Magyar Vízgazdálkodás, 1983 (23. évfolyam, 1-8. szám)
1983 / 6. szám
2. ábra. A nitrátkoncentráció és a denitrifikációs ráta (R) közötti összefüggés Az ioncserélő módszert elsősorban a fejlett tőkés országokban alkalmazzák. Lényege, hogy műgyanták segítségével a nitrátiont kloridionra cserélik ki, amely egészségre ártalmatlan. Az eljárás nagy előnye, hogy gyorsan telepíthető, üzembeállítható és ellenőrzött körülmények között tartható. Hátránya viszont a magas üzemelési költségeken kívül a regeneráló folyadék elszállításával és elhelyezésével kapcsolatos gond. További korlátozást jelent, hogy nem, vagy csak költséges műszaki megoldások mellett alkalmazható magas szulfáttartalmú vizekben, mert a szulfát leszorítja a nitrátot a gyantáról. Újabban kísérletek folynak a hidrokarbonátciklusú gyanták alkalmazásával is. Valamennyi ioncserélő eljárás közös és alapvető hátránya a biológiai elven alapulókkal szemben, hogy a nitrát szenynyeződést nem szüntetik meg, csupán egy kisebb térfogatra koncentrálják. így a regenerálás során keletkező szennyvízzel a kivont nitrát teljes egészében visszajut a felszíni- vagy a talajvízbe. A biológiai módszerrel történő nitrátmentesítés lényege, hogy az élő szervezetekben meglevő különböző nitrátredukciós mechanizmusok valamelyikét felhasználva alacsonyabb oxidációs fokú nitrogénvegyületeiket nyernek. A biológiai úton zajló nitrátredukciós utak közül a legismertebb és technológiailag a legelterjedtebb a denitrifikáció. A denitrifikáció két nagy előnyének köszönheti gyors térhódítását a vízkezelésben. Az első ezek közül viszonylagos olcsósága, csekély energiaigénye. A másik előnye, — szemben az összes többi módszerrel —, hogy nem, vagy aiig termel hulladékot, vagyis a lehető legnagyobb mértékben környezetkímélő technológia. Természetes módon illeszkedik a földi nitrogén ciklusba, mivel az elemi, molekuláris nitrogént gázalakban visszajuttatja a légkörbe. A biológiai eszközökkel történő nitrátredukciónaik természetesen hátrányai is vannak. E hátrányok két csoportra oszthatóak. Egyrészt a kezelendő vízhez közvetlenül kell valamilyen szervesszén-forrást adagolni, mintegy a denitrifikáló Rplotív 3. ábra. Néhány vízellátási lehetőség relativ kezelési költsége (Egység: fluidágy 4500 m3/d) baktériumok „táplálékaként”. (Valójában a denitrifikációhoz szükséges elektrondonort jelentik a különböző szerves anyagok. Igen elterjedtek a metanol, etanol és a különböző olagoszaccharidok.) A másik probléma tulajdonképpen e módszerek kiforratlanságából ered. Szemben pl. az élelmiszeriparban (a tej-, sör-, káposztagyártás) alkalmazott mikrobiológiai módszerek mögött álló, gyakran évszázados tapasztalatokkal, a víztisztítási technológiák során zajló mikrobiológiai, biokémiai, ökológiai folyamatokról ma még keveset tudunk. Ezzel kapcsolatban elsősorban a különböző bakteriális toxinokra gondolhatunk, illetve a berendezésekben lezajló finomabb mikrobiális átalakulások nyomonkövetésére, ellenőrzött mederben tartására. E problémák a jövőben feltétlen további kutatásokat igényelnek. Jelenleg hazánkban az ioncserés és a biológiai módszeren alapuló éljárások jöhetnék szóba. A VITUKI, az elmúlt évben két, elvileg különböző, biológiai nitrátmentesítési módszert fejlesztett ki. Az egyik ezek közül aerob körülmények között, mikroszkopikus