Hidrológiai Közlöny, 2016 (96. évfolyam)
2016 / 4. szám - SZAKMAI CIKKEK - Román Pál - Oláh József: Az aerob iszapstabilizációs eljárások értékelése
Román P. és Dr. Oláh J.: Az aerob iszapstabilizációs eljárások értékelése 63 mezofil eljárások (20 - 45°C), termofil eljárások (55 °C vagy magasabb). A pszikrofil (konvencionális) és mezofil aerob iszapstabilizáció során lejátszódó biokémiai folyamatok azonosak, de az egyes folyamatok reakciósebessége a különböző hőmérsékleti tartományban üzemelő reaktorok esetében szignifikánsan eltérnek egymástól. A különböző hőmérsékleti értékeken a lebontási részfolyamatok sebessége - közelítőleg - az Arrhenius összefüggést követi. A pszikrofil hőmérsékleti tartományban aerob iszapstabilizációt végző reaktorok lehetnek aerob (CAD - Conventional Aerobic Digestion) vagy aerob/anoxikus ( A/AD - Aerob/Anoxic Digestion) üzemmódúak. A mezofil hőmérsékletű, aerob/anoxikus iszapstabilizálást és tárolást végző reaktorok megnevezése SNDR (Storage Nitrification Denitrification Reactor). Aerob körülmények között mind a szerves anyagok, mind a nitrogénvegyületek oxidációjára (nitrifikáció) sor kerül, míg aerob/anoxikus üzemmódban szerves-anyagok lebontása és a denitrifikáció is lezajlik. Az aerob iszapstabilizáció biokémiai folyamatai Metcalf és Eddy alapján kerülnek ismertetésre (Metcalf és Eddy 2013): c,h7no2 + 5 0; -> 4CO: + H20 + NH4HC03 (4) NH4' + 202 —> N03' + 2FT+ H20 (5) c5h7no2 + 70, ->• 5C02 + 3H20+ HN03 (6) c5h7no2 + 4N03—* 5C02 + 2N2 + NH1 * 3 + 40H’ (7) c5h7no2 + 11,5 02 —► 10 C02 + N2 + 7 H20 (8) A biomassza aerob lebontása a 4. képlet szerint történik, ahol a sejtanyagot C5H7N02 formula reprezentálja. A nitrifikáció folyamatát az 5. és 6. képletek mutatják be. Az aerob/anoxikus üzemmódban működő reaktorok esetében bekövetkező denitrifikációt a 7. képlet írja le, amikor a folyamatban az elektron akceptor a nitrát nitrogén. A teljes nitrifikáció/denitrifikáció folyamatát a 8. képlet összegzi. A termofil aerob iszapstabilizáció reakciósebessége nagyobb, mint az alacsony hőfokú vagy mezofil aerob eljárásoké. Az 55 °C feletti, magas reaktor hőmérséklet inhibíciót fejt ki a nitrifikáló baktériumokra, ezért a 4. képlet szerint történik biomassza aerob lebontása, de az 5-8. képletek szerinti reakciók nem játszódnak le. Jelentős eltérés, hogy az AT AD reaktorok leggyakrabban mikro-aerob körülmények között üzemelnek. Mikro- aerob körülmények között jellemző biokémiai folyamat a fehérjetartalmú sejtanyag 9. képlet szerinti fermentációja, ahol a proteint glicin reprezentálja. 4CH,NH2COOH + 4H,0 -► 3CH3COOH + 2(NH4)2C03 (9) CHjCOOH + 202 -*• 2C02 + 2H20 (10) Az 4. és 9. képlet alapján a keletkező ammónium- bikarbonát (NH4HC03) és ammónium-karbonát (NH4)2C03 vizes oldata lúgos kémhatású. A fermentáció során a legnagyobb mennyiségben ecetsav (CH3COOH) keletkezik, ami megfelelő oldott oxigénszint esetén a 10. képlet szerint oxidálódik. Az aerob iszapstabilizáció folyamatát sematikusan az I. ábra (Grady és társai 1998) szemlélteti. A biológiailag bontható szerves-anyag egy része hidrolizálódik. a hidrolízis termékekből és a tápanyagokból aktív biomassza képződik. Az aktív biomassza endogén légzés következtében inaktív (elhalt) biomasszává alakul, a másik része, mint tápanyag (NH3; P043') a vizes oldatban megjelenik. A befolyó iszap biológiailag bonthatatlan (cellulóz; ligno- cellulóz) szerves anyaga gyakorlatilag változatlanul a kezelt iszapban megjelenik. Biológiailag bontható szerves, lebegőanyag Tápanyagok (NH,;POrt) Tápanyagok (NH3; PO41 *) Biológiailag bonthatatlan szerves lebegőanyag Biológiailag bontható, oldott szerves-anyag 02 C02 + h2o 02 co2 + h2o Inaktív biomassza Biológiailag bonthatatlan szerves lebegőanyag 1. ábra. Az aerob iszapstabilizáció sematikus folyamata Figure l. Schematic diagram of aerobic digestion ALACSONY HŐFOKÚ (PSZIKROFIL) VAGY KONVENCIONÁLIS AEROB ISZAPSTABILIZÁCIÓ A pszikrofil vagy alacsony hőfokú eljárások (CAD - Conventional aerobic digestion) hazánkban is régóta elterjedtek és ismertek. Alkalmazásuk elsősorban kis kapacitású szennyvíztisztító telepeken ajánlott. A reaktortér megválasztási módja szerint különbséget kell tenni „egyesített vagy szimultán” és „elválasztott vagy szeparált” reaktorterű rendszerek között. Az előző eljárásnál - melyet a szaknyelv teljes vagy totáloxidációs tisztításként tárgyal - egyetlen, de igen jelentős térfogatigényű medencében, s viszonylag magas energiaráfordítással történik az oldott fázis kezelése és az iszap (rész-) vagy teljes stabilizálása. Méretezése biológiai reaktorként (pl.: ATV A 131 alapján) történik. A második esetben a folyadékfázis kezelése során leválasztott iszapokat (nyers és fölös eleveniszap) az előzőekhez hasonló technológiai folyamat szerint - de lényegesen kisebb reaktortérben - külön stabilizálják. A szeparált rendszerre vonatkozó tervezési kritériumok Metcalf és Eddy alapján kerülnek megadásra az 1. táblázatban (Metcalf és Eddy 2013):
