Trendek és innovatív módszerek a szennyvíztisztításban

1. Trendek és innovatív módszerek a szennyvíztisztításban Fleit Ernő, Somlyódy László, Licskó István és Szabó Anita BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 1113, Budapest Műegyetem rakpart 3. http://www.vkkt.bme.hu

2. Az előadás céljai • A szennyvíztechnológia fejlődéstörténete • A technika történet tanulságai • Esettanulmányok és példák a hazai fejlesztési lehetőségekre

3. Fejlődéstörténet • Könnyen bontható szervesanyagok eltávolítása • Eleveniszapos telep nitrifikációval • Eleveniszapos telep denitrifikációval • Eleveniszapos telep denitrifikációval, biológiai foszforeltávolítással • Integrált rendszerek (+ fixfilm, + MBR)

4. Mire következtethetünk a több mint 100 éves történetből? • Növekvő komplexitású • sztöchiometriai és kinetikai modellek • Reaktorok és reaktorelrendezések (UCT, UASB, MBR rendszerek, stb.) • Integrált és (on-line) folyamatszabályozás • Változó (ám egyre kisebb koncentrációkban értelmezett) szennyezők (EDS-EDC) KÖVETKEZTETÉS– bármely technológiai probléma megoldható, legfeljebb csak pénz kérdése???

5. Problémák – probléma megoldási lehetőségek Technológiák

6. Egy hazai példa a kémiai előkezelés fortélyaira • Cél, illetve megoldandó problémák • csatornahálózat fejlesztése miatt megnövekedő hidraulikai és szervesanyag terhelés kezelése • konzervgyári szennyvíz esetleges újbóli kezelése • szigorúbb határértékek betartása (P eltávolítás) • nitrifikáció javítása (téli időszak) • biogáz termelés fokozása

7. Hazai példa a kémiai előkezelés alkalmazásáraKecskeméti Szennyvíztisztító Telep • Jelenlegi terhelés ~ 20 000 m3/d; 180 ezer LEÉ • Határértékek: • KOI: 75 mg/L • BOI5: 25 mg/L • TN: 50 mg/L • TP: 10 mg/L (5 mg/L – 2010-től) • NH4-N: 10 mg/L • TSS: 50 mg/L

8. D1 C2 C1 O2 A2 Fe(III) C3 D3 A3 O2 O2 O2 A4 D4 C4 • Kémiai előkezelés üzemi kísérlet: 2006. május-június • vas-klorid, majd vas-szulfát adagolás a homokfogóba • oldat formájában • propeller keverő és levegőztetés biztosítja az elkeveredést

9. Specialitások egyben általánosítható jellemzők • Hidraulikai alulterheltség (19 e m3/d a 48 e m3/dhelyett) • Az eredetileg nagyterhelésű telep jelenleg kisterhelésű (0,18 kgBOI5/kgTSS/d) • Élelmiszeripari, vágóhídi szennyvíz • Magas KOI, BOI, lebegőanyag tartalom a nyers szennyvízben • A nyers szennyvíz szervesanyag tartalmának nagyobb része (60-80%) a szilárd KOI frakcióban van • Előülepítők szervesanyag eltávolítási hatásfoka magas • Viszonylag stabil nitrifikáció (kivéve hideg időszak  20% határérték túllépés) • Meglepően hatékony szimultán denitrifikáció • Egyáltalán nem ülepedő iszap, fonalasok, iszapfelúszás az utóülepítőben (emiatt néha KOI határérték túllépés)

10. A kémiai kezelés eredményessége

11. A foszfor határérték betartása stabilan garantálható

12. Biológiai tisztítóegységek szervesanyag terhelése csökkenthető Nyers szennyvíz KOI : 800-1400 mg/L (200-400 mg/L oldott) BOI: 400-800 mg/L

13. A szervesanyag terhelés csökkentése következtében javul a nitrifikáció és kis mértékben romlik a denitrifikáció

14. A P eltávolítási célú kémiai kezelés erőteljesen befolyásolja a telep N forgalmát is (nitrifikáció és denitrifikáció)

16. A kémiai kezelés előre jelzett hatásai az iszapvonalon Nyersiszap termelés [m3/d]: +27% Nyersiszap termelés [kg/d]: +21% Biogáz termelés [m3/d]: +30% Összes energia fogyasztás [kW/d]: -10%

17. A kémiai kezelés járulékos hatása: javulóiszapszerkezet 06.06. 05.16.

19. Főbb eredmények: • Vas-klorid és vas-szulfát hasonlóan viselkedik • Biológia szervesanyag terhelése kevesebb, mint felére csökkent (KOI, BOI eltávolítás az előülepítőben 50%-ról 70% fölé nőtt) • Nitrifikáció elenyésző mértékben javult (eleve hatékony volt) • Denitrifikáció érezhetően romlott (utóülepítőben felúszást, vagy határérték problémát nem okoz) – oldott KOI eltávolítás • Stabilan alacsony P szint tartható (bírság elkerülhető, környezetterhelési díj minimalizálható) • Biogáz termelés 30%-kal megnőtt • Telep energia fogyasztása 10%-kal csökkent • Keletkező nyersiszap mennyisége 20%-kal megnőtt • Jelentős megtakarítások (ha ténylegesen fizetendő bírság/ktd)

20. NKFP eredmények: • Adott szennyvízben elérhető maximális szervesanyag eltávolítási hatásfok a nyers szennyvízben jelenlevő szervesanyag oldott/szilárd arányától függ • Koaguláns dózistól függ a maradék szervesanyagok részecskeméret eloszlása (szilárd szabályozható, oldott nem) • Előpolimerizált és háromértékű fém-sók eltérően viselkednek • Előpolimerizált fém-sók: • pH változtató hatásuk kisebb • P kicsapásban kevésé hatékonyak • Szervesanyag eltávolítási hatékonyságuk hasonló v. kissé jobb •  kombinációjukkal változtatható a kezelt szennyvíz C/P aránya

