A kémiai tisztítási fokozat

A kémiai kezelés, azaz a tercier (harmadlagos) tisztítási fokozat során rendszerint a biológiai tisztítást követően a szennyvízben még jelen levő anyagokat (mint például:

foszfátok, mikroorganizmusok) távolítják el. Egyébként olyan esetekben is alkalmazzák, ahol a biológiai kezelés nem is jöhet valamilyen oknál fogva szóba (pl. szervetlen és/vagy toxikus szennyezők jelenléte). E tisztítási lépcsőben csökkenthetik egyes ionok koncentrációját, valamint oldott komponenseket, toxikus elemeket alakítanak át vízben rosszul oldódó vegyületekké. A kémiai kicsapást szilárd-folyadék fázis szétválasztás (ülepítés vagy flotálás) követi. A lebegőanyag, elsősorban kolloid diszperziók eltávolítása, koagulációs és flokkulációs eljárásokkal történik. A kicsapásnál használt vegyszerek gyors bekeverése eredményeként a nagyon finom részecskék mikro-pelyhekké tömörülnek (koagulálás), az oldott ionok a kicsapó szerekkel nehezen oldódó vegyületeket képeznek, melyek így elválaszthatókká válnak és az ülepítő medencében eltávolíthatóak. Ilyen folyamat például a foszfáteltávolítás, amikor a reaktív foszfáttartalmat alumínium-, vas- vagy kalcium-sókkal csapják ki. Ezen kívül speciális ipari szennyező anyagokat is, így pl.

a nehézfémeket, szulfidokat, cianidokat gyakorta szintén csapadékképzéssel távolítanak el.

A csapadékképzés a szennyvíztisztítási folyamat különböző műveleti lépcsőiben történhet, azaz a tercier tisztítás elnevezés nem a kémiai kezelés tisztítás-technológiai helyét jelöli a folyamatban. Így kémiai kezelés alkalmazható a következő változatokban:

elő-kicsapás: a kicsapó szert az előülepítés előtt adagolják,

szimultán kicsapás: a kicsapó szert a biológiai tisztítás során, a tisztító egységbe adagolják, utó-kicsapás: a kicsapó szert a biológiailag tisztított, elfolyó vízhez adják.

A tisztítás hatékonyságának növelése érdekében a koagulálást követően flokkulációs eljárást alkalmaznak (10.2.7. ábra). A flokkuláló szerek (polielektrolitok) adagolása, homogén eloszlatása után a szennyvizet kis intenzitással kevertetik a nagyobb pelyhek kialakítása érdekében, ezáltal elősegítik az egyébként még nehezen ülepíthető anyagokat ülepedését (10.2.8. ábra). A flokkulációval kialakított pelyhek különböző mechanikai fázis-elválasztási eljárásokkal már könnyen eltávolíthatóak. A koagulációs-flokkulációs kémiai folyamatokat és a fizikai fáziselválasztást együttesen alkalmazó eljárást derítésnek nevezzük.

Koaguláló szerként általában kalcium-hidroxid, vas(II)-, vas(III)- és alumíniumsókat, segédderítő szerekként kaolint és bentonitot (agyagásvány tartalmú kőzet-szuszpenziót), flokkuláló szerként pedig nagy molekulatömegű vízoldható polielektrolitokat alkalmaznak a gyakorlatban.

10.2.7. ábra: A koaguláció és flokkuláció folyamata

Kémiai tisztítási lépésként oxidatív folyamatokat is használnak a szennyezők eltávolítására, így oxidációt, azaz fertőtlenítést alkalmaznak a tisztított vízben még jelen lévő mikrobák, főleg a patogén szervezetek elpusztítására is. Leggyakrabban használt oxidáló szerek: klór, klór-dioxid, ózon, hidrogén-peroxid, UV-besugárzás, ezek közül a szennyvízkezelés terén a klór használata terjedt el.

A kémiai tisztítást napjainkban a szennyvíztelepeken többségében a foszforeltávolítás céljából történő vegyszer (pl. vas-klorid) adagolás (derítő eljárás) és a fertőtlenítést biztosító klórozás jelenti.

