Ugrás a tartalomhoz

Environmental management

Prof. Tamás János, Prof. Blaskó Lajos (2008)

Debreceni Egyetem a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

9. fejezet - 11. Szerves hulladékok újrahasznosítása (biobrikett, komposzt, szennyvíziszap)

9. fejezet - 11. Szerves hulladékok újrahasznosítása (biobrikett, komposzt, szennyvíziszap)

11.1. A szennyvíziszapok

11.1.1. Integrált Vizi Közmű szemlélet

A környezettechnológiai iparágak között világszerte a legnagyobb beruházási és üzemeltetési igényű a vízipar ezen belül is az ivóvíz-szennyvíz valamint az iszapkezelési technológiai ágazatok. A fejlesztések megvalósulása során elvárt fenntarthatósági szempontok mára a műszaki tartalom mellett a gazdasági és társadalmi kérdések vizsgálatát szintén kikényszerítik a tervezőkből, az optimális megoldások keresése során. Ezen a területen a többcélú vízkészletek drámai csökkenése is tovább fokozza a döntéshozók felelősségét.

Az integrált vízgazdálkodás szemléletének világszerte tapasztalható térnyerésével egyre fontosabbá válik a városi vízgazdálkodáshoz kapcsolódó víz- és anyagforgalom zártabbá tétele (Öllős, 2005). A rendkívüli csapadékok okozta helyi vízkár események ráirányították a figyelmet arra, hogy az önkormányzati vízgazdálkodási feladatokon belül nagyobb hangsúlyt kell adni a települési vízrendezési feladatoknak és ezen belül a megelőzést szolgáló fejlesztéseknek, illetve rekonstrukciós munkáknak.

A települési vízgazdálkodás a vízgyűjtő- gazdálkodás egyik fontos összetevője hiszen, a városok koncentrált vízigénye és szennyvízkibocsátása alapvetően befolyásolja az adott (rész) vízgyűjtő állapotát. A most készülő Vízgazdálkodási tervnek és intézkedési programnak a pontszerű, vagy kvázi-pontszerű városi kibocsátások emissziójának csökkentése kulcskérdés (Somlyódy, 2008). Folyó menti nagyvárosok hatása hosszan kimutatható az alattuk fekvő szakaszon. A szennyvíztisztítás klasszikus gyakorlata szó szerint „csővégi technológiának tekinthető”, amely mára szemléletében gyökeresen kezd megváltozni. A víztakarékosság növelése érdekében számos európai országban támogatják, vagy éppen kötelezően előírják az ún. forrásszabályozást, azaz a keletkezés helyén törekszenek a vízkészletek többcélú felhasználásra. Nemzetközi tapasztalatok alapján a vízkészletek hidrológiai ciklusszámát az eddigi 3-4x-es értékről, belső városi vízkereskedelemmel 7-8x-os értékre is lehet növelni. Elsősorban nagyvárosok ipari övezetében kis szállítási távolságok mellett, az ipari övezetekben van erre mód.

Több próbálkozás van arra, hogy az egyik iparág számára már nem megfelelő használt vizet egy másik iparág telephelye átvegye akár technológiai, akár hűtővízként. Már ma is tarthatatlan a háztartásokban folyó ivóvíz minőségű vizek pazarlása (Somlyódi, 2007). Szintén növekedés várható a városi vízgyűjtők növekedése területén a csúcs-vízhozam mérséklése és lefolyási értékek csökkentése érdekében. A csapadék eredetű szürke vizek zöldterületi elöntözése szintén a csatornahálózat és kapcsolódó szennyvíztelepe terhelésének, ezzel végső soron a szolgáltatás díjának csökkenését okozza. Ezek a megoldások a mai igényeknek megfelelő elválasztott rendszerű csatornázás mellett a közeljövőben tovább nőnek. Az elválasztott rendszerekben külön hálózatban kerül gyűjtésre és kezelésre a csapadék és szennyvíztömeg.

Vízkezelési infrastruktúra fejlesztési irányai

Az Európai Közösség, hogy megóvja a környezetet a települési és egyes ipari szennyvízkibocsátások káros hatásaitól, a települési szennyvizek elvezetését és tisztítását a Tanács 91/271 EGK irányelvében szabályozza,. Magyarország európai uniós tagságával összefüggő feladatai közül a legtöbb és a legnagyobb közel 1500 Milliárd fejlesztési igény a szennyvízelvezetés és szennyvíztisztítás megvalósításával kapcsolatos. A Budapesten naponta keletkező 600 ezer köbméter szennyvízből eddig 350 ezer köbméter folyt tisztítatlanul a Dunába. A csatornák által továbbított szennyvíz a teljes mennyiség 95 százalékát teszi ki, a maradék a "szippantott" szennyvíz. A Csepeli tisztító mű átadása után is továbbra is tisztítatlanul éri el a Dunát 15 csatorna bevezetésen keresztül a termálfürdők medencéinek vize, illetve a csapadékvíz. A régióban szintén megoldatlan az új tisztítómű iszapkezelés után visszamaradó anyagainak elhelyezése

A politikai rendszerváltás idején (1990-ben) a Magyarország 10.142 milliós lakosságának ellátására 48,5 ezer km ivóvíz-, és 15 ezer km csatornahálózat állt rendelkezésére. A víztermelő kapacitás 5,2 millió m3/d, a szennyvíztisztítók összes „hidraulikai” kapacitása pedig 1,5 millió m3/d volt. A 3135 település 4.104 millió lakás állományának 74%-os vezetékes ivóvízzel való ellátása mellett a csatornahálózathoz csupán annak 42,5%-át kötöttek be. 2003–ra a jelentős fejlesztés eredményeként az ivóvízellátásba a lakások 93,4%-át kötöttek be a szennyvízcsatorna hálózathoz 2,3 millió lakás (57%) kapcsolódik.

Az Uniós előírásoknak megfelelően valamennyi 2000 LE-nél nagyobb településen – a nagyvárosok korábbiakban hagyományosan kialakított egyesített rendszerű csatornáival ellentétben – általában elválasztott rendszerű csatornák épültek. Jellemző az ország Keleti felének hátrányosabb gazdasági helyzete miatt alacsonyabb kapacitási szint (10.26. ábra).

11.1. ábra. A szennyvízelvezetési agglomerációk csatornázottsági megoszlása 2006 végén (Forrás: KvVM, 2008)

A bekötött lakások aránya ezen földrajzi térség két alföldi régiójában volt a legkisebb, további két régióban nem érte el a 60%-ot (Észak-Magyarország és Dél-Dunántúl). 2004-ben az összegyűjtött szennyvíznek már 66,5%-a került biológiai tisztítás után a befogadókba. Az 555 db. üzemeltetési engedéllyel rendelkező szennyvíztisztító mű kiépített hidraulikai kapacitása 2,19 millió m3/d. Ebből 68% (1,24 millió m3/d biológiai fokozatú, míg további 29% (0,58 millió m3/d) tápanyag eltávolítást is biztosít.

A Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és –tisztítási Megvalósítási Program (NTSZTMP) az ország valamennyi agglomerációjának összes terhelését a 2015 évi célidőszakig 14,18 millió LE nagyságra prognosztizálta, s a nem közcsatornára kötött iparral együtt (711 000 LE) ez az érték 14,89 millió LE-re növekszik. A nagyobb, mint 2000 LE agglomerációk közcsatorna ellátottságát 89,3%-ra, a kisebb, mint 2000 LE-űek esetén pedig 3,7%-ra irányozták. Az időszak végére – a fentiek szerint – az ország összes szennyezettségének visszatartása 93,0%-ban fog teljesülni (Juhász, 2003).

A 2003–2015 közötti időszakban 4,454 millió LE-vel bővül a csatornahálózatba jutó szennyezettségi érték, míg a mechanikai tisztítási és a biológiai fokozatok korszerűsítésével a tisztítási kapacitás 7,308 mill. LE-kel egészül ki (. táblázat).

11.1. táblázat. A csatornahálózatba bekötött lakások regionális megoszlása 2015-ig. Forrás: KvVM, 2008

Ezzel az ország szennyvíztisztítási összes kapacitása várhatóan 13,366 millió LE-re fog növekedni. A csatornázás területén a meglévő 27,1 ezer km gyűjtő hálózat – a további 17,3 ezer km–es tervezett bővítéssel – 44,4 ezer km. hosszúságúra fog a tervek szerint nőni. A NTSZTMP-be tartozó szennyvízelvezetési agglomerációk megfelelő csatornázottságának eléréséhez, valamint a hiányzó szennyvíztisztítási kapacitások kiépítéséhez, a nem megfelelő szennyvíztisztítás és iszapkezelés előírásoknak megfelelő szintre történő fejlesztéséhez Magyarországon igen jelentős mértékű fejlesztési program végrehajtására van szükség, amelynek összes költsége 2006. évi árakon 827,9 milliárd Ft (. táblázat).

