Kommunális technológiák I. 6. előadás PTE PMMK Környezetmérnöki Szak Kommunális technológiák I. 6. előadás Természet-közeli szennyvíztisztítás Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003. dittrich@witch.pmmf.hu 1 1

Tartalom Természet-közeli eljárások általános bemutatása Főbb eljárások bemutatása: Szennyvíztisztító tavak, felszíni átfolyású wetlandek Gyökérzónás szennyvíztisztítás Talajszűrés, talajöntözés Egyéb eljárások

Természet-közeli eljárások általános bemutatása

Szennyvíztisztítási eljárások Intenzív technológiák Extenzív technológiák Eleveniszapos eljárások Hagyományos SBR Oxidációs árok Stb.. Fixfilmes eljárások Csepegtető testek Merülő-tárcsás Szennyvíztisztító tavak, felszíni átfolyású wetlandek Gyökérzónás szennyvíztisztítás Talajszűrés, talajöntözés Csörgedeztetés Kavics és homokszűrők Stb..

Rövid kronológia Kichkuth 1977: „root-zone method” → a természet-közeli eljárások „újra felfedezése”. 80-as években Nyugat-Európában és az USA-ban nagyszámú természet-közeli telep épül. 90-es években kezdenek kialakulni a tervezési irányelvek. Javul az elfolyó vízminőség és a rendszerek stabilitása. Napjaink: még mindig nagyon sok a kutatandó feladat. Jól működő, kiforrott modellek nem állnak a rendelkezésre. Problémák: Nagyszámú publikáció összehasonlíthatósága Jelentős klimatikus függőség Nagyobb mértékű stochasztikus jelleg mint az extenzív technológiák esetében

Alkalmazási területek Az alkalmazási területek széles spektrumot fednek le: ipari és mezőgazdasági szennyvizek tisztítása kommunális szennyvizek tisztítása csapadékvizek tisztítása vizek nehézfém tartalmának csökkentése hulladéklerakók csurgalék vizének tisztítása TFH tisztítása hígtrágya kezelés rekultiváció nem pontszerű – diffúz szennyezések mérséklése vízminőség-védelem iszapkezelés stb...

Extenzív és intenzív technológiák összehasonlítása   Intenzív technológiák Extenzív technológiák Gazdaságos lakos egyenérték terhelés bármilyen alacsony (max. 2-5 ezer fő) Beruházási költség azonos vagy magasabb azonos vagy alacsonyabb Üzemeltetési költség magas alacsony Keletkező iszap mennyisége magasabb alacsonyabb Szag emisszió minimális Energia és vegyszerigény Kezelőszemélyzet igény Felhazsnált mesterséges anyagok mennyisége Zajártalom Évszakonkénti üzembiztonság Területigény Átlagos leválasztási szerves anyag leválasztási hatásfokok Átlagos leválasztási növányi tápanyag anyag leválasztási hatásfokok Hidraulikai ingadozásokra való érzékenység Szerves anyag terhelés ingadozásra való érzékenység Esztétikai szempontok azonos vagy kedvezőtlenebb azonos vagy kedvezőbb Az elfolyó szennyvíz minőségi ingadozásának mértéke azonos vagy kisebb mértékű azonos vagy nagyobb mértékű

Alkalmazás lehetőségei és korlátjai hazánkban szennyvíztisztítási területen Korszerű közműpótlóként Települési vagy ipari illetve mezőgazdasági szennyvíz tisztítóban másodfokú tisztítóként csak az alábbi korlátozások esetén alkalmazható: A település lakos száma 2000 fő alatti, különösen javasolt vizsgálni a 600 fő alatti településeknél A befogadó 4-es vízminőség-védelmi kategóriájú (amennyiben a befogadó élővíz). A befogadó nem nitrát-érzékeny terület vagy nem vízbázis-védelmi terület (amennyiben a befogadó a talaj és talajvíz). Olcsón vagy ingyen (önkormányzati tulajdonban) áll rendelkezésre, a szennyvíztisztító telep építésére alkalmas terület. Intenzív technológiájú telepek utótisztítójaként Egyébe esetekben egyéni vizsgálat tárgyát képezi az alkalmazhatóság!

