HU204232B - Process for diminishing phosphorous content in biologically purified communalvaste waters - Google Patents

Description

A találmány tárgya javított eljárás foszforeltávolítására biológiailag tisztítottkommunális szennyvizekből.

Ismeretes, hogy állóvizeinkben, így tavainkban a szennyvizekkel bejutó szervetlen növényi tápanyagok, többek között a foszfor és a nitrogén feldúsulhatnak és az algák, valamint más növényi szervezetek számára kedvező életfeltételeket biztosíthatnak. E folyamatok következtében az említett növényi szervezetek elszaporodhatnak. Az elszaporodást az elpusztulás követi. Ha ez a biológiai folyamat egymás után többször lejátszódik, az adott állóvíz elöregedése, úgynevezett eutrofízálódása megy végbe. Ez a környezetvédelmi szempontból rendkívüli jelentőségű probléma különösen élesen jelentkezett az utóbbi években a Balatonon. Nyilvánvaló, hogy óriási a társadalmi igény olyan eljárásra, amellyel a tisztított szennyvizekből az oldott állapotban lévő foszfor eltávolítható az állóvízbe történő visszavezetést megelőzően.

A kommunális szennyvizekből a foszforeltávolítására alapvetően háromféle típusú eljárás ismeretes, éspedig a biológiai, a biokémiai és a kémiai eljárás.

A biológiai eljárás során egy növény, például sás vagy nád alkalmazásával vonják ki a szennyvízből a foszfort, minthogy ezek a növények saját szöveteik építőanyagaként hasznosítják a foszfort A biokémiai - eljárás lényege, hogy a szennyvíztisztító telep levegőztető medencéjében az ott élő baktériumokat késztetik „extra” mennyiségű foszfor felvételére. A biológiai és biokémiai eljárások közős hátránya az, hogy alacsony hatásfokukra (20-35%) tekintettel megvalósításuk igen nagy területet igényel, ráadásul téli időszakban egyáltalán nem hasznosíthatók.

A kémiai - kicsapatáson alapuló - eljárás évszakoktól függetlenül alkalmazható, minthogy azonban megvalósításához vegyszeradagolás szükséges, könnyű belátni, hogy gyakorlati megvalósításának korlátját pontosan az adagolandó vegyszer minősége jelenti. Bizonyos mértéken túli vegyszerfelhasználás ugyanis a környezetre ártalmasabb, mint maga a szennyvíz foszfortartalma. Ugyancsak korlátozó tényező lehet a kícsapás során képződő melléktermék elhelyezésének problémája.

A kémiai foszfortalanításnak két módszere ismeretes, nevezetesen szimultán és utókicsapatásos eljárás. Leggyakrabban alkalmazott vegyszerek az alumínium és vas különböző vegyületei. Szimultán eljárásnál a szennyvizek biológiai tisztításánál a levegőztetőbe vagy azt megelőző lépcsőbe adagolják be a szükséges vegyszert. Utókicsapatásos eljárásnál a biológiailag tisztított szennyvízhez adagolják a vegyszert

A fent említett két eljárásnál keletkezett iszapok nehezen kezelhetők (ülepíthetők, sűrithetők és vízteleníthetők). Környezetre nagymennyiségben toxikus hatásúak. A technológiai folyamat mindkét esetben savas közegben játszódik le, ezért fokozott korrózióveszély í áll fenn. A szimultán eljárásnál keletkező iszap a biológiai iszappal együtt rendkívül nehezen vízteleníthető zagyot ad, amelynek további felhasználása drága flokkulálószert igényel.

Egy további lehetőség alumíniumionok helyett vas- <

ι ionok hasznosítása vízoldható vassók formájában. Az utóbbiak adagolása az iszapminőség szempontjából nem okoz ugyan nehézséget^ viszont az iszapban le nem kötött vasionok a tisztított vizet elszínezik és rá5 adásul káros nehézfémként a befogadóként használt állóvizet teihelik. Ez a megoldás a gyakorlatban tehát nem hasznosítható.

A kémiai eljárás megvalósítására ismert a kalciumhidroxid alkalmazása is.

