Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák I.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

16. fejezet - Forgó-merülő tárcsás és oxidációs árkos biológiai szennyvíztisztítás

16. fejezet - Forgó-merülő tárcsás és oxidációs árkos biológiai szennyvíztisztítás

Bevezetés

A forgó-merülőtárcsás tisztító rendszereket kis szennyvízhozamra dolgozták ki, míg az oxidációs árkos rendszert 500 lakosegység felett alkalmazzák. Mindkettő az aerob biológiai lebontást alkalmazza.

E tanulási egységben a forgó-merülő tárcsás rendszer működési elvének, gyakorlati megvalósításának bemutatására kerül sor összehasonlítva a csepegtetőtestes rendszerekkel.

Az oxidációs árkos biológiai szennyvíztisztítás elvének bemutatása során látni fogjuk a hasonlóságot az eleveniszapos szennyvíztisztítással. Megismerkedhetnek a gyakorlati megvalósításával.

Vannak olyan magas szerves anyag tartalmú szennyvizek, melyek hatékony tisztítása csak több lépcsőben történhet, így erről is egy rövid áttekintés olvasható.

Követelmény

  • Tudja, hogyan működik a forgó-merülő tárcsás rendszer!

  • Ismerje az oxidációs árkos biológiai szennyvíztisztító működését!

  • Tudja hol és milyen körülmények között alkalmazhatók e berendezések a szennyvíztisztításban!

  • Ismerje a különböző típusokat és üzemeltetésüket!

Forgó-merülő tárcsás biológiai szennyvíztisztítás

A forgó merülőtárcsás biológiai tisztítóberendezések a hártyás rendszerű biológiai berendezések csoportjába tartoznak a csepegtetőtestekkel együtt. Gyakran úgy említik, mint a csepegtetőtestek egyik típusa. Annak ellenére, hogy működési alapelvük azonos, üzemeltetésük és főként szerkezeti kialakításuk igen eltér a csepegtetőtestektől.

A hagyományos kőtöltetű csepegtetőtestek szennyvíztisztítási elvét figyelembe véve a fejlődés a csepegtetőtest szerkezetének, üzemének egyszerűbbé tételét és gazdaságosabb alternatív megoldásokat eredményeznek.

Ennek eredménye a forgó-merülő tárcsás rendszer (99. ábra). A merülő tárcsás rendszer lényegesen kisebb mennyiségű energiát használ a tárcsák forgatására, vagyis a tárcsa felületén képződő bevonat szennyvízzel való mikrobiológiai kontaktusára és a légköri oxigén hasznosítására, mint az eleven iszapos rendszerek.

A forgó merülő tárcsás rendszer esetében az alátámasztó tárcsák felületén képződik a biológiai hártya, és az a tárcsával együtt mozog. A tárcsák az átmérőjük mintegy 40-45%-áig (vagyis még félig sem a tisztítandó szennyvízbe merülnek. A tárcsákra tapadt mikroorganizmusok forgás közben hol a tápanyaghoz jutnak a szennyvízbe merülve, hol oxigénhez a levegőn forogva, így megvalósulnak az aerob biológiai lebontás feltételei. A megfelelő biológiai hártya a tárcsák felületén barnás-szürkés, bolyhos bevonatot képez.

99. ábra. Forgó-merülő tárcsás rendszer

A rendszer kis berendezésként alkalmazható 10 lakostól 1500 lakosig, 5-50 m3/nap szennyvízhozamra, Magyarországi gyakorlatban egyelőre csak kevésbé terjedt el.

80-85%-os szerves anyag lebontási hatásfok két lépcső sorba kapcsolásával, 90%-os hatásfok három lépcsős rendszerben érhető el. Egy berendezés 3-4 lépcsőből áll, ahol mindegyik lépcsőt vízzáró fal választja el egymástól, víz alatti átvezető nyílással. Ezek a berendezések a szennyvízhozamtól függően, párhuzamosan kapcsolhatók. Tóülepítő alkalmazása szükséges, ahonnan gyakran kell az iszapot elvezetni, vagy az előülepítőbe visszajuttatni.

A rendszer előnye egyszerűsége, kis energia és kezelési igénye. A tárcsák szokásos átmérője 1,5-3 m, amelyet valamilyen műanyag lapból alakítanak ki.

