Magyar Vízgazdálkodás, 1983 (23. évfolyam, 1-8. szám)
1983 / 6. szám
denitrifikációhoz szükséges tartózkodási idő kb. 2—15 perces növekedésével kell számolni a gyakorlatban. A gazdaságosság, a beszerezhetőség és elsősorban a toxicitás szempontjából az egyik leglényegesebb kérdés a szervesszén-forrás kiválasztása, melynél azt is figyelembe kell venni, hogy íz- és szagrontó hatást ne okozzon. Éppen ezért a metanolt nem is alkalmaztuk a kísérletek során, tekintve hogy szigorúan sztöchiometrikus arányban adagolni szinte lehetetlen, így fennáll annak a veszélye, hogy az elfolyó víz tartalmaz az egészségre ártalmas mennyiségben metanolt. Csak olyan szénforrásokat próbáltunk ki, amelyek emberre nem mérgezőek, valamint költségük nem haladja meg a kilogrammonkénti 100 Ft-ot. Ilyen anyag pl. a tejcukor, (D- laktóz: C12H22O11) a glükóz, vagyis a közönséges szőlőcukor (СбН)20б), valamint a kereskedelmi kristálycukor, ami lényegében 99%-os tisztaságú szaccharóz (a-D-glükopiranozil-/?D-fruktozid). Az említett szempontok figyelembevételével úgy találtuk, hogy a kereskedelmi kristálycukor a legmegfelelőbb szénforrás. Ezzel az anyaggal kimértük a limitáló mennyiséget, és azt találtuk, hogy ebben az esetben jó közelítéssel az 1:1 aiány fölött már nem az adagolt szénforrás szabja meg a folyamat sebességét, hanem a biomassza koncentráció, más szóval szaccharózzal telített a rendszer, ha azonos arányban tartalmaz nitrátot és szaccharózt. Fontos megemlíteni, hogy ez a szervesszén-adagolás egyben a legnagyobb hátrányát is jelenti a biológiai módszerrel történő nitráteltávolítási eljárásoknak. A tisztítandó vizet szerves anyaggal kell dúsítani, vagyis az egyébként tiszta víz KOI-ját jelentősen meg kell növelni. Pl. 100 g/m3 nitrátkoncentráoió esetén, 1:1 arányú szaccharóz adagolással a kezelendő víz bikromátos kémiai oxigénigényét 57 g/m3-rel, azaz kb. 30-szorosára emeljük meg. Ez az érték a végére csak feleződik, illetve harmadolódik, így mint jelentős probléma jelentkezik a felhasználás oldaláról. Mértük a folyamat során a TOC (total organic carbon) tartalmat is, ami a legjobb esetben is meghaladta a 30 g/m3-es szintet. Ez azt is jelzi, hogy a vizet szerves szénnel nemcsak az adagolás szennyezi, hanem számolni kell egy bizonyos „leválási rátával”, amely azt jellemzi, hogy az elhalt baktériumok leválva a granulált aktív szén felületéről, mennyi szerves szén bevitelt jelentenek a rendszer szempontjából. Az említetteken kívül további tényezők hatását is vizsgáltuk, amelyek kisebb mértékben ugyan, de hatást gyakorolnak a denitrifikáló rendszer működésére. A fizikokémiai paraméterek közül kiemelt szerepe van a tisztításra kerülő víz hidrogénion koncentrációjának (pH- jának, illetve a folyamat pH-eltoló, lúgosító szerepének. A folyamatban szereplő biomassza, elsősorban a bakteriális sejtfal, jelentős pH-pufferoló ikapaccitással rendelkezik. Vizsgáltuk a folyamat során keletkező szerves és szervetlen nitrogénvegyületek megjelenését, illetve arányainak hatását a denitrifikáció sebességére. Adataink vannak a különböző technikai paraméterek (a fluidizáció foka, a recirkuláció mértéke stb.) hatásáról a folyamat lefolyására. A denitrif ikáció hatékonyságát a fajlagos nitrogéntávolítási rátával (R) jellemezzük, mely megmutatja, hogy 1 m3 töltetanyaggal, 1 nap alatt hány kg N-t lehet eltávolítani a vízből. A kísérletek során úgy tapasztaltuk, hogy a denitrifikációt befolyásoló paraméterektől függően az R érték 2—10 kg N/m3.d tartományban mozgott. A vizsgált, 20—100 g/m3 kezdeti nitráíkoncentráció tartomány esetén az R értéke közel lineárisan változik a kezdeti koncentrációval, mivel a folyamatban működő enzimrendszerek induktív módon működnek. (Minél több a „szubsztrát" ónnál nagyobb mennyiségű enzim működik.) Ezt a hatást tükrözi a 2. ábra. A szerves szén adagolásával kapcsolatos, az előzőekben említett KOI-, ihletve TOC-növekedési problémák kiküszöbölésére kidolgoztunk és kipróbáltunk egy olyan új technológiát, melyben térben és időben szétválasztjuk a szerves szén felvételét s a denitrifiikációt. Tehát az eddig ismert és alkalmazott „szimultán" szénforrás-adagolás helyett két fluidizált ágyat használunk, melyek közül az egyikben folyik a szénforrás felvétele, a másikban pedig a közvetlen