Szakaszos betáplálású eleveniszapos szennyvíztisztítás /SBR/
1. Bevezetés
A szakaszos betáplálású – töltő – ürítő – eleveniszapos szennyvíztisztítók /Sequencing Batch Reactors -SBR/ az eleveniszapos rendszerek talán legkorábban üzemeltetett változatai. Mégis a század hetvenes éveinek végéig, részben a folyadék és levegőbetáplálás vezérlésének korábbi színvonala és a szakaszos folyadékelvétel problémái, részben a kisebb települések szennyvíztisztításával szemben támasztott kevésbé szigorú követelmények miatt az ilyen rendszerek a nagy kapacitású tisztítók kiépítésére alkalmasabb, folyamatos átfolyású, egyenletesen levegőztetett tisztítókkal szemben háttérbe szorultak. A befogadók előírásainak szigorodása, az SBR szerencsés adottságai, megfelelő hatékonysága, egyszerűsége, és az, hogy iszapduzzadásra egyáltalán nem hajlamos, s így folyamatos felügyeletet sem különösebben igényel /részben éppen a részegységek és az irányítástechnika időközben bekövetkezett hatalmas fejlesztése eredményeként/, valamint nem utolsó sorban a szennyvíztisztítás kis településeken legutóbbi években jelentkező általános igénye a megoldás ugrásszerű terjedését eredményezte. A felügyelet nélküli kis telepek egyébként is a vezérlés, automatika fejlesztését igényelték.
A témakör közleményei igazolni látszanak, hogy az SBR esetében megfelelő levegőztetés-szabályozással egyidejű nitrifikáció és denitrifikáció is biztosítható, ami a szabályozás új távlatait látszik megnyitni. A denitrifikáció és foszforleadás egyidejű, vagy egymást követő folyamatainak szabályozásáról napjainkra már hasonlóan vélekednek a kutatók. Mindezek alapján valószínű, hogy a levegőztetés és keverés szabályozása az aerob – anoxikus átalakulások, a nem levegőztetett szakaszok keverése, és közben a friss szennyvíz betáplálásának üteme, sebessége pedig a denitrifikáció és foszforleadás szabályozásának lehetőségét biztosíthatja.
Az SBR technológiák ilyen fejlesztése dinamikájának vizsgálata nélkül alig képzelhető el. Az SBR dinamikája ugyanakkor csakis számítógépes szimulációval értékelhető megfelelőképpen, hiszen annak működtetését nem csak az érkező szennyvíz mennyiségével változó terhelés ciklikusságának, hanem az üzemeltetés szinte minden művelete hasonló szakaszosságának figyelembevételével, a periodikusan ismétlődő részfolyamatok /makro és mikrociklusok/ együttes vizsgálatával, a reaktorkialakítás és hidrodinamika figyelembevételével, folyamatos változásában kell követni. A rendszer dinamikájában az ilyen üzemvitelnél alapvetően mégis a betáplálás szakaszossága a meghatározó. A technológia további fejlesztésénél figyelembe kell venni a levegőellátás vezérlésével, szabályozásával elérhető finomszabályozás lehetőségét is, ami a tapasztalatok alapján hasonlóképpen csak a gyakorlatban vagy azzal egyidejű dinamikus szimulációval vizsgálható.
2. Az eleveniszapos és SBR rendszerek fejlődése
A kezdeti időszakban a biológiai tisztítás feladata csak a szerves széntartalom, vagy abból eredő biológiai oxigénigény /BOI/ eltávolítása volt. Erre kitűnően megfelelt az egyetlen levegőztetőből és ülepítőből álló iszaprecirkulációs rendszer. Az utóbbi a keletkező biomassza visszatartása és folyamatos újrafelhasználása miatt elengedhetetlen, hiszen ez volt a tisztítás intenzifikálásának, az eleven iszapos rendszereknek a lényege.
Néhány évtized múltán felismerték, hogy a BOI eltávolítása önmagában kevés. A tisztított vízzel elfolyó ammónia sok oxigént fogyaszt, toxikus az élővizek halállományára, az oxidált forma pedig a befogadók ökológia egyensúlyát az eutrofizáció lehetősége révén veszélyezteti. Az ammónia oxidációja az eleveniszapos rendszerekben csak viszonylag kis relatív terhelés esetén lehetséges /ammónia oxidációját biztosító autotróf fajok lassú szaporodása miatt/.
A következő, hamarosan jelentkező igény az ammóniából keletkező nitrát, valamint az elsősorban lakossági eredetű foszfortartalom eltávolítása volt. Ezek a komponensek már lényegesen bonyolultabb, több reaktorból álló tisztító kiépítését tették szükségessé. A nitrát és foszfor eltávolítása ugyanis a korábban említett egyetlen reaktorban uralkodó, állandó körülmények, jó oxigénellátottság mellett nem lehetséges. A denitrifikáció érdekében anoxikus, a biológiai többletfoszfor eltávolításához anaerob reaktorszakasz vagy reakciós periódus, beiktatása vált szükségessé. Míg a denitrifikáció akár több lépcsőben is realizálható, a foszforleadás /PAH mikroorganizmusok tápanyagfelvétele/ csak a friss szennyvíz befolyási pontján érvényesülhet. Az így bonyolódott rendszerek gyakorlati kialakítása, reaktortechnikai kivitelezése végül is nagyon nagy számú változat létrejöttét eredményezte az elmúlt évtizedekben (Dobolyi, 1992; Czakó-Miháltz 1993; Öllős, 1991, 1992, 1993, 1994; Kárpáti I-II, 1995).
A folyamatos betáplálású, állandósult üzemű rendszereknél (Kárpáti-Monozlay I 1995) a szükséges környezeti feltételek a bioreaktor együttes térben elkülönített szakaszaiban biztosítottak. Az SBR-nél az egyes reakciók döntően időben követik egymást az egyetlen reaktortérben, amely egyben utóülepítő is (Leupold et. al., 1993; Norcross, 1992; Melcer et. al., 1987).
Az első gyakorlatban alkalmazott eleveniszapos rendszerek tulajdonképpen nem is voltak igazán folyamatos üzeműek. Ezek a század elején olyan szakaszos rendszerek voltak, melyeket a lakossági szennyvízhozam változásának megfelelően periodikusan feltöltöttek, majd megfelelő kezelés után leürítettek. Elkülönített ülepítővel vagy anélkül /SBR/ üzemeltek. A szakaszos levegőztetésnek a hátrányai / levegő-beviteli technika adott színvonala/ miatt akkor hamarosan folyamatos betáplálásúvá alakították azokat.
A szennyvíztisztítás gyakorlatában azonban a folyamatos üzemű rendszerek bevezetéséig az iszapduzzadás problémáját nem ismerték (Chambers, 1993). Ez arra utal, hogy a szakaszos rendszereknek volt valamilyen véletlenszerű, előnyös tulajdonsága, ami a fonalasok elszaporodásának megakadályozását eredményezte. Ezt követően csaknem fél évszázadon keresztül senki sem ismert fel, hogy a folyamatos betáplálású eleveniszapos rendszereknek ezt a problémáját az SBR miért is tudja küszöbölni. Egyszerűen feledésbe merültek egy időre az SBR üzemmód tapasztalatai, hogy azután fél évszázad után ismét érvényesülhessenek (Irvine 1989).
dr Kárpáti Árpád
Veszprémi Egyetem, Kémiai Technológia Tanszék
A teljes cikket letöltheti itt: Szakaszos betáplálású eleveniszapos szennyvíztisztítás /SBR/
