KÉMIAI KEZELÉS ALKALMAZÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN

Az előadások a következő témára: "KÉMIAI KEZELÉS ALKALMAZÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN"— Előadás másolata:

1 KÉMIAI KEZELÉS ALKALMAZÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN
BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék KÉMIAI KEZELÉS ALKALMAZÁSA A SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN SZABÓ ANITA

2 Szennyvíz vs. ivóvíz Hasonló folyamatok
Eltérő nagyságrendű szennyezőanyag koncentráció Azonos/eltérő eltávolítandó komponensek Eltérő/azonos célok

3 Nyers szennyvíz szennyezőanyagai
Komponens Koncentráció a nyers szennyvízben [mg/L] Közepes-nagy szennyezettségű szennyvíz (Metcalf & Eddy, 2003) KOI BOI5 TP 5-20 7-12 PO4-P 3-8 TSS NH4-N 30-80 25-45

4 A klasszikus biológiai szennyvíztisztítás
Mechanikai fokozat Nagy sűrűségű szervetlen anyagok Úszó anyagok (zsír, olaj) Ülepedő szervesanyagok TSS, KOI, BOI, TP Biológiai fokozat Szervesanyag lebontás Nitrifikáció a szervesanyag terhelés függvényében KOI, BOI, NH4-N, PO4-P, TP

5 Kémiai szennyvíztisztítás
Def: A szennyvizek kémiai módszerekkel való tisztítása – szűkebben: Fe, Al, Ca, Mg tartalmú sók adagolása Célja: Foszfor eltávolítás (foszfát kicsapás) Fe3+ + PO43-  FePO4 (<0,1 mg/L TP) Lebegőanyag és szervesanyag eltávolítás koaguláció-flokkuláció: Fe3+  vas(III)-hidroxidok Szulfid kicsapás (bűz csökkentése)

6 Foszfor eltávolítás (egyszerűsített reakciók)
Foszfát kicsapás Fe3+ + PO43-  FePO4 Al3+ + PO43-  AlPO4 Me/P arány elméletileg 1,0 – a valóságban több kicsapószer kell (környezeti tényezőktől függően) Párhuzamos reakciók – hidroxid képződés [Fe(H2O)6]3+ + H2O  Fe(OH)33H2O + 3H3O+ [Al(H2O)6]3+ + H2O  Al(OH)33H2O + 3H3O+

7 Foszfor eltávolítás Több folyamat kombinációja
Fém-hidroxid kicsapódás (enyhén pozitív töltés) Foszfátot és hidroxidot is tartalmazó csapadék képződése PO43- adszorpciója a képződött csapadék felületén Fázisszétválasztás!

8 Foszfor eltávolítás - Alkalmazott vegyszerek
Egyszerű v. háromértékű fém-sók (Fe, Al) Fe2(SO4)3, FeCl3, (Al2(SO4)3) Előpolimerizált fém-sók a hidrolízis egy része a koaguláns gyártása közben lezajlik Ca, Mg tartalmú sók, kétértékű Fe-sók (kisebb jelentőségűek)

9 Foszfor eltávolítás Az összes foszfor tartalom átlagosan 50-60%-a oldott ortofoszfát-foszfor (kommunális nyers szennyvíz) A kicsapás önmagában még nem elegendő, szükséges a hatékony ülepítés is - koaguláció nem nélkülözhető Hatékony foszfát-kicsapás viszonylag kis dózisoknál A háromértékű egyszerű fémsók lényegesen hatékonyabbak, mint az előpolimerizált sók Egyszerű fém-sók hatása lényegében azonos (Fe/Al, szulfát/klorid) Hatóanyag tartalom (molekulatömegek)!

10 Foszfor eltávolítás

11 Foszfor eltávolítás Dózis növelésével a hidroxid képződés jelentősége megnő (PO4-P nagy része szilárd formába került – további fém a hidroxid-képződésre fordítódik (költség-hatékonyság!) Kicsapás/fázis-szétválasztás

12 Környezeti tényezők hatása a foszfát kicsapásra
A P kicsapás hatékonyságát számos paraméter befolyásolja: Koaguláns minősége és mennyisége Aktuális pH érték Nyers szennyvíz összetétel (dinamikusan változik) (PO4-P, KOI, oldott KOI, TSS, lúgosság, Ca, Mg stb.) Keverési intenzitás Kontakt idő A nyers szennyvíz összetétel ismeretében általános ökölszabályok adhatók a várható P (és egyéb szennyezőanyag) eltávolításra Az egyéb környezeti tényezők szabályozhatók Kérdés: mit érdemes figyelembe venni/szabályozni?

