Természetközeli szennyvíztisztítási technológiák

1. Természetközeli szennyvíztisztítási technológiák Szabó Anita Egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

2. Szennyvíztisztítási követelmények, hazai helyzet

3. Szükséges fejlesztések Teljesítési határidők (átmeneti mentesség Magyarország számára) 1998 vége (2008) 2000 vége (2010) 2005 vége (2015) Csatornázás >10 000 LEÉ, érzékeny >15 000 LEÉ, normál és kevésbé érzékeny > 2 000 LEÉ, mindenütt Biológiai tisztítás >15 000 LEÉ, normál és kevésbé érzékeny > 2 000 LEÉ, mindenütt Tápanyag eltávolítás > 10 000 LEÉ, érzékeny - - Ha a csatornán összegyűjtött szennyvíz 2000 LEÉ-nél kisebb településen történik, a fentiek vagy egyéb megfelelő tisztítási technológia alkalmazása szükséges Városi szennyvíz irányelv (91/271/EGK)

4. 91/271/EGK Direktíva hatálya • A 2000 lakosegyenérték feletti településekre tartalmaz előírást • Nem kizárólagos megoldásként javasolja a hagyományos, közműves szennyvízelvezetési és tisztítási gyakorlat alkalmazását • Azokon a településeken, településrészeken, ahol ez nem jelent környezetvédelmi szempontból előnyt, vagy pedig a beruházási és üzemeltetési költségek túlzottan megnőnének, a hagyományos rendszerekkel egyenértékű megoldások is alkalmazhatók

5. Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és -tisztítási Megvalósítási Program • 25/2002. (II. 27.) rendelet (illetve az azt többször módosító 30/2006 (II. 8.) kormányrendelet) kijelölte azokat a szennyvíz-elvezetési agglomerációkat, melyek területén a csatornázást és az összegyűjtött szennyvizeknek az agglomerációk központjában történő tisztítását az EU követelményeknek megfelelően, négy ütemben kell végrehajtani. • A nemzeti program B részeként a 174/2003. (X. 28.) számú, a közműves szennyvízelhelyező és –tisztító művel gazdaságosan el nem látható területekre vonatkozó Egyedi Szennyvízkezelési Nemzeti Megvalósítási Programról szóló kormányrendelet lehetőséget biztosít a szakszerű egyedi (nem közműves) szennyvízkezelés és elhelyezés alkalmazására. • 2019-re vállalta Magyarország az összes települési szennyvíztisztító telepre érkező teljes N és P terhelés 75%-os csökkentését (2008: 70,5% N; 77,8% P)

6. A Szennyvíz program „A” és „B” komponensébe tartozó települések 163/2004 (V. 21.) és 30/2006. (II. 8.) rendeletek alapján *Csatornázottnak tekintettük a települést ha a bekötött és nem bekötött lakások aránya együttesen elérte a 80%-ot.

7. 1990 2003 2015

8. Emisszió szabályozás - elvimegfontolások • Két típusú vízminőségi határérték: • az elfolyó, tisztított szennyvizekre vonatkozó (emissziós határérték, effluentstandards) • a befogadóra vonatkozó (immissziós vagy befogadó határérték, streamstandards vagy ambientwaterqualitycriteria) • Gyakorlat: • Együttesen alkalmazás, a kibocsátott tisztított szennyvizekre vonatkozó emissziós határértékek általában a gazdaságosságot is figyelembe vevő, technológiai határértékek, mint minimum követelmények • Ha a befogadó minőségi határértéke nem tartható, terhelhetőségi számítások alapján szigorúbb elfolyó víz előírást vagy tisztítási követelményt kell alkalmazni

9. Paraméter Paraméter Koncentráció a tisztított szennyvízben Koncentráció a tisztított szennyvízben Eltávolítás Eltávolítás ÖP 10 000-100 000 LEÉ 2 (mg/l) 80% BOI5 (20oC-on) 25(mg/l) 70-90(%) >100000 LEÉ 1 (mg/l) KOI 125(mg/l) 75(%) ÖN 10 000-100 000 LEÉ 15 (mg/l) 70-80% Összes lebegőanyag >10 000 LEÉ 35(mg/l) 90(%) >100000 LEÉ 10 (mg/l) 2000-10000 LEÉ 60(mg/l) 70(%) 91/271 EGK: A biológiai tisztítással / tápanyag eltávolítással (érzékeny terület) szembeni kívánalmak

10. Hazai szabályozás 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet „A vízszennyező anyagok kibocsátásaira vonatkozó határértékekről és alkalmazásuk egyes szabályairól” A rendelet kétféle típusú határértéket tartalmaz: Technológiai határérték: egyes gazdasági, háztartási, település-üzemeltetési tevékenységek általi szennyvíz kibocsátásra a rendelet 1. számú melléklete szerint megállapított vízszennyező anyag kibocsátási koncentráció vagy fajlagos kibocsátási érték. Területi határérték: a vízszennyező anyag közvetlen bevezetésére, a vízminőség-védelmi területi kategóriák figyelembevételével a rendelet 2. számú melléklete szerint megállapított kibocsátási koncentráció érték. Ezen felül, a hatóságoknak lehetőségük van egyedi elbírálás alapján a határértékek szigorítására vagy enyhítésére. Az egyedileg megszabott határértékek minimális és maximális értékeinek tartományát az 5. számú melléklet adja meg.

