A szennyvízkezelésben keletkező iszapok, mint hulladékok hasznosítása

A szennyvízkezelésben keletkező iszapok, mint

hulladékok hasznosításaBeszédes Sándor, Dr. László Zsuzsanna,

Dr. Hodúr Cecilia, Dr. Szabó Gábor

SZTE Mérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézet6725 Szeged Moszkvai krt. 9.

Tel.: +3662/546-005

Szennyvizek és folyékony hulladékok

Nem-lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok

Membrán-szeparációs eljárások

Előkezelések

Kibocsátási határértéknek megfelelő víz

Biológiailag lebomló szennyezéseket tartalmazó folyékony hulladékok

Előkezelések

Membrán-szeparáció

Tisztított víz:• Technológiai (RO, NF)• Közcsatornába (NF, UF)• Élővízbe (RO, NF)

Magas sza. tart hulladék(iszap)

KondicionálásSzárítás

Komposzt,talajjavítás Biogáz

Szennyvízkezelés Cél: szennyezőanyagok eltávolítása (nitrogén, foszfor, toxikus vegyületek stb..)

Kiülepíthető fázis: szennyvíziszap

Szennyvíziszap kezelés• Lerakás• Égetés• Hasznosítás (mezőgazdaság, anaerob fermentáció, komposztálás)

Nehézfémek? (Fito)toxikus komponensek? Patogenitás?

Szennyvíziszap produktum• Előülepítés: primer iszap (lebegőanyag max. kb. 70%-a) Függ: lebegőanyag tartalom koncentrációja, bejövő térfogatáram, felületi terhelés

• Koagulációt, flokkulációt követő ülepítés (lebegőanyag eltáv. 90%) Primer iszap produktum nő, iszap vízteleníthetősége romlik

• Szekunder iszap: biológiai szennyvíztisztításban Vízteleníthetőség jobb

Tisztítás célja Iszapkor (nap)Lebontható szerves anyag eltávolítás (BOI)

3-5

Nitrifikáció 8-10

Denitrifikáció 14-16

Foszforeliminálás 16-20

Hasznosítható anyagok

Víz

pórusvíz (70%)kapilláris víz (20%)pelyhek víztartalma (2%)sejtben kémiailag kötött víz (8%)

Ásványi részecskék homok és egyéb szemcsés anyagok

Szerves anyag széntartalmú maradékanyagok

Tápanyagoknitrogénfoszforkálium

Nyomelemek fémes elemek és szerves vegyületek

Korlátozó összetevők

Mérgező anyagok

nehézfémekegyéb toxikus anyagok

Patogénekbaktériumokvírusokparaziták

Szennyvíziszapok általános összetétele

Iszapkezelési eljárások Iszapsűrítés (gravitációs sűrítők, centrifugák)

Iszapkondicionálás (termikus, kémiai, biológiai)

Fertőtlenítés (vegyszer és/vagy hő)

Víztelenítés Aerob stabilizálás Anaerob stabilizálás (biogáz)

Égetés Végső elhelyezés, deponálás

Iszapok égetéseHa az iszap toxikus összetevőket tartalmaz, amely más technológiával nem távolítható el.

Az égetés előnyei: térfogatcsökkentés a végtermék nem fertőzött a biológiai bontásnak ellenálló anyagok megsemmisülnek hőenergia nyerhető vissza

Az égetés hátrányai: légszennyezés az iszap kb. 40-50 tömegszázalékát hamuként kell elszállítani korroziv hatású égéstermékek kis telepeken a költségek magasak

Az égetés energiatermelés, vagy hulladékártalmatlanítás?

Biomassza vagy veszélyes hulladék?

Szennyvíziszap kondicionálása Célja:

– vízteleníthetőség javítása – a szerves anyag stabilizálása– a patogén mikroorganizmusok csökkentése

Típusai: fizikai kémiai biológiai

Kémiai kondicionálás Javul a vízteleníthetőség, csökken a rothadóképesség, csökken a patogének

mennyisége– szerves koagulánsokkal (polielektrolitok)

– szervetlen koagulánsokkal (FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3, CaO)

Fizikai kondicionálás pasztőrözés: felmelegítés 60-80°C-ra, hőntartás

termikus kondicionálás: hevítés 180-220°C-ra. A sejtnedvek BOI növekedést okoznak, jól vízmentesíthető

fagyasztásos kondicionálás: a jégkristályok a sejtfalat roncsolják

mosás: a kolloidfázis eltávolítása, a szűrhetőséget, ülepíthetőséget javítja

Biokémiai kondicionálás Célja

– a szerves anyagok lebontása – az iszap vízteleníthetőségének előkészítése, – a patogén mikroorganizmusok számának

csökkentése

A stabilizálás levegő jelenlétében (aerob úton) és levegőtől elzártan (anaerob úton) történhet.