100. ábra. Négylépcsős forgó-merülőtárcsás rendszer működési elve

A lap anyaga rendszerint polisztirol, polietilén, poliuretán, polivinilklorid. A tárcsákat forgatható tengelyre, egymástól kb. 2-2,5 cm távolságra rögzítik, így az alátámasztás nélküli tengely maximum 7 m hosszú folyóméterére 30-34 tárcsa kerülhet.

A műtárgyat rövid tartózkodási idejű utóülepítő egészíti ki, ez utóbbihoz recirkuláció szükséges. A berendezés hatásfokát, a szennyvíz átfolyási idejének, tehát a tárcsák alatti hengeres edény térfogatának és ezzel együtt a tárcsák számának növelésével lehet javítani.

A forgási szögsebesség függvényében fajlagos terhelés legfeljebb 120 g BOI5 lehet a hártyával benőtt tárcsafelület négyzetméterére számítva.

A merülőtárcsás rendszer a nagyterhelésű csepegtetőtestes rendszerhez hasonló az iszapmennyiség és az elfolyó szennyvíz minőségét illetően. A merülőtárcsás rendszer lépcsői számának célszerű megválasztásával hatékonyabb tisztítás is elérhető, amelybe az ammónia nitráttá alakítása is beleértendő.

101. ábra. A merülőtárcsás tisztító lépcsők soros, illetve párhuzamos kapcsolásának elve

Előnyei:

  • a mechanikai berendezés lassú mozgású, fenntartása egyszerű;

  • ha szükséges, vele a kőtöltetű csepegtetőtestnél nagyobb méretű tisztítás érhető el;

    • a mikrobák zöme (mintegy 96%-a) a tárcsák felületén rögzül, így kimosódás a rendszerből, dinamikai egyensúlyuk felborulása az eleveniszapos rendszerhez képest kevésbé várható;

    • üzemeltetése az üzemelő részéről kevesebb megfontolást igényel;

    • a rendszer valamely meglévő szennyvíztisztító telephez könnyebben csatlakoztatható a tisztítás mértékének növelése céljából anélkül, hogy átemelést igényelne;

  • energiaigénye az eleveniszapos berendezésnek 1/4-1/6-a, a kőtöltetű csepegtetőtesteshez képest is 20-30%-kal kevesebb (Bodás et al., 1987)

  • a kontakt idő a nagy aktív felület léte miatt rövid (általában 1 h) lehet;

  • a felületi hidraulikai terhelés a csepegtetőtestekéhez képest nagyobb (akár 5-6-szoros), ezért a berendezés helyszükséglete kisebb;

  • tág szennyvíz-hozam tartományban üzemeltethető;

  • recirkuláltatásra általában nincs szükség;

    • a tárcsák felületéről lecsúszott iszap ülepedőképessége kedvező;

    • a többlépcsős rendszerrel nagyfokú szervesanyag-oxidáció és nagyfokú nitrifikáció érhető el.

Hátrányai:

  • általában a fagy, a csapadék, a szél hatás kiküszöbölése céljából, az éghajlati sajátosságoktól függően épületbe való helyezése, vagy valamilyen egyszerű lefedése szükséges. A lefedett tér megfelelő szellőztetését biztosítani kell;

  • a tárcsák tengelyre rögzítése gondos munkát igényel.

A lefedés módja (épület, egyszerű fedél) a klimatikus viszonyoktól függ. A lefedés előnyei:

  • a biológiai hártya a fagy ellen védelmet kap;

  • a nagy intenzitású esők bizonyos mértékű hártyát lemosó hatása elkerülhető;

  • a közvetlen napfény miatti nagymértékű algaszaporodás elmarad;

  • a biológiai hártyát a közvetlen napfény nem éri, így a hártya nem válik törékennyé;

  • napsütés, eső, hó, szél ellen védelmet nyújt.

A forgó-merülőtárcsás teljes tisztítórendszer (102. ábra): rács, homokfogó, előülepítő, forgó-merülőtárcsás csepegtetőtest, utóülepítő technológiai sorból áll.

102. ábra. Jellemző forgó-merülőtárcsás szennyvíztisztító rendszer technológiai folyamata

103. ábra. 4 lépcsős forgó-merülőtárcsás rendszerbeli tartózkodási ideje

Oxidációs árkok

Oxidációs árok: körkörösen, vagy nyújtott ellipszis formában kialakított beton (föld) labirintusba vezetik a szennyvizet, aerob körülmények között addig keringtetik, míg a lebontási folyamatok lezajlanak.

