Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)

2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Karches Tamás: Kaszkádolás szerepe a rögzített biofilm hordozót alkalmazó szennyvíztisztítási technológiákban

58

Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 2. sz.

ximalizálásával (Jorgensen 1977) vagy (iii) ún. táplálék- lánc kialakításával. Ez utóbbi esetben a magasabb rendű élőlények az alacsonyabb rendűekkel táplálkoznak, tehát alapvetően az anyag csak átalakulna, de nem tűnne el. Viszont a magasabb rendű élőlény metabolizmusa során több CO2 kibocsátására képes, mely alapján egyes csoportosítások a (ii)-s kategóriába sorolná ezt a módszert. Azonban érdemes külön venni, mivel többletfeladatot is ellátnak, hiszen képesek akár az eredetileg inert anyagként figyelembe vett KOI frakció csökkentésére (

Tomis és társai 2011) is.

A fent említett technológiák alkalmazása egyaránt történhet víz- (teljes oxidáció) és iszapvonalon (vegyszeres kezelés, rothasztás), a fő technológiai részeként vagy mellékági technológiaként például a Che és társai által 2001- ben közölt OSA (oxic-settling-anaerobic) eljárás, oxidáció, ülepítés és az iszaprecirkulációs vonalon anoxikus tér váltakozása.

Ratsak és Verkuijlen 2006-os kutatásai megerősítették, hogy vízvonalon, a biológiai medence kaszkádolása kisebb iszaptermelést eredményezett. Ennek okaként a protozoa és egyéb más magasabb rendű szervezetek jelenlétét jelölték meg, melyek az alacsonyabb rendű szervezeteket táplálékforrásként használták fel. Életfeltételeikhez nélkülözhetetlen az oxikus (oldott oxigén koncentráció: 1-3 mg/1) és alacsony szerves- és tápanyagterhelésű (TKN<30 mg/1, BOl5<30 mg/1) reaktortér. Mivel a nyers vagy az előkezelt szennyvíz is koncentráltabb, ezért az egyterű, teljesen vagy közel teljesen elkevert biológiai medencékben a megjelenésükre nem számítunk. A kaszkádolt medencék vagy a hidrodinamikai alapon ehhez hasonlóan viselkedő reaktorok alkalmasak lehetnek a tápláléklánc kialakulásához. Másik példa az egykori Szolnokon üzemelő cukorgyári szennyvíztisztító tórendszer, ahol a tavak, mint kvázi reaktorkaszkád vízterében történt hosszú hónapok alatt (3- 4 hónapos tartózkodási idő a tavakban) a magas szervesanyag tartalmú szennyezett víz kezelése. A tavakból álló kaszkád teljesítménye a természetközeli jellegéből adódóan ingadozást mutatott, de jó hatékonyságú biodegradációval bírt. A kezelt vizet a tavaszi árhullám esetén engedték be a befogadóba (Vajda és társai 2016).

A reaktormodellt befolyásolhatja a belső recirkuláció (röviden: IR), melynek elsődleges szerepe a hosszabb iszapkort igénylő nitrifikáció során keletkező nitrát visszajuttatása a medence elejébe vagy olyan térrészbe, ahol a heterotróf denitrifikálók számára megfelelő mennyiségű szervesanyag áll rendelkezésre. Az IR hatása ezen felül a hígításban és az áramlási viszonyok átalakításában jelentkezik, hiszen a visszavezetett folyadékáram a telepre érkező vízmennyiség többszöröse is lehet. Az általunk vizsgált, és később bemutatott szennyvízhez hasonló karakterisztikájú szennyvízen és rendszeren végzett kísérletet Nguyen kutatócsoportja 2014-ben. A kísérleti rendszeren a belső recirkulációt a befolyó szennyvíz hígítása miatt üzemelték be, de emellett tapasztalták, hogy jobban segíti a rendszer teljes nitrogén eltávolítását {Nguyen 2014). Egy spanyol kutatócsoport a szennyvíztisztítójuk beüzemelésekor azt figyelték meg, hogy az IR hatására csökkent a rendszer O2 szükséglete {Garda 2017).

