A szennyvíztisztítás folyamatairól … egy kicsit másképpen Dr. Fleit Ernő egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Tel: 463 4260 e-mail: fleit@vcst.bme.hu copyright Dick H. Eikelboom/ASIS

A vízöblítéses wc-től az integrált membrántechnológiáig A problémák (egyik) oka: „a civilizáció fokát az is méri, hogy az ember mekkora távolságot tart önmaga és az anyagcsere végtermékei között”

A klasszikus biológiai szennyvíztisztítás 2 lépése Oxidáció (aerob heterotróf mikroorganizmusok) Ülepítés (pelyhek)

„Bacik, férgek, bugs…” Az eleveniszap: MESTERSÉGESEN FENNTARTOTT VÍZI ÖKOSZISZTÉMA Microthrix parvicella fluoreszcens mikroszkópos képe

Fluroeszcens jelölésű Nitrobacter Valójában több tucat különböző „képességű” és morfológiájú fajcsoport alkotja az eleveniszapot Fluroeszcens jelölésű Nitrobacter sejtcsoport (pehely)

Egysejtűeket is találunk.. Ezek szűrő életmódot folytatnak (vagy legelnek) Vorticella

Az eleveniszap, mint mesterséges ökológiai rendszer Élő sejtek (zömmel baktériumok) Elpusztult sejtek Nagyobb (5-100 mikrométeres) ún. partikulált anyagok (szubszrátok, pl. keményítő) Szervetlen frakció (izzítási maradék) ez elérheti a teljes tömeg 10-50%-át is (!)

Fonalas és pehelyképző baktériumok arányai Fonalasodás Normál, kedvező szerkezetű iszap

Ha nincs rendben a fonalas/pehelyképző arány…

Akkor tényleg baj van…

Hogyan jön létre az eleveniszap? Spontán módon Beoltással (többnyire ez a módszer – UASB, membránreaktoroknál feltétlenül) A pelyhek kialakulása spontán folyamat – a pehelyméretet a telepen a mechanikai nyíróerők alakítják ki (de nem csak ezek!)

Az eleveniszap „biokémiai és ökológiai” viselkedése A részecskék két nagy csoportja: finom 0,1 – 5 mikronos sejtek nagyobb sejtaggregátumok (pelyhek, 50 – 500 mikron)

Az iszap jellemzésére használt „makroparaméterek” Iszapkoncentráció (2 - 6 g/L) OUR (oxygen utilization rate) 30 perces ülepedés, SVI, DSVI, TEFL

Az eleveniszap „ökológiája” A fajlagos növekedési sebességben mutatkozó hatalmas különbségek Eltérő szubsztrát preferenciák Eltérő terminális elektronakceptorok (aerob, anoxikus, anaerob reakcióterek szelektív hatásai) D.O., pH, hőmérséklet, S konc. és minősége – eltérő faji válaszreakciók – tolerancia küszöbök „Normál” működési paraméterek mellett az eleveniszap baktérium közössége messze a maximális növekedési sebesség alatt szaporodik (akt  max)

Az eleveniszap pehely összetétele, felépítése Miért jönnek létre sejtes „aggregátumok”? Elméletek: Nyálka kapszula (sejten kívüli polimerek – ESP (extracellular slime proteins) A sejtfelszín negatív töltése (+ töltött ionok segítik a sejtek összekapcsolódódását) Molekuláris összekapcsolódás (sejtfalon túlnyúló fibrillumokkal)

A pelyhek létének következményei A fázisszétválasztás lehetséges (jó esetben) Mikrogradiensekben gazdag környezet (diffúziós limitáltság)

Biológiai értelemben miből áll az eleveniszap? Pehelyformáló baktériumok Fonalas baktériumok Nem pelyhesedő, szuszpendált baktériumok Egysejtűek (pl. csillósok - szűrés), többsejtűek (pl. Nematodák - férgek) – legelés, ragadozás

Az iszap mikroszkópos morfológiája Mit látunk? – Hogyan értelmezzük technológia szempontjából a mikroszkópos képet? 100x nagyítás A pelyhek alakja Átlagos mérete Egysejtűek, többsejtűek jelenléte és száma Fonalas szervezetek jelenléte, száma, alakja Szervetlen részecskék (zsírcseppek, textilszálak, stb.) 400-500x nagyítás A pelyhek felépítése (kompozíciója) A flokkok textúrája (kompaktsága) Diszperz növekedésű sejtek jelenléte Fonalas szervezetek azonosítása (alak, méret, stb.) 1000x nagyítás Fonalas szervezetek festődési tulajdonságai, 1 m-es tartományban sejtek alakja, kapcsolódási formái

