A szakaszos üzemű szennyvíztisztító berendezések (SBR – Sequenching Batch Reactor) egyik nagy előnye, hogy folyamatirányításuknak köszönhetően igen rugalmasan alakíthatók a helyi adottságokhoz. Ezekben a rendszerekben a szennyvíztisztítás egyes részlépései nem térben, hanem időben vannak elválasztva egymástól.

Megvalósított fejlesztésünk során a hagyományos szakaszos üzemű berendezésekhez képest lényegesen nagyobb fajlagos terheléssel üzemeltetethető berendezést fejlesztettünk ki, melyet az SBR rendszerekben megszokott idő alapú vezérlés helyett a telepített on-line szondák mérési eredményeit felhasználó, dinamikus folyamatirányítási rendszer vezérel.

Találmányunk célja olyan szennyvíztisztítási eljárás létrehozása volt, amely a leginkább képes adott szennyvízjellemzőkhöz igazodva megfelelő hatásfokú, költségtakarékos szennyvíztisztítást létrehozni. A jelenleg ismert eljárások célszerű részleteinek felhasználása mellett, az azok által nem érintett területek fejlesztésével kívántunk létrehozni hatékonyabb szennyvíztisztítási megoldást, amelynek legfőbb előnye, hogy automatikus üzemelése - rugalmas folyamatirányításának köszönhetően – egy előre meghatározott keretek között adott nyers szennyvízjellemzőkhöz dinamikusan alkalmazkodik, ezzel az üzemeltetési költség csökkenthető, az elfolyó vízminőség megfelelő tartományban tartható. Célja a befolyó vízminőséghez igazodó ciklusszervezés, amely így kedvezőbb vízminőséget és energiatakarékos üzemvitelt biztosít.

Felismertük, hogy az SBR (szakaszos üzemű) reaktorkonfiguráció már kialakításából fakadóan sokkal rugalmasabban igazodik a szennyvízjellemzők változásához, mint egy egyenes átfolyású rendszer, különösen a puffertér alkalmazásának következtében. Mivel a szennyvíztisztítás egyes lépcsői nem térben, hanem időben elválasztva követik egymást, nem szükséges különböző biológiai terek és ülepítő tér kialakítása, a biológiai folyamatok és az azt követő fázisszeparáció is egy reaktortérben valósítható meg.

Ezt az önmagában is rugalmasnak mondható reaktorkonfigurációt kiegészítettük egy olyan folyamatirányítással, amelynek segítségével a reaktorra egyszerre feladott szennyvíz mennyisége, az egyes ciklusok hossza, az ülepítés és iszapelvétel ideje is maximálisan az adott szennyvízjellemzőkhöz igazítható, illetve a szennyvíz jellemzőinek változását is hatékonyan kezeli az egyes folyamatokat meghatározó algoritmusoknak köszönhetően. A berendezés és a folyamatirányítás adott szennyvízjellemzőkhöz olyan mértékben testre szabható, hogy az elérhető maximális tisztítási hatásfokot folyamatosan biztosítsa. Mivel az egyes folyamatok időbeli hosszát nem megadott fix időtag, hanem a reaktorban mért paraméterek változása határozza meg, jelentős költségtakarékosságot is biztosít a szabadalmaztatni kívánt megoldás a hagyományos SBR rendszerekhez képest.

A találmányunk szerinti eljárás és berendezés alapvetően nitrogén tartalmú kommunális és/vagy ipari szennyvíz szakaszos üzemű tisztítására alkalmas, dinamikus időtagok alkalmazásával. A végbemenő folyamatok on-line monitorozásával és ehhez kapcsolódó folyamatirányítással biztosítható az adott szennyvízjellemzőkhöz, valamint azok változásaihoz igazodó rugalmas, megfelelő hatásfokú és költségtakarékos szennyvíztisztítás.