szénadagolás nélküli denitrifikáció. így — a baktériumok tápanyag-tároló képességét kihasználva — elérhető, hogy a denitrifikációs tevékenységük ideje alatt ne igényeljenek tápanyagot, tehát a tisztítandó vizet ne kelljen szerves anyaggal szennyezni. Ekkor az endogén légzésből fedezik energiaszükségletüket. A szerves szénforrás felvételét egy másik reaktorban valósítjuk meg. A töltet recirkuláltatásával elérhető, hogy a denitrifikációt végző ágy folyamatosan kapjon „friss” töltetet, kondicionált baktériumokat, míg az első ágyban — ugyancsak folyamatosan — a „kifáradt" biomassza regenerációja megy végbe. GAZDASÁGOSSÁGI ÖSSZEHASONLÍTÓ VIZSGALAT Egy nitráttal szennyezett terület egészséges ivóvízzel történő ellátására az alábbi lehetőségek kínálkoznak: — biológiai denitrifikáció, — nitráttá tanítás ionoserével, — kifogástalan minőségű ivóvíz („hígítóvíz") szállítása csővezetéken és keverése a szennyezett vízzel, — időszakos nitrát-szennyezés esetében az alacsony nitráttartalmú víz tározása. A 3. ábra mutatja az egyes alternatívák fajlagos kezelési költségeinek egymáshoz viszonyított várható alakulását akkor, ha a 4500 m3/d teljesítményű biológiai tisztítás költségeit tekintjük egységek (Gregory és tsai, 1982). Az ábrából látható, hogy a kis méretektől eltekintve a biológiai denitrifikáció a legolcsóbb eljárás. Az ioncsere gazdaságossága nagymértékben függ attól, hogy a nyers víz mennyi szulfát-iont tartalmaz és hogy a használt regeneráló oldatot hol lehet elhelyezni. A nitrátos és a nitrátmentes víz keverésének költsége a szállítási távolság és a keverési arány függvénye. Az alacsony nitráttartaímú víz tározási költsége a szükséges tározási idő és az egységnyi tározótér kialakítási költségének a függvénye. ÖSSZEFOGLALÁS A vízkészletek nitrábkoncentrációja világszerte, így hazánkban is egyre emelkedik, a mezőgazdaság kemizálása, az iparszerű termelési rendszerek bevezetése, a nagyüzemi állattartás és az urbanizáció következtében. Mivel Magyarországon 1981-ben a felszín alatti vizek átlagos nitrátszintje 20 g/m3 volt, ha a jelenlegi tendencia tovább folytatódik, akkor az ezredfordulóra nem lesz olyan felszín alatti víz, mely ne igényelne valamilyen nitrátmentesítő kezelést. Hasonlóan rossz a helyzet a jelenleg vagy a későbbiekben ivóvíz-bázisként hasznosításra kerülő felszíni vizeink esetében is. Ezért egyre sürgetőbb olyan nitrátmentesítő technológiák és berendezések kifejlesztése, amelyek közegészségügyi, műszaki és gazdaságossági szempontból egyaránt jó megoldást kínálnak. A VITUKI III. Vízminőségvédelmi Intézete a Fővárosi Vízművekkel együttműködne olyan fluidizált ágyas denitrifikációs eljárást és berendezést fejlesztett ki, melynek segítségével egy köbméter granulált aktív szén töltettel — ez egyéb paraméterektől függően — 2—10 kg nitrát-nitrogént lehet eltávolítani naponta. A biológiai lebontáshoz szükséges szervesszén-formák közül, a gazdaságossági és egészségügyi szempontok figyelembevételével a kereskedelmi kristálycukor bizonyult a leggazdaságosabbnak. A fluidizált ágyas denitrifrilkáló berendezés laboratóriumi és félüzemi kísérletei befejeződtek. A Fővárosi Vízműveknél 1983-ban folyó vizsgálatok célja annak bizonyítása, hogy az eljárás üzemi méretekben, a gyakorlati viszonyoknak megfelelő üzemelési körülmények között is gazdaságos és megbízható ivóvízellátást tesz lehetővé. Az üzemi kísérletek eredményeit felhasználva, további kutatásokat igényel annak megállapítása, hogy az ily módon nitrátmentesitett víz milyen esetleges további kezelést igényel, valamint, hogy más víztisztítási eljárásokkal (szűrés, derítés stb.) hogyan kapcsolható össze. pieit Ernő—Major Veronika IRODALOMJEGYZÉK Beatson, B. 1976: Metheamoglobinaemia-Nitrate in Drinking Water, Environm. Health, V. 2. Bozzayné-Homonnayné-Heinz, 1982: A nitrátterhelés változása a Fővárosi Vízművek partiszűrésű kútjaiban, előadás, Nagymaros. Jerris és tsai, 1974: High-rate biological denitrification using a granular fluidised bed, J. WPCF. V. 46. No. 9. Lewandovski, Z. 1982: Temperature dependency of biological denitrification with organic material addition. Wat. Res. V. 16. Hock, B. 1982: Vízminőségváltozási tendenciák vizsgálata a vízhozam és a vízhőmérséklet figyelembevételével (Kandidátusi értekezés). 24