A mésszel való foszfortalanítás biológiailag tisztított szennyvízből azon alapszik, hogy az itt jelen lévő öszszes P, 90%-ban HP0²(ortofoszfát) alakban jelen van. Apolifoszfátok, kondenzált foszfátok és a szerves eredetű foszfátok aránya nagyon kevés.

A kalcium-ion a foszfát-ionnal, hidroxil-ion jelenlétében hidroxil-apatittá alakul. Ennek változó az összetétele, de megközelítőleg a következő egyenlettel lehet jellemezni, ha az összes foszfor mint ortofoszfát van jelen a rendszerben:

3 HPO²- + 5 Ca²⁺ + 4 OH' -+ Ca₅ (OH) (PO₄)₃ +

3H₂O

A Ca₅(PO₄)₃OH leválása pH-függő, a levált mennyiség a rendszerben annál nagyobb, minél nagyobb a pH.

A vonatkozó szakirodalom szerint magas pH értéken dolgoznak (10-11), mert az az általános szakmai felfogás, hogy a hatékony (0,1-0,2 ml/1) foszfor-eltávolítás csak ebben a pH-tartományban végezhető el (National Swedish Euviroment Protection Board Water Dpt„ Dr. Lars Ulmgren SNV-PM-426 Design of municipal se30 wage treatment plants. Solna 1974.01.07., és Vízügyi Műszaki Tájékoztató, 57. szám, 2. kiadás, 261. oldal, ez utóbbi megfelel az-1. ábra - x - görbéjének). Saját vizsgálataink szerint így a kalcium-hidroxid jó része a szennyvíz eredeti 7 pH-jának megnövelésére, és nem foszforeltávolításra fordítódik. Könnyű ugyanakkor azt is belátni, hogy a foszforeltávolítás műveletét követően a kezelt szennyvíz pH-értékét ismét semleges körüli értékre kell beállítani, ehhez viszont az erősen megnövelt pH miatt semlegesítő vegyszerre van szükség. A kivált kalcium-karbonát és magnézium-karbonát miatt a tisztított szennyvíz összes sótartalma csak kis mértékben emelkedik meg. Járulékos hátrányként jelentkezik, hogy ilyen esetekben a fertőtlenítés hatásfoka csökken, ha erre a célra klórt vagy klór-vegyületeket hasznosíta45 nak.

A meszes eljárások továbbfejlesztésének célja tehát, . hogy a hatásos foszforkiválást minél alacsonyabb pHtartományban lehessen elvégezni. Ezt ismert megoldások szerint úgy próbálták biztosítani, hogy a Ca(OH)₂ 50 mellett más egyéb, szintén foszfátkiváltást eredményező sókat adagoltak - mint például a fentiekben említett Al- vagy Fe-sókat - vagy más Ca-sókat is alkalmaztak, amelyek az oldhatósági szakasz alapján a foszfátkiválást elősegítik, de ők maguk a pH-t nem emelik. Ilyen 55 megoldást ismertetnek a 146 446 számú NDK-beli szabadalmi leírásban, ahol a foszfátok kicsapását Ca(OH)₂ és CaCl₂ segítségével végzik 7,5-9,0 pH-lartományban. Ezen megoldások hátránya azonban részben a vegyszerfelhasználás jelentős mértékű megnövekedé60 se, részben a kapott iszap környezetszennyező volta (ez

HU 204232 Β további problémát jelent annak feldolgozásánál is), valamint az, hogy például az Al- és Fe-sók esetében ezek bizonyos mennyisége a tisztított vízben is jelen van, ami élővizek esetében káros.

Célul tűztük ki tehát a kalcium-hidroxidos eljárás említett hátrányainak kiküszöbölését.

A 3/1984. Π. 7. (OVH) számú rendelkezés szerint, az I. területi kategóriába tartozó vízbefogadóba vezethető szennyezőanyagok értékei: össz, P: 1,8 mg/1; pH: 6,5-8,5.