A találmányunk szerinti eljárás folyamatirányítási rendszerében az időtagok kizárólag biztonsági funkciót töltenek be (a vízszintek mellett). Például a feladást nem vízszintre vezéreljük, hanem meghatározzuk a feladni kívánt szennyezőanyag mennyiséget, és ezt a mennyiséget adjuk fel. Ha a nyers szennyvíz híg, akkor nagyobb mennyiséget, ha töményebb, akkor kisebb mennyiséget vezetünk az SBR reaktorba. Ennek indoka és előnye, hogy a biológiai folyamatokban alapvetően a biológiai terhelés a meghatározó, tehát az, hogy mennyi szennyezőanyaggal terheljük az egységnyi mennyiségű mikroorganizmust (kg anyag/kg mikroorganizmus×nap), mennyi táplálékot kap. Az alulterhelés és a túlterhelés is hátrányos a mikroorganizmus kultúra számára. Ezen a módon be lehet állítani az optimumot (kg/kg×nap), mivel tudjuk, hogy mennyi a mikroorganizmusok mennyisége az SBR reaktorban (kg) és mivel mérjük a nyers szennyvíz minőségét (szennyezőanyag tartalom g/m³), tudjuk, hogy mennyit kell feladni (m³) egy ciklusra, hogy ne terheljük túl a mikroorganizmus állományt.

A levegőztetési lépés hosszát alapvetően nem idő alapján állítjuk be (a biztonsági időtagon belül), hanem az ammónium koncentráció alapján és annak függvényében állítjuk le a levegőztetést. Ennek indoka és előnye, hogy a mikrobiológiai folyamatok közül az ammónium (NH₄⁺) oxidációja a leglassúbb. Azaz ez határozza meg a lépés hosszát (ha jó vízminőséget és takarékos üzemet akarunk elérni). Ha túlterheltük a rendszert, vagy a beállított időtag túl rövid, amíg levegőztetés folyik (hiszen ebben a fázisban csökken az ammónium) akkor az elfolyó szennyvízben nagy (esetleg határérték feletti) lesz az ammónium koncentrációja. Ha azonban a levegőztetési lépésben – a fent leírt oldott oxigén szabályozáson túl – mérjük az ammónium koncentrációját is, akkor le tudjuk állítani a levegőztetést akkor, amikor már elfogy az ammónium (vagy határérték alá kerül). Így nem lesz túlzott az ammónium az elfolyó vízben, továbbá nem levegőztetjük túl a rendszert akkor, amikor már elfogyott az ammónium. Ha ezt adott ideig végeznénk, és nem a mért értékek alapján, akkor az energiapazarló levegőztetést indokolatlanul működtetné a folyamatirányítási rendszer.

Az anoxikus lépés hosszát, amint ezt már korábban ismertettük nem egy beállított időtag alapján határozzuk meg, hanem mérjük a nitrát koncentrációját. Ennek indoka és előnye, hogy a nitrát a levegőztetett szakaszban keletkezik a feladott szennyvíz ammónium tartalmából (a mi rendszerünkben ezt kontroláljuk a feladás kontrolálásával). A nitrát csökkenése is alapvetően mérhető folyamat – on-line szondákkal – azaz, ha túl rövid az előre beállított lépés, akkor határérték felett lesz a nitrát, ha túl hosszú, akkor pedig időt veszünk el a többi eljárási lépéstől. Ezért mérjük a nitrátot, és az előre beállított határértéknek megfelelően állítjuk le ezt a szakaszt, és indítjuk a következőt.

A napi szinten megnyert időt „takarékos üzemmel” töltjük ki, ami azt jelenti, hogy a folyamatos keverés mellett, minimális időre be-be indítjuk a levegőztetést, biztosítva ezzel a mikroorganizmusoknak a megfelelő életfeltételeket. Ennek indoka és előnye, hogy ha gyorsabban lezajlanak a folyamatok (mivel az eddig ismert rendszereket alapvetően túlbiztosítva üzemeltetik), akkor egy energiatakarékos belső programot indítunk, amely biztosítja a minimális üzemeltetési költséget.

