Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák I.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

13. fejezet - A szennyvizek aerob kezelése: csepegtetőtestes rendszer

13. fejezet - A szennyvizek aerob kezelése: csepegtetőtestes rendszer

Bevezetés

A szennyvizek kezelésénél a leggyakrabban alkalmazott eljárások közé tartozik az aerob szennyvíztisztítás. Ennek több típusa ismert, melyek közül az egyik legismertebb és elterjedtebb a csepegtetőtestes eljárás.

Videó: Csepegtetőtest

Viszonylag egyszerű, megbízható üzeműnek számít, kis felügyeleti igénnyel, de nehezen szabályozható. A szerves anyag lebontásán kívül a nitrogéntartalmat is csökkenti.

E tanulási egységben megismerkedünk a felépítésével, működési elvével, a terhelés alapján a 3 típusával, a recirkuláció jelentőségével, szükségességével.

Követelmény

  • Ismerje a csepegtetőtestek működésének elvi alapjait!

  • Tudja üzemeltetni azokat!

  • Értelmezze a terhelési számítások alapján kapott eredményeket!

  • Ismerje a csepegtetőtestek gyakoribb üzemeltetési problémáit és a hibák elhárítását!

Az aerob lebontási folyamathoz mikroszervezetekre, oldott oxigénre és tápanyagra (oldott szerves anyag) van szükség. A lebontási folyamatot enzimek katalizálják (az enzimek fehérje természetű anyagok, melyek gyorsítják a lebontási folyamatot), és különböző fizikai tényezők (pl. hőmérséklet, pH) befolyásolják.

Az aerob biológiai csepegtetőtestes szennyvíztisztítást rendszerint a szennyvíz oldott szerves anyagai eltávolítására alkalmazzák. (Bizonyos feltételek megteremtésével a nitrifikáció céljából is alkalmazható.)

A biológiai csepegtetőtesteknél a szerves anyag lebontást a kitöltő anyag felületén elhelyezkedő, biológiai hártyát alkotó túlnyomórészt aerob mikroszervezetek végzik.

A csepegtetőtest leggyakrabban kör alaprajzú, hengeres oldalú műtárgy. Szerkezeti kialakítása a 70. ábrán látható.

A műtárgyak régebben téglafalazatú, majd ezt követően leginkább vasbeten szerkezetű építmények voltak. Ma már találkozhatunk fémszerkezetű csepegtetőtestekkel is.

A csepegtetőtestek kitöltő anyaga lehet hagyományosan bazalt, salak, habkő stb., illetve újabban PVC alapú műanyag. Követelmény: a lehető legnagyobb pórusfelület és a fagyállóság. Vastagsága 2-3,5 m.

70. ábra. Csepegtetőtestes szennyvíztisztító kialakítása

A csepegtetőtestek kialakítása lehet nyitott és zárt.

A zárt csepegtetőtesteket felülről egy födém zárja le. Ezeknél a műtárgyaknál a levegő áramlását szellőzőkürtőkkel segítik.

A szennyvízelosztó rendszer két vagy több vízszintesen körbeforgó perforált csőből áll, melyet a kiáramló víz nyomása forgat körbe. A perforált csövekhez a szennyvíz a csepegtetőtest alatt elhelyezett bevezető csövön, illetve a kitöltő anyag közepében függőlegesen elhelyezett tározótérnek nevezett csőszakaszon keresztül jut.

A szennyvíz rávezetés folyamatos vagy időszakos lehet.

A kitöltő anyag alatt a biológiailag tisztított szennyvíz összegyűjtését egy drénrendszer végzi, ahonnan a tisztított szennyvíz egy elvezető gyűjtőcsatornába kerül.

A csepegtetőtest oldalfalán, a kitöltő anyag alatti szinten levegőztető nyílásokat találunk.

A biológiai hártya a kitöltő anyag felületén fejlődik ki. Ahhoz, hogy a szerves anyag lebontás megtörténhessen, a szennyvizet és az oxigént el kell juttatni a biológiai hártyát alkotó, a kitöltő agyag felületén helyhez kötött mikroszervezetekhez. Ha ez megtörténik, kialakul a mikroszervezetek, a tápanyag és az oxigén mennyiségének dinamikus egyensúlya. A szennyvízben lévő szerves anyagokat a baktériumok lebontják (oxidálják), és így stabilizálják (túlnyomórészt szervetlenné alakítják) a szerves szennyeződést. A megfelelő oxigénellátás miatt nagyon fontos, hogy a kitöltő anyag hézagai ne tömődjenek el, illetve a szennyvíz rávezetésnél ne árasszuk el szennyvízzel a csepegtetőtestet, és a szennyvíz ne szorítsa ki a levegőt a hézagokból.