11.2.táblázat. Gyűjtő és kezelő rendszerek tervezett beruházási költségei. Forrás: KvVM, 2008

A fenti tervezési adatok a gazdasági válság előtti 2006-os 260 Ft/Euro átszámítási szinten készültek, így arányaiban jónak, abszolút értéken azonban ma már alul tervezettnek tekinthetőek. A megvalósítás kritikus pontja az önkormányzati önrészek előteremtése. Sajnálatos és nehezen magyarázható tény, hogy a gazdasági válság az önkormányzatok tulajdonában lévő szolgáltatókat nem igazán motiválta az olcsóbb üzemeltetésű természetes vagy kombinált tisztítási technológiák nagyobb arányú alkalmazására. A közművek privatizációja körüli bizonytalanságok is néhány eseti botrányt (pl. Pécsi Vízmű 2009-es tulajdonos váltása) leszámítva, lényegi változást nem hozott. Ugyanakkor a társadalom csökkenő teherviselő képessége a jó megoldásokkal szemben is növekvő ellenállást és romló környezeti állapotot okozhat. Elég megemlíteni az eltérő lakossági rákötési hajlandóságot az elkészült csatornahálózatokra. Az eddigiekből következik, hogy a vízellátás és csatornázás közötti első közmű olló, illetve a csatornázás és szennyvíztisztítás közötti második közmű olló fokozatosan zárul, míg a szennyvíztisztítás és az iszapkezelési kapacitások megléte közötti harmadik közmű olló nyílása vagy stagnálása várható. Ezzel a felszíni és felszín alatti vizek minőségének javulása mellett az iszapkezelés növekvő megoldatlansága válik kritikussá. Sajnos a képet az is tovább árnyalja, hogy a szennyvíztisztítási fokozatok az EU irányelvek alapján döntően a biológiai bontásig épülnek ki. Ez azzal az ellentmondással is járhat vízgyűjtőktől eltérően, hogy a kémia tisztítás hiányában a foszforterhelés növekedése várható, mivel a csatornázás növekedése eddig nem észlelt újabb terheléseket jelentenek a befogadókra nézve.

Nemzeti Szennyvízelvezetési Program

A Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és –tisztítási Megvalósítási Program 2 évenkénti adatok alapján méri a célkitűzéseinek megvalósulását. Központi kérdése a befogadók vízminőségének védelme. A szennyvíziszap kezelés és elhelyezés tervezését három szinten végezte, úgymint: országos, regionális valamint települési szinteken.

Az alábbiak során megvizsgáljuk milyen feltételek mellett képes ennek eleget tenni. Jelenleg 458 szennyvíztelepen végeznek valamilyen minőségű iszapkezelést. A kikerülő mennyiség 221450 t/szárazanyag/év volt. A szennyvizek megfelelő tisztításának természetes mellékterméke a szennyvíziszap. Ha a csatornába vezetett szennyvizek jogszabályoknak megfelelő minőségűek és a mai kor követelményeinek megfelelő tisztítás-technológiákat alkalmaznak, az iszap mezőgazdasági szempontból értékes szerves tápanyag, amelyet célszerűen lenne visszajuttatni a termőtalajba. Ma Magyarországon a szennyvíziszapot nagyobb részt lerakókon helyezik el. A szennyvíziszap depóniákat úgy kell kialakítani, hogy min. 15 éven keresztül alkalmasak legyenek az adott térségben keletkező iszapok fogadására.

Az NTSZTMP szerint az iszapokból jelenleg 43,5%-ot mezőgazdasági területre, 47,2%-ot lerakóba (depóniába) szállítottak, míg a maradék 9,3% egyéb (jobbára ismeretlen) helyre került. 2015-re az iszap mennyisége a megvalósuló beruházások miatt 390549 t/szárazanyag/év –re tervezett, amelyből 65% kerülne mezőgazdasági elhelyezésre a lerakás 36%-os aránya mellett. Égetéssel lényegében anyagi okok miatt nem számol a program (11.2.ábra).

11.2.ábra. A NTSZTMP-ben tervezett iszapkezelési megoldások 2015-ig (Forrás: KvVM, 2008)

Az utóbbi időszakban környezeti szempontból ellentmondásosnak ítélhető az a megoldás, hogy az iszapok égetését megújuló energetikai forrásként a 2009-es KEOP környezeti pályáztatás még támogatja is. A víztelenített iszapok elvileg valóban alkalmas energetikai források lennének a magas szerves anyag tartalmuk alapján. Azonban a nyers iszapok több mint 50%-os víztartalmának előzetes eliminálási energiaigénye ezt összességében megkérdőjelezi.

A 11.3. ábra alapján az NTSZTMP a mezőgazdasági elhelyezést 10 éven belül 5x nagyobbra tervezné. Ugyanakkor a program ennek mezőgazdasági feltételeit gyakorlatilag nem vizsgálta.

Termőföldre történő kihelyezéskor – kisebb települések esetében – 6-8%-os szárazanyag tartalmú, „részlegesen” stabilizált, sűrített iszapot, tenyészidőn kívül általában közvetlenül a talajfelszín alá 200-400 mm mélységbe, injektálásos eljárással, helyezik ki. A nagyobb településeken – helyenként a környező kisebb telepekről beszállított iszappal együtt – valamilyen mezőgazdaságból származó száranyaggal (szalma, pelyva, egyéb hulladék) komposztot állítanak elő, mely előzetes bevizsgálás, és engedélyezés mellett kerül kihordásra.

Az NTSZTMP alapján a hatékony kezelés érdekében szennyvíz-agglomerációkat hoztak létre a települések. A szennyvízelvezetési agglomeráció „olyan területet jelent, ahol a népesség és/vagy a gazdasági tevékenység elegendően koncentrált ahhoz, hogy a települési szennyvizet összegyűjtsék és egy települési szennyvíztisztító telepre vagy végső kibocsátási pontra vezessék”. A szennyvízelvezetési agglomeráció állhat egy (közigazgatásilag önálló) településből, illetve többől is.

Az iszapkezelés is hasonló agglomerációs elveken alapul. A tervezési munkák elvégzéséhez elengedhetetlenül szükséges a keletkező szennyvíziszap mennyiségének, minőségének, a rendelkezésre álló technológiáknak valamint a lehetséges elhelyezési alternatíváknak minél pontosabb ismerete. Ehhez a meglévő szennyvíztisztító telepek kezelőinek a keletkező szennyvíziszapról, illetőleg a kezelő létesítmények működéséről, méréseken alapuló nyilvántartást kell készíteni. Az iszap elhelyezési agglomeráció összes névleges szennyezőanyag terheléséhez az EU gyakorlata alapján a lakosegységet (LE) vették figyelembe feltételezve, hogy egy lakos egy nap alatt kibocsátott szennyvizében lévő szerves szennyezőanyag terhelése 60 g BOI5 (LE). Ezt növeli minden egyéb szennyezőanyag terhelés, így a bevezetett ipari, közintézmények szennyvize figyelembe véve ezek szezonális ingadozását. Ezt tovább módosíthatják az alkalmazott szennyvíztisztítási -szennyvíziszap kezelési eljárások.

Az agglomerációk elhelyezési kapacitásainak regionális vizsgálata

Az iszap elhelyezési agglomerációk kialakításához a településszerkezetet is vizsgálni kellett. Magyarország településszerkezetében magas (75,3 %) a 2000 LE alatti települések aránya, ezekben azonban a lakosságnak csak 16,9 %-a koncentrálódik. Kevés nagyobb lakos számú város van, Budapesten kívül mindössze 10 település tisztítási kapacitása haladja meg a 150.000 LE-t (11.3.ábra).

11.3.ábra. A NTSZMP szennyvízelvezetési agglomerációk LE szerinti területi megoszlása 2006 végén (Forrás: KvVM, 2008)

Az ipari üzemek csatornahálózatba történő szennyezőanyag kibocsátásainak felmérését és várható technológiai alternatívákat pontosítani kell annak érdekében, hogy a keletkező szennyvíziszap újrahasznosíthatósága minél nagyobb arányban biztosítható legyen. Ahol a helyi lehetőségek adottak ki kell alakítani a szennyvíziszap elhelyezési feladatok megvalósítását szolgáló integrált, ágazati együttműködést biztosító mechanizmusokat és önkormányzatok társulását az elhelyezési feladatokra. A szennyvíziszap kezelési agglomerációkat úgy célszerű meghatározni, hogy ezek a természetes hidrológiai viszonyokat tükrözzék, ugyanis ezek általában nem azonosak a Nemzeti Szennyvízelvezetési és - tisztítási Program által meghatározott jelenlegi szennyvízelvezetési agglomerációkkal. Ugyanakkor szükséges a gazdaságosan kezelhető, üzemeltethető méretek (szállítási távolság, vonzáskörzet nagysága stb.) meghatározására a vonatkozó szabályzók alapján. Törekedni a leggazdaságosabb üzemeltetés megvalósítására a hasznosítási lehetőségek elemzésével, összehasonlításával.

