Az eleveniszapos szennyvíztisztítás
Az eleveniszapos szennyvízkezelés a világ jelenleg üzemelő egyik legnagyobb biotechnológiai iparága, ugyanakkor mégis alapvetően különbözik a gazdaságilag fontos fermentációs iparágazatok (mikroorganizmusokból álló biomassza nagyüzemi előállítását szolgáló) ellenőrzött oxigénbevitellel, vagy anélkül működtetett fermentációs rendszereitől. A szennyvíziszap olyan vegyes biológiai kultúra, melynek képesnek kell lennie megbirkózni a szennyvízzel érkező különböző kémiai összetételű, illetőleg molekula- vagy részecskeméretű szerves anyagféleségek hihetetlenül széles skálájával. Mindezen kémiai anyagok egy része a szennyvízcsatornában még az előtt átalakulhat, hogy a tisztítóba beérkezne, más részük pedig biológiailag lebonthatatlan (rezisztens) így átalakulás nélkül jut át a tisztítórendszeren, ha nem adszorbeálódik az iszapon. Az ilyen, ill. a bontható, de mégis toxikus hatású szennyező anyagoknak (xenobiotikumok, nehézfémek, stb.) káros hatásuk van a mikroorganizmus-kultúrára, s így a teljes eleveniszapos rendszerre.
Az eleveniszapos rendszerben azonban szükséges mindezen tápanyagoknak egy megfelelően méretezett reaktorban történő eloszlatása is, hogy a lebegő, vagy rögzített állapotban (biofilm) szaporodó mikroorganizmusok velük közvetlen kontaktusba kerülhessenek. Valamennyi esetben térbeli mikroorganizmus-komplexumok, úgynevezett iszappelyhek / iszapfilmek alakulnak ki. Az előbbieknek, sőt a biofilmből időszakosan leszakadó részeknek is megfelelő ülepedési lehetőséget kell biztosítani, hogy az úgynevezett utóülepítőben kellő mértékben elkülönülhessenek a tiszta folyadékfázistól. A leülepedett mikroorganizmus-tömeget ugyanakkor recirkuláltatni kell a reaktorba, hogy (a mikroorganizmusokat sokszoros munkára fogva) a folyamatot, illetőleg a szennyvíz tisztítását intenzifikálni lehessen.
Az aerob folyamatoknál tetemes költségráfordítással oxigént is biztosítani kell, mely egyrészt a biomassza kevertetéséhez, másrészt az említett, aerob biológiai lebontásért felelős mikroorganizmusok élettevékenységének biztosításához szükséges. Eleveniszapos rendszerek esetében mindig tekintetbe kell venni a befolyó szennyvíz vízhozamának a tápanyagellátásra gyakorolt negatív hatását (nagymértékű fluktuáció), s ezzel a tápanyagnak minősülő szennyező anyagok, valamint a belőlük kialakuló biomassza koncentrációjának és összetételének óránkénti, napi és évszakos ingadozásait. Az egyes folyamatok időállandója ugyan igen eltérő (egyeseké olyan nagy, hogy hatásuk el is hanyagolható), azokkal a tisztításnál mégis számolni szükséges. Hasonló hatása van a különböző hőmérsékletű szennyvíz érkezésének, mely szemmel látható hatással van az oxigénbevitel és a mikroorganizmusok anyagcseréjének, szaporodásának sebességére.
A folyamat végterméke, a mikrobák által képzett biomassza, az úgynevezett eleveniszap a legtöbb országban jelenleg is kihasználatlan tápanyag- és energiaforrás. Annak ellenére, hogy tápanyagokban és értékes nyomelemekben (fémekben) gazdag, és annak élelmiszeripari hasznosítása is lehetséges lenne, az eleveniszapot ma olyan, a környezetet közvetlenül terhelő szennyezőanyagként tartják számon, melynek deponálásáról, ártalmatlanításáról gondoskodni kell, annak magas költségei és az anyag természetéből adódó kényelmetlenségek ellenére is.
A kontrollálhatatlan változók nagy számával együtt is igen jó az eleveniszapos rendszerek hatékonysága. Úgy tűnik, egyértelmű az általános meggyőződés, hogy megbízhatóságuk, sokoldalúságuk és alkalmazhatóságuk rugalmassága miatt minden valószínűség szerint a levegőztetéssel végzett szennyvízkezelési módok közül még hosszú ideig ez lesz a legnépszerűbb. Az ilyen típusú tisztítókat mindig úgy kell tervezni, hogy a bővülő kapacitásigényt is ki tudják elégíteni, valamint az új ismeretekkel kiegészülő komplikáltabb üzemi konfigurációkra is könnyen átalakíthatók legyenek.