REAKTORMODELLEK SZEREPE A FIXFILMES RENDSZEREKNÉL

A következőkben a szennyvíztisztításban alkalmazott re- aktormodelleket tekintjük át, és azok speciális alkalmazásait a vizsgálni kívánt fixfilmes rendszerünkben.

Üzemvitel szerint a reaktorok lehetnek szakaszos vagy folyamatos betáplálásúak. A szakaszos betáplálásnál időben jól elkülönülnek a bevezetés, a reakció és az elvezetés folyamatai. A reaktoron belül a folyadékfázis teljesen elkevert, ezért többnyire olyan műveletekben használjuk, ahol koncentrált anyagok hígítására van szükség. A szennyvíztisztításban az SBR (Sequenced Batch Reactor) technológia is ezen az elven működik. A szakaszos üzemvitel miatt a telepre érkező szennyvízáramot általában kiegyenlítő medencébe vezetik, ahonnan bizonyos időközönként a biológia táplálása megtörténik. A kiegyenlítő medence alkalmazása akkor küszöbölhető ki, ha rendelkezésre áll megfelelő számú párhuzamos technológiai sor, hiszen ekkor az üzemrend kialakítható úgy, hogy az érkező szennyvíz mindig az éppen töltési ciklusban lévő sorra érkezzen.

A reaktorok kialakításuk szerint lehetnek üstreaktorok vagy csőreaktorok, melyek elsősorban nem az alakjukra, hanem a bennük lévő komponensek eloszlására utalnak. Üstreaktorok esetén a komponensek eloszlása egyenletes, azonos koncentrációk mérhetők a reaktor bármely pontján. Az üstreaktorok lehetnek szakaszos üzemvitelűek (STR: Stirred Tank Reactor) és folyamatos üzeműek (CSTR: Completely Stirred Tank Reactor). A csőreaktorokban ezzel szemben a komponenseknek áramlás irányú eloszlása van, bennük ún. dugattyú áramlás alakul ki (PFR: Plug Flow Reactor). Ez esetben csak folyamatos üzemvitelről beszélhetünk, szakaszos csőreaktor nem létezik. Ideális csőreaktorok nem rendelkeznek hosszirányú diszperzióval, ezért a kilépési szelvényben vizsgált részecskék azonos időt töltöttek a rendszerben. Ahhoz, hogy egy eleven- iszapos technológia reaktorkialakítását hasonlítani tudjuk a csőreaktorhoz, a szélesség/hosszúság aránynak legalább 10:1-hez kell lennie. A medencében kerülni kell a túlzott turbulencia és az általa okozott megnövekedett hosszirányú diszperzió létrejöttét {Metcalf és Eddy 2003). Történelmileg az ilyen csőreaktorok kiépítésének célja a fonalas szervezetek visszaszorítása volt, azonban a hossz mentén az oxigénigény egyenetlenségét okozza, ami azt is jelenti, hogy az egyenletes légbefűvás kevésbé bizonyul hatékonynak {Kárpáti 2005). Lépcsős oxigénbevezetésnél viszont felmerülhet az a probléma, hogy a reaktor végén kiülepedéssel kell számolnunk.

Reális reaktormodell az előbb tárgyalt üst és csőreaktor, mint két idealizált reaktor modell kombinációjaként jöhet létre, attól függően, hogy melyik irányból közelítünk. Ha a kiindulás az üstreaktor, akkor a reaktor kaszkádolásával, vagyis egyre több tag bevezetésével és sorba kötésével térhetünk el a teljesen elkevert állapottól. Végtelen számú elem sorba kapcsolása a csőreaktorban létrejövő dugattyúszerü áramláshoz közelít. Azonban, ha a dugattyúáramlásból indulunk ki, és aj ól kevert reaktor felé haladunk, akkor ezt a diszperziós tényező növelésével tehetjük meg, és elméletben a végtelen diszperzió teljes el- keveredést eredményezne. Számításaink során a több