Felszíni átfolyású wetlandek, szennyvíztisztító tavak

Természetes wetlandek – épített wetlandek

Szennyvíztisztító tavak (felszíni átfolyású wetlandek) csoportosítása Növényi dominancia Makrofita dominanciájú tavak Nádas tavak (nád, sás, káka, hínár, vízitök, stb..) Úszó vízinövényes rendszerek (pl. Lemna) Vegyes rendszerek Fitoplankton dominanciájú tavak Oxigénellátottság Anaerob Fakultatív Aerob Hidraulikai kialakítás Tavak Lagunák Levegőztetési mód Természetes Mesterséges

Tavas rendszerek előnyei-hátrányai Előnyök Magas tartózkodási idő –összetett lebontási folyamatok Egyszerű és olcsó üzemeltetés Alacsony kivitelezési költség Jól tűri a hidraulikai és szerves anyag terhelés ingadozásokat Hátrányok Nagy helyigény Téli vízlehűlés hatásai Algaelfolyás problematikája

Makrofita dominanciájú tavak I.

Makrofita dominanciájú tavak II.

Makrofita dominanciájú tavak III. Makrofiton dominancia Általában aerob, nagy szerves anyag terhelés esetén fakultatív rendszer Természetes levegőztetésű rendszer Általában szigetelt földmedencében kerül kialakításra Főbb tisztítási folyamatok: Biokémiai lebontás Adszorpció Ülepedés Magas tartózkodási idő (10 - 100 nap) Nagy helyigény 0,2-0,8 m-es vízmélység A rendszer jól tűri a hidraulikai és szerves anyag terhelés ingadozásokat Magyarországi éghajlati viszonyok esetén probléma a téli tisztítási hatékonyság visszaesés (mértéke vitatott) Elfolyó víz algakoncentrációja alacsonyan tartható

Makrofita dominanciájú tavak IV.

Lemnás tó

Fitoplankton dominanciájú tavak I.

Fitoplankton dominanciájú tavak II.

Fitoplankton dominanciájú tavak III.

Fitoplankton dominanciájú tavak IV. –aerob tavak tervezési paraméterei

Fitoplankton dominanciájú tavak V Fitoplankton dominanciájú tavak V. –fakultatív tavak tervezési paraméterei

Fitoplankton dominanciájú tavak VI. Célszerű több tó sorba kapcsolása Recirkuláció szerepe: Oldott oxigén bevitel a rendszer elejém Sejt visszatáplálás Elfolyó algakoncentráció problematikája Téli lehűlés problematikája

Gyökérzónás szennyvíztisztítás (felszín alatti átfolyású wetlandek)

A gyökérzónás technológia nemzetközi illetve hazai megítélése Első külföldi telepek a 70-es évek végén épültek. Első hazai telep 1991-ben épült Tóalmás községben. Jelenleg kb 20-25 db működő gyökérzónás telep van hazánkban. Népszerű eljárás szerte a világon, különösen az USA-ban, Nyugat- és Észak-Európában, Ausztráliában. Hazánkban népszerűtlen eljárás, melynek okai: A befogadói határértékrendszer alakulása napjainkig A hazai szennyvíztisztítási – csatornázási pályázatok rendszere A nem megfelelő tervezési gyakorlat és a kevés hazai tapasztalat A hazánkban üzemelő rendszerek negatív üzemelési tapasztalatai

Gyökérzónás szennyvíztisztítás I. Függőleges átfolyású műtárgy: Vízszintes átfolyású műtárgy:

Vízszintes átfolyású rendszer

Előnyök és hátrányok Előnyök Hátrányok Szag emisszió mentes Minimális iszapkezelési költség Minimális felügyeleti és élőmunka igény az üzemeltetésnél Alacsony évszakfüggőség (nitrogén-formák) Esztétikai megjelenés Hátrányok Nagy területigény Relatíve magas beruházási költség Maximált élettartam Eltömődési érzékenység

Töltet Töltet mélysége: 0,5 - 1,5 m Minimális áteresztő képesség: k=10-4 m/s Lehetséges anyagok: Frakcionált kavics Homok Talaj Speciális anyagok pl. agyagpala, zeolit, stb.. Ezek keverékei Több elkülönített réteg is beépíthető

Növényzet Alkalmazott növények lehetnek bármely makrofita fajok (pl: nád, sás, stb..) Kedvelje a helyi éghajlatot A gyökérzete jól szője át a töltetet Egyszerű legyen a telepítése Alacsony legyen a gonozási igénye Telepítési sűrűség: ~ 3 - 20 db/m2

