Ökológia és szennyvíztisztítás
2009/3. lapszám | Elek Edina | 7251 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az „Élőgépek” szennyvíztisztítási technológia olyan magyar mérnökök által kifejlesztett eljárás, amely ma nem csupán hazánkban, de a nemzetközi piacokon is egyre elismertebb. Ennek elsődleges oka, hogy míg a hagyományos szennyvíztisztítók meglehetősen sok negatív hatással (kellemetlen szagok, zajhatás, környezetbe nem illő kialakítás) járnak, az Élőgépek-telepek a városias környezetbe remekül illeszkedő, esztétikus, botanikus kert külsejű, szaghatások nélkül működő létesítmények. Külső adottságaikon túl kiemelkedően magas tisztítási hatásfokra képesek úgy, hogy üzemeltetési költségeik jóval alulmúlják a hagyományos rendszereket. A következőkben bemutatjuk önöknek magát a technológiát, az előnyeit, gazdaságosságát és alkalmazási területeit.
Az Élőgépek szennyvíztisztítási technológia alapjai
Az Élőgépek szennyvíztisztítási technológia alapjait a ’80-as évek végén és ’90-es évek elején fejlesztették ki az Amerikai Egyesült Államokban és Skóciában. A módszer kidolgozásánál kiemelt szempont volt a legújabb ökológiai tervezési elvek és ismeretek egységes felhasználása. Az Élőgépek technológia különlegessége a biológiai sokféleség lehetőségeinek maximális kihasználásában rejlik. A természetes tisztítási folyamatok felgyorsításával a rendszer egyesíti a hagyományos eleveniszapos technológiák és a természetközeli tisztítási módszerek előnyeit. Az Élőgépek technológia alapvetően az eleveniszapos eljárásoknál szokásos levegőztetett reaktorokból és az azokra telepített – mintegy 2000-3000 fajból álló – ökoszisztémából épül fel. A szennyvíz összetételétől és a tisztítási igénytől függően a technológiai sor anaerob előtisztítóval, anoxikus zónával, illetve utótisztítóként szükség szerint levegőztetett biológiai szűrővel egészül ki.
A tisztításban a baktériumok mellett zooplanktonok, különböző növények, sőt kagylók, csigák és halak is részt vesznek. Reaktorok kaszkádrendszerét képzeljük el; az ökológiai tervezés egyik alapelveként az Élőgépek technológia sokcellás felépítésű. Az egyes cellákban a lebontás előrehaladásával más és más összetételű életközösség (ökoszisztéma) jön létre. A növények a levegőztetett tartályok tetején elhelyezett rácsra vannak telepítve, a szennyvízbe 1-1,5 m mélyen benyúló gyökérzetük révén hatalmas felületet és kiváló életteret biztosítanak a tisztításban részt vevő élőlények sokaságának. A levegőztetett biológiai szűrőben könnyen lebegésbe hozható hordozóanyag biztosít például a kagylók számára megfelelő felületet, míg a reaktor külső tere a tisztításban részt vevő halak kedvenc tartózkodási helye. A mikrobakultúrák, a növényi gyökereknek köszönhetően, helyhez kötöttek.
Míg a hagyományos szennyvíztisztító reaktorokban általában alkalmazott biofilmhordozók mindössze kb. 200-500 m2/m3 fajlagos felülettel rendelkeznek, addig a növényi gyökereknél általános a 10-12 000 m2/m3 fajlagos felület. A nagyságrendi különbség magáért beszél. Magyarországi éghajlati körülmények között a technológia üvegházban kerül elhelyezésre. Az üvegház feladata, hogy a téli időszakban is biztosítsa a növények számára az életfeltételekhez szükséges minimális 6 °C hőmérsékletet. Télen, a különösen hideg éjszakákon a minimális külső fűtési igény termoventilátorokkal könnyedén biztosítható, minden egyéb esetben a nyáron árnyékoló függönyként is működő hőtükrök, valamint maga az üvegházhatás elegendő a megfelelő hőmérséklet fenntartásához.
