Szennyvíztisztítás kulcskérdései és főbb fejlődési irányai

1. A lakossági szennyvizek gyűjtésének, tisztításának kialakulása.

 A lakossági szennyvizek ugyan sok forrásból eredhetnek, azok többnyire emberi fogyasztás, anyagcsere eredménye. A lakossági szennyvizek ugyanakkor az emberek mintegy napi 2-3 liternyi kiválasztási termékén (vizelet és széklet) túl mintegy 50-szer annyi folyékony hulladékot, leginkább mosó, öblítővizet is tartalmaznak, túlzottan felhígítva az előzőt. Ekkora szennyvíz-mennyiséggel a városok lakóterülete nagy térfogata miatt már kellő elszivárgási adottságok (kedvező talajadottságok, szennyvíztisztító hatás) esetén sem terhelhető a talajvízszint emelkedés és talajvízszennyezés miatt. Elszállítására legpraktikusabb a vízellátó rendszerhez hasonló szennyvízgyűjtő csatornarendszer bizonyult. A befogadók fokozódó elszennyeződése miatt került kiépítésre a csatornarendszer kifolyási pontjánál az idővel egyre jobb tisztítási hatásfokot (szerves anyag és növényi tápanyag -N és P- eltávolítást) biztosító szennyvíztisztítás (Orlóci – Szesztay, 2003).

A közcsatornába persze a lakosság egyéb ipari tevékenységének, majd a nagyobb iparágaknak a folyékony hulladéka is belekerült (Kárpáti, 2002). Ezek eltüntetésére, feldolgozására is ez volt a legolcsóbb megoldás. Az utóbbiak azonban károsak lehetnek a lakossági szennyvizek biológiai tisztítását végző mikroorganizmusokra, amiért is megfelelő szabályozással kellett ellenük a védelmüket biztosítani. Példaként a kedvezőtlen hatásúakra az ásványi olajok, fenolok, oldott mérgező fémek és egyéb elemek, mérgező vegyszerek, sőt a normális üzemeltetést zavaró nagy zsír- olajtartalom, túlzottan nagy ülepedő-anyag, szerves anyag, vagy ammónium tartalom említhetők. A lebonthatatlan szerves anyagok és káros hatású iszapban felgyülemlő szennyező anyagok kizárása azért is fontos, hogy a tisztítás maradékát se szennyezzék, lehetővé téve az abból előállítható növényi tápanyag és humusztartalmú komposzt újrahasznosítását.

 Látható tehát, hogy a lakossági szennyvíz gyűjtése, tisztítása és újrafelhasználása a nagy mennyiségben keletkező állati trágyákétól (sertés, marha, stb.) alapvetően eltérő. Az utóbbiak kiválasztási termékei ugyanis megfelelő gyűjtés, tározás után a vegetációs időszakon kívül a megfelelő tápanyagdózis betartásával ugyan, de közvetlenül hasznosíthatók a mezőgazdaságban. A lakosság ilyen hulladékát a közvetlen visszaforgatás közegészségi kockázata miatt sokkal gondosabban kell kezelni, tisztítani, ártalom-mentesíteni (Vermes, 2003; Kárpáti - Juhász, 2004). Megtanították erre az emberiséget az egyre nagyobb mértékű agglomerizálódás, városiasodás eredményeként kialakult korábbi járványok.

 A mai szennyvíztisztítás az ipari forradalom hatására bekövetkező település-koncentrálódás, vízfelhasználás növekedés, és műszaki fejlődés eredményeként alakult ki. Napjaink kérdése, hogy a szennyvizek tisztítása továbbra is központosítva, a lakókörzetektől kellő távolságban történjen-e, vagy a kisebb településeknél, lakáscsoportoknál akár a lakóházak között, vagy a lakóház mellett is biztosíthatja a megkívánt mértékű szennyvíztisztítást és maradékának (elsősorban a tisztított víz) elhelyezését. A műszaki ismeretek, technikai fejlődés ma már az utóbbi eset igényeihez is biztosítják a szennyvíz tisztítását. A perdöntő kérdés a tisztított víz és maradék elhelyezési lehetősége. Befogadó vízfolyás, vagy elszivárogtatásra alkalmas talaj megléte. A lakosságnál minimális mennyiségben keletkező iszap újrahasznosítása is az utóbbi függvénye (Randall, 2003).