Növények szerepe Oxigént juttat a víz fázisba Stabilizálja a töltet felszínt Mérsékli a függőleges átfolyású rendszerek eltömődési hajlandóságát Mérsékli a fagyveszélyt és a szennyvíz kihülését Nagy felületet biztosít a mikroorganizmusok megtelepedéséhez Növényi tápanyagokat fogyaszt a szennyvízből Életteret biztosít magasabb rendű élőlények számára Javítja a telep esztétikai megjelenését Kedvező mikroklímát biztosít a mikroorganizmusoknak Javítja a műtárgyban kialakuló biofilm tömörségét Tévhit: javítja a talajtöltetű hosszanti átfolyású műtárgyak áteresztő képességét !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Gyökérzettel átszőtt töltet

Eltömődési folyamatok Főbb okok: Biofilm képződés Lebegőanyagok mechanikai blokkolódása Kémiai kicsapódások a töltetben A probléma mérséklési módjai: Jó mechanikai előkezelés Magas áteresztőképességű töltet választása (Darcy-törvény nem érvényes!) Nagy bevezetési felület kialakítása Szakaszos üzem

Gyökérzónás műtárgyak tervezési kritériumai I. A szükséges mezőfelület: min. mezőfelület 5 m2/LE tényleges felület a konkrét terhelésektől függően (akár 20 m2/LE is lehet!) Gazdaságos telepítés felső határa: ~2000 LE hidraulikai-terhelés: 200-250 m3/nap szervesanyag-terhelés: 100-140 kgBOI5/nap, 200-280 kgKOI/nap összes nitrogén-terhelés: 20-24 kgÖN/nap összes foszfor-terhelés: 5-7 kgÖP/nap

Gyökérzónás műtárgyak tervezési kritériumai II. Fajlagos hidraulikai terhelés: Függőleges átfolyású műtárgy: 60 mm/nap Vízszintes átfolyású műtárgy: 40 mm/nap Kombinált műtárgyak esetén egyedi elbírálás Töltetanyag: Függőleges átfolyású műtárgy: homok vagy homokos kavics finomfrakciók nélkül Vízszintes átfolyású műtárgy: frakcionált kavics min. szemátmérő 4 mm

Gyökérzónás műtárgyak tervezési kritériumai III. Maximális szervesanyag-terhelés: 20-25 gKOI/m2,nap Maximális LA-terhelés: 5-7 gLA/m2,nap Függőleges átfolyású műtárgyaknál a minimális rávezetési periódus: 3 óra (pufferolás)

Gyökérzónás műtárgyak tervezési kritériumai IV. Minimális felület számítása BOI5 lebontási teljesítmény alapján: C0: befolyó BOI5 koncentráció [mg/l] Ce: elfolyó BOI5 koncentráció [mg/l] n: hézagtényező KT: hőmérsékletfüggő konstans[1/day] A: szűrőmező felülete[m2]

Gyökérzónás műtárgyak tervezési kritériumai V. KT: hőmérsékletfüggő lebontási konstans: T: Standard temperature [C°] K20: - 1,84 (közepes finomságú homoktöltet) 1,35 (homoktöltet) 0,86 (kavics és homokos-kavics töltet)

Függőleges és vízszintes átfolyású rendszerek összehasonlítása

A kombinált (multistage) rendszerek Nemzetközi tapasztalatok: 95-99%-os szerves anyag eltávolítás mellett jól működnek a nitrifikációs-denitrifikációs folyamatok (amerikai tapasztalatok) Az elfolyó BOI5 koncentráció 20 mg/l alatti télen-nyáron (belga tapasztalatok) Nyári időszakban tartható a 10 mg/l alatti elfolyó NH4-N koncentráció (német tapasztalatok) A nitrifikálódott nitrogén 80%-a denitrifkikálódik a rendszerben (német tapasztalatok) Platzer mérési eredményei szerint a maximális fajlagos ÖN eltávolítási teljesítmény 6.5 gÖN/m2

Nagyobb flexibilitású rendszerek szempontjai A rendszer jól illeszkedjen a nyers szennyvíz minőség és az elfolyó szennyvízzel szemben támasztott befogadói paraméterek által megszabott tisztítási feladathoz. A technológia minél flexibilisebb legyen, hogy a tervezési bizonytalanságokból eredő esetleges emissziós problémák üzemelési-rend váltással a próbaüzem során megszüntethetők legyenek. A téli és a nyári üzemre külön üzemeltetési alternatíva álljon rendelkezésre. A sorba illesztett technológiák egymás hátrányait küszöböljék ki vagy csökkentsék.