Felismertük, hogy 1,8 mg/1 össz P-tartalom biztosítását elérhetjük az ismerteknél alacsonyabb és igen kedvező 8,8-9,2 közötti pH-tartományban is egyedül csak mész adagolásával is, ha a kicsapásnál keletkezett, kiülepített iszap egy részét a tisztítandó szennyvízhez visszavezetjük, recirkuláltatjuk. Felismertük ugyanis, hogy ez az iszap még szabad Ca(OH)₂ tartalma révén, jelentős foszformegkötő-kapacitással rendelI kezik és a benne lévő hidroxi-apatit a keverőben oltókristályként hat, kristálygócok képzésével elősegíti a további hidroxi-apatit kiválását és így jelentősen kisebb vegyszerfelhasználással, alacsonyabb pH-tartományban biztosítható a kívánt mértékű foszforeltávolítás.

Felismertük továbbá, hogy az alacsonyabb pH-tartományon kedvezőbbé válik a vízben jelen lévő Ca- és Mg-sók kiválása és hogy a víztisztítás hatásfoka tovább javítható, ha a kicsapással egyidejűleg hipokloritos fertőtlenítést is végzünk.

A fentiek alapján találmányunk tárgya továbbfejlesztett eljárás foszfor eltávolítására biológiailag tisztított kommunális szennyvizekből kalcium-hidroxid alkalmazásával, oly módon, hogy a kezelendő szennyvíz 1 m³-nyi mennyiségére számolva 0,1-0,2 kg kalciumhidroxidot adagolunk, a kapott 8,8-9,2 pH-jú rendszerből a kivált iszapot ismert módon ülepítéssel elkülönítjük, a kiülepített iszapból, annak szárazsúlyára számítva 0,1-1,0 kg-ot 1 m³ kezelendő szennyvízre vonatkoztatva a kalcium-hidroxidos keverékhez viszszavezetünk, adott esetben a kalcium-hidroxidos kezeléssel egyidejűleg hipokloritos fertőtlenítő kezelést is ,, végzünk, majd a kezelés után a tisztított szennyvíz pH-ját semleges körüli értékre beállítjuk.

A találmányunk szerinti eljárás egyszerűsített folyat matábráját a 2. ábrán mutatjuk be.

Atalálmány szerinti eljárásnál tehát, amely folyamatát tekintve megegyezik egyéb meszes foszfortalanítást alkalmazó eljárások technológiai sorrendjével, egy egyszerű technológiai lépés, az iszap egy részének recirkuláltatásával érjük el a hatásos pH-tartomány csökkenését. Abban az esetben, ha az iszap szárazanyagtartalmára számolva 0,1-1,0 kg/m³ kezelendő szennyvíz recirkulációt alkalmazunk, az 1. ábrán látható pHcsökkenést érünk el (1. ábra - xx - görbe). Az ábrából látható, hogy az össz P < 1,8 mg/1 eléréséhez recirkuláció nélkül pH ~ 9,2-9,5 körüli értéket kell biztosítani, reciikulációval ez az érték pH=8,8-9,2 közötti érték. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a szükséges 0,2 g/1 vagy e feletti kalcium-oxid lecsökkenthető 0,130,16 g/l-re, ami például egy 10 ezer m³/nap terhelésű üzem esetén naponta 400-700 kg vegyszer-megtakarítást jelent Az utóbbi 4-5 év folyamatos, üzemi paraméterei alapján ez az érték tartható és átlagosan 0,15 g/1 kalcium-oxid szükséges az < 1,8 mg/1 foszfor5 tartalom biztosítására.

A mész beadagolását vagy mész-hidrát formájában poradagolóval vagy mésztejes oldat formájában végezzük és a folyamatot pH-méréssel automatikusan vagy kézi vezérléssel szabályozhatjuk.

A találmány szerinti eljárásnál a foszforeltávolítással egyidejűleg jelentős mennyiségű, 50-60%-os KOI és BOI_S eltávolítás is bekövetkezik.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös kivitelezési módjánál a kalcium-hidroxidos kezeléssel egyidejűleg 15 fertőtlenítést is végzünk, amelyhez általában egy hipoklorit-vegyületet, célszerűen nátrium- vagy kalciumhipokloritot alkalmazunk.

A találmány szerinti eljárás utolsó lépéseként a meszes kezelést követően a tisztított szennyvíz pH-ját közel semlegesre állítjuk be, amelyet ismert eljárásokkal végzünk (például C0₂-kezeléssel, sósavas kezelés), esetünkben legelőnyösebben levegőztetést alkalmazunk.