A közigazgatási agglomerációs határok az NSZP esetében nem számolnak természetes vízgyűjtők és ezek talajtani adottságaival. Előfordulhat, hogy egyes településrészek elkülönülve oldják meg a szennyvízelvezetésüket és tisztításukat. Paksnak például önálló szennyvíztisztító telepe van, de a város Paks - Dunakömlőd nevű része mégis a Madocsa központú szennyvízelvezetési agglomerációhoz tartozik. Az agglomeráció tehát tartalmazhat közigazgatásilag nem önálló településrészt is. Egy adott szennyvízelvezetési agglomeráció szennyvíztisztítási előírásai az általánosnál szigorúbbak, ha a tisztított szennyvíz befogadója eutrofizációra érzékeny. Vannak olyan szennyvízelvezetési agglomerációk is, amelyek ugyan érzékeny befogadó vízgyűjtőterületén fekszenek, de a tisztított szennyvizeiket az érzékeny vízgyűjtőterületről normál befogadóba vezetik ki. Számos ilyen agglomeráció található a Balaton vízgyűjtő területén.

A szennyvíz csatornán történő gyűjtése és szállítása gazdasági és környezetvédelmi szempontból nem mindenhol megfelelő megoldás. Ilyen területek a nagyon alacsony lélekszámú települések (aprófalvak), az olyan településrészek, amelyek a település központjától távol helyezkednek el, továbbá a külterületeken elszórtan fekvő lakóépületek (pl. tanyák, tanyabokrok az Alföldön). Ezekre a területekre egyedi szennyvízkezelési megoldást kell alkalmazni a 174/2003. (X.28.) Korm. rendelet alapján (KvVM, 2008).

Az iszapok elhelyezésének magyarországi gyakorlata ellentmondásos. A tisztító telepek vezetői általában inkább a drágább, de kényelmesebb műszaki megoldásokat támogatnák, mivel ezt a kapukon belül úgymond “kézben tudják tartan”. Amíg ez a lakossági díjakban érvényesíthető volt ez működött is. Magyarországon is ismertek az iszap mezőgazdasági felhasználással kapcsolatos egyre hangosodó társadalmi aggodalmak, melyek egyben az égetés irányába kívánják terelni a műszaki megoldásokat. Magyarország ezt a tendenciát – költség kihatásai miatt – nem képes követni.

Ugyanakkor az élelmiszer minőségi kockázatok miatt a mezőgazdasági fogadókészség is jelentősen csökkent. A szennyvíziszap mezőgazdasági kihelyezése során számos potenciális kockázattal lehet számolni. Ezek egyrészt a szennyvizek keletkezési körülményeitől függenek. Ma már a háztartások vegyszerfelhasználása esetenként nagyobb kockázatot jelent hálózati szinten, mint a szigorúbban ellenőrizhető ipari kibocsájtások. Az alkalmazott technológiai sor is ronthat az iszapok minőségén. Belátható hogy itt koncentrálódik, amit a régió civilizációja felhasznál, de nem mindegy milyen formában. Az általánossá váló biológiai fokozat bevezetésével az iszapok közegészségügyi kockázatai minimalizálódnak. A nehézfémek mennyisége az iszapokban a nehézipar összeomlásával látványosan csökkent az utóbbi időszakban. Jelenleg a szerves mikro szennyezők jelenthetnek gondot főleg a nagyobb városok iszapjaiban. Ugyanakkor, ha figyelembe vesszük a logisztikai költségek 30 km-es iszap szállítási határértékét és azt, hogy mg. elhelyezés inkább az 50 ezer LE alatti települések esetében lehet reális alternatíva akkor ez a kockázat is marginális jellegű.

Ma a környezeti kockázatkezelésnél a logisztikai menedzsment sokkal kevésbé tűnik kezelhetőnek. Ennek egyik meghatározó oka a jelenlegi birtokstruktúra.

A rendszerváltás előtt egy nagyobb szennyvíztisztító telep egy-két szövetkezettel ált kapcsolatban, ahol az elegendő terület, szállítási kapacitás és részben a szakértelem is rendelkezésre állt. A termőföld privatizációja eredményeként több mint 5,5 millió hektár termőföld került mintegy két és félmillió magánszemély birtokába. A természetes személyek átlagos birtokmérete ma mindössze 6 hektár, mely az esetek többségében több, 2-3 darabból tevődik össze. A jogi személyek által használt átlagos birtokméret mintegy 180 hektár, mely átlagosan 30 földrészletből tevődik össze. Ezek nagy része a természetben feltételezhetően egymás mellett helyezkednek el, de a tagoltság így is számottevő. Természetes személyek tulajdonában levő termőterület 5.583.360 ha, míg jogi személyek tulajdonában levő termőterület 2.298.760 ha. A dunántúli megyékben a társas gazdálkodás, míg az alföldi megyékben az egyéni gazdálkodás jellemző. Az átlagos birtokméret és azok tagoltsága nagy szórást mutat.

Így esetenként több száz tulajdonossal és bérlővel kellene egyeztetni az iszapok hasznosításáról. A művelési rendszerek mesterséges szétszakítása miatt a szabad területekért folytatott versenyben a földterületek hiányában az állattenyésztő telepek is komoly gondban vannak, mivel a kisebb kockázatot jelentő hígtrágya elhelyezésére sincs mindig mód. A Vízgazdálkodási terv kiemelni, hogy a Nitrát- Akcióprogram keretében 2002 és 2007 között a 8380 nyilvántartott nagy létszámú állattartótelep közül mintegy 3000 korszerűsítése történt meg. A Program keretében 2012-ig az egységes környezethasználati engedélyköteles tevékenységi körben (IPPC) 600 nagy állattartótelep korszerűsítése folyik.

Mind a tárolás, mind a korszerűnek számító biogáz előállítás ma meghaladja a gazdálkodók önálló teherviselő képességét. Ugyanakkor a vízügy további jogszabály módosítást is tudna támogatni, úgy hogy a jogszabály a 300 számos állat méretet meghaladó (vagy szigorúbb előírásként méretmegkötés nélkül) állattartó telepekre környezeti hatásvizsgálat kötelező készítését írja elő a víztestekre diffúz terhelési kockázatot jelentő azon területeken, ahol a bemosódás lehetősége (erózió, drénezettség, felszíni levezetők) jelentős. Ma ezért gyakorlatban előfordul, hogy elhelyező terület hiányában 120-140 km-re tengelyen szállítják el az iszapokat az elhelyező területekre. A ma tapasztalható komposzttelep készítő „dívat” inkább a gond időbeli kitolását hulladék megsemmisítést jelent a kívánatos hasznosítás helyett. A komposztok minősítési rendszere jelenleg a gyengébb minőségű termékeket preferálja, nem tesz különbséget a magasabb ráfordítással előállítható környezeti szempontból kiemelkedő minőségű anyagok között. Ezzel a vásárlót is részben megtéveszti. Mai technológiai szinten szuper intenzív környezettechnológiák teljes biológiai átalakítást képesek végezni. A vevő ma, ha szennyvízkomposzt vagy juhtrágya komposzt között kell, választani azonos árszinten az utóbbit választja. Az árverseny alapja egy összetettebb és megbízhatóbb minősítési rendszer lenne.

Hasonlóan megállapítható ez a folyékony iszapok esetében is. Ma a tisztító telepek esetében elképzelhetetlen, hogy a drágább tisztítási fokozat (pl. víztelenítés, égetés) beruházási és üzemeltetési költségeinek megtakarításaiból a természetes technológiák üzemeltetőinek (tavas tisztítás, nyárfás elhelyezés, szántóföldi injektálás stb.) nagyobb profitot biztosítsanak. A világ fejlett országaiban ahol az önkormányzatok a szakmai kérdésekben is aktívan részt vesznek a vízellátási feladatainak ellátásban, a természetes tisztítási rendszerek virágkorukat élik. Magyarországon a KvVM szakmai ajánlásai ellenére is alig van önkormányzat, aki természetes vagy vegyes megoldásokat preferálná a mesterséges rendszerek helyett. Ennek okait terjedelmi okok miatt nem tudjuk jelen írásban kifejteni.

Az iszap mezőgazdasági területen hasznosítással egybekötött elhelyezését nagyon részletes EU irányelven alapuló kormányrendelet szabályozza. A szennyvíziszapok mezőgazdasági felhasználásának és kezelésének szabályairól az 50/2001. (IV.3.) Korm. rendelet rendelkezik. A rendeletnek megfelelően a mezőgazdaságban csak megfelelően kezelt szennyvíziszap helyezhető el (Várallyay és Farkas, 2008). Ez engedélyhez kötött tevékenység, amelyet talajtani szakvélemény alapján a közegészségügyi hatóság hozzájárulásával lehet végezni.

Vizsgálataink során a 2006-os agglomerációs tervet vizsgáltuk felül. Az általunk végzett GIS alapú Térbeli Döntéstámogatási Rendszer a szennyvíziszap-elhelyezés módszertani és térbeli döntéstámogatási feladatait elemezte.

Az értékeléshez az illetékes Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Minisztérium referencia adatokat bocsájtott a rendelkezésünkre, amelyet ezúton is megköszönünk.

A szennyvíziszap kezelési és elhelyezési tervezést regionális és települési szinten végeztük. A vizsgálatba vont adatforrások 3 nagy csoportja a következő volt: természeti erőforrások; épített környezet és humán környezet. Ezeket a jogszabályban rögzített határfeltételek (kizárt területek, védőtávolságok) alapján integráltuk. Összehasonlítottuk a jelenlegi szennyvíziszap kezelési agglomerációk helyzetét a mezőgazdasági elhelyezésre potenciálisan alkalmas területek térbeli eloszlásával (11.4. ábra).

