A szennyvztisztts folyamatairl egy kicsit mskppen Dr Fleit

A szennyvíztisztítás folyamatairól … egy kicsit másképpen Dr. Fleit Ernő egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Tel: 463 4260 e-mail: fleit@vcst. bme. hu copyright Dick H. Eikelboom/ASIS 1

A vízöblítéses wc-től az integrált membrántechnológiáig n A problémák (egyik) oka: „a civilizáció fokát az is méri, hogy az ember mekkora távolságot tart önmaga és az anyagcsere végtermékei között” 2

A klasszikus biológiai szennyvíztisztítás 2 lépése n Oxidáció (aerob heterotróf mikroorganizmusok) n Ülepítés (pelyhek) 3

„Bacik, férgek, bugs…” n Az eleveniszap: MESTERSÉGESEN FENNTARTOTT VÍZI ÖKOSZISZTÉMA Microthrix parvicella fluoreszcens mikroszkópos képe 4

Valójában több tucat különböző „képességű” és morfológiájú fajcsoport alkotja az eleveniszapot Fluroeszcens jelölésű Nitrobacter sejtcsoport (pehely) 5

Egysejtűeket is találunk. . n Ezek szűrő életmódot folytatnak (vagy legelnek) Vorticella 6

Az eleveniszap, mint mesterséges ökológiai rendszer n Élő sejtek (zömmel baktériumok) n Elpusztult sejtek n Nagyobb (5 -100 mikrométeres) ún. partikulált anyagok (szubszrátok, pl. keményítő) n Szervetlen frakció (izzítási maradék) ez elérheti a teljes tömeg 10 -50%-át is (!) 7

Fonalas és pehelyképző baktériumok arányai Fonalasodás Normál, kedvező szerkezetű iszap 8

Ha nincs rendben a fonalas/pehelyképző arány… 9

Akkor tényleg baj van… 10

Hogyan jön létre az eleveniszap? Spontán módon n Beoltással (többnyire ez a módszer – UASB, membránreaktoroknál feltétlenül) n A pelyhek kialakulása spontán folyamat – a pehelyméretet a telepen a mechanikai nyíróerők alakítják ki (de nem csak ezek!) n 11

Az eleveniszap „biokémiai és ökológiai” viselkedése A részecskék két nagy csoportja: • finom 0, 1 – 5 mikronos sejtek • nagyobb sejtaggregátumok (pelyhek, 50 – 500 mikron) 12

Az iszap jellemzésére használt „makroparaméterek” Iszapkoncentráció (2 - 6 g/L) n OUR (oxygen utilization rate) n 30 perces ülepedés, SVI, DSVI, TEFL n 13

Az eleveniszap „ökológiája” n n n A fajlagos növekedési sebességben mutatkozó hatalmas különbségek Eltérő szubsztrát preferenciák Eltérő terminális elektronakceptorok (aerob, anoxikus, anaerob reakcióterek szelektív hatásai) D. O. , p. H, hőmérséklet, S konc. és minősége – eltérő faji válaszreakciók – tolerancia küszöbök „Normál” működési paraméterek mellett az eleveniszap baktérium közössége messze a maximális növekedési sebesség alatt szaporodik ( akt max) 14

Az eleveniszap pehely összetétele, felépítése Miért jönnek létre sejtes „aggregátumok”? Elméletek: n Nyálka kapszula (sejten kívüli polimerek – ESP (extracellular slime proteins) n A sejtfelszín negatív töltése (+ töltött ionok segítik a sejtek összekapcsolódódását) n Molekuláris összekapcsolódás (sejtfalon túlnyúló fibrillumokkal) n 15

A pelyhek létének következményei n A fázisszétválasztás lehetséges (jó esetben) n Mikrogradiensekben gazdag környezet (diffúziós limitáltság) 16

Biológiai értelemben miből áll az eleveniszap? – Pehelyformáló baktériumok – Fonalas baktériumok – Nem pelyhesedő, szuszpendált baktériumok – Egysejtűek (pl. csillósok - szűrés), többsejtűek (pl. Nematodák - férgek) – legelés, ragadozás 17

Az iszap mikroszkópos morfológiája n n n n Mit látunk? – Hogyan értelmezzük technológia szempontjából a mikroszkópos képet? 100 x nagyítás A pelyhek alakja Átlagos mérete Egysejtűek, többsejtűek jelenléte és száma Fonalas szervezetek jelenléte, száma, alakja Szervetlen részecskék (zsírcseppek, textilszálak, stb. ) 400 -500 x nagyítás A pelyhek felépítése (kompozíciója) A flokkok textúrája (kompaktsága) Diszperz növekedésű sejtek jelenléte Fonalas szervezetek azonosítása (alak, méret, stb. ) 1000 x nagyítás Fonalas szervezetek festődési tulajdonságai, 1 m-es tartományban sejtek alakja, kapcsolódási formái 18

