Biológiai szennyvíz tisztítás Készítette: Saigl Adrián

Először is mik azok a mikroorganizmusok? A mikroorganizmusok vagy mikrobák mikroszkopikus (szabad szemmel nem látható) élőlények. A mikroorganizmusok között akadnak baktériumok, gombák, növények (Algák) és állatok (Protozoák), de a vírusokat és a prionokat, mint élettelen képződményeket nem sorolják közéjük. Általában egysejtűként hivatkozunk rájuk de akadnak közöttük többsejtűek és szabad szemmel is látható élőlények.

Akkor kik is ők? Saccharomyces cerevisiae E. Coli Paramecium Mucor circenelloides

Miért is van rájuk szükségünk a szennyvíz tisztításnál? Mert a mikroorganizmusok a szaporodásuk során a szennyvízben lévő szerves anyagot felhasználják új sejttömeg előállítására. Ezáltal azt megtisztítják. Mikroorganizmusok vegyi gyára: Tápanyag Genom Fehérjék Új sejtek Energia

Tápanyag igény (aerob) C + H + N + P + O2 + (vitaminok, ásv. anyagok, nyomelemek) Új sejttömeg + CO2 + H2O + N2 + egyéb szervetlen sók + nem bontható anyagcsere termékek Mikroorganizmusok

Az aerob szubsztrát légzés során lejátszódó biológiai folyamatok sémája

Milyen utakon valósítják ezt meg? Kémiai Energiaforrás Fény KEMOORGANOTRÓF FOTOORGANOTRÓF Szerves Heterotrofók Legtöbb baktérium,gomba…mi Bíbor (nem kén-)baktérium. Néhány eukarióta alga Szénforrás KEMOLITOTRÓF FOTOLITOTRÓF H-,S-,Fe- Denitrifikáló- baktériumok Zöld növények, eukarióta algák (fényben) Blue/green algák Cianobaktériumok Fotoszint.baktériumok Széndioxid Autotrofok

BINÁRISAN OSZTÓDÓ MIKROORGANIZMUS Mikrobák szaporodása 1=X0*20 2=X0*21 4=X0*22 8=X0*23 16=X0*24 . n: a generációk száma X=X02n BINÁRISAN OSZTÓDÓ MIKROORGANIZMUS

Behelyettesítve az előző egyenletbe Mikrobák szaporodása Generációk száma Behelyettesítve az előző egyenletbe

Mikrobák szaporodása az előző egyenlet szerint X Idő

Mikrobák szaporodása (valóság) EXPONEN- CIÁLIS FÁZIS GYORSULÓ NÖVEKE- DÉSI SZAKASZ LAG SZAKASZ HANYATLÓ FÁZIS

Mikrobák szaporodása A valóság az hogy a végtelenségig nem tudnak szaporodni a mikroorganizmusok mert valaminek történnie kell. Mégpedig: TÁPANYAG LIMITÁCIÓ TOXIKUS METABOLIT TERMÉK(EK) HELYHIÁNY

Mikrobák a szennyvíztisztításban (szabályzó paraméterek) hőmérséklet - hőátadás pH oldott oxigén – levegőztetés átadási felület - keverés ásványi tápanyagok (N, P, K, Mg) mikroelemek (Fe, Cu, Co, …) nehézfém-mérgezés (galvánüzem) toxikus szerves vegyületek

Mikrobák a szennyvíztisztításban Bordetella Bacillus Clostridium Streptococcus Staphilococcus Salmonella

A szennyvíz Kommunális szennyvíz eredete: mosás, mosogatás fürdés, WC-öblítés, takarítás, öntözés Mit is tartalmaz? 99%-a víz 1%-a oldott vagy diszpergált szennyezés(baktériumok, tápanyagok (nitrogén, foszfor), fémionok, olaj, zsír …), de ez az 1% teljesen használhatatlanná teszi a vizet.