 A lakosság városokból történő jelenlegi visszaáramlása mindenképpen a közvetlen környezethez illeszthető szennyvíztisztítás fejlesztését tenné szükségessé. Az ilyen körzetekben a tisztított víz újrafelhasználására egyre fokozódó igény jelentkezik. Ugyanitt a keletkező szennyvíziszap természetes, növény-, nád-ágyas stabilizálása, komposztálása is igen egyszerűen kialakítható, biztonságos megoldás (Kárpáti – Taxner, 2004). Míg a gazdag országok nagyvárosaiban a tisztított szennyvíz újrafelhasználása (WC-öblítés, stb.), második vízkör kiépítése napjaink realitása, nálunk a decentralizált szennyvíztisztítás és tisztított víz újrafelhasználás jogi és műszaki szabályozásának a megalkotása látszik a legsürgősebben megoldandó feladatnak.

 Egyes nyugat-európai országokban a ritkábban lakott térségeket illetően a vizelet és széklet többi szennyvizektől történő szeparálásában, újrahasznosításában gondolkodnak (szárazvécék, szeparált vizeletgyűjtés és hasznosítás) (Otterpohl et al., 2003). Ez is reális lehetőség, hasonlóan a házi szerves, és zöldhulladék, komposztálással történő újrahasznosításához. Az ilyen termékek helyes dózisú felhasználása a talajvíz szennyezésének a megakadályozása érdekében, a házi szennyvízgyűjtés és tisztítóba szállítás jelenleg biztonságához hasonlóan kérdésesnek tűnhet. Káros hatása azonban így is valószínűleg messze elmaradna az intenzív hígtrágya, vagy műtrágya felhasználás következményeitől.

2. A szennyvíztisztítás eddigi fejlődése és várható főbb fejlődési irányai

A szennyvíztisztítás tudatos iparosítása az 1870-es években kezdődött az USA-ban a talajszűrés célirányos hasznosításával. Már ekkor egyértelművé vált, hogy a tisztítás csakis a biológiai módszerével lehet olcsó és széleskörű. Még ugyanennek a századnak a végén felismerték, hogy a biológiai folyamatok egyenletes tápanyagellátás (szerves anyag és levegőztetés) biztosításával vizes fázisban egyszerűbben intenzifikálhatók. Egyszerre két technikát is alkalmasnak véltek, s napjainkig ezek versenye jelenti a fejlesztés fő irányait. Az eleven iszapos, vagy lebegő iszapfázissal működő megoldás napjainkban uralkodó. Ez azonban nem jelenti azt, hogy kizárólagosan ez lesz a jövő útja. A biofilmes tisztításnak ugyanis óriási előnye, hogy az eleveniszapnál kialakuló 70-100 mikronos pelyhek nagyjából homogén mikroorganizmus-, és tápanyag-eloszlásával szemben a filmben kialakuló koncentráció-gradiensek eredményeként strukturáltabb mikroorganizmus együttélés lehetőségét biztosítja. Ezzel egyrészt lényegesen kisebb fajlagos iszaphozamot eredményez, másrészt megfelelő körülmények között a nitrifikálók nagyobb mértékű elszaporodását is biztosíthatja (Hartmann, 2001).

A két technológia fejlesztése az elmúlt évszázadban váltakozó intenzitással történt, s csak annak a legvégén váltak egyértelművé a rögzített film különleges biológiai lehetőségei. Előbb az eleveniszapos megoldásnál kellett a kezdeti, egyetlen levegőztetett medencés (periódikusan ülepítőnek is használt medencés) megoldásról az utóülepítős és iszaprecirkulációs megoldásra átállni, folyamatosan fejlesztve annál a levegőztetés hatékonyságát, oxigén-kihasználási hatásfokát. Ez a különböző finomságú buborékokkal, különböző vízborítottsággal (nyomás) történő levegőbevitel változatainak kialakulását jelentette. Napjainkra a finombuborékos levegőztetés (lézerperforált gumimembránnal) általános, de a kerámia levegőztető csövek, vagy testek is csaknem egyenértékű megoldás. A vízmélység tekintetében a levegő-kompresszió gépi kialakítása és hatásfoka bizonyult meghatározónak, ami a levegőfúvók használatát, s azzal a mintegy 4-4,5 méteres medencemélység kialakulását tette általánossá. Ettől függetlenül időközben a több atmoszféra levegőnyomást igénylő torony és kútbiológia kipróbálására is sor került. A legmélyebb kútbiológia nyersiszap oxidációjára épült Texasban 1500 méteres mélységgel. A levegő mellett időközben esetenként a tiszta oxigént is felhasználták, sőt jelenleg a debreceni szennyvíztisztítóban is vannak ilyen, sikeres próbálkozások.