13 pH A pH 5,0-7,0 intervallumban a P kicsapás hatékonysága ~ állandó Közepes dózissal 7,0 körüli pH alakul ki A semleges körüli pH tartomány megfelelő a biológiai folyamatok és a P kicsapás szempontjából is A pH érték szabályozása hazai körülmények között nem szükséges

14 Keverési intenzitás hatása a P eltávolításra
Pini = 1.0 mg/L Fe/P = 3.0

15 Keverési intenzitás és kontakt idő hatása a P eltávolításra
Pini = 1.0 mg/L Fe/P = 3.0

16 Lebegőanyag eltávolítás
Nagy része a sikeres koaguláció és flokkuláció következtében ülepíthető lesz A lebegőanyag eltávolítás hatásfoka nagy mértékben befolyásolja a szervesanyag és a foszfor eltávolítás mértékét

17 Koaguláció-flokkuláció
A folyadékban kolloid, kvázi-kolloid mérettartományba sorolható részecskék aggregálódási hajlamának létrehozása vegyszer (általában fém-sók) hozzáadásával. Flokkuláció: Az aggregálódásra alkalmas kolloid, kvázi-kolloid részecskék aggregálódási sebességének növelése (pelyhesedés, pehely növekedés).

18

19 Szervesanyag (KOI eltávolítás)
A szervesanyagok nagy része lebegőanyag formájában van jelen, ami eredetileg nehezen ülepíthető (kolloid, kvázi-kolloid állapotú) és a koaguláció-flokkuláció révén könnyen ülepíthetővé válik A kémiai kezelést követően megmaradó KOI érték megközelítően azonos az oldott állapotú szerves vegyületek okozta KOI-val ( mg/L) Esetenként az oldott állapotú szerves anyagok 10-20%-a is eltávolításra kerül

20 Szervesanyag (KOI eltávolítás)
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

22 KOI eltávolítás az oldott/szilárd aránytól függ

23 Szervesanyag (BOI5) eltávolítás
A maradék BOI megközelítően azonos az oldott BOI-vel ( mg/L) 40-65% eltávolítási hatásfok Az alkalmazott vegyszerek hatása megközelítően azonos A vegyszeradagolás növelése csak egy adott pontig növeli a szervesanyag eltávolítás hatásfokát

24

25 Bűz problémák Csökkenő szennyvízhozam – szennyvíz növekvő tartózkodási ideje a hálózatban Anaerob mikrobiológiai folyamatok Bűz-hatással járó anyagok képződése (elsősorban a csatornaiszapból) Kén-hidrogén, merkaptánok, dimetil-szulfid Lakossági panaszok gyakoribbak iszap kiülepedés csökkentése, egyes csatornaszakaszok felülvizsgálata tisztítási gyakoriságának (iszap kiemelés) növelése az oxigénhiányos állapot megakadályozására oxidálószer adagolásával (oxigén, hidrogén-peroxid, stb.)

26 Bűz problémák Előkicsapatás a bűz-problémák megoldásában is szerepet játszhat a szennyvíztisztító telepen Hatékony szulfid eltávolítás (Fe tartalmú vegyszerek)

27 Kémiai szennyvíztisztítás
Önállóan vagy biológiai szennyvíztisztítással kombináltan CEPT Közvetlen kicsapás Előkicsapás Szimultán kicsapás Utókicsapás

28 CEPT eljárás (Chemically Enhanced Mechanical Treatment)
TSS eltávolítás: 70% TP eltávolítás: 75% BOI eltávolítás: 50%

29 Közvetlen kicsapás TSS eltávolítás: 85% TP eltávolítás: 90%
BOI eltávolítás: 70%

30 TSS eltávolítás: >90% BOI eltávolítás: >90%
Elő-kicsapás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: 95% BOI eltávolítás: >90%

31 TSS eltávolítás: >90% BOI eltávolítás: >90%
Szimultán kicsapás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: 90% BOI eltávolítás: >90%

32 TSS eltávolítás: >90% BOI eltávolítás: >90%
Utó-kicsapás TSS eltávolítás: >90% TP eltávolítás: >95% BOI eltávolítás: >90%