Különösen előnyös (kiváltképp ipari szennyvizek esetében) az a megoldásunk, amely szerint az anoxikus lépésben folyamatosan mérjük a nitrát koncentrációjának csökkenését. Ha az anoxikus szakaszban nem csökken olyan gyorsan a nitrát, ahogy az eljárásban terveztük, akkor egy külső, könnyen hasznosítható tápanyag adagolást végzünk. Ennek indoka és előnye, hogy az ipari szennyvíztisztításban – számos iparágban: húsipar, állati hulladék feldolgozás, biogáz gyártás – a szennyvízben keletkező nitrát eltávolítására nem elégséges a nyers szennyvíz szerves anyag tartalma (a lakossági szennyvizeknél általában elégséges). Ilyen esetben külső segédanyag/tápanyag adagolás szükséges. Ezt azonban a legtöbb rendszerben előre beállított mennyiségek alapján hajtják végre, nem takarékoskodva így a tápanyaggal (ez jellemzően az igen költséges metanol). Ezzel szemben a találmányunk szerinti eljárásban az anoxikus lépésben maximálisan hasznosítjuk a nyers szennyvíz szerves anyag tartalmát, tehát megvárjuk, amíg kellően gyors a nitrát eltávolítása a betáplált nyers szennyvíz szerves anyag tartalmának segítségével, és csak a nitrát tartalom lassuló csökkenése után adagoljuk a segédtápanyagot, amellyel takarékosabb üzemet biztosítunk.

A szakaszos szennyvíztisztítási eljárásban a tisztított víz és a tisztítás végző eleveniszap elválasztása kritikus, általában idővezérelt feladat. A korszerű analitikai eszközök kombinálásával, újszerű felhasználásával, a piacon elérhető megoldások módosításával automatizálható. A kifejlesztett folyamatirányítási rendszer így biztosítja az automata iszapkoncentráció szabályozást. A rendszer a mért iszapkoncentráció, valamint az iszapszint adatokból matematikai összefüggés alapján, ciklusonként számítja és meghatározza a fölösiszap elvételei szivattyú működési idejét. Továbbá biztosítja a tisztított víz elvétel korszerű automatizálását is (az úszó dekantálási rendszert az iszapszint csökkenésének megfelelően szabályozza). Az eljárással a teljes üzemi méretű szennyvíztisztítókban az emberi jelenlétet iszapkoncentráció szabályozása automatizálható. Az eleveniszap megfelelő ülepedési képessége esetén az ülepítési idő csökkenthető, rossz iszapülepedés esetén pedig az elfolyó vízminőség javítható.

Előnyök összefoglalása:

1. A rugalmas folyamatirányításnak köszönhetően egy előre meghatározott keretek között adott nyers szennyvízjellemzőkhöz dinamikusan alkalmazkodik a rendszer, ezzel az üzemeltetési költség csökkenthető, az elfolyó vízminőség megfelelő tartományban tartható. Célja a befolyó vízminőséghez igazodó ciklusszervezés, amely így kedvezőbb tisztított vízminőséget és energiatakarékos üzemvitelt biztosít.
2. Az alkalmazott feladási metódussal a biológia alulterhelése és túlterhelése is elkerülhető, a terhelés optimális tartományban tartható.
3. Az oxikus lépés ismertetett szabályzásával elkerülhető a felesleges és energiapazarló levegőztetés abban az esetben, ha az ammónium már elfogyott a rendszerből, vagy a kívánt érték alá csökkent.
4. A pH szabályzás lehetőségével nagy nitrogén tartalmú ipari szennyvizek esetén is könnyen tartható az optimális tartományban a rendszer kémhatása.
5. Az anoxikus lépés ismertetett szabályzásával az elfolyó összes nitrogén határérték könnyebben tartható, mint egy hagyományos SBR rendszerben, emellett elkerülhetők a túlzott és igen költséges, mennyiség alapú szerves tápanyag adagolásból adódó többlet költségek.
6. Az iszapkoncentráció és fölösiszap elvétel ismertetett szabályzásával a kívánt, és a megfelelő hatékonyságú tisztításhoz szükséges iszapkoncentráció tartása egyszerű, automatikus.
7. Az úszó, mért paramétereken nyugvó dekantálási módszerrel a dekantálási idő minimalizálható, a tisztított vízminőség javítható.

A projekt eredményeként kifejlesztett eljárásra a cég 2015 évre 230277 lajstromszám alatt szabadalmat szerzett.

Fotó a dinamikus időtagokon alapuló szennyvíztisztítási eljárást megvalósító prototípusról.

A berendezés a következő részegységekből áll: