191390. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés mikroorganizmusok szilárd töltetrészecskék felületén való megkötésére és a mikroorganizmus szaporulat elválasztására,vizek denitrifikálására
■ 1 191 A találmány tárgya eljárás és berendezés mikroorganizmusok szilárd töltetrészecskék felületén való megkötésére és a mikroorganizmus szaporulat elválasztására, különösen nagy szervesanyag tartalmú szennyvizek tisztítására, valamint vizek nitráttartalmának eltávolítására, főleg ivóvízelőállitás céljából. Ismeretes, hogy hazai és külföldi viszonylatban egyaránt jelentős probléma a nitrátszennyeződés, amely szennyvizek esetén a felszíni vizek eutrofizációjának egyik oka, ivóvízbe kerülve pedig főleg csecsemőknél súlyos kimenetelű egészségkárosodást okoz (methaemoglobinaemia). Hazai viszonylatban 7-900 település ivóvizének kezelése elengedhetetlen. A gyakorlatban kétféle eljárás jöhet számításba. A klorid- vagy hidrogén-karbonát-ciklusú ioncserélő gyantán történő nitrátmegkötés nagyobb nitrátkoncentrácíóknál a ciklustól függően sós vagy lúgos ízű kezelt vizet ad. Jelentős probléma még a vegyszeres gyantaregenerálás költsége, valamint a keletkező regenerátumszennyvíz környezetszennyező hatása. Az egészségügyi hatóságok gyakran nem engedélyezik ioncserélő gyanták hasonló célú alkalmazását (például monomer szennyeződés kezelt vízbe jutása). A biológiai eljárások bizonyos baktériumféleségek (például Pseudomonas, Micrococcusok) azon tulajdonságán alapulnak, hogy anaerob körülmények között, megfelelő szénforrás jelenlétében oxigénszükségletüket a nitrátban kötött oxigénből képesek fedezni elemi nitrogén gáz felszabadulása mellett, Az intenzívebb kezelés érdekében a denitrifikáló mikroflórát általában szilárd szemcsés hordozóanyag felületén biofilm formájában rögzítve érintkeztetik a kezelendő vízárammal. Ekkor nagyobb sejtkoncentráció érhető el a reaktorban, ami a folyamat sebességét növeli. Ivóvíztisztítás céljarira is alkalmas áll óágyas rendszert ismertet Divet, L. (Omnium de Traitment et de Valorisation) a Budapesti Francia Műszaki és Tudományos Tájékoztatási Központ E 447. sz. kiadványában (1982. márc. 22-i előadás anyaga). A viszonylag nagy szemcseméretű (2—5 mm), illetve kis fajlagos felületű kerámia töítetanyag következtében a rendszer teljesítménye alacsony (3-8 kg N03/m3d). Probléma továbbá, hogy állóágynál baktériumszaporodás előrehaladtával csökken az ágy pórustérfogata, növekszik a vízáramlás nyomásesése. A töltet vízmosással, illetve levegőátfúvatással történő regenerálása ilyenkor egyrészt jelentős teljesítménycsökkenéshez vezet, másrészt nagymennyiségű és kis sejtkoncentrációjú szennyvíz keletkezik. önmagában ismert a hasonló mikrobiológiai eljárások megoldása folyadékárammal fluidizált töltetrészecskék felületén kialakított biofilmmel. Ilyen rendszert ismertet a 23311192 számú német szövetségi köztársaságbeli és az fogyasztása, másrészt a kialakuló előnytelen bio film struktúra. A biofilm a töltétrészecskéken gyengén kötő- . £■ dik és laza szerkezetű lesz. Ennek következtében a kezelt víz jelentős mennyiségű leszakadt és elúszó sejtanyagot 5 tartalmaz. A két hivatkozott szabadalmi leírás szerinti eljárás nem alkalmas Ivóvíz kezelésére, csak szennyvízre. Az utóbbi esetben a kezelt vízzel szembeni tisztasági követelmények alacsony szintűek, illetve nem szükséges utólagos sejtanyag eltávolítása. Hasonló módon nehéz- 10 séget jelent - különösen ivóvízkezelés esetén -, hogy az ; említett szénforrások alkalmazása mellett a nitrát-nitrit-elemi nitrogén átalakulás