Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
2. szám - Princz Péter–Oláh József: A biológiai szennyvíztisztítás módszerei és az eleveniszapos szennyvíztisztítás hatásfokának növelése természetesen, valamint felületkezelt zeolitok felhasználásával
24 HIDROLÓGIA] KÖZLÖNY 2005 . 85. ÉVF. 2. SZ. kisebb, 4-7 %-os zeolit-tartalmak alakultak ki [VITUKI, 1992/2]. A zeolit-tartalmú szennyvíziszap mezőgazdasági elhelyezés szempontjából több előnyös tulajdonsággal rendelkeznek a hagyományos eleveniszaphoz képest. A zeolit javítja a talaj vízgazdálkodását, kedvezően befolyásolja a talajok kémhatását és hőgazdálkodását, javítja a gyökérlégzés feltételeit és csökkenti a műtrágyák kioldódását [Papp J., 1991], Papp (1992) a zeolitok eleveniszapos rendszerben való alkalmazásának lehetőségeit, hatásait (tisztított szennyvíz minőségének javulása, iszap-ülepedés javulása, hatékony foszfor-eltávolítás) és a zeolitok hatásmechanizmusát foglalja össze. 4. Modifikált zeolit-adagoláson alapuló eleveniszapos szennyvízkezelési technológiák A zeolitok szennyvíztisztításban való alkalmazása mint láthattuk - számos előnnyel rendelkezik (növekszik a KOI-ban kifejezhető szervesanyag lebontás sebessége, megnő a nitrifikáció és a denitrifikáció sebessége, csökken az oxigén-beviteli igény, javulnak a szennyvíziszap ülepedési jellemzői). A biológiai aktivitásra gyakorolt kedvező hatás, azonban általában hosszabb idő elteltével (5-10 nap) mutatható ki. Ez az idő, amennyiben a szennyvíztisztító telepet toxikus lökések érik tovább nőhet (4-6 hét), és esetleg a kedvező hatás jelentkezése el is maradhat [Heinzel, 2000]. Heinzel (2000) annak érdekében, hogy meggyorsítsa a zeolit-adagolás előnyös hatásainak jelentkezését, a zeoliton előzetes mikrobiológiai és/vagy enzimatikus és és/ vagy szubsztrát-dotálást alkalmaz. A szabadalmi leírás szerinti módszer, kísérleteink szerint csak kis mértékben csökkenti az időigényt. Ennek oka abban keresendő, hogy a vizes szuszpenzióban vagy aeroszol formájában a zeolittal kontaktusba hozott baktériumok (nitrosonomas, nitrobacter stb.) ugyan magas baktérium-koncentrációt biztosítanak a zeolit felületén, a baktériumok és a zeolit között, azonban nincs stabil kapcsolat. Ennek következtében vizes oldatban - a biológiai reaktorban fellépő mechanikai hatásokra - a baktériumok jelentős része leválik a zeolit felületéről. A gyorsító hatás elsősorban a reaktorba vitt többlet-mikroorganizmussal magyarázható, bár azoknak adaptálódniuk kell az adott szennyvízhez. Az enzimmel dotált zeolit enzimtartalma - az eleveniszapos szennyvíztisztítás körülményei között - szubsztrátként funkcionál, és hasonlóan a szubsztráttal kezelt zeolithoz elsősorban tápanyag-hiányos rendszerekben fejthet ki előnyös hatást. A gyorsító hatás ebben az esetben sem jelentős, ami azzal magyarázható, hogy a zeolit-adagolás előnyös hatásainak megjelenésénél, nem a zeolit-szubsztrát adszorpció időigénye, hanem a baktériumok zeolit felületén történő megkötésének ideje a limitáló tényező. 5. A ZeoRap eleveniszapos szennyvízkezelési technológia A ZeoRap szennyvízkezelési technológia speciális módon felületkezelt zeolit (ZeoRap) alkalmazásán alapszik. Mielőtt rátérnénk a ZeoRapnak és hatásainak bemutatására - a jobb érthetőség érdekében - először áttekintjük a természetes zeolitok fontosabb jellemzőit. 