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

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

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

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

Méreteloszlás és kémiai összetétel házi szennyvizekben (KEMIRA, 1990) Részecske méret (µm) Oldott Kolloid Kvázi-Kolloid Ülepíthető <0,08 0,08-1,0 1-100 >100 Szervesanyag megoszlása (%) Kémiai oxigénigény (KOICr) 25 15 26 34 Összes szerves szén (TOC) 31 14 24 Zsír 12 49 20 19 Fehérje 5 45 Szénhidrát 58 7 11 Biodegradáció sebességi állandója 0,39 0,22 0,09 0,08

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Az optimális orto-foszfát szint eléréséhez és a maximális szerves anyag eltávolításhoz eltérő 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

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

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

Eleveniszapos szennyvíztisztítás nitrifikációval (13 000 m3/d) Biológiai tisztítás Kémiai-biológiai tisztítás Összes oxigénbeviteli igény 1 370 1 000 kg O2/h Levegőztetés energiaigénye 685 500 kWh Tisztított szennyvíz KOI konc. 65 45 mg/L Tisztított szennyvíz TP konc. 11 1,5 Energia költség 120 88 M Ft/év Vízterhelési díj (KOI, TP) 74 21 Vegyszerköltség 33 Üzemeltetési költség 194 142 Megtakarítás 52

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