A rendszer részei
Anaerob reaktor: erősen szennyezett szennyvizek előtisztítására, harmadik tisztítási fokozatban biológiai foszforeltávolításra.
Anoxikus reaktor: előtisztításra és harmadik tisztítási fokozatban denitrifikálásra.
Zárt aerob reaktor: erősen szennyezett szennyvizek első fokozatú aerob előtisztítására, beépített biofilterrel.
Nyitott aerob reaktor I.: a szennyezést jól tűrő és azt hasznosító növényekkel betelepített és levegőztetett reaktor, általában többfokozatú, kaszkádrendszerű kiépítésben.
Nyitott aerob reaktor II-V.: A szennyezettségtől függően a nitrifikáció a további aerob fokozatokban történik. A sorba kapcsolt további egységek végzik a nehezen bontható alkotórészek lebontását, amiben a növények mellett kagylók, csigák is részt vesznek.
Ülepítő: a szerves anyagok lebontásából keletkező bakteriális biomassza elválasztására, a hagyományos eleveniszapos tisztítóknál kisebb iszapkoncentráció és fölösiszap-képződés mellett.
Levegőztetett biológiai szűrők: a tisztítási igénytől függően több fokozatban használt többfunkciós utolsó tisztítóegység kolloidok, nehezen bontható részek eltávolítására, jelentős denitrifikáló hatással.
Fúvó, levegőztető vezetékek, recirkuláltató rendszer, szellőztető rendszer.
Magyarországon sajnos
A legtöbb esetben, kifejezetten ebben a gazdasági helyzetben, mind a településekre, mind az iparra fókuszálva, megállapíthatjuk, hogy nincs elegendő pénz nagyobb környezetvédelmi beruházásokra, holott a jogszabályok, rendeletek adottak, s pénz ide vagy oda, a szabályoknak való megfelelést szigorúan ellenőrzik. Az Élőgépes megoldás különösen kis alapterületű, kompakt telepeket eredményező változata az FBR-technológia (fed-batch reactor), melynek fő vonása, hogy egyesíti a folyamatos és a szakaszos tisztítórendszerek előnyeit: a tisztítás és a feladás ciklusokban történik, azonban a biológiai folyamatok térben elkülönülve, de egyidejűleg mennek végbe. A reaktortér ebben az esetben egy fő-, illetve egy mellékreaktorra osztható. A főreaktorban a ciklus reakciós fázisában mindig aerob, míg a mechanikusan kevert előtétreaktorban (mellékreaktorban) a tisztítás által megkívántaknak megfelelően anaerob vagy anoxikus körülmények uralkodnak. A technológia ciklikussága és a befolyó szennyvízáramok közelítőleg folyamatos volta miatt általában több párhuzamos sor dolgozik nagyjából egymással ellentétes fázisban, alkalmazkodva a pillanatnyi befolyó térfogatáramhoz.
Gazdaságosság és tisztítóhatás
Az Élőgépek szennyvíztisztító beruházási és üzemeltetési költségei a hagyományos eleveniszapos technológiákhoz képest lényegesen kedvezőbbek. A magas fokú tisztítási hatékonyság kiváló üzemeltetési és gazdasági paraméterekkel párosulva minden tekintetben felülmúlja az egyéb hagyományos eleveniszapos rendszerek hasonló mutatóit. Kiemelkedő teljesítményét és stabilitását nem kis részben a mesterségesen felépített, komplex biológiai életközösségnek, azaz ökoszisztémának tulajdoníthatjuk.
Az alacsonyabb költség okai a következők:
- Az önszabályozó és önfenntartó teljes ökológiai rendszer kevesebb gépészeti és szabályozó berendezést igényel.
- Kompakt, kis alapterületet igénylő technológia.
- Az építéshez használt üvegház a mezőgazdaságban széles körben elterjedt, nagy sorozatban gyártott, rendkívül gazdaságos szerkezet.
- A tisztításban résztvevő növények a gyökereken keresztül oxigénnel látják el a fixfilm baktériumait, ezáltal a levegőbefúvás energiaigénye alacsonyabb.