11. A határértékek alkalmazását a 220/2004. (VII. 21.) Korm. Rendelet szabályozza • „A felügyelőség a kibocsátási határértéket a technológiai határérték és a területi határérték alapján határozza meg a következők szerint: • ha a tevékenységre van technológiai kibocsátási határérték, akkor kibocsátási határértéknek azt kell előírni; • ha a tevékenységre vagy a kibocsátásra jellemző szennyező anyagok közül egy adott szennyező anyagra nincs technológiai határérték, akkor a vonatkozó területi határértéket kell előírni kibocsátási határértéknek.”

13. A 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet fontosabb határértékei a három+1 kategóriában

14. Új szempontok: az EU VKI figyelembe vétele • A 91/271 EGK Irányelvben előírt komponensekre a lakosegyenértéktől függő tisztított szennyvíz határértékek, illetve tisztítási hatásfokok minimum feltételként történő alkalmazása, minden szennyvíztisztító telepre (A minimum követelmények kiterjesztendők a 2000 lakosegyenérték alatti tartományra is (a 28/2004 (XII. 25.) KvVM rendelet 1. sz. mellékletének megfelelően) • A kibocsátott tisztított szennyvíz előírásokat terhelhetőségi számítások alapján kell megállapítani, valamint több komponensre is kiterjeszteni, és amennyiben a VKI által előírt, a befogadóra vonatkozó, víztípustól függő vízminőségi célállapot (jó ökológiai és kémiai állapot) nem teljesül, szigorítani • Ha a kibocsátás közvetlen vagy közvetett módon állóvízbe történik, a kritériumokat az állóvíz terhelhetősége alapján kell előírni. Egyes komponensekre területi érvényességgel is alkalmazható határérték (pl. Összes P-re a Balaton vízgyűjtőn 0,7 mg/l elfolyó víz határérték) • A terhelhetőség vizsgálatát a vízjogi engedélyezés során el kell végezni, a VKI szerinti vízgyűjtő gazdálkodási tervek (VGT) készítésével összhangban (379/2007 (XII.23) Korm.rend.)

15. Víztest jelenlegi állapota Célállapot Eléri a célállapotot? igen nem Megengedhető terhelés meghatározása Szükséges terhelés csökkenés meghatározása A meglévő pontforrások szabályozásával elérhető a célállapot? A szennyvíztisztító működésbe lépése után is elérhető a célállapot? igen Emissziós határérték szigorítása nem nem igen A diffúz terhelések csökkentésével elérhető a célállapot? igen Van-e egyéb, tervezett (új) szennyvíztisztító telep a víztesten? nem van igen A felvízi vízminőség javításával elérhető a célállapot? nincs nem A szennyvízbevezetés engedélyezése csak derogáció esetén A tisztítási követelmény megfelelő, kibocsátási engedély kiadható Szennyvízkibocsátás engedélyezése a VKI (befogadó célállapot) szerint

16. Vízellátás 95% felett Csatornázás kb. 70 %-os (bekötött lakások) 2500 településen nincs csatorna Közműolló még mindig nyitott (jelentős javulás az elmúlt 2 évtizedben) Következmény: felszíni és felszín alatti vízkészlet szennyeződik Egyre szigorúbb környezetvédelmi előírások (VKI) Vízi közmű helyzet Magyarországon

17. Vízi közmű helyzet Magyarországon

18. Tőkehiány (EU és hazai források, pályázati rendszer, válság) Privatizáció/reprivatizáció? Környezetvédelem felértékelődése Speciális településszerkezet (települések 75%-a 2000 LEÉ alatti – 17%-a a lakosságnak) Kistelepülések speciális helyzete (magas fajlagos költségek – hagyományos megoldások nem fenntarthatók, kis fizetési hajlandóság) Gazdasági helyzet Következmény: Olcsó, hatékony és környezetkímélő szennyvíztisztítási eljárások iránt növekszik az igény

19. Szennyvízelhelyezés (”Szennyvíz Program”)

20. Intenzív (konvencionális) Szennyezőanyag-eltávolítás felgyorsítva Energia-bevitel Vegyszerek alkalmazása Extenzív (természetes) Szennyezőanyag-eltávolítás nem felgyorsított Természeti erőforrások használata "low cost technology" Szennyvíztisztítási technológiák