Wetland-modell Levezetésről pár mondat 80-as évek vége óta használt modell, Az egyetlen szélesebb körben elfogadott modell, USEPA is ezt javasolja alkalmazni 1988 óta Előnyei: egyszerű, könnyen alkalmazható, nemzetközi összehasonlíthatóság

Hazai emissziós tapasztalatok Rossz tervezési, kivitelezési és üzemeltetési gyakorlat!

Wetland-modell hátrányai Áramlástani és időjárási hatások Hidraulikai rövidzárlatok, hidraulikai hatásfok Eltömődési folyamatok Gyökérzet Biofilm aktivitás LA blokkolódása (drén, töltet) Töltetfagyás Konstrukciós problémák Medence alak Töltet és drén tulajdonságok Hidraulikai terhelés változékonysága Befolyó térfogatáram Párolgás Csapadék (hóolvadás, eső) Statisztikai vonatkozásokról beszélni A kék háttér közvetlenül a kutatásom része, a zölddel közvetetten foglalkozom, a narancssárga nem képezi a kutatásom tárgyát. Ezek egyben a kutatás vizsgálati területei. Lebontási viszonyok Átlagos tartózkodási idő Pórusok oxigén ellátottsági viszonyai Adszorpciós kapacitás változása Hőmérséklet változás Hígulás – töményedés

Tévhitek, realitások Tévhitek és realitások: Téli működés Szerves anyag eltávolítás Nitrifikáció Tisztítási teljesítmény Talajtöltetű hosszanti átfolyású rendszerek Függőleges átfolyású és kombinált rendszerek Kivitelezési költség Üzemeltetési költségek, üzemeltetési gyakorlat Reális alkalmazási területek hazánkban: Települési szennyvíztisztítóként max.2000 LE-ig Általános védettségű befogadó esetén Mezőgazdasági és ipari szennyvíz tisztításra Korszerű közműpótlóként (Ny-i példák)

Néhány hazai fotó

Talajszűrés, talajöntözés

Talajöntözés, talajszűrés I. Hazai gyakorlat: nyárfás vagy fűzes ültetvények öntözése Gyakran használt eljárás a délebbi országokban (víz helyben tartás) Nagy területigény Hidraulikai terhelés 600-5000 mm/év Előnyök: Olcsó és egyszerű üzemeltetés Kimagasló P-eltávolítás Vizek helyben tartása Fatermelés Főbb hátrányok: Talaj bakteriális elszennyeződése Talajvíz szennyeződhet Szikesedés Legalább mechanikai előkezelés szükséges. A talajvízkészlet veszélyeztetettségének mértéke alapján kell az előkezelési módot meghatározni.

Talajöntözés, talajszűrés II.   Arid térségi talajöntözés.

Talajöntözés, talajszűrés III.

Talajöntözés, talajszűrés IV.

Egyéb eljárások

Homok és kavics filterek

Csörgedeztetés Általában lépcsős vagy teraszos kialakítás Lejtős terepadottságok kellenek Max hidraulikai terhelés: 7.5 cm/nap Magas oxigén beviteli hatékonyság Gyakran van kombinálva felszíni átfolyású wetlandekkel

Felhasznált irodalom Öllős Géza: Szennyvíztisztítás I. BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1992. Dulovics Dezső: Új technológiai lehetőségek a hazai szennyvíztisztításban. Maszesz Hírcsatorna 1999 május-június, 7-10 oldal. Scott Wallace: The wetland wastewater alternative. Water 21, 2007, February, pp. 38-40.. Dittrich Ernő: A gyökérzónás szennyvíztisztítás és technológiai alternatívái http://www.hidrologia.hu/vandorgyules/24/2szekcio.html IWA Spec. Group on Use of Macrofytes in W.P.C: Consteucted Wetlands for Pollution Constrol. IWA, London 2000. BME-VKKT: Természet-közeli szennyvíztisztító technológiák áttekintése. Útmutató előkészítése 2000 LE alatti települések részére. Zárójelentés. Budapest, 2002. Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium: SEGÉDLET A KORSZERŰ EGYEdDI SZENNYVÍZKEZELÉS ÉS A TERMÉSZETKÖZELI SZENNYVÍZ TISZTÍTÁS ALKALMAZÁSÁHOZ. Budapest ,2005.

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!