során a víz alkalitása, illetve pH-értéke számottevően növekszik. A hivatkozott szabadalmi leírások, valamint az 15 1.433.582 számú nagy-britanniai szabadalmi leírás szerinti aerob szennyvíztisztítási eljárásban a mikrobaszaporodás következtében kialakuló fölös iszapmennyiséget a fluid ágyban vezetett levegőárammal, vízárammal, illetve az ágyban elhelyezett forgó keverőelem által kel- 20 tett erőhatásokkal távolítják el a töltetrészecskék felületéről. A felszabadított sejttömeget ezután vízzel mossák ki az ágyból, ennek következtében nagymennyiségű hulladék (szennyvíz) keletkezik. Ilyen megoldás található a 4.256.573. számú amerikai egyesült államokbeli 25 szabadalmi leírás szerinti fluidizáclós szennyvízkezelési eljárásnál is. Jelentősebb mosóvíz sejtanyagkoncentráció mellett kisebb hulladékmennyiséget eredményez a 79 23 908 számú brit szabadalmi bejelentés szerinti fluidágy rege- 30 nerálási eljárás, amely szerint a reaktorból lassan gravitációsan leeresztett töltetet külön tartályban ülepítik, dekantálják a tiszta vizet, majd perisztaltikus pumpával töltet-iszap elválasztó gépre viszik az anyagot (vibrációs szita, centrifugálszeparátor, hidrociklon vagy módosí- 35 tott szalagprés), ahonnan az iszap tárolóba, a töltetrészecskék pedig a fluid ágyba szállíthatók. Az igen bonyolult, az oszlopon kívül két, mechanikus keverővei ellátott tartályból, perisztaltikus pumpából és elválasztó gépből álló, és 13 darab automata szeleppel vezérelt be- 40 rendezéssor a belső recirkulációs körökkel meglehetősen nehézkesen üzemeltethető és igen költséges kivitelű. Tekintettel a technika állását az előbbiekben bemutató összefoglalásban is megjelölt fontosabb hiányosságokra, a találmány kifejlesztése során bebizonyosodott, hogy 45 kulcskérdésnek tekinthető a biofilm optimális struktúrájának, nitrátbontó aktivitásának, valamint gazdaságos eltávolításának megoldása. A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amelylyel kiküszöbölhetők az ismert eljárások fentiekben 50 említett hátrányai, azaz amellyel megoldhatók az eljárás kulcskérdései, a biofilm optimális struktúrája, nitrátbontó aktivitása és gazdaságos eltávolítása. 1430410 sz. brit szabadalmi leírás, ahol a töl te részecskék mérete 0,2-3 mm. A megnövelt fajlagos felület következtében itt már nagyobb a nitrátbontó kapacitás és közel állandó folyadék nyomáseséssel működtethető a reaktor, amelyben a bevezetett szennyvíz alulról felfelé áramlik. A biofilmet alkotó mikroflóra disszimilatív anyagcseréjének biztosítására adagolt szénforrás e szabadalmi leírások szerint keményítő, glükóz vagy metanol. Megállapítható, hogy ilyen szénforrások alkalmazásánál (vagy különösen a Divet által ismertetett eljárás esetén etanollal) a denitrifikálást végző baktréiumok mellett egyéb -törzsek is elszaporodhatnak. Ennek eredménye egyrészt a szénforrás szükségesnél nagyobb mértékű 65 A tartósai) erős töltetrcszccske-biofilm kötést a találmány értelmében úgy alakítjuk ki, hogy a fluid ágy 55 ismert baktériumtenyészettel történő beoltásakor a — célszerűen zárt körben keringtetett - víztöltethez kationaktív oldalláncú szintetikus polielektrolit-oldatot adunk. Az általában negatív töltésű ásványi töltetszemcsék (például homok) és a polielektrolit elektrosztatikus 60 vonzerők útján kapcsolódnak egymáshoz. A vízbe egyidejűén adagolt baktérium oltótenyészet viszont könynyen és viszonylag tartósan ráépül az előkezelt szemcsefelületre. A csak oltáskor (illetve különleges esetekben a denitrifikáló üzemmód mellett időnként) adagolt poli- • - 5 * 2