11.4.ábra. A szennyvíziszap elhelyezésre potenciálisan alkalmas területek (saját szerkesztés)

Vizsgálatuk a gazdaságosan kezelhető iszap agglomerációk, üzemeltetetetési méreteinek (szállítási távolság, vonzáskörzet nagysága stb.) regionális megoszlását. Figyelembe vettük az ipari üzemek csatornahálózatba történő szennyezőanyag kibocsátásait annak érdekében, hogy a keletkező szennyvíziszap újrahasznosíthatósága minél nagyobb arányban biztosítható legyen. Az elkészített GIS makro programmodell egy paraméterezett tudásbázison alapuló térbeli elemzési rendszer alkalmazását tette lehetővé (Tamás és Fehér, 2009). Ennek egy részletét mutatja be az 11.5. ábra.

11.5.ábra. Felszíni vizek védőtávolságainak kiszámítása során alkalmazott döntéstámogatási modellrészlet (saját szerkesztés)

A szennyvíztisztításra kötelezett 2436 települések közigazgatási területe az ország területének (93036 km2) 86%-a (80780 km2), amelyből ténylegesen beépített 4548 km2. Szennyvíztisztítási agglomerációk száma 1023, így átlag 2,4 település került azonos agglomerációba, ahol területük átlaga 78.9 km2 nagy szórással (sd= 87.9).

A kizáró feltételek közül a legnagyobb régiókat az eredeti agglomerációs tervből az EU Nitrát Direktívája alapján nitrát érzékenynek nyilvánított 1488 település 42985 km2-nyi területe zárta ki. A vizsgálat eredményeként a potenciálisan elhelyezésre alkalmas mezőgazdasági területek (PEAMT) nagysága 23749 km2 ebből 657 település melyek 4416 km2-nyi területe csak mennyiségi korlátozással alkalmas iszap elhelyezésre. A szállítási távolságok optimalizálása során meghatároztuk, hogy a 3625 km2 elhelyezésre alkalmas terület szállítási távolsága meghaladja a 10 km-t. A PEAMT alakja és mérete sem mindig alkalmas az elhelyezésre a 10 ha-nal kisebb területek nagysága 25242 ha volt, ahol az elhelyezés logisztikai okokból drágább lesz, mint a nagyobb farmokon. Megállapítható hogy a környezetvédelmi hatóságok által készített agglomerációs tervben szereplő 80780 km2-ből mindösszesen 20072 km2 alkalmas potenciálisan a szennyvíziszapok elhelyezésére. A 150 000 LE feletti tisztító telepek 80%-a nem rendelkezik elegendő elhelyező területtel. Ezeknek a telepeknek az iszapok égetésére vagy a tervezetnél jelentősen nagyobb logisztikai költségre kell számítaniuk a közeljövőben. Több telepen viszont főleg a 15-5000 Le tisztítású kapacitású dél-alföldi területeken viszont a folyékony iszap injektálása vagy komposztálás egyaránt hatékony iszap elhelyezési eljárás lehet. A területi tervezés módszertani kérdései kapcsán megállapíthatjuk, hogy a bevezetőben említett klasszikus csővégi szemlélet helyett egy integrált tisztább termelési rendszert kellene az ágazatban megvalósítani (11.6. ábra).

11.6. ábra Integrált vízkészlet-gazdálkodási rendszer kapcsolati rendszere (saját szerkesztés)

A fenti ábra alapján a városi csatornázás során csak a minimálisan szükséges szennyvízterhelésre kellene törekedni, a vizek helyben történő felhasználása mellett. A tisztítóműben olyan tisztítási technológiát kellene alkalmazni ahol nem csak a jogszabályi határértékeket veszik figyelembe, hanem egy proaktív szemlélettel már az mezőgazdasági elhelyezés szempontjából minőségjavító megoldásokat is. Az iszapelhelyezés magas szintű automatizálási - információs háttérrel ellátott, logisztikai agrokémia rendszerek létrehozását kívánja meg, amelyhez min. 50-100000 LE nagyságú telepek agglomerációja szükséges. Az agglomerációknak saját földtulajdonra és/vagy tartós bérletre kell törekedniük, stratégiai partnerekkel. Ezzel a hulladékból terméket tudunk előállítani. A környezeti kockázatokat minimalizálva egyúttal új zöld technológiák alapját megteremteni.

Összefoglalóan megállapítható, hogy a környezeti iparágak megteremtésekor általánosságban, csak azok jó oldalát szokás megemlíteni. Azonban a helytelenül megválasztott megoldásokkal ez az iparág is a hagyományos ágazatokhoz hasonló környezeti kockázatokat okozhat. Azokban az esetekben ahol a „termék” egy eredeti formájában kimerülőben lévő semmi mással nem pótolható környezeti erőforrás azaz a tiszta vízkészlet, különösen nagy a jelen kor döntéshozóinak a felelőssége. A vízellátás és csatornázás a világ más területeihez hasonlóan a legnagyobb környezeti iparág Magyarországon, amely egyben stratégiai potenciált is jelent. A vízellátási és szennyvíztisztítási részmegoldások sikeressége nem jelenti egyértelműen a teljes program sikerét. A vízdíjak jelentős növekedése számos társadalmi feszültség forrása már ma is, amely régiónként eltérő mértékben várhatóan tovább növekszik. A mostani beruházásokkal kapcsolatban meg kell említeni a most nem elemzett ipari háttér helyzetét is. A tízmilliós ország részére gazdaságos sorozatgyártó kapacitást nem célszerű kialakítani, ezt a globális piacon kell beszereznünk. A jövőben a szolgáltatások díjában is megjelenő amortizációs díjak szintén áremelést gerjesztenek. Így különösen fontos hogy a ma épülő berendezések az elkövetkezendő 25 év szigorodó környezeti követelményeinek is tegyenek eleget. A korszerűség megítélésének nem lehet egyedüli kritériuma a műszaki megfelelőség. A hosszú távú megoldásnak az adott vízgyűjtő természeti feltételeit, az ott élők gazdasági teherviselő képességét és az alkalmazott technológiák társadalmi elfogadhatóságát egyaránt ki kell elégíteniük. Ez az iszapok újrahasznosítási lehetőségeire fokozottan is igaz, amely regionálisan és településenként is lokálisan optimalizált megoldást igényel.

11.1.2. A vízinövényes tisztítási rendszerek

A vízinövényes rendszerek közös jellemzője, hogy valamilyen közegbe (pl. homok, kavics, talaj, kő, víz) vízinövényeket ültetnek, illetve helyeznek el (pl. a víz felszínére), majd a rendszert szennyvízzel „táplálják”, felhasználva a mesterséges vízi ökoszisztéma „tagjainak”, azaz a növényeknek, a talajnak, és a növényeken kialakuló mikrobiológiai hártyának a tisztító, lebontó képességét. A vízinövényes rendszereket mindig szigetelik, megakadályozva így a talaj és a felszín alatti vizek elszennyezését. Adott vízinövényes rendszer pontos elnevezése a domináló növények fajától, mennyiségétől, valamint a vízmennyiségtől és annak elhelyezkedésétől függ. A természetes vizes élőhelyekhez hasonlóan a mesterséges rendszerek is hatékonyak a szennyezőanyagok lebontásában, eltávolításában, viszont - mivel tervezhetők - kiküszöbölhetők a természetes rendszereknél jelentkező hátrányok, és a hatékonyság tovább növelhető. A költség- és energiaigény nagy része a rendszerbe beérkező víz minőségétől (vagyis az előkezeléstől), a helyszínre történő szivattyúzástól (ha szükséges) és a víz szétosztásától, be- és elvezetésétől, az elvégzendő földmunkáktól és a telek árától függ.

Az egyes vízinövényes rendszer típusok nemcsak a kialakításuk szempontjából különböznek egymástól, hanem a következő szempontok szerint is:

  • Területigény;

  • Létesítési költség;

  • Előkezelés szükségessége;

  • Szennyvíz-tisztítási hatékonyság, különös tekintettel a nitrogén (N) és foszfor (P) eltávolítására;

  • Létesítés lehetséges helyszínei (pl. közvetlenül az ingatlan mellett is, vagy csak távolabb a településtől);

  • Üzemeltetés egyszerűsége (vagy bonyolultsága)

  • Telepített vízinövény hasznosíthatósága, és annak mértéke, költségei;

  • Adott rendszer típussal kapcsolatos ismeretek, tapasztalatok bősége vagy hiánya.

A rendszer minél hatékonyabb üzemeltetése érdekében célszerű rendszeresen aratni a növényeket. Ez viszont, megfelelően átgondolt tervezés és üzemeltetés esetén, a növények hasznosíthatósága miatt járulékos bevételt eredményezhet.

Épített vízinövényes rendszerek üzemeltetéséhez a szükséges felület nagysága általában 25 - 40 m2/m3 (szennyvíz), vagy 2-5 m2/LE.

