Ipari eredetű nyári túlterhelés a Debreceni Szennyvíztisztító Telepen.

Átírás

1 Ipari eredetű nyári túlterhelés a Debreceni Szennyvíztisztító Telepen. Bevezetés A csemegekukorica feldolgozásának időszakában a debreceni szennyvíztelepen a korábbi években kezelhetetlen iszapduzzadás jelentkezett, amely a keletkező szennyvíziszap egy részének kimosódását, illetőleg a nitrifikáció nagymértékű csökkenését eredményezte. Egy technológiai, biotechnológiai fejlesztés eredményeiként napjainkra az iszapduzzadást sikerült teljesen megszüntetni, sőt a nitrifikációt is folyamatossá tenni az említett nyárvégi, átlagos terhelésnek két és félszeresét kezelő időszakban. A 23 évben kezdett üzemmódosítás 26-ra sikeresen befejeződött, amikor is már csak a vegyszerekkel történő foszforkicsapatás és minimális ülepedés javítás kísérleteit végeztük. Mindezekkel elértük, hogy a kukorica feldolgozási időszakban a tisztított szennyvíz minősége jogszabályi előírások majdnem minden Na eé% kivételével paraméterének megfelelt. A probléma ilyen megoldása azt jelentette, hogy megszüntettük azt a minden évben napig tartó időszaknak a szennyvíztisztítás folyamatára gyakorolt káros hatását. Ehhez a legfontosabb lépéseknek a nyár eleji szelektív mikrobiális beoltás, valamint a kellő oxigénellátás folyamatos biztosítása bizonyultak. A telep kiépítése A debreceni szennyvíztisztító telep technológiai sémája az 1. ábrán látható. 1. ábra: A debreceni szennyvíztisztító kiépítése. A város szennyvíztisztító telepe 6 m 3 napi szennyvíz mechanikailag és biológiailag tisztítására, illetve 4. leé. terhelés fogadására alkalmas. A mechanikai előtisztítás rács és homokfogót és két előülepítőt jelent.

2 A biológiai tisztítóblokk 4 párhuzamosan kiépített eleveniszapos medencesor, mely fogadja az előülepített szennyvizet. A négy medencesornak közös iszapköre van. A fölösiszapot az előülepítés előtt a telepre érkező szennyvízbe keverik adszorpciós és ülepedés javító hatásának kihasználására (1. ábra). A biológiai tisztítóegység 1-1 biológiai sora gyakorlatilag a következő medencékből áll: anoxikus medence (77 m 3 ), aerob medence (38 m 3 ), utódenitrfikáló medence (295 m 3 ). 2. ábra: A telep eleveniszap medencéinek a távlati képe. Az előülepített szennyvízhez a medencesorokra történő osztás előtt (I.sz. osztóakna) keverik be a négy utóülepítő vegyes iszapját (iszaprecirkuláció). A szennyvíziszap kezelése gravitációs vagy, gépi sűrítését követően rothasztóban történik. A termelődő biogáznak maradéktalan hasznosítása gázmotorokkal, az általuk villamos és hőenergia nyeréssel valósul meg. A rothasztott szennyvíziszap víztelenítésrét (centrifugálásra) követően komposztálásra és mezőgazdasági elhelyezésre kerül. A komposzt, mint végtermék 26 óta termékminősítéssel rendelkezik. A tisztítómű hidraulikai, és szervesanyag terhelése Debrecen napi szennyvízmennyisége m 3 /d között változik, mint az a több éves vízhozamot bemutató ábrán is megfigyelhető. ( 3. sz. ábra )

3 biológiai szennyvíztisztító átlagos hidraulikai terhelése m3/nap január február március április május június július augusztus szeptember október november december hónap 3. ábra: A debreceni szennyvíztelep hidraulikus terhelésének alakulása az utóbbi években. A tisztítómű biológiai terhelése a hidraulikus terhelés viszonylagos stabilitásával szemben a nyári időszakban többszörösére növekszik. Ez az előülepített szennyvíznek a biológiai tisztítóra érkező szennyezettsége alapján jól látható. (4. sz. ábra) biológiai szennyvíztisztító KOI koncentrációk átlaga években KOI mg/l január február március április május június július augusztus szeptember október november december hónapok 4. ábra: A szennyvíztisztítóba érkező nyersvíz KOI alakulása a legutóbbi években. A tisztítóműt terhelő szennyvíz mennyiségének 2 %-a, (12 15 ezer m 3 /d) ipari szennyvíz. A főbb, és jelentős ipari szennyvízkibocsátók: gyógyszergyár, tejipar, húsipar, konzervgyárak. Az ipari szennyvizek keletkezésük helyén többnyire előtisztításban részesülnek Ez általában mechanikai előkezelést, gravitációs ülepítés, vagy vegyszeres kezelést és flotálást jelent. A gyógyszergyár esetében biológiai előkezelés is történik.

