba vitelt eredményez. Az iszapot részben a sűrítőben különválasztják a vizes fázistól. Majd a foszfort mésszel kicsapják a vizes fázisból. A levegőztetőbe visszavitt iszap intenzív foszforfelvétellel reagál az őt ért hatásokra. (Kisterhelésű tisztítónál is eredményt adó módszer.)

Oxidációs árok

Az oxidációs árkot kis és közepes szennyvíztisztító telepeken (kb. 5000 lakosegyenértékig) használják. Egy lóversenypálya alakú és trapéz keresztmetszetű árok, aminél a fenékszélesség l -2.5 m, a rézsűszög l : l - l : l.5 közötti és a vízmélység 0.9 - l.25 m. Az árkot műanyag fóliával, előre gyártott betonelemekkel burkolják az erózió ellen, vagy monolit betonból készítik.

Az iszap lebegésben tartását, valamint a levegőztetést, az egyenes szakasz elejére beépített vízszintes tengelyű rotor biztosítja. Az oxidációs árokba a szennyvizet a forgókefe előtt vezetik be, és az ellentétes oldalon vezetik el, rendszerint az utóülepítőbe (68. ábra). Az oxidációs árokhoz hasonló kialakítású a csatorna medence. Függőleges fallal és vasbetonból épül, így jobb a terület-kihasználása (Nagy, 1992).

68. ábra: Oxidációs árok

Az oldómedence

Az oldómedencék a legrégibb biológiai szennyvíztisztító berendezések közé tartoznak. Az oldómedencékben együtt zajlik le a szennyvízben levő oldott szervesanyagok, valamint az ülepíthető és nem ülepíthető lebegő anyagok szerves anyagának lebontása, illetve csökkentése.

Az oldómedencébe vezetett szennyvíz ülepíthető szennyeződései a fenéken halmozódnak fel. A víznél könnyebb anyagok pedig a felszínen úszó réteget képeznek. E két réteg között az iszapszemcsék a rothadáskor fejlődő gázbuborékok miatt felemelkednek, majd visszasüllyednek.

Azért, hogy a medencéből elfolyó szennyvíz minél kevesebb iszapszemcsét vigyen magával, az oldómedencéket legalább 2 kamrára osztják. Az első kamra a szennyvízből kiváló szennyezőanyagok zömének visszatartását és kirothasztását végzi. A következő kamra a felúszott iszaprészecskék elfolyását akadályozza meg. Itt fejeződik be a rothasztás folyamata is.

Az oldómedencék két típusa ismert:

  • Az egyszerű oldómedence két kamrából áll, és háromnapi szennyvízmennyiség fogadására alkalmas hasznos térfogatúra kell kiépíteni.

  • A bõvített oldómedencét napi 4...25 m3 szennyvízterhelés esetén építenek. Három kamrából áll és 6...10 napos tartózkodási időre épül.

Az oldómedencéket végleges városi szennyvíztisztító berendezésként nem alkalmazzák, de ideiglenes vagy szennyvíztisztító kisberendezésként használják.