gombát (Aspergillus niger) használ a nitráteltávolítás során, a másik denitrifikáló baktériumokat. Ez utóbbi módszer — mely a VITUKI és Fővárosi Vízművek közös kutatásának eredménye — képes a nitrátredukciót az elemi nitrogén gázig megvalósítani. Mindkét eljárás jelenleg a félüzemi, illetve üzemi méretekben történő kísérletezés szakaszában tart. A továbbiakban fluidizált ágyas rendszerben megvalósított, bakteriális denitrifikálássál foglalkozunk. A FLUIDIZÁLT ÁGYAS BIOLÓGIAI DENITRIFIKÁCIÓ A vegyiparban régóta alkalmazzák a fluidizált ágyas technológiákat. Lényege, hogy ha szemcsés anyaggal töltött oszlopon alulról fölfelé vízáram halad keresztül, akkor a töltőanyag előbb expandált, majd pedig fluidizált állapotba kerül, azaz a szemcsékre ható erők eredője zérus lesz. Az így alkalmazott szemcsés hordozóanyagra telepíthetők a baktériumok. A fluidizáció eredményeként a hordozóanyag szemcsemérete csökkenthető akár néhány tized milliméteres átmérőig is, az eltömődés veszélye nélkül. így egységnyi térfogatban nagy fajlagos felület és ezáltal igen magas biomassza koncentráció érhető el, ami a nitráteltávclítási sebesség egyik meghatározó tényezője. Kísérleteink során a fluidizált ágyban, fix biofilmként hordozóanyaghoz kötött denitrifikáló baktériumtörzseket használtunk föl. A félüzemi berendezésbe a baktériumtörzseket folyadékkultúrából telepítettük át, ahol azok a granulált aktív szén mikroszkopikus felületén található egyenetlenségekbe települve rögzültek és elszaporodtak. A készülékben sajátos bakteriális változás volt megfigyelhető. Néhány hét leforgása alatt a granulált aktív szén felületén kialakult és stabilizálódott a megfelelő biomassza. Ennek tömege 1 m3 reaktortérfogatra vonatkoztatva 40—60 kg volt, ami egy nagyságrenddel nagyobb, mint a biológiai szennyvíztisztítási gyakorlatban alkalmazott legnagyobb baktériumkoncentráció (3—6 kg/m3). A töltet anyagával szemben támasztott követelményeknek (kopásállóság, homogén szemcseméret, megfelelő megtelepedési felület) legjobban a granulált aktív szón felelt meg, amelynek további előnye, hogy lerövidíti a bedolgozási időt. A félüzemi kísérleti berendezés elvi vázlata az 1. ábrán látható. A 80 mm átmérőjű és 2500 mm magas, granulált aktív szénnel töltött reaktor alján lép be a tisztítandó és a recirkuláltatott víz, valamint a nitrátredukcióhoz szükséges szervesszén oldat. Felül távozik az elemi nitrogén gáz és a nitrátmentesített víz. Az egész berendezés légmentesen zárt, mivel a denitrifikáció csak bizonyos oxigénszint alatt indul meg. (Nem szükséges a teljes anaeróbia, elegendő az anoxiás körülmények fenntartása.) A nitráteltávolítással kapcsolatos kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy a denitrifikáció folyamatára elsősorban három tényezőnek van kiemelt jelentőségű hatása, ezek: — a hőmérséklet, — a kezelendő víz oldott oxigéntartalma, —• az adagolt szervesszén-forrás minősége és mennyisége. A hőmérséklet hatása jól ismert az irodalomból, mely szerint a 10 °C-os hőmérséklet emelkedés közel 2—4-szeresére emeli a sebességet. A tartózkodási idő szempontjából lényeges a víz kezdeti oldottoxigén-tartalma is, hisz amíg az 0,5 g/m3 alá nem csökken, addig nem indul meg a denitrifikáció. Ezért a vízhőmérsékletétől és oldottoxigén-koncentrációjától függően a 23