4 A probléma eredete A mezőgazdasági termékeket feldolgozó üzemek szennyvizeit a közcsatornák gyűjtik, ahol az keveredik a városi szennyvízzel. A csemegekukorica gyártás szennyvizének mechanikai tisztítását követően az még jelentős oldott szerves anyag tartalommal rendelkezik. A tisztítómű hidraulikus terhelése átlagosan 48 ezer m3 naponta, a nyári csúcsban azonban 4,5 ezer m 3 napi többlettel szükséges számolni. A biológiai blokkra jutó átlagos szennyezettség 45 mg KOI/l. Ez terhelésben 22,5 tonna KOI/nap, illetőleg 17 t BOI 5 /nap. A csemegekukorica gyártás szennyvize a kibocsátás helyén mérten mg KOI/l. (Voltak 14 mg KOI/l, feletti méréseink is). Az iszapkezelés során a rendszerben maradó présvíz KOI tartalma is további terhelésnövekedést eredményez. A feldolgozás időszakában a szennyvíz átlagosan 17 mg KOI/l terhelés mellett érkezik a biológiai tisztítóra, 11 mg KOI/l terhelés a biológiai blokkra, ami az 5-6 mg KOI/l, mely a tisztítómű tervezett kapacitásának a kétszeresét meghaladó. Számszerűsítve ez 71 tonna KOI/nap, vagy közelítőleg 5 t BOI 5 /nap. A biológiai tisztító túlterhelés a korábbiakban, és mint minden évben ebben az időszakban az eleveniszapos tér oxigénellátottság ugrásszerű romlását okozta. Ennek, valamint a köztudottan iszapduzzadást eredményező csemegekukorica gyári tápanyagnak a hatására alakult ki az adott időszakokban az iszapduzzadás, ami a keletkezett iszap ülepítés problémáját eredményezte. Az oxigénhiány, az iszapduzzadás mellett szükségszerűen a nitrifikáció folyamatának hatásfoka is leromlott. Ezért kellett a szennyvíztisztítónak megoldást találni az ipari szennyvizek tisztítás során jelentkező iszapduzzadás kiküszöbölésére. Előbb a közcsatorna határérték szigorú betartása látszott a megoldás egyik lehetőségének, melyet az üzemek nem tudnak(tak) teljesíteni. 22. év végén a Debreceni Vízmű zrt. döntési kényszer előtt állt a kukorica feldolgozó üzemek szennyvizeinek befogadása, illetőleg azokra helyi előtisztítás megépítésének kötelezése tekintetében. A területi Környezetvédelmi Felügyelőség, a Vízmű., és a DEKO üzemek egyeztető tárgyalásának eredményeként kísérleti, átmeneti megoldást választottak a 23, 24-es évre. Az éveket kísérleti időszaknak terveztük, adatnyerés, és a megfelelő technológiák kiválasztása érdekében. A szóba jöhető lehetőségeink a következők voltak: - klasszikus, nehezítő szerekkel történő iszapülepedés javítás, - biotechnológiai módosítás a keményítős szennyvíz szerves anyagai lebontásának a speciális tenyészettel történő meggyorsításával. Időben előbb a biotechnológiai lehetőséget vizsgálta a Vízmű. Bebizonyosodott, hogy a megoldás iránya helyes, de egyidejűleg kellő oxigénellátás növelésre is szükség van. A kiépített kapacitások mellett a cseppfolyósított ipari O 2 gáz bevitelt is alkalmaztunk. A következő évek a beoltás és levegőztetés javítás együttes hatásának eredményességét a évek bizonyították. Ezekben az években az eredmények értékeléséhez, véleményezéséhez a Veszprémi Egyetem, és a Budapesti Műszaki Egyetem segítségét is kértük. Megállapításaikat a fejlesztési munkáink során hasznosítottuk. A mikrobiális oltóanyag kiválasztását, s a szükséges mennyiségben történő előállítását a Központi Élelmezéstudományi Intézet és az INVESTCHEM Kft végezte.

