Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 3. szám - SZAKCIKKEK - Somlyódy László: Vízminőségi modellek és csapdák
Somlyódy L.: Vízminőségi modellek és csapdák 5 A következőkben néhány, a vízminőségi tervezéssel és modellek alkalmazásával összefüggő egyszerű problémát és példát mutatunk be. A-eset Oldottoxigén-problémát és halpusztulást tapasztalnak egy folyóban. A feladat roppant egyszerű, már jó kilencven évvel ezelőtt Streeter és Phelps (1925) is megírta, hogy a megoldás a szerves anyag (szerves szén) eltávolítása. „Uccu neki”, tervezzünk eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítást. Gyorsan eldöntik, az előírásokat is figyelembe véve, elég lesz egy olcsó, nagy terhelésű telep kicsi iszapkorral (az iszap tartózkodási ideje két nap alatti), így a medencetérfogatok nem nagyok és elfogadhatók a költségek. Ezek, ökölszabályok alapján, megbízhatóan becsülhetők. A telepet megépítik, már több ilyet kiviteleztek, egyszerű betonmunka, rendben lesz minden. De semmi sincsen rendben. Az okok különbözők lehetnek. 1. csapda A telep működik, de a halak továbbra is pusztulnak. Szakértő segít a lehetséges okok feltárásában. A valószínű magyarázat abban keresendő, hogy elfeledkeztek a szennyvízben szintén megtalálható nitrogén eltávolításáról. Próbáljuk megbecsülni, hogy mi az ammonium oxidálásának, a nitrifikációnak a szerepe, a szénhez viszonyítva. Tekintsük az ismert kétlépcsős folyamat első fokozatát: 2NH4+ + 302 = 2NO‘2 + 2H2 O + 4H+ (1) azaz, nitrit keletkezik. Az átalakítást aerob körülmények között, lúgos környezetben autotróf Nitrosomonas baktérium végzi, amihez 1,0 gramm N-re vetítve 3,43 g Ck-re van szükség (a reakció lejátszódása 1-2 mg/1 oxigént igényel). A második lépcső a nitrit átalakítása nitráttá, amire heterotróf Nitrobacterre van szükség: 2NOy +02=2N03- (2) A végtermék igen stabil nitrát, 1,14 g 02 árán. A teljes oxigénigény 4,57 g 02 1,0 gramm összes (Kjehldal) N-re vetítve (a Kjelhdal N a szerves N és az ammonium N ösz- szege). Közepes erősségű kommunális szennyvízre 40 mg/l-rel számolva a nitrogén-BOI (NBOI) 180 mg/1-re adódik, körülbelül azonos valamely átlagos CBOI-értékkel (szén-BOI, ami legyen most 200 mg/1). Mi volt most már a baj? A teljes BŐI két részből áll CBOI + NBOI = 180 + 200 = 380 mg/1 (ha az idő nagy, 15 nap körül), aminek több mint a felét kitevő NBOI-ről elfeledkeztek. így a feltételezett 02-hiány szinte változatlanul megmaradt. A szennyvíztelep megoldotta a CBOI-problé- mát, amiről tudtak, de érintetlenül hagyta az N hatását. Költöttek mondjuk 200 millió forintot egy 10 000 LE telepre, eredmény nincsen, és az 02-határérték után (a BOI5 jó esetben teljesül) fizethetjük a bírságot. Mi a kiút? Ráfizetés nélkül nem megy. A lehetőségek: (i) az iszapkor növelése - tehát nagyobb medencékre van szükség, (ii) fokozott oxigénbevitel, (iii) vegyszeradagolás vagy valamilyen más intenzifikálási lehetőség. Ezek változó mértékben növelik a többletberuhá-zási, illetve üzemelési költségeket. Tanulság: fontos a szennyvíz összetétele és az önképzés. 2. csapda A fenti telep megépül, jól üzemel, azonban a víz meglepő módon zöldes, spenótszínűvé válik. Mi az oka? Ismét a szakértő. Két hatás érvényesül: (i) A turbiditás számottevően javul a szerves és a lebegő anyag eltávolitása következtében, több fény hatol be az algák számára; (ii) ugyanakkor a foszfor és a nitrogén is ott áll „szabad prédaként”, nő az algák légzése és az oldott oxigén napközbeni ingadozása, és ennek következtében éjszaka elfogyhat az oldott oxigén. Egyes térségekben egyébként ez az első szokásos jele a szennyvíztisztítás szélesebb körű bevezetésének (lásd később). A megoldás egyszerű esetben P-kicsapatás megvalósítása vagy a technológia áttervezése valamilyen kombinált kémiai-biológiai eljárásra. Az első esetben a beruházási költségek valószínűleg elfogadhatók, az utóbbiban magasabbak, de az üzemelés olcsóbb. Kis tavak esetében segíthet fák ültetése és a vízfelület leárnyékolása (a fényt tesz- szük limitálóvá). Itthon szokatlan megoldás. Mindkét eset az alkalmazás problémáit mutatja. Hiányzik a célkitűzés világos meghatározása, az ütemterv elkészítése, az ellenőrzés. A kiút és a megoldás attól függ, hogy a kivitelezés milyen stádiumában fedezik fel a csapdát. B-eset Rio de Janeiro Guanabara tengeröble (350 km2 körül, fél balatonnyi víz), aminek a térségében szennyvíztisztítással, csatornázással és rehabilitációval a kilencvenes évek végén foglalkoztunk (Somlyódy és társai 1998). Szennyvíztisztítás akkoriban sem volt, utóbb az olimpia idején is csak alig, a csatornahálózat túlterhelt, a záporvízkifolyók nyers szennyvizet szállítanak a tengeröbölbe. (Ipanemában a hullámzó tengerben úszva volt szerencsém erről személyesen is meggyőződnöm, mikor egy „lepény” negatív távolságra közelítette meg az arcomat.) Botafogo és Flamenco az ötvenes években még gyönyörű fürdőhelyek (és híres focicsapatok), ma szennyvíztó öblei. Oxigénhiány, tápanyagok, hipertróf állapot, anaerob körülmények, bűz, szag és más minden mennyiségben. A terv „high tech” szennyvíztisztítás P- és N-eltávolítással, milliárd USD nagyságrendű beruházási költséggel és megoldatlan iszapelhelyezéssel. A mérlegszámításokat követően bonyolult modellel (víz, üledék, C, N, P, O, alga, SS stb.), 2D többrétegű hidrodinamikai és transzportkomponensekkel és sok terepi méréssel (P-felvétel és -leadás, N- kötés, denitrifikáció stb.) folytattuk az elemzést (Somlyódy és társai 1998). Azt tapasztaltuk, hogy a korszerű tisztítás hatására a szén és a C/N-arány túlzott mértékben lecsökken, azaz nem áll rendelkezésre elég szén a denitrifikáló baktériumok számára. Tisztítjuk a szennyvizet jó drágán, aminek az elsődleges hatásaként az anoxikus terek eltűnnek, így a denitrifikáció leáll, öngól. Ez a 3. csapda. És a csapda vonzata: nőhet az N-terhelés (lásd lentebb). Megoldásként azt javasoltuk, hogy a szennyvíztisztítást és az öblöt tekintsük integrált rendszernek, a BAT megoldással szemben lényegesen olcsóbb, közepes tisztítási szintet valósítsunk meg (például részleges biológiai tisztítást), azt kísérletekre támaszkodva állítsuk be úgy, hogy az oxigénszint az öböl üledéke közelében ne emelkedjék 1-2 mg/1 lóié, és kialakuljon az anoxikus zóna (de
