A nyomanyagok hatékony eltávolítása moduláris ózonrendszer segítségével

Pozitív eredmények a tisztítóművekben történő tényleges használat során

A nyomanyagok hatékony eltávolítása moduláris ózonrendszer segítségével

A települési szennyvíz kezeléséről szóló új EU-irányelv eredményeképpen számos tisztítóműnek egy további kezelési szakaszt kell beépítenie a nyomanyagok eltávolítására. A jelenlegi kutatások és gyakorlati tapasztalatok szerint az új követelményeknek való megfelelés szempontjából az egyik leghatékonyabb – negyedik – kezelési lehetőség az ozonizálás (ózonos vízkezelés), majd a szűrés. Az itt javasolt moduláris rendszermegoldással rugalmasan lehet reagálni a gyorsan változó szennyvíz-mennyiségekre és -összetételekre. Ez azt jelenti, hogy a tisztítóművek kevesebb erőfeszítéssel és alacsonyabb üzemeltetési költségek mellett érhetik el ugyanazt az eredményt vagy egy jobb kezelési eredményt, mint a hagyományos ózonrendszerek.

A települési szennyvíz kezeléséről szóló új irányelv

Az irányelv aktualizált változata a tervek szerint 2024 őszén lép hatályba valamennyi uniós tagállam számára. Ez a cikk azt vizsgálja, hogy a németországi tisztítóművek üzemeltetőinek milyen intézkedésekre van szükségük a negyedik szennyvíztisztítási szakasz tekintetében. Az új irányelv 8. cikke meghatározza a nyomanyagok 2045-ig történő eltávolítására vonatkozó követelményeket az 5. méretosztályba tartozó tisztítóművek (150 000 lakosnál több; országosan mintegy 240 üzem) és a kisebb településeken található, érzékeny víztestekbe kibocsátó tisztítóművek számára.

Nyomanyagok a szennyvízben

Az antropogén nyomanyagok, más néven mikroszennyező anyagok közé tartoznak a gyógyszerek, a peszticidek és a tisztítószerek, valamint a kozmetikumok és az ipari vegyi anyagok. A legtöbb tisztítóműben ezek a nyomanyagok még nem vagy nem teljesen bomlanak le és nem kerülnek eltávolításra. Bár már tanulmányozták az egyes anyagok humán és ökotoxikológiai hatásait, ám a vízben lévő több anyagból álló „koktél” lehetséges hatásairól keveset tudunk. Az új irányelv 12 kulcsfontosságú anyagra vonatkozóan állapít meg ajánlott szinteket. Ez azt jelenti, hogy legalább hat ilyen anyagot legalább 80%-kal kell csökkenteni a szennyvízkezelés során. Ilyen például a fájdalomcsillapító diklofenak és a korróziógátló benzotriazol.

A nyomanyagok eltávolításának módszerei

Németországban már évek óta alkalmazzák az aktívszén-adszorpciót, az ozonizálást és az azt követő szűrést. Más – főként oxidatív – technológiákat is kutatnak, de ezek egyelőre nem gazdaságosak a tisztítóművekben való alkalmazás szempontjából.

A szemcsés aktív szénnel (GAC) kombinált ozonizálásnak számos előnye van: A változó szennyezőanyag-összetétel ellenére következetes és magas, több mint 80%-os eltávolítási arány érhető el. Az oxidálható és részben adszorbeálható anyagokat az aktívszén-kezelés előtt eltávolítják. Ennek eredményeként a nyomanyagok hatékonyabban bomlanak le, és az aktív szén élettartama jelentősen megnő.

Kihívások a rendszer kiválasztása során

A legköltséghatékonyabb megoldást elsősorban a szennyvíz összetétele és a jelen lévő nyomanyagok koncentrációja határozza meg. A víz összetételének és az áramlási sebességnek a nagymértékű változása jelentős eltéréseket eredményez a szükséges ózonkapacitást illetően.

Minden ózonfejlesztő berendezésnek van optimális működési pontja, amelynél az üzemeltetési költségek minimálisak. Ezt az optimális működési pontot az ózonkibocsátás és -koncentráció, valamint a helyi villamosenergia-, oxigén- és hűtővízköltségek határozzák meg. A legjobb hatásfok névleges működésnél kevesebb mint 8 kWh/kg ózon. Az oxigén- és energiafogyasztás helyi költségeken alapuló dinamikus beállítása ezért jelentősen hozzájárul a teljes üzemeltetési költség csökkentéséhez.

A moduláris és a hagyományos ózonrendszerek összehasonlítása

A szükséges ózonmennyiség meghatározó paraméterei az ülepítés utáni 5–15 mg/l oldott szerves szén (DOC) szint és a 0,3–0,8 g ózon/g DOC adagolási arány. Az érintkezési idő jellemzően 20 és 30 perc között van. Különös figyelmet kell fordítani a bromátképződésre, amelyet a cikk későbbi részében tárgyalunk.