A csepegtetőtestes tisztítás alapvetően aerob jellegű, azonban a túlzottan megvastagodott biológiai hártya belső, oxigéntől elzárt részében anaerob folyamatok is lejátszódhatnak. A folyamatosan vastagodó biológiai hártya egy idő után leválik a kitöltő anyag felületéről, és a biológiailag tisztított szennyvízzel együtt távozik a csepegtetőtestből, mint humusziszap. A távozó iszapot – ha jelentősebb mennyiségű – utóülepítőben kiülepítik.

A csepegtetőtest terhelése szempontjából megkülönböztetünk:

  • kisterhelésű,

  • közepes terhelésű és

  • nagyterhelésű csepegtetőtesteket.

A csepegtetőtesteknél a terhelés egyrészt térfogati szervesanyag-terhelést, másrészt felületi hidraulikai terhelést jelent.

A térfogati szerves anyag terhelés, mint minden más terhelési érték, egy fajlagos (egységnyi nagyságú tisztítóberendezésre vonatkozó) terhelési érték, amely megmutatja, hogy a csepegtetőtest 1 m3-e egy nap alatt hány kg BOI5-ben megadott szerves anyagot képes lebontani.

ahol: c – a csepegtetőtestre vezetett szennyvíz 1 m3-ének szerves anyag tartalma BOI5 (kg/m3)-ben megadva, Q – a csepegtetőtestre vezetett szennyvíz hozama m3/nap mértékegységben, V – a kitöltő anyag térfogata m3-ban.

A felületi hidraulikai terhelés (TA,H) megmutatja, hogy a csepegtetőtest 1 m2-ére egy nap alatt hány m3 szennyvizet vezethetünk rá.

Kiszámítása:

ahol: TA,H – felületi hidraulikai terhelés, Q – a csepegtetőtestre vezetett szennyvízhozama m3/nap mértékegységben, A – a csepegtetőtest felülete m2-ben.

A különböző terhelésű csepegtetőtestek jellemző üzemi mutatóit a 13. táblázat mutatja be.

13. táblázat. A különböző terhelésű csepegtetőtestek jellemző üzemi mutatói (Urbanovszky I.: Eljárások, műveletek, berendezések a víz- és szennyvíz-technológiában)

A csepegtetőtest a biológiai tisztítási eljárások közül egyszerű, megbízható üzeműnek számít, kis felügyeleti igénnyel, mégis a tisztítótelepeken az alkalmazásuk háttérbe szorul. Ennek legfőbb oka, hogy a csepegtetőtest viszonylag merev, rugalmatlan tisztítás-technikai szempontból mivel az üzemeltetése során nem tesz lehetővé nagyobb mértékű technológiai beavatkozást.

Üzembe helyezésüket célszerű a kora nyári időszakra ütemezni, mert ekkor alakul ki a legrövidebb idő alatt a biológiai hártya. Nyáron nagy lehet a nemkívánatos szaghatás, télen lassúbb a biológiai aktivitás. A nyitott csepegtetőtestek beüzemelését zavarhatja a jelentősebb csapadékmennyiség.

A biológiai hártya kialakulásához több hétre van szükség. A folyamatot gyorsíthatjuk, ha fölös iszapot is tartalmazó szennyvizet vezetünk a műtárgyba.

A napi üzemeltetési feladatok jelentős részét a rendszeres ellenőrzések teszik ki. Az ekkor tapasztalt rendellenességek, szokatlan üzemelési állapotok elhárítása azonnali feladat.

A nagyterhelésű és – bizonyos esetekben – a közepes terhelésű csepegtetőtestek esetében a megfelelő recirkulációval sok üzemelési probléma kialakulása megelőzhető, illetve az abnormális üzemi állapot megszüntethető.

A recirkuláció visszavezetést jelent. Visszavezethetjük az utóülepítő iszapzsombjából a kiülepedett iszapot, vagy az utóülepítőből elfolyó tisztított szennyvizet, illetve mind a kettőt.

A recirkulációt a szennyvíz, a tisztított víz és a csepegtetőtestre vezetendő kevert víz koncentrációjából lehet meghatározni az alábbi képlet alapján:

ahol: R: a recirkulációs arány, vagyis a recirkuláltatott vízmennyiségnek és a tisztítandó szennyvízmennyiség nappali átlagának a hányadosa; So: az előülepített szennyvíz BOI5 koncentrációja (g/m3); S1: a csepegtetőtestre vezetett, tehát a recirkulációval higított szennyvíz koncentrációja (g/m3); Se: az elfolyó víz megengedhető BOI5 koncentrációja (g/m3).

Ahol ηB a csepegtetőtesten várható lebontás hatásfoka.

Kiskörös a recirkuláció, ha a visszavezetés közvetlenül a csepegtetőtest elé vezetik.

Nagykörös a recirkuláció, ha a visszavezetés közvetlenül az előülepítő előtti szakaszba történik.

A recirkuláció lehet

  • állandó vagy időszakos (pl. heti néhány óra);

  • egyenletes vagy változó hozamú.

A recirkulációs arány azt mutatja meg, hogy a visszavezetett szennyvíz, illetve iszap hányszor kerül kapcsolatba a csepegtetőtest biológiai hártyájával. A 71. ábra ötféle, gyakrabban alkalmazott recirkulációs megoldást mutat.

71. ábra. Recirkulációs megoldások csepegtetőtestes tisztításnál (Öllős G.: Szennyvíztisztító telepek üzemeltetése I.)

A recirkuláció előnyei:

  • a recirkuláltatott szennyvíz oldott oxigén-tartalma a hártyabeli aerob lebontást kedvezően befolyásolja;

  • a recirkuláltatott szennyvíz nitrát tartalma a hártya tápanyagellátásának minőségét emeli;

  • a hártyavastagság a test teljes vastagságában egyenletesebbé válik;

  • a test állandóan beoltódik aerob mikroorganizmusokkal és enzimekkel.

A biológiai hártya a csepegtetőtestes szennyvíztisztításban alapvető szerepet játszik.

A szennyvízben lévő szerves anyagok (tápanyagok) lebontódása a biológiai hártyában elsősorban a következőktől függ:

  • a tápanyag fajtájától;

  • a tápanyag koncentrációjától;

  • a hártya szerkezetétől;

  • a hártya vastagságától;

  • az élő szervezetek hártyabeli eloszlásától;

  • a hártya diffúzióval szembeni ellenállásától.

A biológiai hártya működési mechanizmusai, jelentőségük, a lehetséges modellparaméterek a 14. táblázatban láthatók.

14. táblázat. A biológiai hártya üzemelési mechanizmusai (Öllős G.: Szennyvíztisztítás I.)

A hagyományos és a műanyagtöltetű csepegtetőtestekben az előülepített szennyvíz nagy fajlagos felületű töltőanyagra települt biológiai hártya közvetítésével, az abban levő biocönózis lebontó tevékenysége révén tisztul. A tisztításkor alapvető követelmény, hogy a szennyvizet a mozgó elosztórendszer a csepegtetőtest felszínére egyenletesen ossza szét. A csepegtetőtestre kerülő szennyvíz egy részéből biológiai hártya alakul ki, baktériumokból, algákból és gombákból. A szerves anyag-tartalom eltávolítása a gyors mozgású szennyvízhányadból bioszorpció és koaguláció révén, a lassú mozgású szennyvízhányadból pedig az oldott komponensek fokozatos lebontása révén a biológiai hártyában jön létre.

A csepegtetőtest levegőztetett, ahol a legtöbb esetben a természetes léghuzamú levegőztetés elegendő. A levegőztetés célja a teljes csepegtetőtest ellátása oxigénnel, ami a mikroflóra aerob lebontó állapotát biztosítja.

A csepegtetőtestes tisztításkor a szennyvizet egy mozgó-forgó elosztó rendszer a csepegtetőtest felszínére egyenletesen szétosztja. A csepegtetőtestre kerülő szennyvíz egy része gyorsan mozog a makropórusokban, azonban a szennyvíz legnagyobb része a maradék a biológiai hártya felszínén lassan halad illetve csepeg lefelé (72. ábra).

Korábban már említésre került, hogy a csepegtetőtesteket a terhelés alapján 3 fő csoportra oszthatjuk a szennyvíz BOI5 értéke szerint:

  • kis terhelésű csepegtető testek, 150-200 g BOI5/m3 d.

  • nagy terhelésű csepegtető testek 750-1100 g BOI5/m3 d

  • igen nagy műanyag töltésű csepegtető testek 1000-3000 g BOI5/m3 d

A 3 féle rendszer technológiája között lényeges eltérés van és tulajdonképp alkalmazási területük is eltérő.

A kis terhelésű csepegtetőtest viszonylag egyszerű, megbízható rendszer a rávezetett változó minőségű szennyvizet is gyakorlatilag állandó minőségűvé tisztítja. Általában állandó hidraulikai terhelésű, melynek biztosítása nem recirkulációval, hanem adagoló szifonnal történik. A legtöbb kis terhelésű csepegtetőtestben csak legfelső 0,6-1,2 m magasságban van nagy mennyiségű hártya. Ha a szennyvíz adagolások között 1-2 óránál hosszabb időszak telik el, akkor a tisztítást károsan befolyásolja a nedvességhiány. Kis terhelésű rendszer jellemzője a szagprobléma, amely az elégtelen lebontás velejárója. A kis terhelésű csepegtetőtestek kialakítása többféleképpen elvégezhető. Kisebb méretek esetében magas építményhez hasonló, akár téglából épített négyszögletű építményben lehet elhelyezni a töltőanyagot, amely általában természetes bazalttufa, vagy nagyolvasztói porózus válogatott salak. Újabban mesterséges műanyagból öntenek, préselnek nagy felületű elemeket, amely természetes anyagok helyettesítésére képesek. Nagyobb berendezéseknél az oldalfal rendszerint monolit vagy idomokból készített kör alaprajzú vasbeton fal, amelyen a vízelosztást ún. forgó Segner kerék szerű permetező végzi. A forgókaron a kerület felé fokozatosan sűrűsödő lyukkiosztású keret 2 vagy 4 karja, a tengely körül kialakított elágazásból nyeri az odavezetett gravitációs vagy szivattyúzott szennyvizet.

A nagy terhelésű csepegtetőtest esetében a nagyobb fajlagos terheléssel recirkuláció párosul, azaz oxigéndús tisztított szennyvizet visszavezetik a test töltőanyagára, amely biológiai hártyából a kevésbé életképes részt folyamatosan leöblíti. Szükség van utóülepítőre, amely ún. humusz iszapot visszatartja. Ennyivel tehát összetettebb a működése, mint a kis terhelésű csepegtetőtesteké, és emiatt mindenképpen energiaigényesebb is a rendszer, bár lényegesen kevésbé, mint az ún. eleveniszapos rendszerek. A csepegtetőtestek anyaga itt is a víz elvezetésére és a levegő bevezetésére alkalmas fenékidomon nyugszik. Fala szinte mindig monolit vagy előre gyártott elemekből készült vasbetonfal, műtárgy általában kör alakú. Itt is a víz szétosztását forgó permetezők végzik. A hazai gyakorlatban alkalmazott utóülepítő, amely a rendszerhez kapcsolódik legtöbbször függőleges átfolyású tölcséres dortmundi medence. Az iszapot itt is el kell távolítani az utókezelés során. A csepegtetőtest lebontási hatásfoka a test magasságától függ, ami a nagy terhelésű rendszereknél 3-4 m. Valamennyi nagy terhelésű csepegtetőtest esetében a recirkuláció a viszonylag állandó hidraulikai terhelés biztosítását a kedvezőbb oldott oxigén ellátást szolgálja. A nagyobb szerves anyag terhelés azonban eleve kizárja nitrifikáló baktériumok jelenlétét a csepegtetőtest alsó részében.

A műanyag töltésű csepegtetőtesteket, amelyeket a terhelés nagyságából következően szuper terhelésű csepegtető testeknek is hívnak, a műanyag töltet nagy fajlagos felülete miatt nagy koncentrációjú, pl. élelmiszeripari szennyvizek tisztítására alkalmas. A töltőanyag kialakítása a hagyományostól eltérő tulajdonsága miatt némileg különböző, oldalfala - mivel a töltet nem támaszkodik neki egészen könnyű szerkezet lehet (pl. műanyag hullámlemez, acél vagy vasgerendákkal megerősítve). A fenék kialakítása hasonló az előzőekhez pl. 20 cm magas, kis lejtésű, sima fenéklemezre felfekvő, egymástól 20-25 cm-re elhelyezett vasalt betongerendák, amelyek között a víz lefolyására és a levegő beáramlására is van elég hely. A gerendák köze az oldalfal nyílásaihoz csatlakozik, amelyen lévő nyílások folytathatók vagy esetleg elzárhatók a téli lehűlés ellen védve a rendszert.

A szennyvizet itt is forgópermetezővel juttatják ki. A műanyag töltésű csepegtetőtestek terhelési paraméterei nem határozhatók meg egységesen, a töltetet a gyártó cég előírásai figyelembe véve kell kialakítani. Műanyag töltésű csepegtető testet általában 2 féle rendeltetéssel alkalmazzák. Nagy koncentrációjú, főleg ipari szennyvizek előtisztítására nagyobb terheléssel, kisebb tisztítási hatásfokkal, míg a tisztított szennyvíz utótisztítására kisebb terheléssel, de nagyobb hatásfokkal. Ekkor is főleg ipari szennyvízzel terhelt városi szennyvíz tisztítását oldják meg a rendszerrel.

A különböző terhelésű csepegtetőtestek jellemző tervezési adatai egyetlen számadattal nehezen fejezhetők ki, sokféle lehetséges tényező miatt. Ennek megfelelően inkább tartományokat lehet megadni, ezekről egy összefoglaló táblázatot mutatunk be az alábbiakban (15. táblázat). A tartományok országonként eltérőek lehetnek, a mindenkori üzemeltetési viszonyoknak megfelelően.

15. táblázat. A különböző terhelésű csepegtető testek jellemző tervezési paraméterei

73. ábra. Csepegtető test műanyag töltete

A csepegtetőtestek szennyvíztisztításában a csepegtetőtest felületén kialakuló biológiai hártya alapvető szerepet játszik a szerves anyagok lebontásában, amely lebontási folyamat függ a tápanyag fajtájától, koncentrációjától, a hártya szerkezetétől és vastagságától, az élő szervezetek hártyabeli eloszlásától és a hártya diffúzióval szembeni ellenállásától.

A csepegtetőtest szilárd porózus, nagy felületű anyagon megtelepülő biológiai hártya, a biofilm segítségével bontja le jó hatásfokkal az ülepített szennyvíz lebegő, továbbá kolloidális és oldott szennyeződéseit. A szennyvíz oldott szennyezőanyagai és az oldott oxigén a biológiai hártyában az asszimiláló mikroorganizmusok környezetébe diffundál. Eközben sejthártyatömeg keletkezik. A hártya vastagsága függ az aerob réteg alatti anaerob rétegtől is. A biológiai hártyában általában a hártya felszín közeli térben heterotróf baktériumok, a hártya mélyén pedig autotróf baktériumok vannak jelen.

A hártya felső terében magasabb rendű mikroorganizmusok, pl. gombák (Fusarium, Oospora) is megtalálható. Esetleg algák is megtelepedhetnek a csepegtetőtest tetején. A biológiai hártya szerkezetét mutatja be a 74. ábra.

74. ábra. A mikrobiális hártya szerkezete (Tamás J.: Vízkezelés és szennyvíztisztítás)

A biológiai hártya három részből áll:

  • a folyadékfilmből

  • biológiai hártya külső részéből, amely alatt azt a hártyavastagságot értjük, amelyen túl növelve a hártya vastagságát a tápanyaglebontás sebessége már állandó marad

  • biológiai hártya belső alátámasztó, innert felülettel szomszédos inaktív része.

A töltőtestben lévő szennyvíz térfogata állandó szennyvízadagolás esetén az alábbi részekre osztható:

  • A szemcsék felületén vékony filmszerű molekuláris hatásra megtapadt folyadék, mely folyadéktömeg a gravitáció hatására nem csepeg le.

  • A szemcsék érintkezési pontjain a kapilláris erő hatására megtapadt folyadék. Ez a folyadéktömeg sem csepeg le a részecskékről a gravitáció hatására.

  • A szemcsék felületén lévő folyadékfémből a gravitáció hatására lefelé áramló folyadék.

A víz a hagyományos kőtöltetű csepegtetőtestben permanens mozgást feltételezve a töltőtest részecskék felületén kialakuló vízfilmben a töltőtest részecskék alsó pontjáról a gravitáció hatására kiinduló folyadéksugárban és az egész töltőtest rendszerben rendkívül bonyolult formában áramlik.

