Természet közeli víztisztítás

Sallai László, Molnár Tamás, Fodor Dezso

SZTE MGK, Takarmányozástani és Muszaki Intézet

1.       Bevezetés, célkituzés
2.       Természet közeli szennyvíztisztítási technológiák
2.1.    Szennyvíztisztító tavak és lagúnák
2.2.    Felszíni csörgedezteto rendszerek
2.3.    Gyors elszivárogtató rendszerek
2.4.    Szántóföldi ártalmatlanítás
2.5.    Természetes mocsarak
2.6.    Felszíni átfolyású épített mocsarak
2.7.    Integrált természet közeli tisztító rendszerek
2.8.    Gyökérzónás rendszerek
3.       A szennyezoanyag eltávolítás
3.1.    A víz megtisztulásának folyamatai
3.2.    A víz homérsékletének hatása
4.       Vízszintes és függoleges átfolyású víztisztító rendszerek összehasonlítása
4.1.    Oxigén
4.2.    A kémhatás (pH)
4.3     Nitrát eltávolítás
5.       A gyökérzónás szennyvíztisztító rendszerek kialakítása
5.1.    A töltet anyaga
5.2.    Bemeneti és kimeneti szerkezetek
5.3.    Szigetelés
5.4.     Növényzet
5.5.     A telepítés
6.        Összefoglalás
7.       Javaslatok
8.        Irodalomjegyzék

Environment friendly sewage water treatment technology 

Laszlo Sallai, Tamas Molnar, Dezso Fodor 

SZTE MGK Science of Nutrition and Engineering Institute

Abstract 

There are several different ways to treat the sewage water. The present practice to drainage from each other long
distance situated setlements, to get subsidy for the local authorities, but the running of these very expensive and
not environment friendly. Dealing with the treatment of kommunal sewage water is our important interest, in the
second place we have to fullfeel the environmental standards in connection with the joining to the European Union.
In our country there are many half ready made plans in the case of villages counting drainaging with one bigger
setlement’s sewage water treatment plant transporting the wastewater through 10-20 km. According to
sustainableity analysis this solutions produce enormous invironmental deficit. Int he case of small setlements is a
manifest solution the environment friendly sewage water treatment technology, inside it the utilisation of the
constructed wetland technology(reedbed, cottonwood systems). These plants are offered first of all for setlements
under 2000 inhabitants. They are more cost effective to install and simple and inexpensive to run compared with
the conventional biological and mechanical purification plants. Compared with these widespred artificial
technologies the advantages of a ecological wastewater purification plant are the following:
low investment costs (the sewage network is necessary of course);
low maintainance and running costs(there is no energy consumption in the purification;
there is no utilisation of chemicals and no secundary sewage sludge;
landscape fit, environmental installation.

Kivonat 

A szennyvizet sokféleképpen lehet kezelni. A jelenlegi gyakorlat, hogy összecsatornáznak egymástól távolabb eso
kistelepüléseket, hogy az önkormányzatok támogatáshoz jussanak, de ezek üzemeltetése természetesen
többletköltséggel és környezeti terheléssel jár. A kommunális szennyvíz kezelésével elsosorban saját jól fel fogott
érdekünk, másodsorban az Európai Unióhoz való csatlakozásunk környezetvédelmi eloírásainak teljesítése
kapcsán kell foglalkozni. Hazánkban számtalan, többé-kevésbé kidolgozott terv létezik a kistelepülések esetében,
amely a keletkezo kommunális szennyvíz akár 10-20 kilométeres utaztatásával számol egy-egy nagyobb település
tisztítójába való becsatornázással. A fenntarthatósági elemzések szerint ezek azonban hatalmas környezeti
deficitet mutatnak. Kistelepülések esetében kézenfekvo megoldás az ún. természet közeli szennyvíztisztítási
technológia, ezen belül pedig a gyökérzónás (nádas illetve nyárfás) tisztítók alkalmazása. Elsosorban kétezer fo
alatti települések számára ajánlottak. A megvalósítást és az üzemeltetést tekintve költségkímélobbek, mint a
hagyományos biológiai-mechanikai tisztítók. Ezen elterjedt muvi technológiákkal összehasonlítva egy természet
közeli szennyvíztisztító az alábbi elonyökkel rendelkezik:

alacsony beruházási költség (a települést nyilván itt is csatornázni kell),

csekély üzemeltetési és karbantartási költség (a tisztítóban nincs energiafelhasználás),

nincs vegyianyag-felhasználás és nincs másodlagos szennyvíziszap,

tájbaillo, környezetbarát muszaki létesítmény.

1. Bevezetés, célkituzés 

A környezet állapotának átfogó javítása Magyarországon is fontos szempont mind az ember, mind más élolények
életkörülményeinek fenntartása illetve javítása céljából különösen az Európai Uniós csatlakozással járó elvárások
ismeretében. Az utóbbiak foleg a hulladékkezelésre és a szennyvíztisztításra koncentrálnak.

A szennyvizek tisztításának nagyarányú fejlodése volt tapasztalható az 1950-es évektol kezdve, ekkortól számos
szennyvíztisztító telep épült hazánkban is. E felfutás elso évtizedeiben a hangsúly foleg a megtisztított víz
mennyiségén volt, de az ekkor létesült tisztítómuvek nem mindig tudták azt a vízminoséget produkálni, melynek a
befogadóba történo engedése nem változtatja meg lényegesen annak minoségi paramétereit. Másrészt ezek
általában a nagyobb településekhez kötheto költséges nagy beruházások voltak, melyek ugyan az érintett város
szennyezés kibocsátását jelentosen csökkentették, ám az ezek rendszereibe be nem kapcsolható, távolabbi
kistelepülések számára nem bizonyultak követheto példáknak. Az alacsony népességu települések kisebb
költségen megvalósítható, egyszeruen és kis költséggel üzemeltetheto szennyvíztisztító technológiát igényelnek.
Mivel ezek nem valósultak meg jelentos számban, a kistelepülések a csatornázottság és a hozzá kapcsolódó
szennyvíztisztítás tekintetében számottevoen lemaradtak. Aktuálissá vált tehát egy, az elobbi kívánalmaknak
megfelelo hatékony és elérheto, hazánk viszonyaihoz adaptált tisztítási technológia kifejlesztése, illetve átvétele. A
hazai gyakorlatban is megjelent már néhány kísérleti jellegu, ill. prototípusként megvalósult, természetes vagy
telepített nádasokat alkalmazó gyökérzónás típusú tisztító telep, sot hatásfokukról és muködésük részleteirol már
vannak értékelt adatok.

2. Természet közeli szennyvíztisztítási technológiák 

A természet közeli és a hagyományos (eleveniszapos) szennyvíztisztítási technológiák alapjában véve a
felhasznált energia forrásában, és a technológia kiépítéséhez és üzemeltetéséhez felhasznált anyagokban
különböznek. A hagyományos eljárásnál a nem megújuló energiák használata a meghatározó. Habár a szennyezo
anyagok ártalmatlanítása természetes biológiai folyamatokon alapul, a reaktor tartály betonból készül, a
folyamatokhoz pedig gépi keverést, mesterséges levegoztetést és vegyszereket is használnak. A természet-közeli
szennyvízkezelési eljárások megújuló energiákat hasznosítanak (napsugárzás, szélenergia, vízenergia),
kialakításuknál pedig minimális mennyiségu mesterséges anyagot (HDPE fólia, beton, stb.) használnak fel. A
természet közeli technológiák rendszerint területigényesebbek, a hagyományos technológiák pedig energia
igényesebbek (Pásztor 2003).

