Transcript ózonos és mikrohullámú

A szennyvízkezelésben
keletkező iszapok, mint
hulladékok hasznosítása
Beszédes Sándor, Dr. László Zsuzsanna,
Dr. Hodúr Cecilia, Dr. Szabó Gábor
SZTE Mérnöki Kar, Folyamatmérnöki Intézet
6725 Szeged Moszkvai krt. 9.
Tel.: +3662/546-005
Szennyvizek és folyékony hulladékok
Nem-lebomló szennyezéseket
tartalmazó folyékony hulladékok
Biológiailag lebomló szennyezéseket
tartalmazó folyékony hulladékok
Előkezelések
Előkezelések
Membrán-szeparáció
Membrán-szeparációs
eljárások
Magas sza. tart hulladék
(iszap)
Szárítás
Kondicionálás
Tisztított víz:
Kibocsátási határértéknek
megfelelő víz
• Technológiai (RO, NF)
• Közcsatornába (NF, UF)
• Élővízbe (RO, NF)
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
Szennyvíziszapok általános összetétele
pórusvíz (70%)
Víz
kapilláris víz (20%)
pelyhek víztartalma (2%)
sejtben kémiailag kötött víz (8%)
Ásványi
Hasznosítható részecskék
anyagok
Szerves anyag
homok és egyéb szemcsés anyagok
széntartalmú maradékanyagok
nitrogén
Tápanyagok
foszfor
kálium
Nyomelemek
fémes elemek és szerves vegyületek
Mérgező
anyagok
nehézfémek
Korlátozó
összetevők
egyéb toxikus anyagok
baktériumok
Patogének
vírusok
paraziták
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
Ha az iszap toxikus összetevőket
tartalmaz, amely más technológiával
égetése
nem távolítható el.
Az égetés előnyei:
Az égetés hátrányai:
 térfogatcsökkentés
 a végtermék nem fertőzött
 a biológiai bontásnak ellenálló
anyagok megsemmisülnek
 hőenergia nyerhető vissza
 légszennyezés
 az iszap kb. 40-50 tömegszázalékát
hamuként kell elszállítani
 korroziv hatású égéstermékek
 kis telepeken a költségek magasak
Biomassza vagy
veszélyes hulladék?
Az égetés energiatermelés, vagy
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.
Komposztálás
Egy „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.)
• Iszap víztelenítés szükséges
• Megfelelő porozitás
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
BIOGÁZ
„Biometanizáció”
Anaerob lebontás folyamata
A szerves anyagok anaerob lebomlása során
széndioxid, metán és víz keletkezik.
• C6H12O6  3CH3COOH
• 3CH3COOH  3CH4 + 3CO2
• CO2+ 4H2 CH4 + 2H2O +400kJ
Biogázképződés
Szakasz
hidrolízis
savanyítás
ecetsav-képz.
metán-képz.
Mikroorganizmusok
Termék
fakultatív anaerob mikroorg egyszerű cukor, aminosav, zsírsav
savképző bakt.
ecetsavképző bakt.
metanogén bakt.
szerves savak, CO2, H2
ecetsav, CO2, H2
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
1
 r'
d
 0 
2
 r"
 Kémiai reakciók sebességét növeli, a
hagyományostól eltérő reakcióutak jellemzik
 Intenzív nedvességelvonás
Mikrohullám
az 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
Élőcsíraszám [CFU/g]
1,E+11
1,E+10
5W/g 30p.
1,E+09
2W/g 30p.
1,E+08
1W/g 30p.
1,E+07
Konv.
1,E+06
Kont.
1,E+05
1,E+04
1,E+03
1,E+02
1,E+01
1,E+00
nt
Ko
.
nv.
Ko
0 p.
3
g
.
/
1W
30 p
g
/
0 p.
2W
3
g
/
5W
5
Beol nap
Kez.
t.
után
10
nap
15
nap
100
1 W/g
2,5 W/g
7,5 W/g
60
40
20
DSOM 
(SCOD / TCOD) t  (SCOD / TCOD) i
(SCOD / TCOD) max
DBD 
(CBOD 5 / SCOD ) t  (CBOD 5 / SCOD ) i
(CBOD 5 max / SCOD max )
0
0
300
600
900 1200 1500 1800 2100 2400 2700
Kezelési idő [s]
60000
1 W/g
50000
40000
30000
y = 0,8605x
R2 = 0,9921
20000
10000
0
0
20000
40000
s COD [m g/g]
60000
D BD [%]
BOD5 [mg/g]
D SOM [%]
80
1 W/g
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
300
600
2,5 W/g
7,5 W/g
900 1200 1500 1800 2100 2400 2700
Kezelési idő [s]
Kont.
0.5 W/g - 20p.
Kumulatív biogázhozam
[mL (gKOI )-1]
450
CH
0.5 W/g - 40p.
0.5 W/g - 10p.
0.5 W/g - 60p.
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
4
7
10
13
16
19
Rothasztási idő [nap]
22
25
28
40
35
Cont.
Konv.
0,5W/g 30m.
1,5W/g 30m.
2W/g 30m.
5W/g 30m.
1 W/g 30 m.
[mLg-1 /nap]
Biogáztermelődés
30
25
20
15
10
5
0
0
3
6
9
12
15
18
Rothasztási idő [nap]
21
24
27
30
5W
5W
5W
2W
2W
2W
30
p.
20
p.
10
p.
30
p.
20
p.
10
p.
30
p.
20
p.
10
p.
30
p.
20
p.
10
p.
30
p.
20
p.
10
p.
CH
nt
Biogáz
1,5
W
1,5
W
1,5
W
1W
1W
1W
0,5
W
0,5
W
0,5
W
Ko
[mLg-1]
Biogáz termelődés
600
Metán
500
400
300
200
100
0
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!