10.2.8. ábra: Laboratóriumi derítésvizsgálatok

A hagyományos kétlépcsős fizikai-biológiai szennyvíztisztítás hatásfoka átlagosan a lebegőanyag eltávolítást tekintve 90%, ugyancsak 90% KOI-t okozó szerves anyag, továbbá 25–30% N- és P-vegyület távolítható ezzel az eljárással. A tercier, azaz kémiai kezeléssel ezzel szemben – ha ezt az eljárást önmagában alkalmazzák − 90% lebegő anyag-, 90% P-vegyület-, 25% N-vegyület- és 75% KOI-tartalom csökkentés érhető el. Így belátható, hogy az esetek többségében ma már a fizikai-biológiai és kémiai tisztítási folyamatok együttesére van szükség ahhoz, hogy a környezetünk védelme érdekében hozott egyre szigorodó kibocsátási követelményeknek megfeleljen a szennyvizek minősége.

Hatásfok alatt értjük egy műveleti egységbe vagy az egész műveletsorra bevezetett szennyvíz adott komponens-koncentrációjának megváltozását a műveleti egységből (műveletsorról) való kilépéséig a bevezetett (kiindulási) koncentrációra vonatkoztatva. Ha egy ülepítőbe kerülő szennyvíz lebegőanyag-tartalma pl. 250 mg/L, s ez a víz az ülepítőt úgy hagyja el, hogy benne csupán 200 mg/L lebegőanyagot tudunk meghatározni, akkor ennek az ülepítőnek a hatásfoka (250−200/250)*100 = 20%, azaz a lebegőanyag-tartalomból ennyit tartott vissza a példában szereplő adatok esetén a műtárgy.

A Dél-Pesti Szennyvíztisztító Telep

A hazánkban elterjedten alkalmazott szennyvíztisztítási technológiát a Dél-pesti Szennyvíztisztító Telep működésén keresztül mutatjuk be. A 10.1. táblázatban a telepre érkező és a telepet elhagyó tisztított szennyvíz néhány fontosabb átlagadatát tüntettük fel.

Három kezelési lépcsőben (három fokozat) távolítják el ezen a telepen a szennyvízből a szennyező anyagokat (10.2.9. ábra). Az első lépésben mechanikai tisztítás történik. A darabos anyagok kiszűrésére szolgálnak a rácsok, ezt követi a víznél könnyebb, azzal a

vízzel nem elegyedő, külön fázist alkotó szennyezések eltávolítása, ahol a homokfogó aljáról történő levegőztetéssel segítik az ilyen anyagok elkeveredett frakcióinak felszínre jutását, s egyúttal az apró szemcsés hordalék is kiülepszik. Ezután a még könnyen kiülepíthető lebegőanyag eltávolítása következik a gravitációs elven működő előülepítő medencében.

10.2.9. ábra: A Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepi szennyvízkezelés folyamata

A második fokozatban eleveniszapos biológiai tisztítás zajlik, a fokozat elején a reaktív foszfortartalomból vegyszeres kezeléssel (derítéssel) csapadékot képeznek, a nitrátion-tartalom pedig anaerob medencében elődenitrifikáció során távolítódik el. Az ezt követő levegőztetett eleveniszapos medencében történik a szerves anyagok lebontása és az ammóniumion-tartalom részleges nitrifikációja. A levegőztetett medencében felszaporodott eleveniszap folyadékfázistól való elválasztása az utóülepítő medencében zajlik. A nitrogénformák eltávolítását a bioszűrő (Biofor) egység végzi, ami fixfilmes rendszerű műtárgy. Először levegőztetett környezetben nitrifikáció zajlik, ahol az eleveniszapos medencében megkezdődött ammóniumion-átalakítás folytatódik, ezután anaerob medencékben, szintén fixfilmes rendszerű denitrifikáció során a légkörbe távozik a szennyvízből a nitrogénvegyületekből képződött végtermék, a nitrogén gáz. A befogadóba bocsátás előtti utolsó lépés a tisztított víz fertőtlenítése, ez megakadályozza a szennyvízben előforduló patogén szervezetek természetbe kerülését. A fertőtlenítést a dél-pesti telepen klórral végzik az üdülési szezon időszakában. A tisztított, telepről elfolyó szennyvíz éves átlagadatait és a telepen betartandó határértékeket a 10.1. táblázat adatai alapján hasonlíthatjuk össze. Látható, hogy a határértékeknek a tisztított szennyvíz minősége megfelel, s ezt a tisztítás-technológia 90% körüli, illetve e feletti hatásfoka eredményezte. A nitrát-nitrogén esetén hatásfokot nem számíthatunk, csupán a határértékkel lehet összevetni e komponens esetén a tisztítás eredményességét, hiszen e vegyület az aerob szennyvízkezelési lépések során keletkezik, a nyers szennyvízben koncentrációja eleve elhanyagolhatóan kicsi.