21. KOI eltávolítás az oldott/szilárd aránytól függ

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

26. Egy évszázad tanulságai • A klasszikus eljárások integrált alkalmazásával olcsóbb, helykímélőbb és megbízhatóbb szennyvízkezelés valósítható meg • A fejlett modellezési háttér és műszeres analitikai fejlődés rendelkezésre áll, de ennek ellenére az egyes SZVT-k gondjainak megoldásához csaknem minden esetben labor- és/vagy helyi kísérleteket szükséges folytatni (finom hangolás) • A fejlődés messze nem zárult le (újabb technológiák, és újabb problémák térnyerése zajlik)

27. Problémák – probléma megoldási lehetőségek Technológiák

28. Újonnan felfedezett reakciómechanizmusok anaerob ammónium oxidáció - ANAMMOX Anaerob kemolitoautotróf mikroorganizmusok

29. Új reaktor típusok és technológiák

30. Nanotechnológia- nanoszennyező anyagok Komponensek száma: 4 (egyetlen kovalens szerkezetben)Atomok száma: 3,846Szélesség: 3.8 nm Magasság: 3.8 nmHossz: 6.4 nm (tengelyek nélkül) Design: K. Eric Drexler és Ralph Merkle1995Komponensek száma: 7Atomok száma: 8,292Szélesség: 5.8 nm Magasság: 5.8 nmMélység: 5.8 nm

31. Problémák – probléma megoldási lehetőségek Technológiák

32. Várható-e az új technológiák be- és/vagy áttörése a szennyvíz (és víz) kezelésben? „Nanovilág” 2025: „All manufacturing industries can be totally restructured as we learn to build things from the molecular level”

33. Mit tudnak a nanoszerkezetek? • Időmérés – időzíthetőség a nanoszerkezet képes érzékelni az időt vagy időzíthető reakciói vannak. • Kommunikáció – adatok továbbítása vagy fogadása. • Komputáció – számítógépes rendszer részeként működhet. • Energia – energia konverziós képesség, ill. energia előállítása. • Motilitás – mozgásképesség különböző környezetekben. • Érzékelés – a nanoszerkezet képes a környezeti hatásokat regisztrálni, és azokra válaszolni. • Mozgatás – a nanoszerkezet tárgyakat képes mozgatni. • Biztonság – a nanoszerkezetekkel kapcsolatos megfontolás, különös tekintettel a replikációra, környezeti hatásokra és biológiai kockázatokra.

34. A nanoszerkezetek kutatásának céljai(CBEN/Rice University and US EPA) • Kárelhárítás/szervesanyag lebontás (TCE, PCB talaj- takavíz rendszerekben), nehézfémek szelektív eltávolítása Szennyezőanyag eltávolítás nagyon alacsony koncentráció tartományokban Alkalmazás szűrési és fertőtlenítési technológiákban Biofilmek és biológiai hártyák kialakulásának megelőzése, és/vagy eltávolításaEgyéb….

35. 3. How Will Nanotechnology Change Water Technology? A breakthrough? The future likely will be based on "nanoreactor" solutions. IWA members play a leading role.  But, remember, nanoparticles are already used for cosmetics! While we want to improve our technologies, do not we produce new EDSs? ”Every solution breeds new problems” Health, safety and environmental impacts? Good sign: precaution already addressed by the scientific community

36. Intelligens anyagok és nanoszerkezetek?

37. Problémák – probléma megoldási lehetőségek Technológiák

38. IASON – INTELLIGENS ISZAPPELYHEK NANOTECHNOLÓGIAI KONSTRUKCIÓJA ÉS ALKALMAZÁSA A BIOLÓGIAI SZENNYVÍZTISZTÍTÁSBAN (3/081/2004 NKFP) • Mi az amit ma még nem tudunk szabályozni az eleveniszapos szennyvíztisztításban?

39. Interpenetráló térhálók polimer alginát váz Gél-mikrogömbök előállítása interpenetráló térhálóval (kiragadott példa) Pórusos szerkezetű gél-mikrogömbök interpenetráló térhálókban

40. Az első lépés(ek) - immobilizáció Immobilizáció egyszerű adszorpcióval Ionos kötésekkel Kovalens kötésekkel Kereszt-kötéssel (cross-linking) Mátrixba ágyazással (matrix entrapment) Mikrokapszuláció Kombinált módszerek Heterotróf szennyvízbaktériumok (Dél-Pesti SZVT-ről) PVA-PAs hidrogélen (400x)

41. PVA-PAA a betelpítés előtt és biomassza növekedés (1 hét alatt)

42. Egyes technológiai funkciókra szelektált bakteriális konzorciumok irányított szaporítása a gélek felszínén és belsejében Nitrifikáló baktériumok, 100x

43. A nitrifikációs hatásfok kialakulása PVA-PAS géleken rögzített biomasszával

44. Következtetések és kitekintés • A hagyományos technológiák alkalmasak és egyre költséghatékonyabbak a hagyományos szennyezőanyagok kezelésére • A szennyvíz összetétele gyorsabban változik, mint a telepek/technológiák „átfutási” ideje – ezért voltak és lehetnek meglepetés forgatókönyvek, későn felismert tanulságok • A műszaki tudományok (pl. nano-, biotechnológia) nagyon gyors fejlődésben van: • Ezt ki kell és lehet használni a szennyvíztechnológiai fejlesztésekben • Környezeti hatásait azonban nem, vagy alig ismerjük