Az üzemeltetés monitoringjára alkalmazott komplex mérő, jelátviteli és dokumentációs rendszerek és a számítógépes ellenőrző, szabályozó rendszerek gyors fejlődése ellenére a mai napig az általános használatra épített tisztítók tervezési metodikája fő vonalaiban csak alig változott. A legtöbb esetben az oxikus reaktor továbbra is egy téglalap alapú medence, melyben vagy a fenék közelében elhelyezett diffúzorok, vagy mechanikus felületi kevertetés révén biztosítják a belső térben levő többfázisú anyag mozgatását és oxigénellátását. A reaktor elfolyó vize (az eleveniszappal együtt) pedig egy utóülepítőbe jut, ahol megtörténik annak az elkülönítése a folyadékfázistól. Az iszap a medence fenekéről nagyobb részben visszakerül a levegőztető reaktorba, kisebb része (fölösiszap) további sűrítésre, feldolgozásra kerül.
Eredetileg az ilyen típusú rendszerek elsődlegesen azzal a céllal épültek, hogy a kommunális szennyvizek szerves széntartalmát, ill. a bennük természetszerűleg előforduló egyéb szerves (tehát biológiailag bontható) komponenseket képesek legyenek eltávolítani. Ezzel a tisztított elfolyó víz tartósan alacsony BOI5- és lebegőanyag-tartalmával, a befogadó szerves anyag terhelését annak öntisztító kapacitása, vagy hatóságilag előírt határértékei alá csökkenthessék. A BOI5-re és a lebegőanyagra vonatkozó úgynevezett 30:20-as szabvány, ami mg/l mértékegységben megadott koncentrációkat jelentett, korábban több országban is széles körben használatos volt, mint a kommunális tisztítóktól megkövetelt, a tisztított elfolyó vízre vonatkozó minőségi határérték.
A vízi környezet növekvő terhelésével, s a technológiák folyamatos fejlődésével azonban egyre növekvő igény jelentkezett az elfolyóvíz ammónia / ammónium-tartalmának csökkentését illetően. A vizsgálatok kimutatták, hogy ez a vegyület jóval toxikusabb a halakra nézve, mint a nitrát. A tisztítók tervezésénél tehát ettől kezdve úgy kellett a meglévő elveket módosítani, hogy az üzemben a nitrifikációhoz szükséges körülményeket is biztosítani lehessen. Az utóbbi két évtizedben az eutrofizáció hosszabb távú veszélyeivel szembesülő szakemberek már eleve olyan tisztítókat terveztek, melyek képesek mind a foszfor-, mind a nitrogénformák mikrobiológiai eltávolítására. Várható, hogy a jövőben a közvélemény nyomásának hatására az elfolyó vízre az eddigieknél is szigorúbb törvényi szabályozást készítenek, így ezek a nagyobb költséggel kiépíthető tisztítók idővel széles körben elterjednek. A megnövekedő reaktorméret révén lehetőség lesz különböző körülményeket biztosító részmedencék kialakítására, különös tekintettel az egyes medencékben a biomassza oxigénellátottságára, mely a különböző folyamatokra (foszforeltávolítás, nitrifikáció, denitrifikáció, BOI-eltávolítás) specifikus mikroorganizmus csoportok kellő mértékű elszaporodását biztosítja.
Az egyre összetettebb kiépítésű tisztítók képesek a jelenkor megnövekedett igényeinek kielégítésére is. Az ilyen rendszereknél az alacsony oldott oxigén-ellátottságú, de ugyanakkor magas oldott nitrát koncentrációjú anoxikus medencetér beiktatásával lehetővé vált a denitrifikáció, a nitrát- és oxigénszegény környezet pedig az anaerob medencében biztosít előnyös körülményeket a foszforakkumulációra képes mikroorganizmusok elszaporodásához. A folyamatban ezt következő reaktorzónáiban a szerves komponensek immobilizációja és széndioxiddá alakítása, az ammónium oxidációja és a foszfor nagyobb fajlagos mennyiségben történő felvétele következik be.
A cikk még nem ért véget!