Szennyvíz tisztítás fejlődése 1900-ig: elszivárogtatás, csatornázás, élővízbe vezetés 1900-tól: aerob eljárások, eleveniszapos lebontás 1940-től: anaerob technológiák megjelenése, iszapkezelés 1960-70: fizikai/kémiai módszerek intenzifikálása 1980-tól: biológiai, biokémiai módszerek fejlesztése N – P eltávolítás kombinált módszerekkel intenzifikált mikróbakultúrák katalitikus, szuperkritikus oxidációs eljárások

A teljes szennyvíztisztító rendszer Települési szennyvíz Ipari Szennyvíz Iszap Elő-tisztítás Előtisztítás Zsír, olaj Csatornahálózat üzemeltetés Csatornaiszap Elhelyezés, Hasznosítás Rácsszemét Rácsszűrés Homok-anyagok Homokfogás

A teljes szennyvíztisztító rendszer Előülepítés és/vagy flotáció Iszap Biológiai (vagy kémiai) szennyvíztisztítás Kezelés Elhelyezés, Hasznosítás Iszap Utóülepítés Iszap Utótisztítás Fertőtlenítés Befogadó

Gépi tisztítású íves rács Rácsszűrés Gépi tisztítású íves rács

Homokfogás

Hosszanti átfolyású ülepítőmedence Ülepítés Hosszanti átfolyású ülepítőmedence

Ülepítés (Dorr)

Biológiai szennyvíz tisztítás lehetőségei: Gyökérzónás szennyvíztisztítás Szennyvízöntözés Tavas szennyvíztisztítás Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás Eleveniszapos szennyvíztisztítás

Gyökérzónás szennyvíztisztítás

Szennyvízöntözés

Tavas szennyvíztisztítás

Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás A lényege, hogy a szennyvizet egy mozgó-forgó elosztó rendszer a csepegtetőtest felszínére egyenletesen szétosztja. A csepegtetőtestre kerülő szennyvíz egy része gyorsan mozog a makropórusokban, azonban a szennyvíz legnagyobb része a maradék a biológiai hártya felszínén lassan halad illetve csepeg lefelé. A biológiailag bontható anyagok eltávolítás a gyors mozgású szennyvízből bioszorpció és koaguláció révén a lassú mozgású szennyvízhányadból pedig az oldott komponensek fokozatos lebontása révén a biológiai hártyában jön létre.

Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás A csepegtetőtest szilárd porózus, nagy felületű anyagon megtelepülő biológiai hártya, a biofilm segítségével bontja le jó hatásfokkal ülepített szennyvíz lebegő, továbbá kolloidális és oldott szennyeződéseit. A szennyvíz oldott szennyezőanyagai és az oldott oxigén a biológiai hártyában az asszimiláló mikroorganizmusok környezetébe diffundál. Eközben sejthártyatömeg keletkezik. A hártya vastagsága függ az aerob réteg alatti anaerob rétegtől is. A biológiai hártyában általában a hártya felszín közeli térben heterotróf baktériumok, a hártya mélyén pedig autotróf baktériumok vannak jelen.

A csepegtetőtesten lejátszódó folyamatok

Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás A csepegtetőtesteket a terhelés alapján 3 fő csoportra oszthatjuk a szennyvíz BOI5 értéke szerint: Kis terhelésű csepegtetőtest Nagy terhelésű csepegtetőtest Igen nagy műanyag töltésű csepegtető testek

Kis terhelésű csepegtetőtest A kis terhelésű csepegtetőtest viszonylag egyszerű, megbízható rendszer a rávezetett változó minőségű szennyvizet is gyakorlatilag állandó minőségűvé tisztítja. Általában állandó hidraulikai terhelésű, melynek biztosítása nem recirkulációval, hanem adagoló szifonnal történik. A legtöbb kis terhelésű csepegtetőtestben csak legfelső 0,6-1,2 m magasságban van nagy mennyiségű hártya. Ha a szennyvíz adagolások között 1-2 óránál hosszabb időszak telik el, akkor a tisztítást károsan befolyásolja a nedvességhiány.

Nagy terhelésű csepegtetőtest A nagy terhelésű csepegtetőtest esetében a nagyobb fajlagos terheléssel recirkuláció párosul, azaz oxigéndús tisztított szennyvizet visszavezetik a test töltőanyagára, amely biológiai hártyából a kevésbé életképes részt folyamatosan leöblíti. Szükség van utóülepítőre, amely ún. humusz iszapot visszatartja. Ennyivel tehát összetettebb a működése, mint a kis terhelésű csepegtetőtesteké, és emiatt mindenképpen energiaigényesebb.

Igen nagy műanyag töltésű csepegtető testek A műanyag töltésű csepegtetőtesteket, amelyeket a terhelés nagyságából következően szuper terhelésű csepegtető testeknek is hívnak, a műanyag töltet nagy fajlagos felülete miatt nagy koncentrációjú, pl. élelmiszeripari szennyvizek tisztítására alkalmas.

A csepegtetőtestek töltete A töltőanyag általában természetes bazalttufa, vagy porózus válogatott salak. Újabban mesterséges műanyagból öntenek, préselnek nagy felületű elemeket, amely természetes anyagok helyettesítésére képesek.