Az ózonrendszereket gyakran a maximális szennyvízmennyiség-áramlásra és a legmagasabb várható DOC-tartalomra tervezik, hogy a csökkentési teljesítményt még csúcsidőszakokban is elérjék. Erre a csúcsterhelésre azonban ritkán van szükség. A heidelbergi ProMinent GmbH (Németország) több kísérleti projektjének tanulmányai azt mutatják, hogy a hagyományos rendszerek üzemidejének több mint 75%-ában a szükséges ózonkapacitás kevesebb, mint a maximális ózontermelés 50%-a. A maximális kapacitásra csak a teljes üzemidő 12%-ában van szükség. Ezeket a megállapításokat a tisztítóművek üzemeltetőivel folytatott megbeszélések is megerősítették. Mivel az ózonfejelsztő berendezés hatásfokát a szükséges ózontermelés határozza meg, egy ilyen rendszer gyakorlatilag túlméretezett a működési év hátralévő részében.

Ehhez képest egy moduláris rendszer sokkal hatékonyabb: A szóban forgó kísérleti projektben az ózonigénytől függően akár 16 önellátó ózontermelő modul is működtethető egymástól függetlenül. A moduláris felépítés jelentősen csökkenti az energiafogyasztást, különösen a közepes és alacsony teljesítménytartományban.

Jelentősen csökkentett érintkezési idők

Eddig 20–30 perces érintkezési időt használtak a nyomanyagok hatékony eltávolítására nagy áramlási sebesség mellett. Ehhez hatalmas beton és acél érintkező tartályok használatára van szükség, amelyek építése költséges és nagy helyet foglalnak el. Ezzel szemben a moduláris rendszer kísérleti projektje egy luxemburgi tisztítóműben a sokkal rövidebb érintkezési idő ellenére is pozitív eredményeket mutat. A szennyvíz összetétele a sokféle (háztartási és ipari) forrás miatt komoly problémát jelent, valamint szerves és kémiai szempontból magas koncentrációjú bromiddal szennyezett.

A hatékony keverés és az igény szerinti ózontermelés kombinációja kritikus fontosságú az eltávolítási teljesítmény szempontjából. Ez lehetővé teszi, hogy az érintkezési időt jelentősen, akár öt percre is lecsökkentsük a csökkentési teljesítmény elvesztése nélkül.

Pozitív eredmények a moduláris rendszerrel

A folyamatban lévő kísérleti projektek eredményei bizonyítják a moduláris ózonrendszerek mint negyedik kezelési módszer hatékonyságát. Az ozonizációt és az aktív szenet kombináló rendszerek a nyomanyagok több mint 80%-át képesek eltávolítani. A ProMinent GmbH ebben a gyakorlati példában használt ózonrendszere hatékony keveréssel együtt lehetővé teszi az érintkezési idő jelentős csökkentését. Ez az építési költségek és végső soron a CO2-kibocsátás igen jelentős csökkenését eredményezi.

A szennyvízmátrix és a tisztítási teljesítmény követelményeitől függően a rendszer a be- és kikapcsolható moduloknak köszönhetően bármikor könnyen hozzáigazítható az ingadozásokhoz. A moduláris felépítésnek köszönhetően a meglévő rendszerek egyszerű módon bővíthetők, cserélhetők vagy módosíthatók. A rendkívül kompakt kialakítás bizonyítottan akár 70%-os helymegtakarítást eredményez. A fenti előnyök a beruházási és üzemeltetési költségek jelentős csökkenését eredményezik.

A luxemburgi kísérleti rendszernek van egy kifejezetten pozitív mellékhatása is, ez a következőképpen írható le. Az ipari területről kibocsátott szennyvíz bromidot tartalmaz. Az ózonkezelés potenciálisan káros bromátot termelhet. Az eddigi eredmények azonban azt sugallják, hogy az ózonrendszer jó szabályozhatósága, az ózonbefecskendezéshez használt spirális keverő és a meglévő vízmátrix révén a bromátképződés a magas bromidkoncentrációk ellenére sem jelenthet gondot.

Irodalomjegyzék és referenciák

A cikkhez a következő intézmények és egyesületek publikációit használtuk fel információforrásként: Német Környezetvédelmi Ügynökség (UBA), Szövetségi Környezetvédelmi Minisztérium (BMU), Kompetenzzentrum Spurenstoffe Baden-Württemberg [Nyomanyagokkal foglalkozó Kompetenciaközpont, Baden-Württemberg] (KomS BW), Német Helyi Közművek Szövetsége (VKU), Német Vízügyi, Szennyvíz- és Hulladékügyi Szövetség (DWA), Szövetségi Statisztikai Hivatal (Statistisches Bundesamt). Ez a cikk többek között a ProMinent GmbH saját felmérésein alapul, amelyek a fent említett kísérleti projektekből származnak.

Szerzők: Egbert Hocke, vízkezelés-technológiai fejlesztő és Wolfgang Matheis, ózon termékmenedzser, mindketten a heidelbergi ProMinent GmbH munkatársai.