Az épített vízinövényes rendszerek előnyei és hátrányai:

  • általában olcsóbb kivitelezés, mint a hagyományos szennyvíztisztító telepek esetében,

  • általában nem igényel vegyszert és nincs szükség gépi berendezésekre,

  • a szennyvíz mennyiségi és minőségi változásait jobban el tudja viselni, különösen a lebegőhínáros rendszer,

  • sokkal kisebb a felszíni és felszín alatti vizekre gyakorolt negatív hatása, mint a hagyományos rendszerekének,

  • a vízinövények újrahasznosíthatók; állatok takarmányozására, etanol, polietilén olajok és üzemanyag előállítására, stb.,

  • hatékonyak lehetnek a szervesanyagok, a nitrogén, a foszfor, a patogén baktériumok, a nehézfémek, a PAH-ok és a PCB-k eltávolításában.

Az épített vízinövényes rendszerek hátrányai:

  • a hagyományos szennyvíztisztító telep helyigényéhez képest, annak 4 – 10-szerese is lehet a szükséges terület nagysága,

  • a rendszer minél hatékonyabb üzemeltetése érdekében célszerű rendszeresen aratni a növényeket, ami bizonyos esetekben (pl.: békalencse) nehézségeket okozhat,

  • hatásfokuk erősen évszaktól függő lehet.

A vízinövényes rendszerekben az egyes szennyezőanyagok eltávolítása többféle módon is történik, ahogy ezt a . táblázat is mutatja (Juhász, 2003a)

11.3. táblázat Az épített vízinövényes rendszerek eltávolítási mechanizmusai

Az épített vízinövényes rendszerek csoportosítása életterük alapján (Szilágyi, 1994)

  • Vízből kiemelkedő (pl. nád, gyékény, sás), vagyis mocsári növényes rendszerek;

    • maguk a növények általában kevéssé vesznek részt ténylegesen (növényi tápanyag felvétellel) a szennyvíz tisztításában, bár ez mindig az adott növényfajtól függ,

    • jelentős szerepe van a növények felszínén (levél, szár gyökér) és a talajszemcséken kialakult mikrobiológiai hártyának, illetve az abban élő lebontó mikroszervezeteknek.

  • Vízfelszínén úszó vízinövényes (pl. békalencse, vizigázló, tündérrózsa), vagyis lebegőhínáros rendszerek;

    • jelentős a növények felszínén kialakuló mikrobiológiai hártyát alkotó mikroorganizmusok lebontó szerepe

    • békalencse esetében jelentős a közvetlen növényi tápanyagfelvétellel történő „tisztítás” mértéke

    • egy vagy több sekély medencéből állnak, mélységük a növény(ek)től függően 0,5 – 2,0 m, amelyekbe egy vagy több vízinövény faj van elszaporítva

    • a rendszer működése a csepegtetőtesthez hasonlóan bakteriális élettevékenységen és ülepítésen alapszik, de – különösen egyes növények esetében - fontos szerepe van a növényi tápanyagfelvételnek is (pl.: békalencse),

    • igen hatékonyak a nitrogén és foszfor eltávolítása mellett a PAH-ok, nehézfémek, PCB-k eltávolításában is.

  • Alámerült (pl. süllőhínár, átokhínár), vagyis hínáros rendszerek;

    • itt a növények (átokhínár, süllőhínár, vizitorma) az aljzathoz rögzültek vagy a vízben lebegnek,

    • a széndioxidot, az oxigént és a tápanyagot is a vízből veszik fel,

    • szennyvíztisztításra a gyakorlatban sehol nem használják, mivel a hínárok igen érzékenyek az alga okozta beárnyékolásra és az anaerob körülményekre, illetve mivel nehezen megoldható a rendszeres hínáraratás.

A vízből kiemelkedő, azaz mocsári növényes rendszerek tovább csoportosíthatóak:

A víztér szerinti csoportosítás:

  • Víz a talajfelszín felett van, vagyis felszíni átfolyású rendszer;

    • szigetelt, hosszú és keskeny medencé(k)ből vagy csatorná(k)ból áll, amely(ek)ben a mocsári növényeket sekély vízréteg borítja (vízmélység általában 0,1 – 0,6 m),

    • az előtisztított szennyvíz adagolása a rendszerre folyamatosan történik, a tisztítása addig tart, amíg a víz lassan átáramlik a vízből kiálló növényzet szárai és gyökérzete között,

    • a szervesanyag lebontását, eltávolítását a növények gyökerén, szárán, levelén megtelepedett mikroszervezetek végzik,

    • talaj legfontosabb feladata, hogy megfelelő közeget, élőhelyet biztosítson a növényeknek, illetve a lebegőanyag és a szervesanyag egy jelentős része is ide ülepedik le,

    • ezeknek a rendszereknek célja lehet az is, hogy élőhelyet biztosítsanak a vadvízi élővilág számára,

    • befolyásoló tényezők a hőmérséklet, valamint a növények szárának és levelének összfelszíne,

    • hátránya, hogy a talaj és a növények talaj alatti részei gyakorlatilag nem vesznek részt a tisztítás folyamatában, ezért nitrogén és foszfor szempontjából általában viszonylag alacsony hatékonysággal üzemeltethető, illetve a megfelelő tápanyag eltávolítás biztosításához nagyobb területre van szükség,

    • a mértékadó nemzetközi tapasztalatok alapján a nyílt vízfelületek növelik a rendszer foszforeltávolító hatását,

    • a gyakorlatban viszonylag ritkán alkalmazzák (főleg USA-ban és Hollandiában), mert nagy a területigénye.

  • Víz csak a talajfelszín alatt folyik, vagyis gyökérmezős (gyökérzónás) rendszer

    • a víz a növények gyökérzónájában, és az azt magába foglaló közegen folyik keresztül, legnagyobb szerepe a gyökérzetet tartó közegnek van (homok, kavics, talaj)

    • a lejtés a terepi adottságoktól függ, de lehetőleg 1% a javasolt

    • nagy előnye, hogy nincs szaghatás, és ezért a településeken közvetlenül a lakóházak mellett/között is megépíthető, amennyiben elegendő szabad terület áll rendelkezésre

    • hátránya, hogy a gyékény kivételével a mocsári növényeknek kicsi a tápanyagfelvétele, azaz a növényi tápanyag-eltávolítási hatékonysága alacsony, ezért önmagában csak ott alkalmazható, ahol nem sérülékeny vízbázis a befogadó, azaz nincs szükség nagymértékű tápanyag-eltávolításra, vagy pedig másik rendszerrel (pl.: faültetvényessel) kell kombinálni.

A gyökérzónás rendszer a vízáramlás iránya szerint tovább csoportosítható (Dittrich, 2005):

  • függőleges vízáramlású vagy szivárgású. (nitrifikációs biológiai tisztításra) (11.7. ábra),

  • vízszintes vízáramlású vagy átfolyású; (biológiai utótisztításra és denitrifikálásra) (11.8. ábra).

11.7. ábra. Vertikális áramlású gyökérzóna

A vertikális nádágy mellett a horizontális átfolyású nádágyakat is széles körben használják, ahol nem a vertikális, hanem a medence hosszirányú horizontális átáramlása.

11.8. ábra. Vízszintes átfolyású gyökérzóna

A függőleges-felfelé áramlású rendszer kialakításában szinte teljesen azonos a függőleges-lefelé áramlású rendszerekkel, a különbség az áramlási irányban van. Ennél a típusnál a gyűjtődrének felül, míg az osztódrének alul helyezkednek el. Ez a típus tulajdonságait tekintve átmenetet képez a vízszintes átfolyású és a függőleges-lefelé áramlású rendszerek között (11.9. ábra).

11.9. ábra. Függőleges-felfelé áramlású gyökérzóna

A víz a talajfelszín alatt és felett egyaránt áramlik, vagyis átszivárgásos rendszer

  • Ez a rendszer is nyílt vízfelszínű, mivel a területet elárasztják szennyvízzel, csak itt a víz nem elfolyik a területről, hanem függőlegesen beszivárog a talajba, és onnét kerül elvezetésre dréncsövekkel.

  • A közeg, amibe a növényeket telepítik különböző lehet a tisztítandó szennyvíz minőségétől függően. Települési szennyvíz esetében lehet kavics, homok, kő, illetve ezek kombinációja.

  • A felszínt szakaszosan árasztják el megfelelő mennyiségű vízzel (5-6 cm/d), így a növényt tartó közeg pórusaiba felváltva kerül víz és levegő. Ennek következtében felváltva alakul ki aerob (oxigént tartalmazó) és anaerob (oxigénmentes) időszak, ami különösen a növényi tápanyagok eltávolítása szempontjából fontos.

Egyesíti az előző két rendszer előnyeit: a víz függőlegesen és vízszintesen is keresztülfolyik a homok-kavics-talaj közegen, minden elem (talaj, az egész növény, mikroorganizmusok) részt vesz a lebontó-tisztító folyamatokban, ezért nagyobb tisztítási hatékonysággal rendelkezik, mint a másik két mocsári növényes rendszer. dominál.

  • Utótisztításként a szivárogtató mezőket általában a szeptintartályokkal kombináltan használják az elfolyó szennyvíz tisztítására. A szivárogtató mezőn gyakorlatilag perforált dréncsöveket helyeznek el kavicságyban a felszín alá. A 0,8 m mélység alá, hogy a fagy ne tegyen kárt a rendszerben. Szerencsés, ha két párhuzamos mezőt alakítunk ki, amelyet felváltva üzemeltetünk (Metcalf és Eddy, 1991).

Kistelepülések esetében hatékonyabb a nagyobb flexibilitású, összetettebb rendszerek tervezése és kiépítése az alábbi szempontok szerint:

  • A rendszer jól illeszkedjen a befogadói paraméterekhez

  • A téli és a nyári üzemre külön üzemeltetési alternatívát biztosítson.

A 11.10. ábra több kombinációs alternatívát mutat be.

11.10. ábra. A gyökérzónás szennyvíztisztítás technológiai kombinációi (Forrás: Dahab, 2000)

A mocsári növényes rendszerek főbb tervezési paraméterei

  • felület igény függőleges átfolyású rendszer esetén 1,0 m mélység mellett 3-5 m2/LE, vízszintes átfolyású rendszer esetén 0,6 m mélység mellett 5 m2/LE,

  • hidraulikai terhelés függőleges átfolyás mellett 50 – 60 mm/d (szakaszos víz rávezetéssel), vízszintes átfolyás mellett 40 mm/d,

  • felületi BOI-terhelés 10 – 20 g/m2/d,

  • mélység 1,0 – 1,2 m.

  • szigetelés igény minden esetben, ha a talaj vízáteresztő képessége nagyobb, mint 10-8-10-3 között: az agyagásvány tartalom ne haladja meg az egész szűrőközeg 5%-át,

  • településtől való védőtávolság igény 150 – 300 m,

  • a perforált elosztó vezetékek egymástól való távolsága 2 – 3 m lehet,

  • a szakaszos adagolást megfelelő adagoló szerkezettel (adagoló szifon, vagy billenővályús adagoló, vagy adagoló szivattyú) kell biztosítani,

  • a víz elvezetést 4 – 6 m-re elhelyezett dréncsövek biztosítják.

A szükséges területigényt és a tisztítási hatásfokot meghatározó tényezők (11.4. táblázat):

  • a vegetáció felületének nagysága,

  • a tartózkodási idő,

  • a szennyvíz hőmérséklete.

A szükséges felület nagysága általában 25 – 40 m2/m3 (szennyvíz), vagy 2-5 m2/LE.

11.4. táblázat. A rendszer átlagos területigényének alakulása

A hazai gyökérzónás rendszerek technológiai sorba illesztési módja általában a lehető legegyszerűbb. A kialakított rendszerekben nincsenek az üzemletetés flexibilitását biztosító elemek. A jövőben a tervezési fázis során ügyelni kell arra, hogy a hazai szenny¬víz¬töménységhez és a hideg téli időszakokhoz jobban illeszkedő műtárgysorokat alakítsunk ki. Nagyon fontos, hogy a technológia elég rugalmas legyen, azaz megfelelő üzemváltások lehetősége fenn legyen tartva a rendszerben (BME VKKT, 2002).

A Dittrich (2004) magyarországi kutatásai alapján a gyökérzónás rendszerek eddigi tapasztalatait az alábbiakban foglalta össze.

Kistelepülési szennyvíz magas koncentrációi ellenére a kiépített techno¬lógiák sem előkezelésükben, sem utókezelési módjaikban nem különböznek a nyugat-európai 80-as években épült telepek alapkoncepciójától. Ez az egyik oka annak, hogy ezek a telepek általában nem tartják be a befogadói határértékrendszer, szabta követelményeket.

A hosszanti átfolyású rendszerek nem megfelelő hidraulikai működése miatt a fajlagos szerves anyag leválasztási teljesítmény egy nagyságrenddel alacsonyabbra adódott, mint a függőleges átfolyású rendszereknél. Ennek oka alapvetően a nem megfelelő töltetanyag választás. A hosszanti átfolyású telepeink lebegő anyag eltávolítási teljesítménye alacsonyabb, mint a függőleges átfolyású telepeinkké. Ennek oka szintén a vizsgált műtárgyak nem megfelelő hidraulikai működése. A függőleges átfolyású rendszereink nitrifikációs teljesítménye magasabb, mint a hosszanti átfolyásúaké. A töltetek eltömődöttsége és a magas szervesanyag terhelés miatt a nitrifikációs teljesítmény azonban romolhat.

Élőgépek

Élőgépes szennyvíztisztítás: épített ökoszisztémák felhasználása szennyvizek, csurgalékvizek, szennyezett felszín alatti v. élővizek tisztítására. A szennyvízkezelésre alkalmazott élőgép egy aktív mezokozmosz, a szennyezettségből adódó körülményeket tűrő, azok között működni képes közösséget hordoz, hasonlóan az eleven iszaphoz. A szennyvíztisztító mezokozmosz még több trofikus szintet, így növényeket is tartalmaz, melyek képesek felhasználni a szerves anyagok mineralizációjával nagy feleslegben előállott szervetlen anyagokat, ezért azok nem okoznak további problémát. A technológia a környezethez jobban illeszkedő, amelyre bonyolult fajeloszlás és együttműködés jellemző. A medencés megoldás betontartályt vagy -medencét használ, esetleg konténerekből összeállított nyitott tartályt (11.11. ábra).

11.11.Ábra. Élőgépes technológiai sorrend (Forrás: Organica Zrt.)

Ezeknél nem alkalmaznak üledéket, ezért a növényeket a felszín közeli rácsozathoz rögzítik, úgy, hogy gyökérzetük a vízfelszín alá kerüljön, hasonlóan a hidroponikus termesztéshez. A növények gyökérzete számára valamilyen laza töltőanyag szolgál hordozóul a szennyvíztisztításban szerepet játszó eleven iszap kötődéséhez. Valamennyi rendszer fontos sajátossága, hogy benne kaszkádos felépítéssel különböző funkciókra elkülönített terek és gradiensek képezhetők ki, eltérő környezeti paraméterekkel és ökológiai közösségekkel. Így ki lehet alakítani intenzíven levegőztetett, anoxikus vagy anaerob egységet és utókezelőt (11.12. ábra).

11.12.Ábra. Nyírmadai önkormányzat 2002-ben átadott élőgépes szennyvíztisztítója (a,) A 2004. év során Telkiben elkészített 800 m3/d kapacitású kommunális szennyvíztisztító telep (Forrás: Organica Zrt.).

Élővizek kezelésére magát az élőgépet helyezzük a szennyezett vízbe, pl. tóba, mint egy úszó tutajt. A tutajra rögzített növények és a növényi gyökerek által kötött mikrobaközösség együtt biztosítják az illető ökoszisztéma megbomlott egyensúlya homeosztatikus állapotának visszaállítását, a felhalmozódott anyagok bontását, az eredeti fajeloszlás visszaállítását.

11.1.3.Tavas szennyvíztisztítás

A tavas szennyvíztisztítás egyszerű és rugalmas eljárás mely, az oldott, az ülepíthető szennyező anyagok és a patogén szervezetek eltávolítására alkalmas. A mechanikai tisztítás után önállóan is használható, illetve utótisztítási folyamatok elvégzésére is alkalmas megoldás. Az irányítástechnológiai és a biotechnológiai ismeretek rohamos bővülésével világszerte újra elterjedőben van. Magyarországon ahol a klimatikus és ökológiai viszonyok is általában megfelelőek a mesterséges rendszerekkel azonos tisztítási hatékonyságot lehet elérni (Jobbágy, 1995).

Előnyei:

  • A patogén szervezetek eltávolítsa jó hatásfokú, beruházási, üzemeltetési, fenntartási költségei alacsonyak, külső energiára (kivéve az aerob levegőztetett tavak) nincs szükség, idényszerű szennyvíztisztításra is alkalmas.

  • Hatékonysága azonos a hagyományos szennyvíztisztításéval, vagy meghaladja azt. A jól tervezett tórendszer tág hidraulikai és nagy szervesanyag terhelésű lehet anélkül, hogy ez az elfolyó tisztított szennyvíz minőségét befolyásolná. Egyesített csatornarendszer esetén a záporvíztisztítás nem okoz gondot.

  • A tavas tisztítás természetes folyamatokon alapszik.

  • Mesterséges rendszereknél rugalmasabban képes alkalmazkodni a hidraulikai illetve szerves anyag terhelés változásaira.

  • Költséges berendezések nem szükségesek, iszapkezelési és elhelyezési probléma csekély.

Hátrányai:

  • Minden más szennyvíztisztítási eljárással szemben viszonylag nagy területet igényel.

  • Időszakos szagemisszió jelentkezhet.

  • A tisztítás bizonyos mértékig az éghajlati tényezőktől is függ.

  • Időszakonként nagymértékű algaszaporodást jelenthet, mely a befogadót szennyezheti.

  • A tisztított szennyvíz lebegőanyag koncentrációja időszakosan nagy lehet.

  • Esetenként a nagy párolgás okozta folyadékveszteség.

A szennyvíztisztító tavak az alábbi szempontok alapján osztályozhatóak:

  • A bennük lejátszódó biológiai reakciók típusai.

  • A bevezetett szennyvizek minősége és terhelése.

  • A levegőztetés módja.