- A rendszerben lényegesen kevesebb fölösiszap keletkezik, ami jelentős költségmegtakarítást eredményez.
- A technológia önszabályozó képessége miatt a működtetés alig igényel emberi beavatkozást.
Az igen hatékony finombuborékos mélylevegőztetési módot alkalmazva, továbbá a gyökerek oxigéntranszportja révén kb. 2-2.5 kg O2 szükséges egy kg BOI5 lebontásához, így a tisztítás fajlagos energiaigénye a kapacitás kihasználtságától függően 0,45-0,65 kWh/m3. Az Élőgépek technológia alapkivitelben is nagyon magas tisztítási hatásfokot biztosít, a szerves anyag, a lebegőanyag és a nitrogén eltávolításában jóval meghaladja a harmadlagos tisztítási fokozattal szemben támasztott követelményeket is. A tisztított szennyvíz paraméterei a legszigorúbb (I. kategória) követelményeknél is tisztább vizet eredményeznek. Az Élőgépek rendszer részben az utótisztításnál jelen levő egyes kagylók szűrőképessége révén rendkívül jó hatásfokkal tudja csökkenteni a Coliform sejtek számát.
Egyéb előnyök
A növények bevezetése a szennyvíztisztítási rendszerbe nemcsak szigorúan vett technológiai előnyöket jelent: az üvegházas lefedés, valamint a növények által biztosított botanikuskert-szerű megjelenés a városi környezet jól integrálható részévé teszi a Élőgépes szennyvíztisztító telepeket. Ez további előnyöket hoz a konvencionális megoldásokhoz képest. Az első ilyen előnye a szennyvizet termelő háztartások és a víztisztítók közti távolság csökkentésének az, hogy ezáltal a szennyvíz jelentősen rövidebb időt tölt a csatornarendszerben, azaz megelőzhetők a csatornában lejátszódó kedvezőtlen biológiai folyamatok, illetve a víz kihűlése, melyek mind a biológiai tisztítást nehezítik a jelenleg alkalmazott esetekben. A második előny akkor mutatkozik meg, amikor (manapság egyre gyakrabban) igényként jelentkezik a tisztított víz szürkevízként történő újrahasznosítása. Egy olyan településen, ahol a tisztítási folyamat több kilométerrel távolabb történik, nem biztos, hogy gazdaságosan megoldható a szürkevíz-hálózat kiépítése; sokkal célszerűbb olyan megoldást választani, ahol a tisztított víz helyben „állítható elő”.
A tisztított víz újrahasznosítása
Napjainkban egyre népszerűbb, szinte közhellyé vált a fenntartható fejlődés fogalma. Mérnökök ezrei dolgoznak környezetünk megóvása érdekében, e célt szolgálja a megtisztított szennyvíz újrahasznosítása is. Az Élőgépek technológia ilyen jellegű felhasználásra is lehetőséget biztosít, hiszen az alapkiépítésen felül a rendszer teljes mértékben testre szabható; az újrahasznosítási igényszintnek megfelelően lehetőség van finomabb utótisztítási (szűrési, fertőtlenítési) lépések beiktatására. Az ilyen tisztítók túlnyomó többségénél a tisztított szennyvizet ház körüli, mezőgazdasági vagy városi területek öntözésére, vagy mellékhelyiségek öblítésére visszaforgatva hasznosítják.
Alkalmazási terület
A technológia megépítésétől számítva a reaktorterek tulajdonképpen mint passzív elemek, „betonba öntve” látják el feladatukat. Ennélfogva a helyes reaktortechnika megválasztása alapvető jelentőséggel bír a hatékony és üzembiztos működés szempontjából. Ha le szeretnénk határolni az Élőgépek alkalmazási területét, a legegyszerűbb, ha a „biológiára” hagyatkozunk. Minden olyan tevékenységből fakadó szennyvíz megtisztítására alkalmas a rendszer, amely biológiai úton lebontható komponenseket tartalmaz. Értjük ezalatt például a kommunális szennyvizeken kívül az élelmiszer-, papír-, textilipar által kibocsátott szennyvizeket, amelyek a fenti követelménynek megfelelnek. Általában egy vagy több települést kiszolgáló kommunális szennyvíztisztítók ezek, például Etyek, Telki, Diósjenő, ipari parkok – pl. a nagytétényi Harbor Park – vagy sajtgyár – pl. Gic – szennyvíztisztítói.
