Vízellátás és szennyvízkezelés
Dr. Török Sándor (2011)
Szent István Egyetem
Az eleveniszapos települési szennyvíztisztítóknál két helyen választunk le szennyvíziszapot:
• az előülepítőkből a nyers iszapot és
• az utóülepítőkből a fölös iszapot.
Az iszapok kezelésének módját megszabja a további felhasználás, vagy elhelyezés, valamint szükségessé teszi a kezelést:
az iszapok nagy víztartalma,
azok fertőző volta ( féregpeték, patogén baktériumok) és
ipari eredet esetén a mérgező anyagok jelenléte.
Az iszapkezelés legfontosabb lépései:
iszapsűrítés,
iszapkondicionálás és stabilizálás,
fertőtlenítés,
víztelenítés és
végső elhelyezés, értékesítés.
Iszapsűrítés
Az iszapkezelés technológiai rendszerének gyakorlatilag első eleme a sűrítő. Célja: az iszap víztartalmának meghatározott mértékű csökkentésével magának a kezelendő iszap mennyiségének a csökkentése (Barótfi, 2000).
A sűrítés technológiai elemeinek csoportosítása:
Gravitációs sűrítés
természetes úton (tölcséres sűrítők)
mesterséges keverő berendezéssel ellátott sűrítő
Flotációs sűrítés
levegő befúvással
vegyszerrel
Dinamikus sűrítés
vibrációs hatással
centrifugálással
Szűréssel történő sűrítés
membrán szűrés.
A következőkben a sűrítésnél alkalmazható gépi berendezések bemutatására és rövid értékelésére térünk rá.
A gravitációs sűrítőben "keveréssel", az iszapot óvatosan átgyúrva, bolygatva segítik az ülepedést. E célból az ülepítő iszapkotróján ritkán (150-200 mm) elrendezett pálcákkal "keverjük," (inkább csak bolygatjuk) az iszapot. A pálcák a zagyban képződött gázok felszínre jutását és ezáltal az ülepedést segítik elő. Megakadályozzák „iszap-hidak” képződését, az iszap összeállását.
A gravitációs sűrítő alkalmazható előülepítő-iszap és kevert-iszap (elő- és utóülepítőből származó iszap) sűrítésére. 4-6% szárazanyag tartalom érhető el vele. Utóülepítő-iszapnál ritkán alkalmazzák, mert csak 2-3% szárazanyag tartalom érhető el vele.
Az oldott levegős flotációs iszapsűrítőknél finoman eloszlatott, és az iszaprészecskékhez kapcsolódó légbuborékok segítségével felúsztatják, és így uszadék formájában sűrítik a vízhez igen közel álló sűrűségű, vagy igen kis szemcseméretű iszapot.
A buborékok kapcsolódását, a pehelyképződést az iszaphoz kevert vegyszerrel is javítják.
A függőleges tengelyű dob-centrifuga alkalmazása estén a szétválasztás jó hatásfokú, vegyszer alkalmazása nélkül is. Az elérhető szilárdanyag tartalom 5-9%. Utóülepítő-iszapnál is használható e típus. Vegyszer adagolásával a teljesítménye megkétszerezhető.
A tálcás (tányéros) centrifuga dobjának vonalas metszetét a 74. ábra mutatja be.
74. ábra: A tálcás (tányéros) centrifuga. (1: betáplálás, 2: tányérok, 3: bordák, 4: sűrítmény kiömlőnyílása, 5: iszapvíz elvezetése)
A tálcás centrifugák a nagy telepek gépei. Utóülepítő iszap sűrítésére alkalmazzák elsősorban, az elérhető szilárdanyag tartalom 4-6%. Alkalmazásánál ügyelni kell, hogy csak jól homokmentesített iszap (a homok koptató hatása miatt), és szálas anyag mentes iszap engedhető rá az eltömődések elkerülése végett.
Dekanter (csigás) centrifuga vonalas metszetét a 75. ábra mutatja be.
75. ábra: Dekanter (csigás) centrifuga. (1: betáplálás, 2: dobhajtás, 3: csigahajtás, 4: centrifugaház, 5: iszap, 6: iszapvíz)
A csigás centrifuga a nagy telepek gépe, mind az iszap sűrítésére, mind az iszap víztelenítésére alkalmas.