33 Kombinált kémiai és biológiai szennyvíztisztítás - intenzifikálás
Meglévő telepek intenzifikálása Hidraulikai kapacitás Felületi szervesanyag terhelés Szennyezőanyag eltávolítási hatékonyság Előkicsapás, szimultán kicsapás, utókicsapás

34 Előkicsapás Cél: Hatások
P eltávolítás (befogadók eutrofizáció elleni védelme) Biológiai tisztítási fokozat terhelésének csökkentése (lebegőanyagok és szervesanyagok eltávolítása, nitrifikáció hatékonyságának növelése) Hatások Foszfor, szilárd állapotú, nehezen bontható szervesanyag csökkentése Nitrifikációra pozitív hatás Potenciális hátrányok: pH, iszapmennyiség, C:N:P arány megváltozása – denitrifikációs problémák

35 Fe3+ + PO43-  FePO4 (<0,1 mg/L TP) gyakorlatban FerPO4(OH)3r-3
Cél: P eltávolítás Fe3+ + PO43-  FePO4 (<0,1 mg/L TP) gyakorlatban FerPO4(OH)3r-3 Cél: lebegőanyag és szervesanyag eltávolítás nitrifikáció, kapacitásnövelés Fe3+  vas(III)-hidroxidok (FeOOH v. Fe(OH)3) kicsapás, adszorpció fém-hidroxid képződés (koaguláció-flokkuláció, adszorpció) szilárd állapotú szennyező-anyagok (TSS) eltávolítása KOICr, BOI5 TN TP PO43- S2- biológiai folyamatok költségek (+/-) vízteleníthetőség mezőgazdasági elhelyezés rothaszthatóság, gázkihozatal mennyiség pH és lúgosság csökkenés összetétel szervesanyag lebontás nitrifikáció denitrifikáció biológiai P eltávolítás folyamatok stabilitása koaguláns adagolás előülepítő iszap felületi terhelés TSS eltávolítás költségek (+) bekeverés

36 Technológiai célok Elegendő P maradjon a mikroorganizmusoknak
Nitrifikálóknak megfelelő pH és pufferkapacitás Maximális szervesanyag eltávolítás (szervesanyag eltávolítás és nitrifikáció esetén) Denitrifikációhoz hasznosítható C-forrás minimális eltávolítása (elődenitrifikáció esetén)

37 Kapcsolódások a biológiai tisztítási folyamatokhoz – pH csökkenés
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 előpolimerizált sók lényegesen kisebb mértékben változtatják meg a pH értékét mint az egyszerű háromértékű sók

38 Kapcsolódások a biológiai tisztítási folyamatokhoz - nitrifikációra gyakorolt hatás
1. 0,12 kgBOI5/kgMLSS/d 2. 0,26 kgBOI5/kgMLSS/d 1. 0,18 kgBOI5/kgMLSS/d 2. 0,40 kgBOI5/kgMLSS/d

39 Kapcsolódások a biológiai tisztítási folyamatokhoz - denitrifikációra gyakorolt hatás
Szennyvízben levő oldott és partikulált szervesanyagok felhasználásával történő denitrifikáció hatékonysága 5-10% -kal csökkenhet A nyers szennyvíz minőségétől és a kémiai kezeléssel megvalósított szervesanyag eltávolítástól függ – adott szennyvízre kell meghatározni Ha jelentős csökkenés  a szilárd szervesanyag eltávolítás mértékét szabályozni kell!

40 Frakcionált szervesanyag eltávolítás
>0,8 um Elsősorban a nagyobb méretű szervesanyagok eltávolítása Esetenként az oldott (<0,45 m) 5-20 %-a is (nem szabályozható) Kis dózis: nagyobb (>8 m) frakció Nagyobb dózis: finomabb frakció is (200 nm-nél nagyobb)

41 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 kis lebegőanyag tartalmú szennyvíz biológiai bontása rövid idő alatt megvalósul Az eredetileg nagyterhelésű eleveniszapos rendszer kémiai kezeléssel közepes, vagy kisterhelésűvé alakul – nitrifikáció lehetősége

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

43 Keletkező iszapmennyiség

44 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

45 Kémiai kezelés hazai alkalmazása
Csak foszfor eltávolítás céljából Elsősorban szimultán kicsapás Csak elvétve találunk előkicsapást Indokok: idegenkedés a vegyszerek adagolásától elődenitrifikációra gyakorolt potenciális kedvezőtlen hatás az iszapmennyiség növekedése esetleges problémák az iszap kezelésekor (víztelenítés, rothasztás) a pH változás mértéke