Élővizek rehabilitációja
Az Élőgépek technológia egy speciális változata az úszó szerkezetre telepített tisztító berendezés, mely erősen eutrofizálódott tavak, folyók helyreállításában játszik fontos szerepet. Ennél a megoldásnál mamutszivattyú segítségével keringtetik a rendszeren keresztül részben a tó vizét, illetve a magas szervesanyag-tartalmú, könnyen bomló iszapot. A berendezésre telepített ökoszisztéma egyrészt biológiai katalizátorként hatékony segítséget nyújt a tó természetes biológiai rendszerének helyreállításában, másrészt az iszap mineralizálásával jelentősen képes csökkenteni annak a tóban felgyülemlett mennyiségét. Az Egyesült Államok északi határához közeli 7 hektáros Flax-tóban például egy ilyen berendezés hatására az iszap mennyisége két év alatt (kotrás nélkül!) 50 000 m3-rel csökkent.
Gyakran előforduló kérdések a technológiával kapcsolatban
Miért nevezhető szagmentesnek az Élőgép a hagyományos berendezésekkel szemben? A technológia szagmentes, hiszen a növényekkel betelepített biológiai szűrők teljes szagmentességet biztosítanak. A kellemetlen szagot okozó illóanyagok lebontását a szűrő töltetébe telepített speciális mikrororganizmusok végzik. További „védelmi vonalat” jelent maga az üvegház is, mely azon kívül, hogy szerepet játszik a hőmérséklet állandó szinten tartásában, lefedést is biztosít. Mi történik a keletkezett iszapmennyiséggel? Az iszap víztelenítése helyben megoldott, ennél a technológiánál lényegesen kevesebb iszaptömeg keletkezik, mint a hagyományos szennyvíztisztítás során. Ennek oka az, hogy a komplex ökoszisztémában többszintes táplálékláncok alakulnak ki, azaz a szennyeződéseket feldolgozó baktériumokat más lények fogyasztják, amelyeket viszont magasabb rendűek tizedelnek meg, így végeredményképpen a szennyvíztisztítás üzemköltség-növelő mellékterméke, a szennyvíziszap fajlagos hozama alacsonyabb. Minél kevesebb iszap keletkezik, annál nagyobb a technológia hatékonysága, hosszabb távon ez sokszoros előnyt jelent. Semmi nem akadályozza meg a keletkező iszap helyben történő komposztálását sem, azonban a nagyobb komposztálótelepek közelsége okán nemritkán gazdaságosabb ide szállítani a szennyvíztisztító telepen keletkezett iszapot.
Milyen igényei vannak a technológiai növényeknek? A megfelelő életkörülményekhez fontos a hőmérséklet megfelelő tartományban, min. 6-8 oC-on tartása, valamint a megfelelő páratartalom beállítása. Ezt nagyban könnyíti az adott ország, éghajlat viszonyaihoz alkalmazkodott helyi növényfajok alkalmazása. Hogyan biztosítják a megfelelő páratartalmat? Szórófejek segítségével történik a párásítás elősegítése, az üvegház oldalán és tetején is ablakok biztosítják a levegő áramlását, az ablakok automatikusan nyílnak a hőmérséklet és a szélsebesség függvényében. Milyen növényi fajok biztosítják az ökológiai életteret? Bármilyen növényfaj alkalmazható, amely eleget tesz néhány egyszerű követelménynek: jól bírják a folyamatosan nedves környezetet, legyenek kellően ellenálló fajok, valamint minél dúsabb gyökérzettel rendelkezzenek. A növénytelepítésnél fontos a nagy biodiverzitás kialakítása. Országonként más és más az optimális kombináció, nagyon sok helyi faj kerül alkalmazásra, előnyt élveznek a technológiában a mocsári növények.