Utóülepítő iszap sűrítésére használják, 6-9% szárazanyag tartalom érhető el vele. Csak jól homokmentesített iszapnál használható. Az iszaprészeket roncsolja, így az iszapvízzel többlet szerves anyag jut vissza a tisztító sor elejére.
Iszapkondicionálás és stabilizálás
Feladata a sűrített iszap vízteleníthetőségének javítása, a szerves anyag stabilizálása, a patogén bacilusok mennyiségének csökkentése.
Alkalmazhatunk:
fizikai-,
kémiai- és
biológiai kondicionálást.
Fizikai kondicionálás
Pasztőrözés: felmelegítés 60-80 °C-ra, majd hőntartás 15-30 percig;
Termikus kondicionálás: hevítés 180-220 °C-ra, 30 percig hőntartás. Teljes sejtpusztulást eredményez. Hátránya, hogy a sejtnedvek szerves anyagnövekedést okoznak az iszapvízben. Továbbá költséges és bűzös. Viszont igen jól vízmentesíthető iszapot eredményez.
Fagyasztásos kondicionálásnál a jégkristályok a sejtfalat szétroncsolják, a vízmentesítést akadályozó kolloidok elbomlanak. A mesterséges hűtés nem gazdaságos, a természetes téli fagyást hasznosítják.
Kémiai kondicionálás
A kondicionáló vegyszerek (flokulálószerek) hatására javul a vízteleníthetőség, csökken a rothadóképesség, csökken a patogének mennyisége. Végezhető:
szerves koagulánsokkal (más néven polielektrolitokkal) és
szervetlen koagulánsokkal (FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3, CaO).
Biokémiai kondicionálás
Aerob kondicionálás: az iszap „teljes oxidációja”, azaz tovább levegőztetése. Alkalmazható, ha:
10 °C feletti hőfok biztosított egész évben, valamint
kis-, és közepes terhelésű szennyvíztelepen (2000 - 7500 m3/d ).
Tokszikus ipari szennyvizeknél is alkalmazható. Kezelési idő: 8 - 12 nap. Enzimes változata gyors: csupán 8 - 12 óra a kezelési időt igényel. Alkalmazása nagyobb (2000 - 20.000 m3/d) szennyvizet feldolgozó telepeken is gazdaságos.
Anaerob kondicionálás: alkalmazása közepes és nagy telepeknél gazdaságos. Levegőtől elzárt rothasztást, biológiai lebontást végeznek, aminek során főleg CH4 és CO2 gáz (biogáz), valamint rothasztott iszap képződik. A műveletek során az anaerob mikroorganizmusok a feldolgozott anyagokból enzimeikkel hasítják le a számukra szükséges oxigént. Formái:
hideg rothasztás: 20°C alatti hőmérsékleten játszódik le és
fűtött rothasztás: 32 < t < 58°C hőmérséklet tartományban.
Hideg rothasztás:
nyitott földmedencékben: 120 - 180 nap alatt játszódik le (4000 m3/d-ig használatos).
kétszintes ülepítők rothasztó tereiben: 75 - 90 nap kezelési idő szükséges. 2000-3000 m3/d terhelésű tisztítóknál használják. Hasznosítható biogázt nem szolgáltat a hideg rothasztás, valamint igen idő- és térfogat igényes.
Meleg rothasztás két hőmérséklet tartományban végezhető:
mezofil rothasztás: 32 - 38 °C hőfoktartományban játszódik le, 20-30 nap szükséges.
termofil rothasztás: 50 - 58 °C tartományban végzik, 15-20 nap szükséges.
A termofil rothasztás előnyei a mezofillal szemben: gyorsabb, így kisebb reaktor-tér szükséges. Patogének elölése, a kezelt iszap vízteleníthetősége jobb. Hátrányai: hőmérséklet ingadozásra érzékenyebb. A folyamat kevésbé stabil. Nagyobb az energia igénye. Továbbá: az iszapvíz több oldott szerves anyagot tartalmaz és gyengébb a szilárd-folyadék szétválasztás az utórothasztóban.
Alkalmazott reaktorok: 500 – 10.000 m3-est használnak, szükség esetén többet párhuzamosan alkalmazva. A fűtését a biogázzal végzik, így csak indításhoz kell külső energiáról gondoskodni a meleg rothasztásnál.