A szennyvíz tartózkodási ideje és a tisztítás mértéke között direkt kapcsolat van, amelyet jelentősen befolyásol a csepegtetőtest hőmérséklete. Általánosan elfogadott, hogy a csepegtetőtestek a meleg éghajlati viszonyok között hatékonyabban működnek, mint hideg környezetben. A hideg időszak a csepegtetőtestek üzemét zavarja, egyrészt a csepegtetőtest felszíne eljegesedhet, a szennyvizet a csepegtetőtest felszínére elosztó forgó, permetező csövek szintén eljegesedhetnek. Ezek ellen szélvédők felszerelésével a csepegtetőtest oldalfalainak növelésével, a recirkuláció csökkentésével, illetve időleges szüneteltetésével, valamint a csepegtetőtest és az ülepítők lefedésével lehet védekezni. A csepegtetőtestes szennyvíztisztítás alapvető sajátsága, hogy a csepegtetőtest 3 fázisú vízmozgást biztosít és a szennyvíz benne visszaduzzasztás nélkül lefelé áramlik, miközben a levegőztetése folyamatosan biztosítva van. Ennek érdekében a csepegtetőtest felépítésénél figyelembe kell venni, hogy a csepegtetőtest oldalfala zárt legyen, a levegőztetés alulról induljon ki, a töltőanyag alatt is kell hogy levegőtér legyen, ami a levegő áramlást elősegíti. A levegő áramlás iránya a testben a szennyvíz és a külső levegő hőmérsékletének különbségétől függően változó lehet, amelyet a 75. ábra mutat be.

75. ábra. Levegő áramlás a csepegtetőtestben (Tamás J.: Vízkezelés és szennyvíztisztítás)

A folyamatos levegőmozgás a csepegtetőtestben alapvető, hisz a csepegtetőtest aerob működéséhez szükséges oldott oxigén mennyiség a testen átáramló levegőtérből diffundál a biológiai hártyába. Átlagos levegő hőmérsékleti viszonyok esetében 1 m3 levegő tömege 1250 g/m3, ami 280 g oxigén tömeget tartalmaz. A csepegtetőtestbeli természetes levegő áramláskor, ebből csupán 5%-nyi mennyiség hasznosul. 4 °C hőmérséklet különbség a szennyvíz és a levegő között 0,3 m/s áramlási sebességet idéz elő, ami 18 m3 levegő mennyiség/m2/h felel meg. Ebből 252 g oxigén/h hasznosítható, ami a csepegtetőtest 1 m3-ére eső 1 órai szükségletet lényegesen felülmúlja.

Mikor a hőmérséklet különbség 2 °C, a felfelé irányuló levegőáramlás megszűnik, további levegő hőmérséklet csökkenéskor a levegő már ellenkező irányban lefelé áramlik. A természetes levegőáramlás rövid időre megszűnik, a csapadéktest oldott oxigén szükségletét a szélmozgás, a szennyvízfilmbeli áramlás segíti elő. Amennyiben a csepegtetőtestet mesterségesen kell levegőztetni, akkor 18 m3/m2/h levegő mennyiséget célszerű alapul venni.

A csepegtetőtest az eleveniszapos szennyvíztisztító rendszerekhez képest, tehát jóval nagyobb mértékben függ a levegő hőmérséklet évszakos változásától, éppen ezért a szennyvíz hőmérséklete, illetve a csepegtetőtest hőszigetelése a tisztítás hatékonyságát alapvetően befolyásolja. A heterotróf baktériumok a hőmérsékletváltozásra viszonylag gyorsan reagálnak, ezzel szemben a nitrifikáló autotróf baktériumok hőmérsékleti változása késlekedve adaptálódnak.

A csepegtetőtestben lezajlódó nitrifikációra az alábbiak jellemzők

A nitrifikáló baktériumok a biofilm azon részében telepednek meg, ahol a heterotróf és nitrifikáló baktériumok szaporodási sebessége egyenlő. Ennek a feltételnek a teljesüléséhez az alapfeltétel, hogy az oldott oxigén a biológiai hártya teljes vastagságában, közvetlen környezetébe is bediffundáljon. A folyadékfilm nagy szerves anyag koncentrációja az oldott oxigén biológiai hártyába diffundálását jelentősen csökkenti. A nagy szerves anyag koncentráció elérhet egy olyan küszöbértéket, amelynél a hártyabeli oldott oxigén koncentráció olyan szintre csökken, hogy a heterotróf szervezetek szaporodási sebessége a hártyát alátámasztó felület közelében is nő. Végül a lassabban nitrifikáló baktériumok a hártyából kiszorulnak. Jelentős mértékű nitrifikáció csak akkor indul meg, ha BOI5 a folyadékfilmben 20 mg/l alá süllyed.

