Hidrológiai Közlöny, 2016 (96. évfolyam)
2016 / 4. szám - SZAKMAI CIKKEK - Román Pál - Oláh József: Az aerob iszapstabilizációs eljárások értékelése
62 Hidrológiai Közlöny 2016. 96. évf. 4. sz. leti tartományban (55 - 70°C) üzemelni (Metcalf és Eddy 2013). Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala, az US EPA osztályokban sorolta az iszapokat a kezelés során bekövetkezett szervesanyag-csökkenés és a patogéntartalom szerint. Az ATAD technológia képes a szennyvíziszapból ”A” osztályú terméket produkálni, ami korlátozás nélkül hasznosítható a mezőgazdaságban. Az aerob termofil technológia alapgondolata a hatvanas évek végén merült fel először. Számítógépes szimulációk alapján Kambhu és Andrews vetette fel 1969-ben a szennyvíziszap autotermikus, termofil aerob stabilizációjának lehetőségét. Az autotermikus üzemmenetet 1971- ben az USA-ban, az Ohio állambeli Hamiltonban demonstrálták először a gyakorlatban is (Zambrano 2011). Európában Fuchs német mérnök volt az, aki felkarolta a technológiát. Az ATAD területén mai napig domináns vállalat az általa alapított Fuchs Enprotec GmbH. Az első üzemi méretű, és jelenleg is üzemelő Fuchs ATAD reaktorok Németországban, Vilsbiburgban valósultak meg 1977-ben. Azóta több mint 80 hasonló telep épült. Ezekre az úgynevezett első generációs ATAD reaktorokra, a két vagy három sorba kötött reaktor, a mechanikai habkontroll, és a szabályozás nélküli, alacsony hatásfokú levegőztetés volt a jellemző (Zambrano 2011). Az autotermikus, termofil aerob rendszereket az 1990-es évek végéig, mint szennyvíziszap előkezelő technológiát is alkalmazták. Több száz ilyen duális eljárás valósult meg, a telepítést nemzetközileg elismert vállalatok végezték. Kiemelkedik az UTB AEROTHERM eljárása, ami 1982 és 1996 között 112 telepen valósult meg (Taxner 2016). Az ATAD technológia elterjedése új lendületet kapott, amikor 2000-es évek elején megjelentek a korszerűbb és hatékonyabb, úgynevezett második generációs reaktorok. Az első második generációs reaktorok 2002-ben az USA-ban (Three Rivers, Michigan) kezdtek el üzemelni (Scisson 2009). Ezekre az egy reaktoros üzem, a redox potenciál és pH alapján szabályozott jó hatásfokú levegő- zetés, a hidraulikus habkontroll, és a magas szerves anyag eltávolítási hatásfok volt a jellemző. A második generációs ATAD reaktorok közül a Thermal Process Systems, Inc (USA) által kifejlesztett ThermAer emelhető ki. A ThermAer reaktorokat alkalmazó telepek száma már 50 felett van az Egyesült Államokban és számuk folyamatosan emelkedik (Staton és Baker 2014). Külön fejlődési irányt jelentenek és a kanadai NÓRÁM vállalat által megvalósított VERTAD (VERtical Thermophilic Aerobic Digestion) típusú, levegőztetett, mély-aknás („deep shaft”) reaktorok. A mezofil aerob iszapkezelési technológia szintén autotermikus üzemmódban működik, és alkalmazható önállóan, vagy mezofil/termofil reaktor kombinációban sorba kapcsolva. Az Egyesült Államokban terjedőben van az ATAD reaktorból vagy rothasztóból kikerülő stabilizált szennyvíziszap utókezelésére alkalmazott SNDR (Storage Nitrification Denitrification Reactor) reaktor. A szakaszosan levegőzetett, 35 °C körüli hőmérsékleti tartományban üzemelő mezofil reaktorok, a további szerves anyag lebontáson túl az ammonium koncentrációt is számottevő mértékben csökkentik. A KOMPLEX SZERVES-ANYAGOK AEROB ÉS ANAEROB LEBONTÁSA A komplex szerves anyagok anaerob lebontási folyamatának végterméke általában a metán és a széndioxid. A metanogenezis lényegesen kisebb szabadenergia változással járó folyamat, mint az aerob körülmények között lejátszódó oxidáció (Öllős és társai 2010). Példaként egy hexóz (C6Hi206) aerob oxidációját (1. egyenlet) és anaerob lebontását (2. egyenlet) hasonlítsuk össze (Winter és társai 1987): Aerob oxidáció Cf,H|20(,+6 02—> 6 C02 + 6 H20 + Hő + Biomassza (1) AG° = - 2871 kJ/mól Komplex anaerob lebontás C6H|206 —> 3 CH4 + 3 C02 + Hő + Biomassza (2) AG° = - 404 kJ/mól Metán aerob oxidációja 3CH4 + 602— 3 C02 + 6H20 (3) AG° = -2467 kJ/mól AG°- Gibbs-féle szabadenergia (más néven szabaden- talpia) változás Ha a AG° szabadenergia változás negatív, a reakció exergonikus. Ha pedig a AG° szabadenergia változás pozitív, a reakció endergonikus. A komplex szerves anyagok aerob és anaerob lebontása egyaránt exergonikus, vagyis energiatermelő folyamat. Az anaerob lebontás két részfolyamatának energia kihozatala (404 + 2467 =2871 kJ/mol) azonos az aerob lebontás energiahozamával. A komplex szerves anyagok aerob oxidációnál nagy mennyiségű energia termelődik, míg a metántermelésnél ennél lényegesen kisebb mennyiségű, itt azonban a végtermék (CH4) energia tartalma jelentős. Az aerob lebontás magas energiahozama egyben az is jelenti, hogy a lebontás során lényegesen több biomassza keletkezik, mint az anaerob folyamat esetében. A komplex szerves anyagok aerob lebontása során tehát nagy mennyiségű energia szabadul fel hő formájában, és ez képezi az ATAD technológia alapját. A technológia kialakulásának a kezdetén használták a „liquid composting” elnevezést is, ami teljesen érthető, hiszen a lejátszódó folyamatok teljesen analógok a komposztálás során történtekkel. AZ AEROB ISZAPSTABILIZÁCIÓ BIOKÉMIAI FOLYAMATAI A folyamat hőmérséklete alapján az eljárásokat a következőképpen csoportosíthatjuk (Prescott és társai 2002): pszikrofil vagy konvencionális eljárások. Ezek alacsony hőfokon (20 °C vagy alacsonyabb) üzemelnek,