A csepegtetőtestek töltete

Töltött oszlop szerkezete és működési elve Csepegtetőtest Töltött oszlop szerkezete és működési elve

Töltetes oszlopok (New York) Csepegtetőtest Töltetes oszlopok (New York)

Eleveniszapos szennyvíztisztítás A csatornában összegyűjtött szennyvizet tisztítótelepekre vezetik, ahol a befogadó szerinti követelményeknek megfelelő minőségűre tisztítják. A világon legelterjedtebben alkalmazott szennyvíztisztítási eljárás az eleveniszapos technológia.

Eleveniszapos szennyvíztisztítás A szennyvizet az előzetes kezelás után a bioreaktorba vezetik. A bioreaktorban helyezkedik el az ún. eleveniszap biomassza, egy heterogén mikroorganizmus szuszpenzió. A bioreaktorokban megtörténik a szennyezőanyagok biológiai eltávolítása (vö. Monod kinetika). A szuszpenzió ezek után az utóülepítőbe kerül, ahol elválasztják a biomasszát a tisztított víztől. Az utóülepítési lépés hatékonysága az egész technológia hatékonyságát befolyásolja, hiszen a biomassza önmagában is szennyező (BOI, KOI, N és P tartalmat képvisel). Az elfolyó vizet ezután fertőtlenítőbe (pl. klórozó) vezetik, majd beeresztik a befogadó vízbázisba. Az utóülepítőben kiülepített iszap egy részét eltávolítják a rendszerből (fölösiszap elvétel), a másik részét recirkuláltatják a bioreaktorokba.

Eleveniszapos szennyvíztisztítás

Technológiai lehetőségek Teljes oxidációs rendszer: A teljes oxidációs rendszernél hosszú levegőztetési időt (t>15 óra) és alacsony biológiai terhelést (Tb< 0,1 kg BOI/kgiszap/nap) alkalmaznak. A megoldás előnye, hogy a nehezebben bontható szerves anyagok lebontása, a nitrifikáció és a fölösiszap aerob stabilizációja együttesen valósítható meg. További előny, hogy a képződött fölösiszap mennyisége is kisebb, mint a hagyományos nagyterhelésű szennyvíztisztító telepek esetében.

Technológiai lehetőségek Fél-folyamatos aerob rendszer: A szennyvíz, eleveniszapos tisztítása és ülepítése ugyanabban a levegőztető reaktorban történik. A szennyvíz betáplálása, a reaktor felöltése rövid idő alatt végbemegy. Ezt követi a 18-20 órás levegőztetés, majd az 1-2 órás ülepítés és a dekantálás (ürítés). A rendszer egyszerűsége miatt, a .tölt . ürít. Fél-folyamatos eleveniszapos technológiát gyakran alkalmazzák a kisebb szennyvíztisztító telepeken.

Technológiai lehetőségek Szelektorok alkalmazása: Az alkalmazott szelektorok aerob, anoxikus és anaerob kialakításúak lehetnek. Az aerob szelektorokat, előlevegőztetőként és adszorpciós fokozatként használják. Ezt a kialakítást nagy kolloid tartalmú ipari szennyvizek kezelésénél célszerű alkalmazni. Az anoxikus és anaerob szelektorokat denitrifikációnál és foszfát eltávolításnál használják. Az anoxikus szelektor alkalmazható még a fonalas szervezetek kialakulásának megakadályozására is.

Technológiai lehetőségek Két-lépcsős eleveniszapos technológia (TSAS): A TSAS technológia tulajdonképpen két, sorba kötött eleveniszapos egység (I. lépcső: levegőztető + utóülepítő, II. lépcső: levegőztető + utóülepítő). Az első biológiai fokozatban - ahol a könnyen bontható anyagok biodegradációja megy végbe - nagy terhelést (Tb>3,0 kg BOI/kgiszap/nap) állítanak be. Ezt követi a hosszabb tartózkodási idejű (t: 8 . 16 óra), kisebb terhelésű (Tb< 0,2 kg BOI/kgiszap/nap) második egység. Kisebb terhel és mellett a nehezebben bontható anyagok biodegradációja is végbemegy. A két biológiai fokozat biocönózisában jelentős különbség mutatkozik. Nagy terhelésnél a rövid generációs idejű, kisebb terhelésnél pedig a hosszabb generációs idejű baktériumok szaporodnak el.

Eleveniszapos medence alsó levegőbevezetéssel (lemez diffúzoros megoldás)

Eleveniszap működés közben