5 Mikroorganizmus tenyészettel történő beoltás A tisztító telep eleveniszapos terében a keményítő lebontására specializálódott mikroorganizmusok koncentrációja alacsony, ezért csak többlet energia bevitellel és magasabb iszap koncentrációval képesek a csemegekukorica feldolgozásának időszakában a rájuk háruló feladatot megoldani. Ez a korábbi években, Debrecenben és más városainkban is gondot okozott a lakossági szennyvíztelepek üzemeltetésénél. Az iszapduzzadás nagyon érzékennyé tette a tisztító telepeket az iszapelúszásra, ami különösebb csapadékhatás nélkül is könnyen kialakulhatott. A debreceni szennyvíztelepen a 2-3 mg KOI /l koncentrációt is elérte a tisztított víz KOI érték. Ez értékek a kibocsátási határérték többszöröse. A speciális tenyészet alkalmazása biotechnológiai optimalizálást jelentett olyan starter kultúrával, amely a - a szennyező anyagot képes specifikus energiaforrásként felhasználni, tápanyagként hasznosítani, ezáltal a szennyvíz keményítő-tartalmán szaporodva jelentősen lecsökkentik annak KOI értékét - aerob körülmények között kis a tisztítandó víz átlagos tartózkodási idejénél kisebb, vagy azt csak kissé meghaladó - generációs idővel szaporodik és anaerob körülmények között is életképesek maradnak, - specialisták, amelyek megfelelő tápanyag jelenlétében- kisebb iszap koncentráció esetén is jobb hatásfokkal képesek a bevitt oxigént hasznosítani, mint a rendszerben állandóan jelen lévő, a keményítőt nem elsődleges tápanyagként használó mikrobák, - ennek következtében csökken a keletkező biomassza fajlagos tömege, iszaphozama, - csökken a rendszerbe juttatandó fajlagos oxigén mennyisége (a specifikus mikroorganizmusok anoxikus térben is képesek szaporodni (bár sokkal lassabban mint a levegőztetett medencékben), - továbbá, a szennyező anyag (pl.: keményítő) koncentráció változásával párhuzamosan változik a koncentrációjuk, azaz a terhelés (pl.: csemege kukoricagyártás) befejeződése után megfelelő tápanyag hiányában- a kinyert biomasszával kiürülnek a rendszerből, - s mindezek mellett alkalmazásuknak környezetkárosító hatása nincs. A starter kultúrák alkalmazásának előnye: - az oxigén hasznosítás hatásfoka javul, ezáltal a tisztítás fajlagos energiaigénye kevésbé nő, mint a KOI terhelés, - a tisztított szennyvíz KOI értéke alig tér el a normál időszakétól, az eltávolítás hatásfoka >95 %, - a bejuttatást követően mindaddig a rendszerben marad, amíg az elsődleges tápanyagként hasznosított szennyezőanyag a rendszerben mérhető koncentrációban jelen van, azután pedig kiürül, - a fonalasodás visszaszorul. A starter kultúrák alkalmazásának hátránya: - minden egyidejűleg előforduló szennyezőanyag kombinációra ki kell fejleszteni az optimális oltóanyagot, - ha a szennyezőanyag, amelyet elsődleges tápanyagként hasznosított hosszabb időre eltűnik a rendszerből és emiatt a starter összetevői kiürültek, akkor újra kell oltani.

6 Starter kultúra tenyészet szaporítása speciális környezetet, gondosságot igényel, így azt csakis a tenyészet gyártója biztosíthatja, hogy hatását is egyidejűleg garantálhassa. A mikrobiális beoltás hatása 23 -at megelőző években a csemegekukorica feldolgozásának időszakaiban az átlagos Mohl index átlagosan 76 (minimum érték 347, maximum 21) körül alakult. Ilyenkor az iszap ülepedése nem, leginkább csak az elúszása volt érzékelhető. Először 23 ban történt speciális mikrobiális beoltás az eleveniszapos biológiába. Ez dózisát tekintve nem volt jelentős, mégis kedvező irányba vitte a lebontási folyamatokat. Hatására, és a viszonylagosan jobb oxigénellátás eredményeként az iszap ülepedése a rendszerben kedvezőbbé vált, elúszása az utóülepítőkből megszűnt. Ez a 23-as év (fekete) görbéjén ugyan még elérte a kritikus időszakban a 35-es index értéket, de a további években 2 alatt maradt (5. ábra). Debreceni Vízmú Zrt. szennyvíztisztító üzem elveniszap Mohlmann indexének alakulása években ábra: A Mohlmann index alakulása a debreceni szennyvíztelepen években. A 25 - év elején kialakult nagyfokú iszapduzzadás egyéb üzemeltetési problémák következménye volt, s egyáltalán nem kapcsolódott a csemegekukorica feldolgozásához. Az iszapindex javulásával, csökkenésével az iszapelúszás is megszűnt, a tisztított víz KOI értéke a kibocsátási határértéken belül maradt. A 6 sz. ábra mutatja a évek csemegekukorica feldolgozási időszakokban a tisztított szennyvíz KOI tartalmát.

