Environmental protection | Water management » A szennyvíztisztítás folyamatairól egy kicsit másképpen

A szennyvíztisztítás folyamatairól egy kicsit másképpen Dr. Fleit Ernő egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék copyright Dick H. Eikelboom/ASIS 1 A vízöblítéses wc-től az integrált membrántechnológiáig  A problémák (egyik) oka: „a civilizáció fokát az is méri, hogy az ember mekkora távolságot tart önmaga és az anyagcsere végtermékei között” 2 A klasszikus biológiai szennyvíztisztítás 2 lépése  Oxidáció (aerob heterotróf mikroorganizmusok)  Ülepítés (pelyhek) 3 „Bacik, férgek, bugs”  Az eleveniszap: MESTERSÉGESEN FENNTARTOTT VÍZI ÖKOSZISZTÉMA Microthrix parvicella fluoreszcens mikroszkópos képe 4 Valójában több tucat különböző „képességű” és morfológiájú fajcsoport alkotja az eleveniszapot Fluroeszcens jelölésű Nitrobacter sejtcsoport (pehely) 5 Egysejtűeket is találunk.  Ezek szűrő életmódot folytatnak (vagy legelnek)

Vorticella 6 Az eleveniszap, mint mesterséges ökológiai rendszer  Élő sejtek (zömmel baktériumok)  Elpusztult sejtek  Nagyobb (5-100 mikrométeres) ún. partikulált anyagok (szubszrátok, pl. keményítő)  Szervetlen frakció (izzítási maradék) ez elérheti a teljes tömeg 10-50%-át is (!) 7 Fonalas és pehelyképző baktériumok arányai Fonalasodás Normál, kedvező szerkezetű iszap 8 Ha nincs rendben a fonalas/pehelyképző arány 9 Akkor tényleg baj van 10 Hogyan jön létre az eleveniszap?  Spontán módon  Beoltással (többnyire ez a módszer – UASB, membránreaktoroknál feltétlenül)  A pelyhek kialakulása spontán folyamat – a pehelyméretet a telepen a mechanikai nyíróerők alakítják ki (de nem csak ezek!) 11 Az eleveniszap „biokémiai és ökológiai” viselkedése A részecskék két nagy csoportja: • finom 0,1 – 5 mikronos sejtek • nagyobb sejtaggregátumok (pelyhek, 50 – 500 mikron)

12 Az iszap jellemzésére használt „makroparaméterek”  Iszapkoncentráció (2 - 6 g/L)  OUR (oxygen utilization rate)  30 perces ülepedés, SVI, DSVI, TEFL 13 Az eleveniszap „ökológiája”  A fajlagos növekedési sebességben mutatkozó hatalmas különbségek  Eltérő szubsztrát preferenciák  Eltérő terminális elektronakceptorok (aerob, anoxikus, anaerob reakcióterek szelektív hatásai)  D.O, pH, hőmérséklet, S konc és minősége – eltérő faji válaszreakciók – tolerancia küszöbök  „Normál” működési paraméterek mellett az eleveniszap baktérium közössége messze a maximális növekedési sebesség alatt szaporodik (akt  max) 14 Az eleveniszap pehely összetétele, felépítése  Miért jönnek létre sejtes „aggregátumok”? Elméletek:  Nyálka kapszula (sejten kívüli polimerek – ESP (extracellular slime proteins)  A sejtfelszín negatív töltése (+

töltött ionok segítik a sejtek összekapcsolódódását)  Molekuláris összekapcsolódás (sejtfalon túlnyúló fibrillumokkal) 15 A pelyhek létének következményei  A fázisszétválasztás lehetséges (jó esetben)  Mikrogradiensekben gazdag környezet (diffúziós limitáltság) 16 Biológiai értelemben miből áll az eleveniszap? – Pehelyformáló baktériumok – Fonalas baktériumok – Nem pelyhesedő, szuszpendált baktériumok – Egysejtűek (pl. csillósok - szűrés), többsejtűek (pl. Nematodák - férgek) – legelés, ragadozás 17 Az iszap mikroszkópos morfológiája               Mit látunk? – Hogyan értelmezzük technológia szempontjából a mikroszkópos képet? 100x nagyítás A pelyhek alakja Átlagos mérete Egysejtűek, többsejtűek jelenléte és száma Fonalas szervezetek jelenléte, száma, alakja Szervetlen részecskék (zsírcseppek, textilszálak, stb.) 400-500x

nagyítás A pelyhek felépítése (kompozíciója) A flokkok textúrája (kompaktsága) Diszperz növekedésű sejtek jelenléte Fonalas szervezetek azonosítása (alak, méret, stb.) 1000x nagyítás Fonalas szervezetek festődési tulajdonságai, 1 m-es tartományban sejtek alakja, kapcsolódási formái 18 Főbb folyamati paraméterek Oxidációs árok Előülepítő BOI terhelés* Levegőztetett idő Nitrifikáció Iszapkor Iszap stabilizáció nincs 0,05 60-72 (óra)  90% 4-12 hét Aerob Hagyományos eleveniszapos rendszer Alacsony terhelés Nagy terhelésű Van Van 0,1 – 0,4  0,5 5-8 4 közel 100% Nincs  5 nap  3-5 nap anaerob Anaerob 19 A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái  A tisztított (elfolyó) szennyvízben a megnövekedett lebegőanyag tartalom okai lehetnek:  Diszpergált növekedésű baktériumok szaporodása (magas iszapterhelés, szűrő Protozoák hiánya, stb.)  Deflokkuláció a levegőztető medencében