KomposztálásEgy „biotechnológiai” eljárás, ahol a szubsztrát szilárd vagy vízoldhatatlan fázisban van felületét vízfilm vonja be, a mikróbák aerob körülmények között végzik a lebontást

A komposztálás célja: az anyag térfogatának és tömegének csökkentése fertőző hatás megszüntetése (patogének elpusztítása) a N, P, K, C, stb. tartalom hasznosítása.

Primer és szekunder iszapoknál, rothasztott iszapoknál

Sejtfalak lebontása Lignin hasznosítása (gomba, bakt.)

Növényi hulladékok bekeverése (átlevegőzés, humifikáció elősegítése)

• Nitrogén könnyebben felvehető formába alakul• Foszforvegyületek szimultán mineralizációja (rosszabb oldhatóság és hasznosítás)

• Humusz: ammónium tárolás, egyenletesebb felvétel a növényekben

• Iszap víztelenítés szükséges• Megfelelő porozitás

BIOGÁZ

„Biometanizáció”

Anaerob lebontás folyamataA szerves anyagok anaerob lebomlása során

széndioxid, metán és víz keletkezik.• C6H12O6 3CH3COOH

• 3CH3COOH 3CH4 + 3CO2

• CO2+ 4H2 CH4 + 2H2O +400kJ

BiogázképződésSzakasz Mikroorganizmuso

k Termék

hidrolízis fakultatív anaerob mikroorg egyszerű cukor, aminosav, zsírsav

savanyítás savképző bakt. szerves savak, CO2, H2

ecetsav-képz. ecetsavképző bakt. ecetsav, CO2, H2

metán-képz. metanogén bakt. metán, szén-dioxid, víz

Mikrohullámú sugárzás

300 MHz - 300 GHz

Alkalmazásának előnyei– egységnyi térfogatban nagy energiaáram

érhető el

– nincs szükség közvetítő közegre

– gyors felmelegítő hatás

– lényegesen lerövidülő műveleti idők

Dielektromos tulajdonságoktól függően szelektív melegítésre és fázisszeparálásra alkalmas A penetrációs mélységben egyenletesebb felmelegedés

Kémiai reakciók sebességét növeli, a hagyományostól eltérő reakcióutak jellemzik Intenzív nedvességelvonás

"

'

021

r

rd

Mikrohullámaz iszapkezelésben

Az oxidációs eljárások hatékonyságának növelése Patogén mikroorganizmusok gyors elpusztítása Az extracelluláris polimerháló roncsolása A iszap-flokkulumok dezintegrálása A kommunális iszapok esetében megnövekedett szervesanyag-oldhatóság (fehérje, szénhidrátok) A fehérjék oldalláncainak polarizáltsága megváltozik, a hidrogénhidak átrendeződnek

Kutatási célkitűzések A mikrohullámú kezelés hatásainak vizsgálata élelmiszeripari eredetű szennyvíziszapoknál

• vízoldható szervesanyag-frakciók• biológiai lebonthatóság• biogázproduktum• anaerob fermentáció üteme

Folyamatos anyagtovábbítású mikrohullámú kezelő-berendezés fejlesztése

0

20

40

60

80

100

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700

Kezelési idő [s]

DS O

M [%

]1 W/g 2,5 W/g 7,5 W/g

max

itOM )TCOD/SCOD(

)TCOD/SCOD()TCOD/SCOD(S D

0102030405060708090

100

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700

Kezelési idő [s]

DBD

[%]

1 W/g 2,5 W/g 7,5 W/g

)SCOD/CBOD()SCOD/CBOD()SCOD/CBOD(BD

maxmax5

i5t5 D

1 W/g

y = 0,8605xR2 = 0,9921

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 20000 40000 60000

sCOD [mg/g]

BO

D 5 [m

g/g]

0

50

100

150

200250

300

350

400

450

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28

Rothasztási idő [nap]

Kum

ulat

ív b

iogá

zhoz

am

[mL

(gK

OI)

-1]

Kont. CH 0.5 W/g - 10p.0.5 W/g - 20p. 0.5 W/g - 40p. 0.5 W/g - 60p.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Rothasztási idő [nap]

Bio

gázt

erm

előd

és

[mLg

-1/n

ap]

Cont. Konv. 0,5W/g 30m. 1 W/g 30 m.

1,5W/g 30m. 2W/g 30m. 5W/g 30m.

0

100

200

300

400

500

600B

iogá

z te

rmel

ődés

[m

Lg-1

]Biogáz Metán

Következtetések A mikrohullámú kezelés alkalmas a szervesanyagok vízoldhatóságának növelésére A mikrohullámú besugárzás egy meghatározott teljesítményig növeli a biológiai lebonthatóságot A mikrohullámú kezelés alkalmas a biogázrothasztás intenzifikálására:

• fokozza a biogáz hozamot• növeli a biogáz metántartalmát• felgyorsítja a biológiai lebontás ütemét

A besugárzott energia mennyiségén kívül a fajlagos teljesítmény is meghatározó

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!