A találmány szerinti eljárás főbb előnyei a követke25 ző pontokba foglalhatók.

1. A találmány szerinti eljárás megvalósításával a korábban már említett OVH-rendelkezés szerinti minőség, azaz 1,8 mg/1 értéknél kisebb összfoszförtartalom eléréséhez szükséges fajlagos kalcium30 hidroxid mennyiség 25-35%-kal csökkenthető, sőt az adott esetben egyidejűleg ugyanabban a műtárgyban végrehajtott fertőtlenítéssel ez a fajlagos mennyiség további 15-20%-kal csökkenthető.

2. Az eljárás során képződött szennyvíziszap jól üle35 píthető és gravitációs sűrítéssel olyan szárazanyagtartalomra sűríthető (10-15%), amely további kezeléssel, például gépi víztelenítéssel (30-35 sza.%) egyszerű kezelést (lapátolhatóságot) és szállítást tesz lehetővé. Az így kapott szennyvíziszap kör40 nyezetkímélő, mezőgazdasági technológiákba jól beilleszthető, azaz például műtrágyázásra, vagy talajok meszezésére hasznosítható (Zala megyében például 40000 hektár termőtalaj igényel meszes kezelést).

3. A viszonylag kevésbé magas pH alkalmazása következtében a semleges pH visszaállítása egyszerűbb, ráadásul célszerűen megoldható levegőztetéssel. Ezáltal a befogadó sóterhelése erőteljesen' csökkenthető, mivel jelentős a kalcium-karbonát kiválása.

4. A találmány szerinti recirkuláltatási lépés bármely meglévő technológiai folyamatba beilleszthető.

A találmányt közelebbről a következő kiviteli példával kívánjuk megvilágítani.

Példa

1500 m³ napi kapacitású, Dorr-típusú ülepítő medencében 10 napon át folyamatos üzemű kísérletet végzünk biológiailag tisztított szennyvízzel. A kiiudu60 lási pH 7,4 és 7,5 között van. A kalcium-hidroxid

HU 204232 Β adagolása mésztej formájában gravitációs megoldással működő vegyszeradagoló berendezéssel történik. A beadagolt mészhidrát mennyisége 0,1-0,15 kg/m³ kezelendő szennyvíz. így a kezelés során az üzemi pH 8,8-9,2 között ingadozik.

A képződő iszap mennyisége a tisztított szennyvíznek 0,1-0,15 térfogat%-a. Ebből a mennyiségből 1 m³ tisztítandó szennyvízre vonatkoztatva szárazanyagtartalomban kifejezve 0,5-1 kg-ot recirkuláltatunk.

A képződő szennyvíziszap gravitációs sűrítés után 10-15% sza. tartahnú, gépi víztelenítés (szűrés) után 30-35% sza. tartalmú. A kezelt szennyvízben a foszfortartalom 1,8 mg/1 alatt marad.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Javított eljárás biológiailag tisztított kommunális szennyvizek foszfortartalmának P > 0,5 mg/1 értékre való csökkentésére kalcium-hidroxid felhasználásával, azzal jellemezve, hogy a kezelendő kommunális szennyvízhez 1 m³-nyí mennyiségére vonatkoztatva 0,10,2 kg kalcium-hidroxidot adagolunk, a 8,8-9,2 pH-jú

   5 rendszerből a kivált iszapot ismert módon elkülönítjük, az így elkülönített iszapból szárazanyagtartalmára vonatkoztatva 0,5-1 kg-ol 1 m³-nyi kezelendő szennyvízre számítva a kalcium-hidroxidos keverékhez recirkuláltatunk, adott esetben a kalcium-hidroxidos kezeléssel

   10 egyidejűleg hipoklorittal fertőtlenítő kezelést végzünk és végül a kezelés után a szennyvíz pH-ját semleges körüli értékre beállítjuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fertőtlenítéshez nátrium- vagy kalcium-hipcklo15 ritothasználunk.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelés utáni, közel semleges pH-beállítást levegőztetéssel végezzük.