Befolyó nyers

10.1. táblázat: A nyers- és tisztított kommunális szennyvíz összetétele és az adott paraméterek határérté-kei a Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepen

Az utóülepítő medencékből igen nagy mennyiségű, ún. „fölösiszap” kerül ki, melynek további kezelése anaerob, biogáz termelő fermentorokban történik. A rothasztás során csökken az iszap térfogata és energiatartalma is felhasználhatóvá válik. A keletkező biogázt kénmentesítés után gázmotorokban áramtermelésre használják fel, amely a szennyvíztelep energia-.szükségletének 85%-át fedezi. A fermentorokból származó iszap nagy víztartalmú, ezért elszállítása előtt víztelenítik.

A hazai vízminőség-védelem lényeges kérdése jelenleg is a szennyvizek csatornában történő minél teljesebb körű elvezetésének és a megfelelő szintű szennyvízkezelésnek a biztosítása, azaz a közműolló kedvező irányú alakítása. A közműolló időben növekvő eltérést jelentett a közműves ivóvízellátás és csatornázottság kapacitása között. Az ivóvízhálózatba bekötött felhasználók száma, és így az általuk igénybe vett víz mennyisége rohamosan növekedett az utóbbi évszázad második felében, s ezt a csatornák kiépítése, a szennyvizek csatornákban történő elvezetése csak sokkal kisebb mértékben követte. Ez azt a problémát veti fel, hogy a tisztítatlan szennyvíz a környezetbe kerülhet, a csatorna helyett egyedi tározókban elhelyezett szennyvíz további sorsa ugyanis nem mindig egyértelmű, sokszor nem kerül elszállításra, vagy ezt követően tisztítótelepre. Ez az elsődleges közműolló napjainkra már kedvező irányú változást mutat, azaz ez a kapacitásbeli különbség az ivóvízellátás-csatornázás közt az utóbbi években már csökkenni kezdett, ahogy ez a 10.2.10. ábrán látható. Az ábra a hazai elsődleges közműollóra vonatkozó adatok változását az ellátásba bekapcsolt lakos-létszámot (vízmennyiséget) kifejező százalékban mutatja be a múlt század közepétől napjainkig.

Az elsődleges közműolló megléte mellett további problémát jelent azonban még a csatornában elvezetett szennyvízmennyiség és a szennyvíztisztítási kapacitás közt meglévő eltérés. Ezek egymáshoz viszonyított, szintén időben eltérő mértékű változása a másodlagos közműolló. Budapest helyzete e téren már kedvező, tekintve, hogy 2010.

augusztusától üzemel a Csepeli Központi Szennyvíztisztító Telep. A korábbi helyzetet jellemző közel 40%-nyi másodlagos közműolló létéhez képest, amely az ország egészére nézve átlagosan jellemző mértékű eltérést mutatta a megvalósított szennyvízelvezetés és szennyvíztisztítás kapacitása közt, ez az új tisztítótelep jelentős javulást eredményezett a fővárosban. Budapesten ez a központi szennyvíztisztító a meglévő két másik tisztítóteleppel együtt (Észak- és Dél-pesti Szennyvíztisztító Telepek) biztosítja azt, hogy a fővárosban naponta átlagosan keletkező 600−650 ezer köbméter szennyvíznek ma már 90%-a megfelelő tisztítást kap.