A múlt század közepére kiderült, hogy az eleveniszapos megoldásoknál a denitrifikáció egy nem levegőztetett (anoxikus), de folyamatosan kevert iszapos tér, célszerűen a levegőztető medence elé történő beiktatását is igényli egy további iszaprecirkulációs áram (belső recirkuláció) egyidejű kiépítésével. A hetvenes években az elődenitrifikálót megelőző anaerob tér kialakításának a szükségessége is tisztázódott (biológiai többletfoszfor eltávolítás). Hamarosan kialakították az anoxikus/oxikus reaktorterek időben szakaszolt levegőztetéssel történő biztosítást is, melyek a térben ciklikus megoldással egyenértékű időben ciklizált technológiát eredményeztek. Ez utóbbit a tápanyagellátás célszerű kialakításával (szakaszos szennyvízfeladás) is kombinálva, majd az utóülepítést is az a levegőztetéssel azonos térben megvalósítva, az úgynevezett szakaszos betáplálású reaktortechnikát fejlesztették ki. Ez utóbbi természetesen csakis a szabályozástechnika időközben bekövetkezett fejlődésével ugyancsak a múlt század utolsó évtizedeire vált lehetségessé.

A biofilmes rendszerek fejlődése valamivel lassabban indult, hiszen a hordozók fejlesztése előbb a műanyaggyártás fejlődését igényelte. Ez azután a hagyományos rögzített hordozók, a műanyagtöltetes csepegtetőtestek tökéletesítését eredményezte. Ezeknél 200-300 m²/m³ hordozófelület is biztosítható volt már mintegy 80 %-nyi szabad-térfogat mellett, ami az egységnyi térfogatban működő biofilm-tömeget lényegesen megnövelte. Ez a tisztítótípus azonban felülről történő locsolása, nedvesítése miatt fokozottan érzékeny az időjárásra. Kialakultak ezért azoknak az elárasztott üzemmódban, alsó levegő befúvással működő változatai is, melyek azonban a leszakadó filmrétegeik lebegő állapotú szaporodása miatt hibrid változatok lettek. Ugyanígy hibrid megoldások a nem rögzített, hanem lebegő műanyaghordozóval (golyók, préselt testecskék, labdacsok) működő rögzített filmes, de már fluid jellegű megoldások is. A biofilmben köztudottan jobb megkötődése lehet a nitrifikáló mikroorganizmusoknak, ami az eljárást ugyancsak favorizálta.

A legutóbbi időszakban a víznél lényegesen nehezebb fajsúlyú, sokkal kisebb méretű (nagyobb fajlagos felületű) anyagokkal (bazalt-, kerámia-, üvegörlemény, stb.) is készítenek fluidizált üzemben működő rögzített filmes változatokat, amelyek persze ugyancsak hibrid rendszerek, de azokban a biomassza döntő részét a biofilm képezi. Ezeknél a minimális iszaphozam és szimultán denitrifikációval egybekötött jó nitrifikáció a rendkívüli előny. A térfogati teljesítmény a nagy biomassza-sűrűség révén jelenleg ezeknél a típusoknál a legjobb. Egy szóba jöhető változatuk a hordozó nélkül granulálódó iszappal kialakított megoldás, amely a szennyvíz intenzív anaerob tisztításánál vált be különösen. Az ilyen aerob iszap kialakítása ugyanakkor még csak kísérleti stádiumban van.

A gyakorlatban a nagyobb méretű hordozóval, töltettel kialakított, mintegy expandált ágyas üzemmódban működő biológiai szűrőket (melyek ciklikus visszamosása, iszapöblítése elengedhetetlen) inkább a nagyterhelésű eleveniszapos szennyvíztisztítókat követő utónitrifikációra használják. Ilyenkor a denitrifikáció további lépcsőben, külső tápanyag, elsősorban metanol bevitelével biztosítható. A finom hordozós, ténylegesen fluid megoldásoknál a szerves anyag és a nitrogén eltávolítása egyetlen, célszerűen levegőztetett reaktorban is biztosítható igen nagy térfogati teljesítménnyel, azonban ma még csakis mezofil hőmérsékleten. Mégis talán ez a típus az, amely a jövőben a nagy térfogati teljesítményével, s az ehhez párosuló kisebb fajlagos beruházási költségével a jövő egyik megoldása lehet (Kárpáti et al, 2004a).

Mindezen tendenciák mellett az utóbbi időszakban a fenntartható fejlődés jelszavával a vizelet és széklet szeparált gyűjtése és kezelése fejlesztésnek indult számos országban. Ezzel a többi víz szennyezettsége csökken, tisztíthatósága javul, egyszerűsödik. Ilyen esetben az utóbbi rész felmelegítésére nincs is szükség, így jelentős energia takarítható meg a korábbiakban prognosztizált megoldáshoz képest is. Ez azonban kétféle tisztítás kiépítését igényli, aminek jelenleg még beláthatatlanok az anyagi következményei, hiszen sűrűn lakott környezetben az gyakorlatilag elképzelhetetlen. A ritkán lakott térségekben kis házcsoportok, vagy egyedi lakóházak, üdülők esetében elképzelhető, bár ma még messze nem tűnik kellően kiforrottnak.