  • A túlfolyás (elfolyás) gyakorisága és tartóssága.

  • A tavak sorba vagy párhuzamosan kapcsolt volta.

  • A reakció mennyisége és típusa.

A legalapvetőbb osztályozás a tó mélysége az üzemeltetési állapotok (pl. levegőztetés), a szervesanyag terhelés mértéke, és az uralkodó biokémiai reakciók alapján történik.

Ennek megfelelően a fő típusok az alábbiak: Aerob tó, Anaerob tó, Fakultatív tó, Levegőztetett tó, Utótisztító tó

Ezekből a tavakból a megfelelő minőségű szennyvíz-tisztításhoz mindig különböző kombinációs megoldásokra van szükség.

11.1.3.1.Aerob tó

Az aerob tó olyan kis mélységű tó, melynek teljes mélységében az aerob lebontáshoz gyakorlatilag mindenkor elegendő oxigén áll rendelkezésre. Az oxigén a szennyvíz felszínén keresztül, a természetes felszíni diffúzió révén is pótlódik, ez azonban általában nem elegendő. Az igényelt többletoxigént az algák termelik napfényes időszakban, ill. mechanikai felszíni levegőztető berendezések vagy a tófenékből kiinduló sűrített levegős rendszerek biztosítják. Az aerob tavakban általában a biológiai oxidáció és egyidejűleg az alga fotoszintézis az uralkodó (11.13. ábra).

11.13. ábra. Algákban lejátszódó fotokémiai folyamatok az aerob tavas tisztításban

A fény a tó fenekéig hatol, miáltal a teljes szennyvíztérben fotoszintézis megy végbe. Az aerob szennyvíztisztító tó tehát a recirkuláció nélküli eleven iszapos rendszerhez hasonló. A lebontó mikroszervezetek aerob és fakultatív baktériumok. Az aerob tó, minthogy benne valamennyi szilárd (lebegő) anyag szuszpendált állapotú, legmegfelelőbb elsősorban oldott szervesanyagokat tartalmazó szennyvíz biológiai tisztítására, ezért az aerob tavak az ülepített, az anaerob tavat elhagyó, vagy egyéb részlegesen tisztított szennyvizek tisztítására alkalmazható. Ennek megfelelően a nem levegőztetett aerob tóra kis tápanyag – mikroorganizmus arányok jellemzőek. A fotoszintézisen alapuló oxigéntermelődés ciklikus (11.14. ábra), a szennyvíz szerves anyagai először szén-dioxiddá és ammóniává, végül napfény jelenlétében egy vagy többsejtű algákká alakulnak. A napfényes órákban szabad oxigén termelődik (11.14. ábra), a szennyvíz túltelítetté válhat.

11.14.Ábra. A aerob tavas tisztítás algás fotoszintézisen alapuló energia termelése

A sötét napszakban a fotoszintézis megszűnik, a respiráció azonban folytatódik, így szén-dioxid termelődik, miközben az oldott oxigén koncentrációja az algák és a heterotróf baktériumok együttes oldott oxigént hasznosító oxigént hasznosító révén csökken.

A szabad oxigén és a szén-dioxid váltakozó termelése és felhasználása a pH és az oldott oxigén napi ciklikus felhasználásával jár együtt. Az aerob és fakultatív tavas tisztításban az algák, mint oxigéntermelők meghatározóak. Nélkülük a tavak anaerobokká válnak.

11.1.3.2.Anaerob tó

Az anaerob tó szervesanyag terhelése olyan mértékű, hogy a tó mélységében oldott oxigén nincs. Az ilyen tó csak részleges szennyvíztisztítást biztosít, a szervesanyag lebontása azonban így is kedvező. A tisztítás elsősorban a tófenékre ülepedett és ott akkumulálódott iszap aerob lebontásától függ. Az anaerob tó könnyen szagemissziót eredményezhet. Az anaerob tavakat elsősorban a tisztítórendszer első lépcsőjeként a nagy szervesanyag tartalmú (pl. élelmiszeriparú) szennyvizeinek előtisztítására célszerű alkalmazni. De számos esetben települési szennyvizek is anaerob tóban tisztulnak nagy szervesanyag terhelés esetén. Az anaerob tavakban (és a fakultatív tavak anaerob rétegében) a szennyvíz szervesanyagai először savtermelő baktériumok közvetítésével szén-dioxiddá, ammóniává, és szerves savakká alakulnak. Ezzel egyidejűleg a metántermelő baktériumcsoport a szerves savakat metángázzá alakítja.

11.1.3.3.Fakultatív tó

A fakultatív tó a leginkább alkalmazott tófajta, ennek oka, hogy nehéz a tó teljes mélységében és minden időben aerob vagy anaerob miliőt fenntartani. A tó felső része aerob, míg a fenék részen keletkezett iszapréteg anaerob tisztítást biztosít. Ennek megfelelően a tó felső részében az aerob folyamatok, míg a fenékrész közelében anaerob folyamatok dominálnak (11.15. ábra). Az algák az aerob réteget táplálják oxigénnel.

A 3 napnál rövidebb hidraulikai tartózkodási idejű tó tisztítási hatékonysága az ülepítő medencével azonos jellegű és mértékű. Bizonyos mennyiségű algatömeg ekkor is jelen van a tóban, azonban ez a tisztítást számottevően nem befolyásolja. A 3-20 napos tartózkodási idő esetében erőteljes algaszaporodás jellemző, ez esetben az elfolyó szennyvízben nagy mennyiségű alga található. Hátrány az is, hogy az elfolyó szennyvíz szervesanyag-tartalma a befolyó szennyvíz szervesanyag-tartalmánál gyakran nagyobb lehet. Az elfolyó szennyvíz BOJ5 koncentráció 20-60 mg/l, lebegőanyag koncentrációja 30-130 mg/l lehet. 20 napi tartózkodási idő után a fakultatív tóban az idő elegendő az algák fenékre ülepedéséhez is. Ez a helyzet olyan fakultatív tavakra jellemző, amelynek felső részében aerob, alsó részében pedig anaerob állapottok uralkodók. Az ilyen hosszú tartózkodású idejű tisztítás hatékony lebontást biztosít. A szabályozott elfolyású fakultatív tavak 180 napnál hosszabb tartózkodású idejűek, a szennyvizet az ilyen tavakból egyszer (ősszel), vagy kétszer (ősszel és tavasszal) vezetik el. A tavak leürítése ne legyen gyors, rendszerint 2 hét vagy ennél rövidebb időtartam és kb. 30 cm szennyvízmennyiséget hagyni kell a tóban.

A tisztítás hatásfokát befolyásoló tényezők:

  • Fizikai tényezők: tó felülete, mélysége, napfény, szélhatás, hőmérséklet, be- és elfolyási viszonyok.

  • Kémiai tényezők: szerves anyagok, pH, lebegőanyagok, toxikus anyagok tápanyag mennyisége

  • Biológiai tényezők: baktériumok és algák, mikroorganizmusok aktivitása.

11.15. ábra. A fakultatív tóban lejátszódó átalakítási folyamatok

A szennyvíztisztító tavas rendszer hatásfokával kapcsolatban megállapítható, hogy rövid tartózkodási idő mellett a teljes tisztítás hatásfoka az előülepítéssel azonos nagyságrendű, ami azt jelenti, hogy a tisztítás csak a lebegőanyagoknak a tófenékbe történt ülepedése okozza. Ily módon a lebegőanyagok 90%-a távolítható el. Ilyen mértékű tisztítás kb. 3 napos hidraulikai tartózkodási idő esetén jellemző.

A tisztítás mértéke a hagyományos csepegtetőtestes, vagy eleveniszapos biológiai szennyvíz tisztítótelepével azonos. Ezen a csoporton belül az üzemeltetési tapasztalatok alapján az alábbiakat lehet elmondani:

A tervezéstől és üzemeltetéstől függően a tavas rendszer a BOI5 50-95 %-t képes eltávolítani.

A biológiai folyamatok révén 10 napi hidraulikai tartózkodási idő alatt az oldott szerves anyagok kb. 80 %-a távolítható el. A megfelelő vitalitású baktérium alga populáció révén elért bioflokulációval a szennyvíz szerves lebegőanyagainak gyorsabb és hatékonyabb fenékre ülepedését segíthetjük elő. Így a szuszpendált és oldott szervesanyag kb. 85%-a órákon belül elszeparálható a szennyvízből. Ezt a folyamatot a magasabb hőmérséklet, a nagyobb oldott oxigéntartalom és szélhatás gyorsíthatja. A fakulatív tavak 50-60 napos hidraulikai tartózkodási idő alatt a BOI5 70-80 %-át a koliform baktériumok 90-95 %-át távolítják el. A szabályozott elfolyású tavak 180 nap hidraulikai tartózkodási idő esetében a BOI5 85-95%-át az összes lebegőanyag 85-95 %-át, és a fekál coliform baktériumok 99 %-át is képesek eltávolítani. A nitrogén eltávolítás 90 % fölötti, a foszfát eltávolítás 60 % fölötti is lehet. Ez utóbbi adat jelzi azt, hogy a végső utótisztító tóból az elfolyó szennyvíz foszfáttartalmát esetenként csökkenteni kell. A tervezés során mérvadó értékeket a . táblázat mutatja be.