(túlzott levegőztetés vagy keverés, mérgező hatások)  A kis flokk-ok nem szűrődnek ki a nagy flokkok hálóján az utóülepítő medencében – pin-point floc jelensége  Az utóülepítő hidraulikai túlterhelése 20 A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái  Az utóülepítő hibás tervezése (a terhelés egyenetlenül oszlik meg a medencében – bukóélek!)  Felúszó iszap a denitrifikáció következtében (főleg nyáron, ha túl nagy a tartózkodási idő az utóülepítőben, és még van maradék BOI)  Nocardia szaporodás miatt (a gázbuborékok felflotálják a retikuláris növekedésű flokkokat)  Ha a kotró nem éri el az utóülepítőben felhalmozódó iszap egy részét, az ott berothad, gázok képződnek, és ez „felflotálja” az iszapot.  Fonalas (filament) baktériumok túlszaporodása 21 BULKING Iszapfelúszás –– (per def.) ha a fonalas szervezetek túlszaporodása okozza az ülepítési problémákat

22 Néhány fonalas mikroszervezet Thiotrix – S granulumok Kén teszt 23 Indikátor szervezetek  Microthrix parvicella (alacsony F:M arány) 24 Festési eljárások és morfológia  1851 típus (Gram festés)  0092 típus (Neisser festés) 25 Thiotrix baktérium megtelepedése felszíneken  Az immobilizált életforma dominanciája 26 Bakteriális fonalak (filamentek) Fonalas szervezetek (általában baktériumok, de gombák is lehetnek az eleveniszapos rendszerekben)  Megfelelő arányban természetes tagjai az iszap életközösségnek – tehát nem per se károsak!   Növekedési forma: random vagy unidirekcionális szaporodás (pehelyképző vagy fonalképző szervezetek)  Rendszertani besorolásuk (milyen baktériumok, csak az elmúlt évtizedben kezdődött meg), kb. 30 féle filament ismert. (Kódszámokkal és fajnevekkel is jelölik őket)  Sphaerotilus natans – egy félreértés  Domináns és szekunder

megjelenésű fonalak 27 A fonalak mikroszkópos meghatározása  Alak (görbült, egyenes, elágazó)  Méret (sejtek és teljes fonal hossz, vastagság)  Gram és Neisser festési tulajdonságok  Felülethez kapcsolt növekedés (üvegmosó kefe)  Kapszula – nyálka burok (van -nincs)  Kénpróba (szulfid redukció elemi kénné) – Beggiatoa, Thiotrix, 0914 típus 28 A domináns szervezetek működési zavarokat jeleznek (bioindikátor szervezetek) Működési zavar Alacsony D.O Alacsony F:M arány Berothadt nyers sz.víz C:N:P arány gondok Alacsony pH Indikátor szervezet 1701 típus, S. natans, H hydrossis M. parvicella, Nocardia, 021N, 0041 típusok Thiotrix, Beggiatoa Thiotrix, 021N típus Gombák 29 Miért van iszapfelúszás?     Szelektív szaporodási előny bizonyos speciális szubsztrátokon (pl. szénhidrátok) Szelektív szaporodási előny bizonyos terminális elektron akceptorokon (pl. nitrát) A térben irányult

sejtnövekedés és a gradiensek szerepe Egyéb teóriák 30 Hogyan küzdhető le a felúszás? A probléma azonosítása (pl. mikroszkópos vizsgálat) Az alábbi három módszer közül választás (függően a probléma súlyosságától, és a telepi műszaki adottságoktól, és „az anyagiaktól”)   – – – A RAS (iszap recirkulációs ág) manipulációja és a betáp. pontok (nyers szennyvíz) Kémiai kezelés (flokkuláló szerek adagolása a jobb ülepedés érdekében) Toxikus (szelektív) anyagok adagolása a fonalas szervezetek „irtására” 31 Az egészséges rendszer 32 Következtetések és kitekintés  Az iszap nem homogén, semmiképpen nem tekinthető „bacik” homogén halmazának  A morfológia és a biokémia egyaránt fontos, és egymástól nem elválasztható  Számos hatótényező ismeretlen (black box koncepció és feloldása)  Költségek és a jövő feladatai, technológiái 33