Hidrológiai Közlöny 1974 (54. évfolyam)

7. szám - Dr. Farkas Péter: Tíz év a biológiai szennyvíztisztítás kutatásában

Dr. Farkas P.: A biológiai szenny vízkutatás Hidrológiai Közlöny 1974. 7. sz. 325 A (3) egyenletet az (1) egyenlettel összevetve, modellek alakíthatók ki a szubsztráteltávolitási sebesség szubsztrátkoncentráció függésének leírására (2a, b, c ábra), ebből alakultak ki azok az összefüggések, amelyek hidraulikai tartózkodási idő, a biológiai lebontás sebessége, valamint az elfolyó víz minősége közötti összefüggést írják le. Ezek alapján méretezzük ma a biológiai tisztítóberendezések reaktorait (levegőztető medencéit). A (2) és (3) egyenlet összekapcsolásából viszont kialakultak azok a módszerek, amiknek segítségével ma az oxigénemésztés sebességmérésen alapuló anyagcsere vizsgálatokat értékeljük és értelmezzük (3. ábra). Végül szólnunk kell még egy anyagcsere folyamatról, amellyel Monod nem számolt, de amely a biológiai szennyvíztisztítás elméletének kialakításánál rendkívül fontos szerepet játszik: ez pedig az endogén anyagcsere folyamata. Porges és munkatársai, majd később McWhorter és Heukelekian felhívták a figyelmet arra a jelenségre, hogy külső tápanyag távollétében a baktériumok saját testük anyagát élik fel; de a folyamat elegendő szubsztrát jelenlétében is változatlan intenzitással folyik, csakhogy akkor a sejtszintézis elfedi az endogén anyagcsere folyamatokat [7]. Az endogén lebomlás anyagcsere sebessége mindig arányos a rendszerben levő baktériumok össztömegével, ami matematikailag is leírható: 1 dX X d t = ke X = X

neke

t + c (4) Huers szennyvíz ^ \ Sejt Tisztított szenngviz X Sejtfal anyag \ /Bántható szerves anyag Üt \ Uj sejtanyag \ ( Szerves \ V leiomlás Y*"^ Tisztított szenngviz X Sejtfal anyag \ /Bántható szerves anyag Üt \ Uj sejtanyag \ ( Szerves \ V leiomlás Y*"^ Anyagcsere maradékok \ J^<Sónthatntlán>^ / \\ ^ A (4) egyenlet — azon túlmenően, hogy az iszapszaporulat anyagmérleg egyenleténél tekintetbe veendő — az aerob biológiai szennyvíziszap stabilizáció alapegyenlete, a spontán szervesanyag (iszap) lebomlás folyamata ugyanis technológiailag hasznosítható, és ennek a technológiának kialakításában később az Intézet világviszonylatban is vezető szerepet vitt [24, 26]. Fentiekben vázoltuk röviden azokat a kinetikai ismereteknek a vázát, amely az Intézet IV. Főosztályán a kinetikai kérdésekkel foglalkozó munkacsoportnak 1963-ban rendelkezésre állt. A fogalmak, modellek és jelenségek azonban akkor még távolról sem voltak olyan mértékben tisztázva, mint azt fentebb előadtuk. 2. A szervesanyag eltávolítás kinetikájával kapcsolatos kutatások Céljukat tekintve, a szervesanyag eltávolítás kinetikájával kapcsolatos kutatások főként a biológiai szennyvíztisztítás által elérhető vízminőség javítását, vagy legalábbis az elérhető vízminőség előrejelzését szolgálták. Ez a kérdés a levegőztető medencék méretezésével, sőt az eleveniszapos telepek egészének kialakításával kapcsolatos, gazdasági kihatása jelentős. Benedek a pécsi szennyvíztelep mellett működő VITUKI kísérleti telepen végzett kutatásai során arra a megfigyelésre jutott, hogy a tisztított szennyvízben még igen hosszú idejű levegőztetés után is visszamarad valamennyi szennyezőanyag, amelyet ő ,,maradék -B0/"-nak nevezett [9] (2c ábra). Ez a > Maradék KOI 3. ábra. A maradék KOI képződésének anyagmérlege Fig. 3. Materials balance of the residual COD megfigyelés, valamint az abból kialakított matematikai modell lényegesen közelebb hozta a szervesanyag eltávolítás elméletét a realitáshoz, mint az eddig alkalmazott kétfázisú modell (2a ábra), illetve a Michaelis—Menten modell eredeti alakja (2b ábra), amely igaz ugyan tiszta szervesanyagokra, de eredeti formájában nem érvényes, ha a baktériumok tápanyagát BOI-ban, mégkevésbé ha KOI-ban mérjük. Mint később kialakult, a Benedek-féle modell negatív v, értékek létezését is feltételezi; (ez a 2c ábra v„-val jelölt abszcissza metszéspont). Ez a negatív szervesanyag lebontási sebesség az eleveniszapban elpusztuló és széteső baktériumok lebomlási sebességeként értelmezhető, amely valóban szervesanyagot visz be a már tisztított szennyvízbe, és amely jelenség a további modellek kialakításánál is szerepet kapott [10]. A legújabb kutatásaink, amelyet már a Magyarországon érvényes szennyvíztörvény sugallt, a lebontás kinetikáját a szennyvíz maradék KOI-ja szempontjából tették vizsgálat tárgyává. A biológiai kezelés után visszamaradó szervesanyag (3. ábra) a legújabb vizsgálatok szerint részben a szennyvíz szervesanyagának lebonthatatlan frakciójából ered, részben pedig magából a biológiai iszapból kerül a szennyvízbe, főképp a sejtek falának „levedlő" anyagából, illetve az elpusztult sejtek széteső anyagából. Ezt az elméletet mint munkahipotézist alkalmazva, alakítottuk ki a 2a ábrán látható modellt, amelynek jellemzője az, hogy feltételezi egy, a szennyvíz minőségétől függő c határkonverzió létezését, amelynél jobb KOI lebontási konverziót még igen alacsony biológiai terhelés (igen hosszú levegőztetési idő) alkalmazása esetén sem lehet elérni. Ekkor az elfolyó víz koncentrációja arányos a befolyó nyers szennyvíz koncentrációjával. Az előbb említett — idáig több esetben bebizonyosodott — törvényszerűség ellentétben áll azzal az általunk még 1966-ban is vallott felfogással, amelyet még ma is sok kutató vall —, hogy t.i. a biológiailag tisztított víz koncentrációja nem a befolyó víz koncentrációjától, csakis a biológiai terheléstől függ (vagyis kis hozamú, koncentrált szennyvíz, illetve nagyhozamú, híg szennyvíz esetében azonos elfolyó vízminőséget kapunk). Ez az ellentét azonban feloldható azzal a megjegyzéssel, hogy a 2d ábra szerinti modell kifeje-