Videó: Oxidációs árok

Az oxidációs árkok az eleveniszapos eljárás egyik módosított változatai. Rendszerint teljes oxidációs módon működnek. A nyers szennyvíz az árokban már előzőleg kifejlődött aktív mikroorganizmusokkal keveredik. A vízszintes tengelyű felszíni levegőztető berendezés az oxigént az aerob élő szennyvizével keveri és az árok terében áramoltatja. Az átlagos áramlási sebesség a szilárd anyagok szuszpendált állapotban tartása céljából 0,3-0,5 m/s, ami egyben a képződő pelyhek megfelelő oldott oxigénnel való ellátását is biztosítja és a pelyhek ülepedése is elkerülhető. A szennyvíz ennek megfelelően megfelelő keverőrotorok távolságának kiválasztásával 3-6 perc alatt tesz meg egy teljes körfogást. A rotor harmadik célja a nyers szennyvíz nagyobb szennyezőanyagainak darabolása.

Az oxidációs árkok BOI5 eltávolítási képessége 90-98%-ra tehető. Kialakítása általában nyújtott ellipszis, körgyűrű alakú rézsűs föld- vagy betonmeder. A rendszer jellemzője, a hosszú levegőztetési idő és a viszonylag kis szennyvízterhelés. Ennél a tisztításnál nem szükséges külön iszapkezelés (utóülepítés, rothasztás). Legtöbbször előülepítőre sincs szükség, a szennyvizet rácson átvezetve szükséges tisztítani (104. ábra).

Általában 500 lakosegység fölött már érdemes alkalmazásával foglalkozni.

104. ábra. Oxidációs árok

Trapézszelvényben a fenékszélesség 0,5-3 m, a szennyvízmélysége 0,8-1,3 m, a rézsű hajlásszöge 1:1,5, az árok íveinek sugara az árok tengelyéhez mérve 5-10 m.

Ennél azonban jóval nagyobb méretű árokrendszereket is alkalmaznak, egészen 50 000 lakosegységig. Ezeket az árkokat párhuzamosan, illetve egymás után kaszkád rendszerben is kialakíthatják.

A rendszer jellemzője, hogy a nyers szennyvíz egy adott helyen jut be az árokba. Megfelelő szintszabályzóval, bukó és túlfolyóval van a rendszer ellátva, és a folyadékáramlást vízszintes tengelyű rotor biztosítja, amely egyben levegőbevitelt is végez a szennyvízbe.

Az oxidációs árok szilárd élőanyag tartalma a recirkulációs iszap és a fölös iszap mennyiségének szabályozásával befolyásolható. A szennyvíz tartózkodási ideje a szennyvízáramlásával van direkt kapcsolatban.

Mint már említettük, az oxidációs árok az eleveniszapos eljárás egyik módosított változata. Rendszerint totál-, vagy teljes oxidációs módon üzemeltetik. A 105. ábra érzékelteti, utóülepítő nincs. Az ilyen rendszerre a viszonylag kis szerves anyag terhelés (0,1-0,4 kg BOI5/m3 d, és hosszú levegőztetési időtartam (20-30 h) jellemző. A levegőztető általában szakaszos üzemű. Teljes oxidációs árkos rendszerben, nagy a térfogati szerves anyag terhelés (1,6-2,2 kg BOI5/m3 d) és nagy a szuszpendált lebegőanyag koncentráció. Az ilyen rendszer nagy tápanyag/mikroorganizmus arány alkalmazását teszi lehetővé (0,4-1,5) és a hidraulikai tartózkodási idő a 0,5-2 h tartományba esik. Amint a 106. ábra szemlélteti, ez esetben utótelepítő és recirkuláció létezik. A nyers szennyvizet rácson keresztül vezetik át, amire a mechanikai berendezések (rotorok, szivattyúk) védelme miatt van szükség.

Előülepítőt vagy homokfogót az oxidációs árkos rendszerben általában nem alkalmaznak. A szervetlen anyagok, mint a homok, iszap, az oxidációs árokban maradnak és a szennyvíziszap árokból való eltávolításakor vagy az árok tisztításakor kerülnek ki a rendszerből.