7 22-26 évek csemegekukorica feldolgozás időszakában a tisztított szennyvíz KOI tartalma Kibocsátási határérték július augusztus szeptember október november Hónapok 6. ábra: években a feldolgozási időszakban a tisztított szennyvíz KOI tartalma. A 7. ábra a beoltás előtti év, a 8.sz ábra az azt következő években biztosított oxigénellátottságot mutatja a levegőztető medencék DO mérőjének a regisztrált értékei alapján. Megfigyelhető, hogy 24-től ebben is sikerült eredményt elérni. oxigén ellátottság beoltás előtt 2,5 oxigéntartalom mg/l 2 1,5 1,5 átlag ox napok 7. ábra: Az oxigénellátottság a levegőztetett medencékben beoltás előtt. A 7. sz. ábrán látható, hogy a beoltás előtt a levegőztető medencékben az átlagos oxigéntartalom csupán,6 mg/l. a szükséges 1-1,5 mg/l helyett. A rendelkezésre álló oxigén mellett nitrifikáció nem, legfeljebb kismértékben valósult meg.

8 oxigénellátottság gombás beoltás után években 3,5 3 oxigéntartalom mg/l 2,5 2 1,5 1, január 18. február 4. február 21. március 1. március 27. április 13. április 3. május 17. június 3. június 2. július 7. július 24. augusztus 1. augusztus 27. szeptember 13. szeptember 3. október 17. november 3. november 2. december 7. december 24. napok 8. ábra: Az oxigénellátottság a levegőztetett medencékben beoltás után. A 8. sz. ábrán látható, hogy a beoltást követő években a levegőztető medencékben az átlagos oxigéntartalom csupán 1,2 mg/l. Az oxigéntartalom mellett nitrifikáció hatásfoka nem javult, de a tisztított szennyvíz KOI tartalma tartósan, stabilan a kibocsátási határérték alatt maradt. Összefoglalva: A biológiai szennyvíztisztítás technológiai folyamatát szabályzó eszközök és berendezések módosításának, átalakításának hatására elértük, hogy a 27 évben a Szennyvíztisztítás technológiai folyamatait sikerült stabilan tartani tisztított szennyvíz minőségét a jogszabályi megfelelőség szerint tartani. Számok tükrében mutatjuk be a technológiai átalakítás hatását, a szennyvíztisztítás folyamatát támogató oltóanyag és vegyszerhasználat eredményeit. Eredmények számokban kifejezve.

9 27 év jan febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec Biológiailag tiszt.szv (m3) Biológia felvett vill energia (kwh) Fajlagos energia felh (kwh/m3),33,3,36,33,32,34,31,36,28,3,24,3 Biológia KOI terhelés (mg/l) Biológia elfolyó KOI (mg/l) Eltávolítás hatásfoka (%) 9,5 88,5 8,9 85,3 8,4 89,6 89,9 93,7 93,4 91,1 99,2 9,3 Biológia foszfor terhelés (mg/l) 37,6 18,6 18,3 12,9 11,8 8,9 8,4 8,4 11,6 12, 1,6 9,6 Biológia elfolyó foszfor (mg/l) 6,8 6,1 5,8 6,2 6,8 4,3 4,5 1,3 2,4 3,5 6,5 5,1 Eltávolítás hatásfoka (%) 82, 67,3 68,6 51,8 42,4 51,7 46,1 84,2 79,3 7,8 38,5 46,9 Vízterhelési díj (Ft/m3) 6,866 6,796 6,944 7,464 9,517 7,883 7,375 3,215 3,739 4,991 8,411 8,5 VTD szv menny vetítve (Ft) Víztelenített iszap (m3/hó) Víztelenített iszap sz.ag (%) 21,98 22,97 23,43 22,81 28,84 29,75 3,37 26,85 23,28 22,57 24,66 24,54 Polielektrolit (tonna/hó) Fajl poli felh (kg/tonna isz. sz.ag) 1,7 1,6 11,2 9,9 6,6 7,2 5,9 7,9 9, 8,7 5,7 9, Centrifugák üzemóra HV-TURBO üzemóra PAX 18 adagolás 4 gr/m3 74 Ft/kg (Ft.) Vas III szulfát 29 Ft/kg (Ft.) Keletkezett biogáz (m3) Gázmotorral előállított vill energia (kwh) Biológiailag tisztított szennyvíz mennyisége m jan febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec hónapok 1 sz. ábra SZENNYVÍZTISZTÍTÁSUNK 27 ÉVI TELJESÍTMÉNY MUTATÓI m3 / hó jan febr márc ápr máj jún júl aug szept okt nov dec,4,35,3,25,2,15,1,5, kwh / m3 Biológiailag tiszt.szv (m3) Biológia felvett vill energia (kwh) Fajlagos energia felh (kwh/m3) 2 sz. ábra