Főbb folyamati paraméterek

A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái A tisztított (elfolyó) szennyvízben a megnövekedett lebegőanyag tartalom okai lehetnek: Diszpergált növekedésű baktériumok szaporodása (magas iszapterhelés, szűrő Protozoák hiánya, stb.) Deflokkuláció a levegőztető medencében (túlzott levegőztetés vagy keverés, mérgező hatások) A kis flokk-ok nem szűrődnek ki a nagy flokkok hálóján az utóülepítő medencében – pin-point floc jelensége Az utóülepítő hidraulikai túlterhelése

A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái Az utóülepítő hibás tervezése (a terhelés egyenetlenül oszlik meg a medencében – bukóélek!) Felúszó iszap a denitrifikáció következtében (főleg nyáron, ha túl nagy a tartózkodási idő az utóülepítőben, és még van maradék BOI) Nocardia szaporodás miatt (a gázbuborékok felflotálják a retikuláris növekedésű flokkokat) Ha a kotró nem éri el az utóülepítőben felhalmozódó iszap egy részét, az ott berothad, gázok képződnek, és ez „felflotálja” az iszapot. Fonalas (filament) baktériumok túlszaporodása

BULKING Iszapfelúszás –– (per def.) ha a fonalas szervezetek túlszaporodása okozza az ülepítési problémákat

Néhány fonalas mikroszervezet Thiotrix – S granulumok Kén teszt

Indikátor szervezetek Microthrix parvicella (alacsony F:M arány)

Festési eljárások és morfológia 1851 típus (Gram festés) 0092 típus (Neisser festés)

Thiotrix baktérium megtelepedése felszíneken Az immobilizált életforma dominanciája

Bakteriális fonalak (filamentek) Fonalas szervezetek (általában baktériumok, de gombák is lehetnek az eleveniszapos rendszerekben) Megfelelő arányban természetes tagjai az iszap életközösségnek – tehát nem per se károsak! Növekedési forma: random vagy unidirekcionális szaporodás (pehelyképző vagy fonalképző szervezetek) Rendszertani besorolásuk (milyen baktériumok, csak az elmúlt évtizedben kezdődött meg), kb. 30 féle filament ismert. (Kódszámokkal és fajnevekkel is jelölik őket) Sphaerotilus natans – egy félreértés Domináns és szekunder megjelenésű fonalak

A fonalak mikroszkópos meghatározása Alak (görbült, egyenes, elágazó) Méret (sejtek és teljes fonal hossz, vastagság) Gram és Neisser festési tulajdonságok Felülethez kapcsolt növekedés (üvegmosó kefe) Kapszula – nyálka burok (van -nincs) Kénpróba (szulfid redukció elemi kénné) – Beggiatoa, Thiotrix, 0914 típus

A domináns szervezetek működési zavarokat jeleznek (bioindikátor szervezetek)

Miért van iszapfelúszás? Szelektív szaporodási előny bizonyos speciális szubsztrátokon (pl. szénhidrátok) Szelektív szaporodási előny bizonyos terminális elektron akceptorokon (pl. nitrát) A térben irányult sejtnövekedés és a gradiensek szerepe Egyéb teóriák

Hogyan küzdhető le a felúszás? A probléma azonosítása (pl. mikroszkópos vizsgálat) Az alábbi három módszer közül választás (függően a probléma súlyosságától, és a telepi műszaki adottságoktól, és „az anyagiaktól”) A RAS (iszap recirkulációs ág) manipulációja és a betáp. pontok (nyers szennyvíz) Kémiai kezelés (flokkuláló szerek adagolása a jobb ülepedés érdekében) Toxikus (szelektív) anyagok adagolása a fonalas szervezetek „irtására”

Az egészséges rendszer…

Következtetések és kitekintés Az iszap nem homogén, semmiképpen nem tekinthető „bacik” homogén halmazának A morfológia és a biokémia egyaránt fontos, és egymástól nem elválasztható Számos hatótényező ismeretlen (black box koncepció és feloldása) Költségek és a jövő feladatai, technológiái