105. ábra. Kis terhelésű szakaszos működésű árkos tisztítórendszer

106. ábra. Nagy terhelésű árkos tisztítórendszer

Az ábra nagyteljesítményű, tehát már utóülepítőt is magában foglaló árkos rendszert szemléltet. Ez a rendszer is alkalmaz rácsot (1). A rendszer jellemzői: a tisztított (szeparált) szennyvíz(2) az utóülepítőbe kerül (3), onnan a fertőtlenítő medencébe (4), majd a mérőaknán (5) halad át. A fölösiszap az utótelepítőből szivattyú (6) közvetítésével az iszapszikkasztó ágyra (7) kerül. A recirkuláltatott iszap (8) az árokba kerül vissza. Az utótelepítő iszapvize (9) szintén az árokba kerül vissza.

Minthogy az oxidációs árok zárt reaktorrendszer, így az illékony szuszpenzált szilárd anyagok (biomassza) mennyisége fokozatosan nő. Ezért a folyamatból bizonyos mennyiségű iszap az árokban lévő keverék szennyvíz-és recirkuláltatott iszapkeverék szuszpendált szilárd anyag koncentrációját csökkenti, miáltal a mikroorganizmusok aktívabbak.

Mind a friss iszap, mind a tisztítás közben formálódó bakteriális pehely olyan mértékig oxidálódik, hogy a fölösiszap szikkasztó ágyakra juttatható, vagy tárolható anélkül, hogy jelentős, kifogásolható szag képződne. Így iszaprothasztóra nincs szükség.

Az iszap szeparálása a tisztított szennyvízből sokféle módon lehetséges. Erre a 107. ábra nyújt példákat:

a) ábra: a szakaszos üzemű, hagyományos árokban az ülepítés az árokban megy végbe;
b) ábra: a hagyományos árokhoz ülepítőmedence kapcsolható;
c) ábra: az árokhoz ülepítő csatornát kapcsolnak;
d) ábra: a folyamatos üzemű árkos rendszerben a fő árokhoz két ülepítő oldalcsatornát csatlakoztatnak.

Egyes esetekben az ülepítőt magában az oxidációs árok terében alakítják ki.

107. ábra. Az iszap szeparálása a tisztított szennyvízből

Szerves anyag lebontás több lépcsőben

A biológiai szennyvíz- és iszapkezelésben a szerves anyagok lebontásának (szervetlenné alakításának) hatásfoka és sebessége függ:

  • A szerves szennyeződés összetételétől (amely kifejezhető például a BOI/KOI aránnyal), de a biológiailag bontható különböző szerves anyagok lebontása sem azonos idő alatt történik.

  • A lebontást végző mikroszervezet tömegösszetételétől, ugyanis ugyanabban a műtárgyban a különböző életfeltételeket igénylő mikroorganizmusok mindegyik csoportjának nem lehet egyszerre optimális feltételeket biztosítani.

Belátható, hogy jobb hatásfokot tudnánk elérni, ha külön biológiai lépcsőben (műtárgyban) végeznénk a könnyen-gyorsan bontható szerves szennyeződések kezelését és egy másik lépcsőben (műtárgyban) a nehezen-lassabban bonthatókét.

Ugyanígy indokolt lehet mikroszervezetek életfeltételeinek különbözősége miatt, például az anaerob iszapkezelés (rothasztás) két fő szakaszát (a savtermelő és a metántermelő-lúgos) két lépcsőbe szétbontani.

A többfokozatú rendszer előnyei, összefoglalva:

  • Ugyanolyan hatásfok eléréséhez kisebb műtárgy térfogat szükséges, mint az egylépcsős biológiai tisztításnál.

  • Túlterhelt, rossz hatásfokkal üzemelő berendezés hatásfoka kis beruházással javítható, ha egy nagyterhelésű első fokozatot létesítünk.

  • Jól viseli a lökésszerű terheléseket, az első fokozat megvédi a második fokozat mikroszervezeteit.

  • Az első, nagyterhelésű lépcső fölösiszapjával sok nehezen bontható és bonthatatlan szerves anyag is távozik, ami jelentősen csökkenti az oxigén-beviteli igényt.

A gyakoribb, kétlépcsős biológiai tisztítórendszerek

Aerob – aerob rendszerek: Általában az első biológiai szakaszt maximális terheléssel üzemeltetik (az iszapkor rövidebb egy napnál), míg a második lépcsőt közepes vagy kis terheléssel.

  • Csepegtetőtest – csepegtetőtest kombináció: 25-30%-kal jobb a hatásfok, és kiegyensúlyozott a nitrifikáció (az ammónium nitráttá és nitritté történő lebontása).

