A biológiai és a kémiai szennyvíztisztítás szimbiózisa

1. BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék A biológiai és a kémiai szennyvíztisztítás szimbiózisa Dr. Licskó István Szabó Anita Melicz Zoltán László Balázs

2. A klasszikus biológiai szennyvíztisztítás • Mechanikai fokozat • Nagy sűrűségű szervetlen anyagok • Úszó anyagok (zsír, olaj) • Ülepedő szerves anyagok • Biológiai fokozat • Szerves anyag lebontás • Nitrifikáció a szerves anyag terhelés függvényében

3. A szerves anyag lebontás sebessége • Hasonlóság az ipari fermentációhoz • A lebontási folyamatok matematikai megfogalmazása • Oldott és szilárd biológiailag bontható szerves anyagok • Különböző lebontási sebességek • anyagi minőség • oldott vagy szilárd állapot • méretbeli különbségek • A szilárd állapotú anyagok kis lebontási sebessége

4. A szerves anyag lebontás sebessége • Jelentős különbség a sebességi állandók értékeiben • A szilárd állapotú anyagok méreteinek jelentősége • Sebesség-meghatározó a leglassúbb folyamat • A mechanikai fokozat, de különösen az előülepítő alkalmazásának jelentősége a biológiai lebontás sebességében • A lebegőanyag koncentráció csökkentésének jelentősége a biológiai fokozat előtt

5. Méreteloszlás és kémiai összetétel házi szennyvizekben (KEMIRA, 1990)

6. A lebegőanyag koncentráció csökkentésének lehetőségei • Lamellák, csőkötegek • Homokszűrők??? • Kémiai előkezelés, a kolloid, kvázi-kolloid diszperzió koaguláltatása, flokkuláltatása, ülepítése – azaz a hagyományos ülepítéssel nem kezelhető anyagok ülepíthetővé válnak • Megoldási lehetőség: a foszfor eltávolítási gyakorlatból jól ismert előkicsapás

7. Kémiai előkezelés • Előkicsapás – a lebegőanyag hatékony koaguláltatásával kiegészítve • A kicsapószer és a koagulálószer gyakorlatilag azonos • Külföldön széleskörű alkalmazás - elsősorban a skandináv államokban • Több esetben kémiai kezeléssel intenzifikált mechanikai tisztítás – biológiai kezelés nélkül (viszonylag „híg szennyvizek”) • Közép-Európában nem biztos hogy alkalmazható módszer a szennyvizek viszonylag nagy szennyezőanyag tartalma miatt

8. CEPT eljárás TSS eltávolítás: 70% TP eltávolítás: 75% BOI eltávolítás: 50%

9. Közvetlen kicsapatás TSS eltávolítás: 85% TP eltávolítás: 90% BOI eltávolítás: 70%

10. Előkicsapatás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: 95% BOI eltávolítás: >90%

11. Szimultán kicsapatás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: 90% BOI eltávolítás: >90%

12. Utókicsapatás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: >95% BOI eltávolítás: >90%

13. Hazai alkalmazás • Csak foszfor eltávolítás céljából • Elsősorban szimultán kicsapás • Csak elvétve találunk előkicsapást • Indokok: • idegenkedés a vegyszerek adagolásától • feltételezett, de nem igazolt kedvezőtlen hatás az elődenitrifikációra • az iszapmennyiség növekedése • esetleges problémák az iszap kezelésekor (víztelenítés, rothasztás) • a pH változás mértéke

14. Célkitűzés • Az előkicsapás során elérhető szennyezőanyag eltávolítás megállapítása • Szerves anyag (KOI) • Szerves anyag (BOI5) • Orto-foszfát (oldott foszfor) • Összes foszfor • Lebegőanyag • pH változás • A kémiai előkezelés alkalmazhatóságának kritériumai Magyarországon • Költség-haszon elemzés

15. pH változás • A pH hatása a mikrobiológiai folyamatokra • A hazai szennyvizek pH értéke viszonylag nagy (8,0 körüli érték), és nagy a pufferkapacitás is • Kémiai kezelést követően csak extrém nagy adagoknál csökken a pH 7,0-nél kisebb értékre • Az alkalmazott vegyszerek minőségük függvényében változtatják meg a pH értékét • Az előpolimerizált sók lényegesen kisebb mértékben változtatják meg a pH értékét mint az egyszerű háromértékű sók