11.5. táblázat Tavas tisztítási rendszer tervezési szempontjai (Benedek, 1988)

11.1.4.Szennyvíztisztító tavak üzemeltetése

A szennyvíztisztító tavak egyszerű felépítésűek, látszólag egyszerű az üzemeltetésük is. A tó üzembe helyezése azzal kezdődik, hogy legalább 0,3 mély vízréteg legyen a tóban. Az előre történő vízbevezetés a szagemissziót kívánja megakadályozni. A tó beindításához ezért a helyszínen vizet kell biztosítani. A tó beindítására a biológiai viszonyok miatt az év melegebb időszaka legalkalmasabb. Algavirágzás a 2-12 nap körüli időszakban jelentkezik általában, de legalább 60 nap szükséges a hatékony baktérium-alga életközösség kialakulásához. A szennyvíz a tóba az első néhány héten keresztül megszakításokkal vezethető be, miközben a pH-t folyamatosan kell ellenőrizni, mely 7,5-nél magasabb kell, hogy legyen. A fenékiszapban kezdetben a savtermelő baktériumok tevékenysége miatt 7-nél kisebb tartomány is előfordulhat. A pH csökkenése esetén a szennyvíz időszakosan másik tóba vezethető, vagy vízzel hígítható mindaddig, míg a pH szintje beáll. A folyamatosan alacsony pH szint savtermelésre utal, amely szagemissziót fog eredményezni.

A szaghatás főleg a szervesanyag túlterhelés vagy a helytelen üzemeltetés következménye. Sorba kapcsolt tavak esetében először az első tó hajlamos a túlterhelődésre. Párhuzamosan kapcsolt tavak esetében a rendszert érő terhelés a tavak között megoszlik. Ennek megfelelően a tavak sorba vagy párhuzamos kapcsolását a terhelési viszonyok alapvetően megszabják.

A szagcsökkentés lehetősége az aerob tavak vizének az anaerob szennyvizéhez való recirkulációja. A klórozás a szaghatást kiküszöböli, azonban a biológiai folyamatokat kedvezőtlenül befolyásolja. A szaghatást felületi levegőztetéssel is lehet csökkenteni, de ez drága megoldás. Valamilyen szagmaszkírozó vegyszer is hatásos lehet. Főleg olyan, amely oxigénforrásként jön szóba (inkább, mint a szennyvízben levő szulfát vegyületek), mint nátrium-nitrát vagy kalcium-nitrát.

A felúszott iszapot a partról gereblyével, vízsugárral lehet eltávolítani, ill. nagy tavakban léghűtéses farmotoros csónak alkalmazásával összekeverni (a léghűtés a hűtőrendszer eltömődésének elkerülése miatt fontos). A felúszott iszap legkönnyebben a keletkezése után annak megkeményedése előtt távolítható el.

11.1.4.1.A makronövényzet szabályozása

A makronövényzet a tó kerülete mentén nem szerencsés, mivel egyrészt a felúszott iszapot akkumlálja, az áramlási viszonyokat módosítja, ill. növeli a szúnyoginváziót. A békalencse rendszerint nem szaporodik el, ha a tó felületét szél fújja.

A növényzet szabályozási szempontok a szennyvízből kinövő növények esetében:

  • A vízmélység legalább 1 méter legyen

  • A növényzetet el kell árasztani vízszint emelés révén

  • A vízszint süllyesztése után a növényzet levágandó vagy leégetendő

  • Herbicidek csak végső esetben alkalmazhatóak.

Úszó vegetáció szabályozása:

  • A tófelületen a szél hatása érvényesüljön

  • A tavon tartott néhány víziszárnyas a békalencsét elfogyasztja

  • Kis tavakon mechanikusan végzett vízinövény eltávolítás is megoldható

  • A töltésvegetáció karbantartásához folyamatos kaszálás és fűmagvetés szükséges.

Algák eltávolítása a tisztítótavakból

Az algák eltávolítását maguk az algafajok is befolyásolják. Technikailag az algaeltávolítás hatásfok növelését az alábbiakkal érhetjük el:

  • A tavakat sorba kapcsolva üzemeltetjük

  • Szabályozott elfolyás (időszakos) üzemeltetés

  • Az elfolyás hidraulikai körülményeit merülőfalakkal befolyásoljuk

  • Az elfolyó szennyvíz kavicsszűrőn halad át

  • Mikroszita szűrés alkalmazásával

  • Hatásfokot fázisszétválasztó centrifugázással növeljük.

Szemcsés szűrés alkalmazása

  • Derítés

  • Oxidáltatás

  • Vízinövény kultúra alkalmazása

A zöld algák kisméretűek (20 mikronnál kisebbek), kis méretük és kis sűrűségük miatt még a lassú folyadékmozgás esetében is hajlamosak a szuszpenzióban maradásra. Negatív felületű töltésük a tókörnyezetben természeten pelyhesedésüket eleve akadályozza, kis méretük és negatív felületi töltésük miatt a homokszűrés és a mikroszűrés alacsony hatékonyságú. kis méretük és sűrűségük miatt nem ülepíthetők. A szagproblémát okozó kék-zöld algák hosszúsága 200-300 mikrométer, átmérőjük kb. 5 mikrométer, mozgásuk kígyószerű, e tulajdonságuk segíti át őket a gyors szűrőkön, ha pelyhes rendszerben vannak jelen, mikroszita szűrővel eltávolíthatóak. A diadómák viszonylag nagy méretük miatt a szemcsés szűrőket eltömíthetik. Az algák elszaporodásának szabályozásának céljából sok esetben vízinövényeket alkalmaznak. Ezek hatása a napfényblokkoló képességükön alapszik Ezek a kultúrák a vizijácint és amerikai békalencse. Az algakoncentráció csökkentését azáltal biztosítják, hogy az elfolyó szennyvízből a tápanyagokat felveszik és a tó felszínét letakarják.

11.1.4.2. Recirkuláció

A recirkuláció a szennyvíztisztító tavas rendszerekben akkor alkalmazott, amikor a telepet periodikusan vagy időszakosan nagy szervesanyag-tartalmú szennyvíz terheli. A recirkuláció előnyei, hogy a befolyó szennyvíz szervesanyag koncentrációját hígítja. Az aktív algatömeg visszavezetése az első tóba a fotoszintézises oxigéntermelést folyamatosan biztosítja, az első tóba a szennyvíz fokozottabb keverését tudjuk biztosítani, mellyel a rétegződöttséget csökkenthetjük. A tavas recirkuláció hátránya az energiaköltség-igény.

Hidrográf szabályozású tisztított szennyvíz elvezetése a befogadóba.

A sekély aerob tavak különösen nagy mennyiségű algát tartalmaznak. E tavak hatékony üzemeltetése megköveteli az algák eltávolítását. Ezt az algák utótisztításos eltávolításával vagy a hidrográf szabályozású tisztított szennyvíz elvezetésével oldhatja meg az üzemeltethető. A hidrográf szabályzású elfolyási rendszer komponensei:

  • maga a hidrográf

  • szabályozott elfolyásos tó

  • a befogadó vízfolyás vízminőségét elemező rendszer

Elfolyás-szabályozó rendszer (11.16. ábra) az olyan tisztítórendszer, amikor a befogadó vízfolyáshozama és asszimilációs kapacitása kicsi, elfolyás nincs. Fordítva, amikor a befogadó vízhozama nő, a tisztított szennyvíz a szabályozó rendszer segítségével a tóból elfolyik.

11.16. ábra. A befogadó algamentesítését végző szűrőrendszer

Az elfolyás-szabályzó tó üzemeltetési jellemzői:

  • Minimális szennyvízréteg 0,4 m

  • Maximális 0,6 m.

11.1.4.3. A szennyvíztisztító tavak üzemeltetési tapasztalatai

A tó méretei és térfogata a tóba folyó szennyvíz és a szabályozott elfolyás esetén befogadó idősora alapján határozható meg. A tartózkodási idő a rendszer átlagos szennyvízhozama alapján 30-120 nap.

A tavas tisztítás során ellenőrizni kell az alábbiakat:

  • A pH-t és az oldott oxigént

  • A tó alkalinitását.

A normál alkalinitási szint meghatározása után az alkalinitás 10-20 mg/l-nyi vagy nagyobb mértékű hirtelen változása üzemeltetési problémát fog jelenteni. A szennyvíz tavakban uralkodó környezeti állapotokról a víz is ad gyakorlatban használható információt. A vizuális megfigyeléseknél a mélyzöld szín magas pH értéket, és kielégítő mértékű oldott oxigén szintet jelent. A szürke szín a tó túlterheltségét jelzi. Ezen túl a tó hőmérséklete, ill. a KOI és BOI5 értékek mérése is fontos. Nem árt a klórmaradék, a lebegőanyag mérése sem. A pH jellemző tartomány 7,5, az oldott oxigén- 4-12 mg/l, a BOI5 értéke a kezelt szennyvíz fajtájától függően a befolyásnál 103 mg/l az elfolyásnál 20-50 mg/l. A klórmaradék 0,5-2 mg/l az elfolyásnál.