10 Biológiai tisztítómű27 évi terhelés mutatói 7 12, 6 1, Biológia KOI terhelés (mg/l) mg / l , 6, % Biológia elfolyó KOI (mg/l) Eltávolítás hatásfoka (%) 2 1 4, 2, Mozgó átl. 2 sz. (Biológia KOI terhelés (mg/l)) hónap, 3 sz. ábra Szennyvíziszap 27 évi mennyisége m3/hó tonna / hó Víztelenített iszap (m3/hó) Víztelenített iszap sz.ag (%) Polielektrolit (tonna/hó) hónap 4 sz. ábra 14 Debreceni Vízmű Zrt. elfolyó tisztított szennyvíz összes foszfor alakulása években hetek száma Össz foszfor (mg/l) 24 Össz foszfor (mg/l) 25 Össz foszfor (mg/l) ábra: A FOSZFOR tartalom változás években.

11 Összefoglalás Az eredményekből a következők számíthatók: 1. A konzervipari feldolgozás időszakában csúcsidőben- a biológiai blokk által felhasznált villamos energia 5 %-al csökkent, miközben a szervesanyag terhelés 29 %-al növekedett. 2. A szervesanyag eltávolítás hatásfoka 81 %-ról 94 %-ra javult. A 29 %-al növekedett szerves terhelés elvileg a villamos energia felhasználás növekedését eredményezi azonos fajlagos érték mellett, de esetünkben ez is csökkenést mutat. (A csökkenés mértéke számokban kifejezve Ft/kW egységárral számolva Ft/hó.) 3. A szennyvíz legfontosabb szennyező komponenseinek a C ; N ; és a P eltávolításának hatásfoka a csúcsidőben javult, mely a vízterhelési díj számított értékében nyilvánul meg. A VTD 7, Ft-ról 3,2 Ft-ra mérséklődött m 3 -ként. Számokban kifejezve Ft/hó eredményességet jelent. 4. A szerves terhelés 29 %-os növekedése mellett a víztelenített fölösiszap mennyisége 2%-al csökkent. A nitrifikációnak szinten tartása az iszap stabilitását jelentette, eredményeként kevesebb polielektrolit felhasználásával magasabb szárazanyag tartalom volt elérhető a préselt iszap (centrifugátum) vonatkozásában. A szennyvíziszap mennyisége -a szerves terhelés növekedés mellett- csökkent, (A mennyiségek alapján az elmaradt kezelés költségének számokban kifejezett értéke Ft/hó megtakarítást eredményezett.) 27-ben 5 m % sza.tart. szennyvíziszappal kevesebb került elszállításra, további feldolgozásra, mint 26 évben. 5. A víztelenített szennyvíziszapnak 26 %-os szárazanyag tartalom elérésével (jelentős javulás) polielektrolit felhasználás csökkenésről tudunk számot adni. A mennyiség csökkenés számokban kifejezett értéke Ft/hó. 6. Amit még figyelembe lehet venni, hogy a szennyvízbírság ezen időszakra nem volt megállapítható. 7. A többlet ráfordítás: az oltóanyag bevitel költsége. Ezt a költséget a szennyező üzemekkel fizettettük meg. A PAX 18 vegyszeradagolás költsége Ft/hó, mely az eredményszámításnál miden esetben negatív előjelű. A 27 évi eredményünk igazolja, hogy adott szennyező anyagok eltávolításában résztvevő speciális mikrobák sokkal hatékonyabban, és kevesebb energiaigénnyel képesek végezni feladataikat, mint azok a vad törzsek, melyek a sok zavaró tényező mellett rászaporodnak a feladat végzésére. Debrecen 28 március 18 Ditrói János