A denitrifikáció lejátszódását a kis oldott oxigén koncentráció, az oxidált nitrogén jelenléte és a nagy tápanyagkoncentráció segíti elő. A biológiai hártya mélységében a nitrifikáció következtében lúgosság (hidrogénkarbonát) használódik fel, és szén-dioxid szabadul fel, ily módon a pH változik, ami azután a nitrifikációs folyamatokra gátló hatást eredményez.

A nitrifikáció kétlépcsős biológiai folyamat, amelynek első lépcsőjében a Nitrosomonas baktériumok a szervetlen ammóniát nitritté, majd ezt a Nitrobacterek oxidálják nitráttá. Ennek a nitrogén átalakulási folyamatnak jellemzője, hogy a metabolizmus közben nyerhető energia mennyisége kevés és a nitrifikáló baktériumok a heterotróf versenytársaikhoz képest nagyon lassan szaporodnak. Ezért ahhoz, hogy a szennyvíztisztító telepen megfelelő mértékű nitrifikálást lehessen elérni a szennyvízben, megfelelő környezeti tényezőket kell teremteni. Ennek céljából a szennyvíztisztító rendszerben a szerves anyag terhelés bizonyos határ alatt kell, hogy maradjon és nagy oldott oxigén koncentrációt kell biztosítani. Az utóbbi kutatások bebizonyították, hogy egyes nitrobacter fajok oldott oxigén hiány esetében is szaporodnak, nitrátelektronakceptor felhasználásával, tehát nemcsak nitritet oxidálnak, hanem nitrátot nitritté, ammóniává és nitrogéngázokká redukálják. Az ilyen baktériumok tehát a nitritet az aerob és oxigén szegény tartományok között képesek mindkét irányba transzformálni.

A hagyományos bazalttufa töltetű csepegtetőtestekben a fentiek alapján érdemes a csepegtetőtestet nemcsak a BOI5 és KOI terhelésre, hanem az ammónium terhelésre is méretezni. Jelenleg úgy ítélhető meg, hogy a kisebb BOI5 térfogati terhelések (<0,4 kg/m3 *d) tartományában a hagyományos töltetű csepegtetőtest nitrogént oxidáló feltételei mindaddig kedvezőbbek, amíg a műanyag töltetű csepegtetőtest a hagyományos csepegtetőtestéhez képest legalább kétszeres biológiailag hatékony fajlagos felületet nem biztosít. Minél nagyobb a BOI5 térfogati terhelés a műanyag töltetű csepegtetőtest annál kevésbé alkalmas nitrogén oxidáltatáshoz.

A csepegtetőtest elemeinek tervezése

A csepegtetőtest tervezésekor a következő paramétereket (a tisztítást befolyásoló fő tényezőket) kell figyelembe venni:

  • a szennyvízelosztó rendszerek típusai;

  • adagoló jellemzőik;

  • a töltőtest (filter media) típusai és fizikai jellemzők;

  • a biológiailag tisztított, a csepegtetőtest alatt lévő szennyvízelvezető rendszer;

  • megfelelő szellőzés (vagy szellőztetés) biztosítása, ami természetes vagy mesterséges lehet;

  • a csepegtetőtest után kapcsolt utóülepítő.

A szennyvízelvezető rendszerekkel szembeni követelmény, hogy azok a szennyvizet a csepegtetőtest töltőanyagára egyenletesen vezessék rá. A köralaprajzú csepegtetőtestes rendszerek esetében a Segner-kerék elve alapján működő, két- vagy négy forgó karú berendezés alkalmazott (76. ábra). A karok forgását a nyomás alatt érkező szennyvíz idézi elő azáltal, hogy azok egyirányban, azonosan perforált csövek nyílásain kilépve, a csöveknek (karoknak) ellenkező irányú impulzust ad.