10.2.10. ábra: Az elsődleges közműolló hazai alakulása 10.3. Függelékek

10.3.1. Bibliográfia

Benedek P., Valló S. : Víztisztítás – szennyvíztisztítás zsebkönyv, 4. átdolgozott kiadás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,1990 oldalszám

Barótfi I.: Környezettechnika kézikönyv, Mezőgazda Kiadó, Budapest, 2000 oldalszám

Förstner U.: Környezetvédelmi technika, Springer Hungarica Kiadó Kft., Budapest, 1993 oldalszám

Ligetvári F.: Környezetünk és védelme, 3. kötet, Ökológiai Intézet a Fenntartható Fejlődésért Alapítvány, Miskolc, 2000 oldalszám

Lindquist A., Hahn H., Hoffmann E.: Chemical Water and Wastewater Treatment-IX, oldalszám Published by IWA Publishing, Alliance House, 12 Caxton Street, London, UK, 2007 oldalszám Sperling M.: Wastewater Characteristics, Treatment and Disposal, Activated Sludge and Aerobic

Biofilm Reactors, Basic Principles of Wastewater Treatment, oldalszám

Published by IWA Publishing, Alliance House, 12 Caxton Street, London, UK, 2007 oldalszám 10.3.2. Fogalomtár

aerob folyamat: a vízben a fizikai-kémiai és biológiai folyamatok megfelelő koncentrációjú oldott oxigén jelenlétében, azaz oxigénellátott körülmények közt zajlanak anaerob folyamat: a folyamatok oxigénhiányos, oxigénmentes közegben mennek végbe biofilm: szilárd ún. hordozóanyagok felületén mikroorganizmusok által létrehozott biológiai hártya

biokémiai oxigénigény (BOI): a vizekben lévő biológiailag bontható szerves anyagok bakteriális bontása során meghatározott idő alatt fogyott oxigén mennyisége (O2 mg/dm³).

A vízben jelen levő szerves anyagok biológiai lebonthatóságáról ad információt, általában egységnyi térfogatú vízre vonatkoztatva az öt napos oxigénfogyasztást határozzák meg (BOI₅).

denitrifikáció: nitrát-ionok mikrobiológiai úton bekövetkező redukciója, a folyamat végterméke nitrogén gáz

derítés: fizikai-kémiai eljárás; oldott komponensek csapadékba vitele, a kisméretű szilárd részecskék destabilizálása, agglomerálása, nagyméretű pelyhek ún. flokulumok létrehozása vegyszerek adagolásával, ezt követi egy fáziselválasztó művelet (pl. ülepítés, flotálás vagy szűrés) alkalmazása

EC: effektív, azaz hatásos koncentráció. A toxikológiában olyan komponenskoncentrációt jelent a vízközegben, ami a vizsgált élő szervezetek valamely kiválasztott sajátságát, valamely szerv, szövet, enzimrendszer működését már befolyásolja (pl. a testtömeg, májfunkció, enzimaktivitás, stb. változását idézi elő)

eleveniszap: a szennyvizek biológiai tisztítási műveletei során a mikroorganizmusok a szennyvízben homogénen eloszlatva, szuszpendált formában, un. iszappelyhekben fordulnak elő

elsődleges- és másodlagos közműolló: az elsődleges közműolló időben növekvő eltérést jelent a közműves ivóvízellátás és csatornázottság kapacitása között. Az ivóvízhálózatba bekötött felhasználók száma, és így az általuk igénybe vett víz mennyisége rohamosan növekedett az utóbbi évszázad második felében, s ezt a csatornák kiépítése, a szennyvizek csatornákban történő elvezetése csak sokkal kisebb mértékben követte. A csatornában elvezetett szennyvízmennyiség és a szennyvíztisztítási kapacitás közt meglévő eltérés pedig, ezek egymáshoz viszonyított, szintén időben eltérő mértékű változása a másodlagos közműolló.

endogén légzés: a baktériumok tápanyag – azaz szubsztrát – távollétében is fennálló sejtlégzése

fermentáció: erjesztés, biokémiai folyamat, valamilyen szerves anyag enzimatikus átalakítása (erjesztéssel állítják elő pl. a sört, bioecetet, bort)

fixágyas biológiai kezelés: a berendezésekbe felületnövelés céljából szilárd töltőanyagot, un. hordozókat helyeznek, a tölteten kialakuló biofilm végzi el a szennyezőanyagok lebontását, átalakítását

flotálás: fáziselválasztó művelet, külön fázist alkotó komponensek felúsztatása

halobitási fok: a vizek sótartalmának – az összes ion koncentrációjának – mértéke. A sótartalom mértéke szerint a vizek un. fokozatokba sorolhatók.