17. Szerves anyag (KOI) • A kezelést követően megmaradó KOI érték megközelítően azonos az oldott állapotú szerves vegyületek okozta KOI-val (150-250 mg/L) • Esetenként az oldott állapotú szerves anyagok 10-20%-a is eltávolításra kerül • A szerves anyag eltávolítás hatásfoka 55-75% a nyers szennyvíz minőségének függvényében • Azonos szerves anyag eltávolításhoz megközelítően azonos koaguláns dózisok szükségesek – az anyagi minőségtől csaknem függetlenül

21. Szerves anyag (BOI5) • A maradék BOI megközelítően azonos az oldott BOI-vel (80-200 mg/L) • A BOI-ben kifejezhető eltávolítási hatásfok 40-65% • Az alkalmazott vegyszerek hatása megközelítően azonos • A vegyszeradagolás növelése csak egy adott pontig növeli a szerves anyag eltávolítás hatásfokát • A BOI görbék változása az idő függvényében alapvetően módosul a kémiai kezelést követően

26. Foszfor eltávolítás (orto-foszfát) • A kicsapás önmagában még nem elegendő, szükséges a hatékony ülepítés is • A koaguláció nem nélkülözhető • Az orto-foszfát kicsapása viszonylag kis vegyszer adagoknál is megvalósul • Az alkalmazott vegyszerek hatása lényegesen különbözik egymástól • A háromértékű egyszerű fémsók lényegesen hatékonyabbak, mint az előpolimerizált sók • Az orto-foszfát eltávolítás mértékét szabályozni kell – elegendő orto-foszfátot kell hagyni a biológiai folyamatokhoz

31. Lebegőanyag • Nagy része a sikeres koaguláció és flokkuláció következtében ülepíthető lesz • A maradék lebegőanyag koncentráció csak ritkán haladja meg az 50 mg/L-t, de a vizsgálatok többségében 30 mg/L-nél kisebb volt • A lebegőanyag eltávolítás hatásfoka nagy mértékben befolyásolja a szerves anyag és a foszfor eltávolítás mértékét

34. Következtetések • Kémiai előkezeléssel ülepíthetővé alakítható a szennyvizek csaknem teljes lebegőanyag tartalma • A mechanikai fokozatban eltávolítható lesz a szerves anyagok 40-75 %-a (a KOI 55-75%-a, és a BOI5 40-65%-a) • A kis lebegőanyag tartalmú szennyvíz biológiai bontása rövid idő alatt megvalósul • Az eredetileg nagyterhelésű eleveniszapos rendszer kémiai kezeléssel közepes, vagy kisterhelésűvé alakul

35. Lehetőség nyílik a nitrifikációra • A különböző vegyszerek azonos adagjai megközelítően azonos szerves anyag és lebegőanyag eltávolítást okoznak • A szerves anyag és a lebegőanyag eltávolítás csak egy adott határig nő a vegyszeradagolás növekedésével • A pH változás nem éri el azt a szintet, amely már gátolná a biológiai folyamatokat • Az orto-foszfát kicsapásának mértéke az adagolt vegyszer minőségének és mennyiségének függvénye • A maradék orto-foszfát szint szabályozható

36. Az optimális orto-foszfát szint eléréséhez és a maximális szerves anyag eltávolításhozeltérő vegyszeradagok szükségesek • Megfelelő vegyszer-kombinációkkal mindkét komponens eltávolítása optimizálható • A kémiai előkezelés alkalmazásával alapvetően átrendeződik a mechanikai és a biológiai fokozat szennyezőanyag eltávolításban betöltött szerepe

40. Tisztított szennyvíz Tisztított szennyvíz 10% 10% 15% Biológiai tisztítás 60% 30% Biológiai tisztítás Előülepítés 75% Kémiai előkezeléssel intenzifikált előülepítés Szervesanyag eltávolítás szerkezeti átrendeződése

41. Esettanulmány 13.000 m3/d hidraulikai terhelés 200-1100 mg/L KOI → 80 – 160 mg/L 340 mg/L BOI5 → 60 – 150 mg/L 50 mg/L NH4-N 6,5 mg/L ÖP → 1,5 mg/L Levegőztetés költségei Vegyszerköltségek

43. Környezetterhelési díj • A számítások alapján jelentős költség-megtakarításra nyílik lehetőség • Átlagértékekkel számolva 15-20 millió Ft/a, a 85%-os előfordulási szinttel számolva 45-50 millió Ft/a megtakarítás érhető el