76. ábra. Segner-kerék elve (Öllős G. – Borsos J. 1969)

A forgó csöveket hidraulikailag úgy kell méretezni, hogy a szennyvíz csepegtetőtestre osztásakor a nyomásveszteség 0,6-1,5 m tartományba essék. A csöveknek palástját áttörő lyukak átmérője min. 12 mm legyen, különben az elkerülhetetlen biológiai bevonatképződés könnyen eltömődést okozhat. A lyukak közelítő hidraulikai méretezése:

ahol: Q az adagolandó szennyvíz összes mennyisége (m3/sec), n az adagoló lyukak száma, d a lyukak átmérője (m), φ a lyukak kontrakciós tényezője (≈ 0,63-ra vehető fel), h az elosztócsövek tengelyvonalára vonatkoztatott hidraulikai nyomómagasság (m), g a gravitációs gyorsulás állandója (9,81 m/s2).

Az elosztócsövek forgási síkja a töltőanyag felső síkja felett 40-60 cm-re választandó. Ezáltal a szennyvíz egyenletesen osztódik el a töltőtest felső síkjában és a téli jéghatás pedig kiküszöbölődik. Az elosztócsöveket egyes esetekben forgatják. A lyukakat sugárirányban úgy kell elosztani, hogy az egységnyi távolságra eső adagolt szennyvíz mennyisége a test külső részében legyen nagyobb. Az egyenletes eloszlás céljából az egységnyi hosszúságra eső szennyvízhozam a tengelytől mért sugárral legyen proporcionális.

Az ideális töltőanyag:

  • egységnyi test-térfogatra vonatkoztatott fajlagos felülete nagy;

  • költsége kicsi;

  • tartóssága hosszú idejű;

  • könnyen nem tömődik el.

A töltetnek nagy felülete kell legyen, hiszen azon fejlődik ki a biológiai hártya. A töltőanyag kő, salak, szén, tégla, műanyag vagy egyéb tartós anyag lehet. A töltet geometriai méretei és a csepegtetőtestes rendszerbe helyezése olyan legyen, hogy az aerob lebontási folyamat fenntartásához nélkülözhetetlen levegőáramlás számára megfelelő hézagrendszer álljon rendelkezésre.

A kőtöltet szemcséinek átlagos mérete 5-10 cm. A szemcsék mérete ezen a tartományon belül nem túl kritikus, de a szemcsék azonos mérete a megfelelő levegőáramlás (szellőzés) érdekében követelmény. A réteg vastagsága 1-2,5 m kőtöltet, 5-10 m műanyag töltet esetén.

A csepegtetőtesten átjutott, biológiailag tisztított szennyvizet elvezető rendszer feneke lejtős. A fenéken lefolyó szennyvíz az elvezető csatornákba kerül. A szennyvízelvezető rendszer felső, drénező része ugyanakkor a töltőanyagot alátámasztja és a csepegtetőtestben alulról felfelé áramló levegő beáramlását is segíti.

Összefoglalás

A csepegtetőtest felületén egy biológiai hártyát alakítanak ki és ezen vezetik át a szennyvizet, ahol mikrobák hatására lejátszódik a biokémiai folyamat.

A terhelés alapján három típust különböztetnek:

  • kis terhelésű ,

  • nagy terhelésű,

  • igen nagy műanyag töltésű csepegtető testek.

A terhelés növelésével megnövekszik a szerepe a recirkulációnak, ami jelentős szerepet játszik a bontási hatásfokban. Általában ötféle gyakrabban alkalmazott recirkulációs megoldást szoktak alkalmazni.

A csepegtetőtestekkel nitrogén eltávolítás is lehetséges a szerves anyagon kívül.

Hátrányuk, hogy a csepegtetőtest viszonylag merev, rugalmatlan tisztítás-technikai szempontból, mivel az üzemeltetése során nem tesz lehetővé nagyobb mértékű technológiai beavatkozást.

Ellenőrző kérdések

  1. Vázoljon fel egy csepegtetőtestet, ismertesse főbb szerkezeti részeit és működését!

  2. Mi a különbség a kis-, közepes- és nagyterhelésű csepegtető testek üzemelési mutatói között?

  3. Mi a recirkuláció és milyen megoldási módjai az ismertek?

  4. Ismertesse a biológiai hártya felépítést!

  5. Hogyan történik a nitrogén eltávolítás a csepegtető testekben?