21. Extenzív technológiák Szennyvíztisztítási technológiák Intenzív technológiák Eleveniszapos eljárások Hagyományos SBR Oxidációs árok Stb.. Fixfilmes eljárások Csepegtető testek Merülő-tárcsás Bioszűrők Stb.. • Szárazföldi rendszerek • Szikkasztás • Talajszűrés (lassú szűrés) • Szennyvíz-öntözés • Kavics és homokszűrők (gyors szűrés) • Gyökérzónás szennyvíztisztítás • Vízi rendszerek • Szennyvíztisztító tavak • Úszó v. lebegő vízi növényes • Felszíni átfolyású wetlandek • Csörgedeztetés

22. Szárazföldi rendszerek Szikkasztás Szennyvíz-öntözés (irrigation) Talajszűrés (slowrateinfiltration) Gyors homokszűrés (rapid infiltration) Gyökérmezős szennyvíztisztítás (rootzonesystem, subsurfaceflow wetland)

23. Vízi rendszerek Tavak, lagúnák (pond, lagoon) anaerob fakultatív (aerob-anaerob) aerob levegőztetett halastavak Úszó v. lebegő vízinövényes(floating plant system) Nádastó (free water surface wetland) Csörgedeztetés (overland flow)

24. Természetes szennyvíztisztítási rendszerek Előnyök: környezetbarát alacsony építési, működtetési és fenntartási költség alacsony energiaigény működtetés különleges szakképzetséget nem igényel szélsőséges üzemelési körülmények között is működtethető más célokra nem használható területeken is kialakítható esztétikus diffúz szennyeződéseket is képes kezelni tájba illeszthető

25. Természetes szennyvíztisztítási rendszerek Hátrányok: nagy területigény (hosszú tartózkodási idő) speciális követelmények (topográfia, talajtípus) Általában alacsonyabb szennyezőanyag eltávolítási hatékonyság hatásfok szezonális változása beüzemelés hosszadalmas lehet építési hibák nem derülnek ki azonnal

26. Kichkuth 1977: „root-zone method” → a természet-közeli eljárások „újra felfedezése”. 80-as években Nyugat-Európában és az USA-ban nagyszámú természet-közeli telep épül. 90-es években kezdenek kialakulni a tervezési irányelvek. Javul az elfolyó vízminőség és a rendszerek stabilitása. Napjaink: még mindig nagyon sok a kutatandó feladat. Jól működő, kiforrott modellek nem állnak a rendelkezésre. Problémák: Nagyszámú publikáció összehasonlíthatósága Jelentős klimatikus függőség Nagyobb mértékű stochasztikus jelleg mint az extenzív technológiák esetében Rövid kronológia

27. ipari és mezőgazdasági szennyvizek tisztítása kommunális szennyvizek tisztítása csapadékvizek tisztítása vizek nehézfém tartalmának csökkentése hulladéklerakók csurgalékvizének tisztítása TFH tisztítása hígtrágya kezelés rekultiváció nem pontszerű (diffúz) szennyezések mérséklése vízminőség-védelem iszapkezelés stb... Alkalmazási terület

28. Extenzív és intenzív technológiák összehasonlítása

29. Korszerű közműpótlóként Települési vagy ipari illetve mezőgazdasági szennyvíztisztítóban második fokozatú tisztításként csak az alábbi korlátozások esetén alkalmazható: A település lakos száma 2000 fő alatti, különösen javasolt vizsgálni a 600 fő alatti településeknél A befogadó általános vízminőség-védelmi kategóriájú (amennyiben a befogadó élővíz) A befogadó nem nitrát-érzékeny terület vagy nem vízbázis-védelmi terület (amennyiben a befogadó a talaj és talajvíz) Olcsón vagy ingyen (önkormányzati tulajdonban) áll rendelkezésre, a szennyvíztisztító telep építésére alkalmas terület Intenzív technológiájú telepek utótisztítójaként Egyéb esetekben egyéni vizsgálat tárgyát képezi az alkalmazhatóság! Alkalmazás lehetőségei és korlátai hazánkban szennyvíztisztítási területen

30. Lassú beszivárogtatás (talajszűrés) A szennyvizet növényzettel borított területre vezetik Tisztítás a víz talajon történő átszivárgása közben Hidraulikai terhelés 400-5500 mm/év (1-15 mm/nap) Előnyei: Az alkalmas talajok széles skálája Talajvíz visszapótlás Olcsó és egyszerű üzemeltetés  Hátrányai: A többi szárazföldi módszernél nagyobb területigény (az alacsony terhelések miatt) Talaj bakteriális elszennyeződése Talajvíz szennyeződhet - drénhálózat Szikesedés Legalább mechanikai előkezelés szükséges. A talajvízkészlet veszélyeztetettségének mértéke alapján kell az előkezelési módot meghatározni.