Főbb folyamati paraméterek 19

A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái n n n A tisztított (elfolyó) szennyvízben a megnövekedett lebegőanyag tartalom okai lehetnek: Diszpergált növekedésű baktériumok szaporodása (magas iszapterhelés, szűrő Protozoák hiánya, stb. ) Deflokkuláció a levegőztető medencében (túlzott levegőztetés vagy keverés, mérgező hatások) A kis flokk-ok nem szűrődnek ki a nagy flokkok hálóján az utóülepítő medencében – pin-point floc jelensége Az utóülepítő hidraulikai túlterhelése 20

A 2. lépés (fázisszétválasztás) problémái n n n Az utóülepítő hibás tervezése (a terhelés egyenetlenül oszlik meg a medencében – bukóélek!) Felúszó iszap a denitrifikáció következtében (főleg nyáron, ha túl nagy a tartózkodási idő az utóülepítőben, és még van maradék BOI) Nocardia szaporodás miatt (a gázbuborékok felflotálják a retikuláris növekedésű flokkokat) Ha a kotró nem éri el az utóülepítőben felhalmozódó iszap egy részét, az ott berothad, gázok képződnek, és ez „felflotálja” az iszapot. Fonalas (filament) baktériumok túlszaporodása 21

BULKING Iszapfelúszás –– (per def. ) ha a fonalas szervezetek túlszaporodása okozza az ülepítési problémákat 22

Néhány fonalas mikroszervezet Thiotrix – S granulumok Kén teszt 23

Indikátor szervezetek n Microthrix parvicella (alacsony F: M arány) 24

Festési eljárások és morfológia 1851 típus (Gram festés) n 0092 típus (Neisser festés) n 25

Thiotrix baktérium megtelepedése felszíneken n Az immobilizált életforma dominanciája 26

Bakteriális fonalak (filamentek) Fonalas szervezetek (általában baktériumok, de gombák is lehetnek az eleveniszapos rendszerekben) n Megfelelő arányban természetes tagjai az iszap életközösségnek – tehát nem per se károsak! n n Növekedési forma: random vagy unidirekcionális szaporodás (pehelyképző vagy fonalképző szervezetek) n Rendszertani besorolásuk (milyen baktériumok, csak az elmúlt évtizedben kezdődött meg), kb. 30 féle filament ismert. (Kódszámokkal és fajnevekkel is jelölik őket) n Sphaerotilus natans – egy félreértés n Domináns és szekunder megjelenésű fonalak 27

A fonalak mikroszkópos meghatározása n n n Alak (görbült, egyenes, elágazó) Méret (sejtek és teljes fonal hossz, vastagság) Gram és Neisser festési tulajdonságok Felülethez kapcsolt növekedés (üvegmosó kefe) Kapszula – nyálka burok (van -nincs) Kénpróba (szulfid redukció elemi kénné) – Beggiatoa, Thiotrix, 0914 típus 28

A domináns szervezetek működési zavarokat jeleznek (bioindikátor szervezetek) 29

Miért van iszapfelúszás? Szelektív szaporodási előny bizonyos speciális szubsztrátokon (pl. szénhidrátok) n Szelektív szaporodási előny bizonyos terminális elektron akceptorokon (pl. nitrát) n A térben irányult sejtnövekedés és a gradiensek szerepe n Egyéb teóriák n 30

Hogyan küzdhető le a felúszás? n n A probléma azonosítása (pl. mikroszkópos vizsgálat) Az alábbi három módszer közül választás (függően a probléma súlyosságától, és a telepi műszaki adottságoktól, és „az anyagiaktól”) – – – A RAS (iszap recirkulációs ág) manipulációja és a betáp. pontok (nyers szennyvíz) Kémiai kezelés (flokkuláló szerek adagolása a jobb ülepedés érdekében) Toxikus (szelektív) anyagok adagolása a fonalas szervezetek „irtására” 31

Az egészséges rendszer… 32

Következtetések és kitekintés n Az iszap nem homogén, semmiképpen nem tekinthető „bacik” homogén halmazának n A morfológia és a biokémia egyaránt fontos, és egymástól nem elválasztható n Számos hatótényező ismeretlen (black box koncepció és feloldása) n Költségek és a jövő feladatai, technológiái 33