Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)
8. szám - Szilágyi Mihály: Tiszta oxigén használata az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztításban
Hidrológiai Közlöny 1977. 8. sz. 361 Tiszta oxigén használata az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztításban SZILÁGYI MIHÁLY* _ ; . J g,: " Előzmények A már hagyományosnak mondható (eleveniszapos) biológiai szennyvíztisztítási technológiáknál levegőt juttatunk a szennyvízbe és ezzel biztosítjuk a mikroorganizmusok életfenntartásához elengedhetetlenül fontos oxigénmennyisóget. Az elmúlt évtizedekben szerte a világon igen nagy energiával kutatták a legmegfelelőbb berendezéseket, amelyek a levegőztetés egyáltalán nem könnyű feladatát gazdaságosan ós kedvező hatásfokkal képesek ellátni. Az igen nagy erőfeszítések kétségtelen eredményei mellett még mindig az a tapasztalat, hogy a légkörből az oxigént a szennyvízelegybe juttatni csak relativen nagy energiaráfordítással lehet. Ennek okát elsősorban abban kereshetjük, hogy a szennyvízelegyben oldott gázok vannak és így az oxigén oldódásának-, valamint diffúziós képességének sebessége igen kicsi. Nehezíti a helyzetet, hogy a levegő legnagyobb hányadát ,,N" teszi ki (80%) továbbá, hogy az oxigén parciális nyomása a levegőben csak 160 torr. A gázok oldhatósága ugyanis a folyadékban függ a gáznyomástól és azzal egyenesen arányos. Érthető tehát, hogy a kutatók a levegőztető rendszerek tökéletesítése mellett keresték az oxigén szennyvízelegybe juttatásának más módját is. 1949-ben jelent meg az első tanulmány [1], amely az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztításban az oxigén, vagy az oxigénnel dúsított levegő használatának lehetőségével foglalkozik. Majd ezt követően egymás után jelentek meg kísérleti eredmények [2, 3, 4, 5]. A kezdeti próbálkozások eredményei alapján arra a meggyőződésre jutottak, hogy a tiszta oxigén használatának elméletileg meghatározható és laboratóriumi kísérletekben igazolható előnyei, üzemi körülmények között nem jelentkeztek. Egybehangzóan rámutattak arra, hogy az amúgyis költséges oxigén kihasználtsági foka igen alacsony (10—20%) és így e medencékbe juttatott oxigén 80—90%-a kihasználatlanul a légtérbe távozik. A további kutatásokat a gazdaságtalan üzemelés megoldhatatlannak látszó kérdése is hátráltatta. . 1960-at követően az USA-ban átfogó programot dolgoztak ki, amelynek keretében sikerült gazdaságos üzemeltetést biztosító berendezést előállítani (UNION CARBIDE „UNOX") és elindulhatott a laboratóriumi-, félüzemi- ós üzemi méretű kísérletek sora. Az elmúlt 16 óv tapasztalatait folyamatosan feldolgozva és felhasználva, ma már egy annyira kifejlesztett technológiához jutottak, amely alkalmas a hagyományos levegőztetóses eljárással való összehasonlításra és az a gyakorlati eredmények alapján, számos eddig nem tapasztalt előnnyel rendelkezik. Szerte a világon egyre több helyen érdeklődnek az új technológia iránt és a megépített telepek száma is ugrásszerűen nő. 1975-ben az „Észak-Budapesti szennyvíztisztító telep" megvalósítására a már hagyományos megoldások mellett tiszta oxigónes „UNOX" technológiával tervezett biológiai tisztítást tartalmazó ajánlat is érkezett a Krüger cégtől. Bár az ajánlat ott nem került elfogadásra, a már külföldön megépült telepek tekintélyes mennyiségű mérési adatai, kedvező üzemi tapasztalatai mindenképpen indokolttá teszik, hogy az új eljárást részletesen ismertessük. Az eleveniszapos közvetlen oxigén beviteli eljárás lényege A gázok oldhatósága folyadékban a gáz-folyadék fázis határfelületén egyenesen arányos az illető * Fővárosi Csatornázási Művek. gáz parciális nyomásával. Ezt a törvényszerűséget matematikai formába Heríty írta le: Henry-törvény: c — k-j) ahol c az oldott gáz egyensúlyi koncentrációja a folyadékban [mg/l], k Henry-féle állandó, p a gáz parciális nyomása a folyadékkal való érintkezés felületén [atm]. Mivel a tiszta oxigén parciális nyomása 4,75-ször nagyobb, mint a levegőben levő oxigéné (760— 160 Hg mm), ezért ennél az eljárásnál lényegesen magasabb oldott oxigén szint érhető el. Kérdés, hogy az oldott oxigén magasabb szinten való tartása milyen energia ráfordítással jár? Erre a következő anyagátviteli egyenlet ad választ [19]: N = K L a(ky-DO), ahol N időegység alatt átvitt gáz tömege [mg/l -h], KIM anyagátviteli koefficiens, k Henry-féle állandó, y a gázkomponens moltörtje (a gáz tisztaságától függő tényező), DO üzemközben oldott O, koncentráció [mg/l]. Ha egy rendszert nagyobb DO koncentráció mellett akarunk üzemeltetni, akkor az csak Ki a növelése mellett lehetséges. K L a a gáz diffundáló képességének és a „felület megújulásának" függvénye. Ez utóbbit a légbefúvásos rendszernél a buborék nagyságának, valamint a buborékoltatás sebességének változtatásával befolyásolhatjuk. Mindkét esetben a rendszerbe bevitt energiát növelni kell. Az eleveniszapos közvetlen oxigén beviteli rendszernél azonban elérhető, hogy magas DO szint viszonylag kis K L a érték mellett következzen be. Ennek oka az, hogy az összefüggésben szereplő y a nagyobb tisztaságú gáz következtében megnő, ezzel együtt a parciális nyomás és az egyensúlyi koncentráció is emelkedik. A k-y szorzat és a DO különbsége olyan.nagy lehet, hogy azonos anyagátvitel mellett az átvitelhez felhasznált energia harmadára, negyedére is csökkenhet a levegőztetóses eljárással szemben (1. ábra). Megállapítható tehát, hogy a magas oldott oxigén szint, a közvetlen tiszta oxigén beviteli eljárással kedvező energiaráfodítás mellett biztosítható és ez a 8—10 mg/l-es koncentráció a kísérletek egybehangzó tanulsága szerint a medencékbe lejátszódó folyamatokra jelentős kihatású. A kísérletekből leszűrt legfontosabb tapasztalatok a következők: A levegőztető medencékben igen gyakran tapasztalható, hogy áramlás szempontjából egyes részekben holt-terek alakulnak ki. Ha a medencében levő oldott oxigén szint 1—2 mg/l körüli, ezekben a