hatásfok: eltávolított ill. átalakított szennyezőanyag mennyiség az eredeti szennyezőanyag mennyiségre vonatkoztatva (dimenzió nélküli hányados, illetve ez a hányad százalékban kifejezve)

hidraulikus terhelés: egy műveleti egységre ill. tisztítási folyamatokat ellátó műveletsorra kerülő anyagáram, azaz az időegység alatt kezelt anyag térfogata (pl. m³/h), amit szokás a berendezések esetén azok egységnyi térfogatára vagy felületére vonatkoztatva is megadni homokfogó: a szennyvízkezelés mechanikai elválasztást biztosító műtárgya, a vízfázistól a homokszerű anyagok ülepítéssel, a zsírok-olajok flotálással történő elválasztását biztosítja KOI: kémiai oxigénigény (KOI, angol megfelelője COD) [O2 mg/liter] az oxidálható anyagokra elfogyott oxidálószerrel egyenértékű oxigén mennyisége, szabványos

körülmények közt meghatározva az oxidálható szerves anyag-tartalom jellemzésére alkalmazott összegparaméter

lakosegyenérték: víz esetén egy fő által egységnyi idő alatt (pl. naponta) átlagosan felhasznált vízmennyiség

mineralizálás: szerves anyagok átalakítása, lebontása szervetlen vegyületekké mezofil: középhőmérsékletű (biológiai eljárások esetén 35–45 ^oC)

műtárgy: berendezés, műveleti egység, amelyben a technológiai eljárás folyamatai megvalósulnak

nitrifikáció: az ammónium-ion aerob mikrobiológiai átalakulási folyamata, amelynek végterméke a nitrátion

öntisztulás: természetes tisztulás, emberi beavatkozás nélkül végbemenő folyamat, ami a víztestbe kerülő szennyezőanyag-tartalom csökkenését, eltűnését eredményezi. Összetett folyamat, fizikai (pl. keveredés, ülepedés), kémiai (oxidáció, koaguláció, csapadékképződés, stb.) és biokémiai (fotoszintézis, mineralizáció) részfolyamatokból áll.

szubsztrát: a mikroorganizmusok tápanyaga

termofil: megemelt hőmérsékletű (biológiai eljárások esetén 50-60 ^oC) TOC: Total Organic Carbon, összes szerves széntartalom

trofitási fok: a szervetlenből szerves anyagot létrehozó és ezzel a víz minőségét befolyásoló adottságok és jelenségek gyűjtőfogalma. A szervetlen növényei tápanyagok minősége, mennyisége és változása határozza meg a vízben a trofitás mértékét, a szerves anyagot építő fotoautotróf élőlények (algák és vízinövények) minősége, mennyisége és működésük (trófia) vízminőséget alakító, befolyásoló folyamatait jelenti. Trofitás szempontból a természetes vizek több kategóriába sorolhatók, így pl. vannak többek közt oligo-, mezo- és eutróf vizek.

vízminőség: több (fizikai, kémiai, biológiai) paraméter együttese határozza meg; a felhasználási cél és a víz eredetének (vízkivétel helyének) függvényében

vízszennyezés: az adott vízre vonatkozó határértéktől eltérő komponens koncentrációval illetve paraméter értékkel jellemezhető. Minden olyan jellegű hatás vízszennyezést okoz, amely a felszíni és a felszín alatti vizek minőségét úgy változtatja meg, hogy a víz, mint élettér a benne zajló természetes életfolyamatok számára korlátozódik vagy megszűnik, illetve az emberi célokra történő felhasználása csökken vagy lehetetlenné válik. A szennyezés az adott vízi ökoszisztéma összetételének változását jelenti a természetes összetevőkhöz képest úgy, hogy a rendszeren belül valamely természetes alkotóelem koncentrációja megváltozik, és/vagy a rendszerbe természetes összetevőitől alapvetően eltérő minőségű komponens kerül.