31. Lassú beszivárogtatás Szennyvíz elosztása felszíni árkos permetező technika

32. Lassú beszivárogtatás Szennyezőanyag-eltávolítási mechanizmusok Lebegőanyag: a talaj általi szűrés Nitrogén:növényi felvétel, ammónia volatilizáció, nitrifikáció/denitrifikáció Ammónium-ion: talajrészecskékhez kötődhetnek, ahol mikroorganizmusok nitrifikálják Foszfor: adszorpció, kiülepedés, növényi felvétel, ha a növényzet betakarítását rendszeresen végzik

33. Szennyvíz öntözés (talajöntözés) • Szennyvízöntözés = lassú beszivárogtatás egy speciális fajtája • Fő cél a növényzet (valamilyen haszonnövény) vízzel és tápanyaggal való ellátása • Hazai gyakorlat: nyárfás vagy fűzes ültetvények öntözése • Gyakran használt eljárás a délebbi országokban (víz helyben tartása)

34. Nyárfás öntözés Magyarországi gyakorlat Árkos elosztás Drénhálózat!

35. Szennyvíz öntözés

36. Szennyvíz öntözés • Előnyei: • Alternatív vízforrás (vizek helyben tartása) • A tisztítási eljárás kombinálása a termeléssel • A haszonnövények ellátása vízzel és tápanyaggal – pl. fatermelés • Az adott terület mezőgazdasági értékéknek növelése • A műtrágya szükséglet csökkentése • Olcsó és egyszerű üzemeltetés • Kimagasló P eltávolítás • Hátrányok és korlátozó tényezők: • Az öntözött növényekre mérgező hatású összetevők előzetes eltávolítása szükséges • Szigorú egészségügyi és környezeti szabályozások a lehetséges szennyeződésekre és mérgező összetevőkre • Talaj bakteriális elszennyeződése • Talajvíz szennyeződhet - drénhálózat • Szikesedés • Legalább mechanikai előkezelés szükséges. A talajvízkészlet veszélyeztetettségének mértéke alapján kell az előkezelési módot meghatározni.

37. Gyors homokszűrés Szennyvizet egy talajjal kitöltött földmedencébe engedik A szennyvíz a talajon való átszivárgás során tisztul meg A lassú beszivárogtatástól elsősorban a hidraulikai terhelés mértékében különbözik(15-450 mm/nap) – kisebb területigény Talaj szemcseeloszlása fontos Legjobb talajok a viszonylag durva textúrájúak (agyagos iszapok, iszapos homokok) Növényzet nincs - terhelés túl magas ahhoz, hogy a tápanyagfelvételnek jelentős hatása lehessen az eltávolításban Rendszerint utótisztító, vagy mechanikailag előtisztított szennyvíz tisztítására használják

38. Gyors homokszűrési technológia (1)

39. Gyors homokszűrési technológia (2)

40. Medence keresztmetszete

41. Homok és kavics filterek

42. Gyors homokszűrés Nitrogéneltávolítás: nitrifikáció/denitrifikáció 1-3 nap elárasztás, 5-10 nap száradás  a talaj felső rétegében a nitrifikációhoz szükséges aerob körülmények visszaállhatnak A foszfor eltávolítása a talajszemcsékhez való adszorpció eredménye (Fe tartalmú töltet).

43. Gyökérmezős szennyvíztisztítás Szigetelt medence vagy csatorna, amelyet porózus anyaggal töltenek ki Ebben vízi-mocsári növényzet nő A víz szintje megfelelő működés esetén a felszín alatt marad Az áramlás iránya vízszintes vagy függőleges lehet

44. Gyökérmezős szennyvíztisztítás A szennyvíz a rizómákkal sűrűn átszőtt talajon történő átfolyás során tisztul meg A növényi tápanyagok eltávolítása növényi felvétel, talajszemcsékhez kötődés és biológiai folyamatok során megy végbe A szervesanyagok eltávolításában biológiai folyamatok vesznek részt, míg a lebegőanyagokéban a szűrés

45. Gyökérzónás szennyvíztisztítás Függőleges átfolyású műtárgy: Vízszintes átfolyású műtárgy:

46. Vízszintes átfolyású rendszer

47. Vízszintes átfolyású rendszer

48. Felülnézet

49. Gyökérmezős szennyvíztisztítás

50. Előnyök és hátrányok • Előnyök • Szag-emisszió mentes • Minimális iszapkezelési költség • Minimális felügyeleti és élőmunka igény az üzemeltetésnél • Alacsony évszakfüggőség (nitrogén-formák) • Esztétikai megjelenés • Hátrányok • Nagy területigény • Relatíve magas beruházási költség • Maximált élettartam • Eltömődési érzékenység • Gyenge növényi tápanyag eltávolítási hatékonyság