5.1. Természetes zeolitok A zeolit név a kristályos, térrácsos alkáli és/vagy alkálifóldfém-aluminiumhidroszilikátok családjának összefoglaló elnevezése. Mintegy 40 féle természetben előforduló zeolitfajtát ismerünk, a szintetikus úton előállított variánsok száma pedig meghaladja a 150-et. A legismertebb négy zeolittípus a klinoptilolit, mordenit, "A" típusú zeolit és a faujazit [Smith, J. V., 1976], A zeolitok a Földön található leggyakoribb kilenc elemből épülnek fel. Általános összegképletük: Me 2,„ [Al 20 3*XSi0 2] y H 20 ahol Me: főleg Na, K, Mg, Ca, (Fe) n: fenti elemek kationjainak töltése x: >2 zeolit típustól függően y: 1-8 zeolit típustól függően Az egyes zeolitfajták az Si0 4/ 2 és az Al 4/ 2 tetraéderek elrendeződése, kapcsolódása révén alakulnak ki. A kristályrács nem tömör poliéder, benne 0,3-1,0 nm méretű csatornák és üregek találhatók [Gottardi, G„ Galli., E., 1985], A kristályrácsnak ebben a szabad terében foglalnak helyet a vízmolekulák és a rács negatív töltését kompenzáló kationok. A zeolitok specifikus sajátossága, hogy ez az ún. zeolitos víz és a kationok könnyen, reverzibilisen eltávolíthatók, a kationok, más kationokkal helyettesíthetők. Mindezekből következik, hogy a zeolitok kationcserélők és adszorbensek, de nemcsak a vizet képesek adszorbeálni, hanem mindazon anyagokat, molekulákat, amelyeknek kritikus átmérője nem nagyobb a zeolit pórusok, üregek méreténél [Kalló, D., 1992; Papp, J„ 1992]. 5.2. A ZeoRap előállítása, tulajdonságai és hatásai az eleveniszapos szennyvíztisztítás során A 4. fejezetben már említettük, hogy a zeolit-adagoláson alapuló eleveniszapos szennyvízkezelési technológiák csak szűk körben terjedtek el. Ez elsősorban azzal magyarázható, hogy a szerves anyagok bontását végző baktériumok, zeoliton történő megtelepedése lassú folyamat, következésképpen a zeolit adalék előnyös hatásai is csak hosszabb idő után jelentkeznek. A baktériumok lassú immobilizációja a zeolit felületén a következőkel magyarázható: A természetes zeolitok — kation-cserélő sajátságaik következtében - vizes közegben negatív felületi töltéssel disszociálnak (1. egyenlet). Me 2/ n [AI 20 3'XSi0 2] y H 20 +HjO <=> y H 20 |Al 20 3'XSi0 2] 2/ n" + 2/nH + 2/n2/n Me + + 2/nOH (1) Vizes fázisban a baktériumok felületi töltése szintén negatív. Közismert, hogy az azonos töltésű részecskék taszítják egymást, ezért a könnyű belátni, hogy a baktériumok zeolit felületén történő megtapadása nem lehet gyors folyamat. Az, hogy a zeolit-baktérium kapcsolat mégis létrejön, a baktériumok által termelt, extracelluláris polimereknek (ECP) köszönhető [Quarmby. J., 1999]. Az ECP molekulák ugyanis hidat képeznek a baktériumok és a zeolit felülete között. A biopolimer-képződés azonban lassú folyamat, melyet a toxikus hatások gátolhatnak. Az új zeolit-kezelési eljárás azon alapszik, hogy a zeolitbaktérium kapcsolat létrehozását nem bízzuk a baktériumok lassú és bizonytalan biopolimer termelésére. A zeolitot kation-aktív polimer (KAP) molekulákkal kezelve, stabil zeolitKAP kötéseket hozunk létre [Princz, P. és munkatársai, 2003]. A baktériumok ezek után a KAP molekulák szabad pozitív töltésein keresztül néhány perc alatt immobilizálódnak a zeolit-részecskék felületén. A bakériumok, modifikált zeoliton való immobilizációját az 1. ábra szemlélteti.