  • Eleveniszap – eleveniszap kombináció: Az első eleveniszapos medence nagy terhelésű, ezt utóülepítő követi, majd a kisterhelésű második biológiai lépcső következik utóülepítővel. Ez a rendszer nem igényel előülepítést. Alkalmaznak olyan megoldást is, ahol az első lépcső után nincs utóülepítés.

  • Csepegtetőtest – eleveniszap kombináció: Viszonylag ritkán alkalmazzák, pedig igen alacsony szervesanyag-tartalmú, stabil minőségű a tisztított szennyvíz. Recirkulációval nagyon rugalmas üzemelés biztosítható.

  • Eleveniszap – csepegtetőtest kombináció: Gyakrabban alkalmazzák, mint az előző esetet. A csepegtetőtest ebben az esetben utótisztító, jó lebegőanyag eltávolítási hatásfokkal és nitrifikációval.

Vegyes aerob – anaerob rendszerek

  • Aerob – anaerob kombináció. Csak az iszapkezelésben alkalmazott eléggé speciális eljárás. Termofil aerob stabilizációt alkalmaznak fél vagy egy napig (a max. 55 °C-os üzemi hőmérséklet eléréséig), majd ezt követően kerül az iszap az anaerob rothasztóba. Az első lépcsőben zajlik a hidrolízis, ami gyorsabb és jobb hatásfokú aerob körülmények között. A rendszer nem igényel fűtést, ellenben az anaerob lépcsőből kevesebb metán nyerhető, mint a hagyományos, egylépcsős rothasztásnál. A hőtermelés csak akkor lesz megfelelő az első lépésben, ha magas a szerves anyag koncentrációja az iszapnak, ami azonban nagy oxigénszükséglettel jár.

  • Anaerob – aerob kombináció: Magas szervesanyag-tartalmú (élelmiszeripari) szennyvizek tisztítására alkalmazható első lépcsőben az anaerob kontakt eljárás. Azonban az innen kikerülő szennyvíz bűzös, nem vezethető élővíz befogadóba. Ezen segít a második lépcsőben általában egy eleveniszapos tisztítóberendezés.

Összefoglalás

A forgó merülőtárcsás biológiai tisztítóberendezések a hártyás rendszerű biológiai berendezések csoportjába tartoznak a csepegtetőtestekkel együtt. A rendszer előnye egyszerűsége, kis energia és kezelési igénye. A tárcsák szokásos átmérője 1,5-3 m, amelyet valamilyen műanyag lapból alakítanak ki. A tárcsákra tapadt mikroorganizmusok forgás közben hol a tápanyaghoz jutnak a szennyvízbe merülve, hol oxigénhez a levegőn forogva, így megvalósulnak az aerob biológiai lebontás feltételei.

A rendszer kis berendezésként alkalmazható 10 lakostól 1500 lakosig 80-85%-os szerves anyag lebontási hatásfok két lépcső sorba kapcsolásával, 90%-os hatásfok három lépcsős rendszerben érhető el.

Az oxidációs árkok az eleveniszapos eljárás egyik módosított változatai. Rendszerint teljes oxidációs módon működnek. A nyers szennyvíz az árokban már előzőleg kifejlődött aktív mikroorganizmusokkal keveredik. A vízszintes tengelyű felszíni levegőztető berendezés az oxigént az aerob élő szennyvizével keveri és az árok terében áramoltatja.

Az oxidációs árkok BOI5 eltávolítási képessége 90-98%-ra tehető. A rendszer jellemzője, a hosszú levegőztetési idő és a viszonylag kis szennyvízterhelés.

Többfokozatú rendszerben hatékonyabb tisztítási hatásfok érhető el. Ebben az esetben kombinációban alkalmazzák a különböző tisztítási eljárásokat:

  • aerob – aerob rendszerek,

  • vegyes aerob – anaerob rendszerek.

Ellenőrző kérdések

  1. Ismertesse a forgó-merülőtárcsás biológiai tisztítóberendezések működési elvét!

  2. Mi az előnye és hátránya a forgó-merülőtárcsás biológiai tisztítóberendezésnek?

  3. Ismertesse az oxidációs árkok működési elvét!

  4. Hasonlítsa össze a kis- és nagyterhelésű oxidációs árkok működését!

  5. Jellemezze az aerob – aerob kétlépcsős tisztítórendszereket.