Hőenergia szükséges:
a betáplált iszap felmelegítésére,
a recirkulált (az utórothasztóból visszatáplált) iszap felmelegítésére és
a berendezések hőveszteségeinek pótlására.
A rothasztókat keverni kell:
a tápanyag egyenletes eloszlatása végett,
a baktériumok és a tápanyag jó érintkeztetése végett,
egyenletes hőmérséklet biztosítása végett,
áramlási holtterek elkerülésére és
uszadék-képződés csökkentése végett.
Keverés módja:
mechanikus keverővel,
recirkuláltató szivattyúval, valamint
a képződött gáz visszavezetésével.
Nem szükséges állandóan keverni. Általában naponta 3-6-szor 1-6 órát kevernek.
A képződött biogázzal kapcsolatban a következőket kell biztosítani:
tárolótartály kell,
gazdaságos felhasználásról kell gondoskodni (kazán, gázmotor, városi gázhálózatba táplálás stb.),
a fölös gáz megsemmisítésére gázfáklya kell és
a környezeti veszélyt el kell kerülni (villámhárító, rb szerelés).
A 76. ábrán jellegzetes reaktor kiképzést, ill. kapcsolást mutatunk be.
76. ábra: Hengeres, zárt iszaprothasztók
Szennyvíziszap fertőtlenítése
E műveletet a kondicionálás előtt vagy után végzik. Fertőtleníteni kell, ha:
az iszapot a mezőgazdaságban hasznosítják, vagy
az iszap erősen fertőzött, ezért járványveszélyt rejt.
A fertőtlenítés történhet:
klórozással,
meszes kezeléssel (Ez mezőgazdasági hasznosításnál előnyös lehet, mert vele a savasodó talajok javíthatók),
besugárzással,
hőkezeléssel és
komposztálással (A komposzt ágy magas hőmérsékletre képes felmelegedni, ahol a patogén mikroorganizmusok már elpusztulnak).
Láttuk, hogy az iszapkezelési módok közül számos biztosítja a patogén mikroorganizmusok pusztulását, ami külön fertőtlenítési lépés beiktatását feleslegessé teszi.
Szennyvíziszap víztelenítése
Az iszap víztelenítés célja, hogy az iszap veszítse el „folyadékszerű” tulajdonságait, szállítható, „lapátolható” legyen. Megkülönböztetünk:
„természetes” víztelenítési eljárásokat, amelyeknél a víztartalom tetemes része párolgással távozik (víztelenítő/iszapszikkasztó ágyak, szárító lagúnák) és
gépi víztelenítő eljárásokat:
csigás centrifuga,
vákuum dobszűrő (az 1970-es évekig),
szalagos szűrőprés, (folyamatos működésű, használata mind kis, mind nagy telepeken igen elterjedt - 77. 78. és 79. ábra), valamint
kamrás szűrőprés (8-25 bar nyomás - II. fejezet 19. ábra).
77. ábra: Szalagos szűrőprés működési elve
78. ábra: Szalagos szűrőprések. (forrás: http://www.multiprojekt-kft.com)
79. ábra: Szalagos szűrőprés üzem közben. (forrás: http://www.multiprojekt-kft.com)
Végső iszapelhelyezés, értékesítés
Égetés: egyedüli megoldás, ha toxikus anyagokat tartalmaz
Deponálás: megfelelően kiválasztott, előkészített és üzemeltetett lerakóhelyeket kell biztosítani. Az előírások szigorodnak, így a megengedett víztartalmat is előírják.
Szárítás: 300 - 500°C-on történik. A mezőgazdasági felhasználáshoz szükséges: "zsákolható" konzisztencia a kívánatos, továbbá a patogén és gyommagmentes minőség – ezt a magas hőmérséklet biztosítja.
Komposztálás: tovább-feldolgozása, biológiai bontása az iszapnak, ami stabil, mezőgazdasági hasznosításra alkalmas terméket szolgáltat. Előfeltétele, hogy az iszap nehézfémeket, toxikus anyagokat nem tartalmazhat.
A művelet során baktériumok és gombák bontják, oxidálják az iszapot. Hőt fejlesztenek, ami a patogén szervezetek pusztítását (pasztőrözését) eredményezi, 50 - 70 °C-ra melegszik. Szagtalan, humusz-szerű anyag keletkezik.