2.1. Szennyvíztisztító tavak és lagúnák
A tavas rendszerek a legrégebbi és egyben a legelterjedtebb tisztítási technológiák közé tartoznak. A tavak lehetnek
passzív jelleguek, megújuló energiaforrással muködok, vagy mesterségesen levegoztetett, szigetelt medence
kialakításúak. Az un. fakultatív tavak úgy vannak kialakítva, hogy a víz felso része aerob az alsó része pedig
anaerob legyen. A természetes levegoztetés az oxigén diffúziójának és a vízben élo algák oxigén termelésének
köszönheto. Az átlagos biológiai oxigén igény (BOI5) 14- 50 kg BOI/ha naponta, 80-180 napos tartózkodási ido
mellett. Celluláris tószerkezettel, vagy a víz alatt elhelyezett terelo lemezek segítségével növelhetik a tényleges
tartózkodási idot. A tavak mélységét 1,2- 2,5 méter között választják meg. A megfeleloen üzemelo tavas
szennyvíztisztítók jó eredményeket mutatnak BOI5 csökkentésben, de a szükségszeruen jelenlevo algák miatt a
lebegoanyag tartalom igen magas az elfolyó vízben. A tavaknak van nitrogén (TN) eltávolító képessége, de foszfor
(TP) eltávolításra csekély mértékben alkalmazhatók (IWA 1995). A tavas és lagúnás szennyvíztisztítók kialakítása
és muködtetése ugyan egyszeru, de a hosszú tartózkodási ido miatt a területigényük nagy. Ez az eljárás az
eleveniszapos technológia átmeneti kiváltásában, különösen a nagyobb kapacitás tartományban figyelembe veheto
megoldás, de helyette inkább az igényesebb kivitelezésu egyéb eljárások alkalmazása célszeru (pl. gyors
homokszurés, nádastó stb.). A tavas rendszerek megfelelo terhelés esetén jól nitrifikálnak és denitrifikálnak, ebben
a tekintetben a gyökérmezos telepeknél jobbnak bizonyulnak (Somlyódy 2002).

2.2. Felszíni csörgedezteto rendszerek
A felszíni csörgedezteto módszernél, kis permeabilitású talajon kialakított lejtos teraszokra, azok legmagasabb
pontjára, szakaszosan adagolják be az elokezelt szennyvizet. A szennyvíz nem szivárog be a talajba, hanem
lassan (a felületen szétterülve) a gravitáció hatására a dús növényzeten keresztül lecsorog az alsó
gyujtocsatornába. A lebego anyagok egy része eközben leülepszik, az oldott szennyezok pedig adszorbeálódnak a
növények és a talajszemcsék felületén. A tisztítandó vizet napi 8-12 órán keresztül engedik a területre, majd a
pihentetési periódusban a mikroorganizmusok lebontják (oxidálják) a vízbol kivált szerves anyagokat. A tápanyagok
(N, P) beépülnek a biomasszába, átalakulnak nitrifikációs folyamatban vagy a talajban megkötodnek. Egy átlagos
csörgedezteto rendszer hossza 30- 60 m , meredeksége pedig 1-6 %. Ezen tisztítóknál gyakori probléma a
megfelelo, életképes vegetáció fenntartása és az egyenletesen szétterülo lefolyás biztosítása. A tisztítás hatásfoka
lebego anyagokra nem kielégíto (IWA 1995).

2.3. Gyors elszivárogtató rendszerek
Ezek a nagy terhelhetoségu tisztítók jó áteresztoképességu talajokon alakíthatók ki. A tisztítandó vizet szakaszosan
adagolják egy kis méretu sekély gödörbe. A víz onnan elszivárog megemelve a talajvíz szintjét a medence alatt. A
talaj permeabilitása gépi talajlazítással vagy növények beültetésével tartható fenn. A tisztítás hatékonysága limitált,
az oldott szennyezok mennyisége nem vagy alig csökkentheto. Viszont a lebego szerves anyagok és a tápanyagok
egy része jól eltávolíthatók ezzel a módszerrel. Az aerob talajrétegben a redukált nitrogén vegyületek nitráttá
alakulnak, így megnövelhetik a talajvíz nitrát tartalmát. A kis terület- és energia-igénye miatt, ha a helyi szabályozás
és egyéb körülmények lehetové teszik, akkor ez lehet az egyik leggazdaságosabb szennyvízkezelési eljárás
(Somlyódy 2002).

2.4. Szántóföldi ártalmatlanítás
Ennél a módszernél a szennyvizet öntözo rendszerrel juttatják ki mezogazdasági területre vízkezelés és végleges
elhelyezés céljából. Az öntözést csak szünetek beiktatásával lehet végezni, hogy a talaj aerob rétege regenerálódni
tudjon és, hogy a szárazföldi növények  meg ne „fulladjanak”. A területre rendszerint valamilyen takarmánynövényt,
füvet, hüvelyeseket, gabonát vagy fákat ültetnek. A termények begyujtésével és a learatásával a beépült tápanyagok
egy része eltávolítható a területrol. Az átlagos hidraulikus terhelés 0,15-1,6 cm/nap. A talaj csövezésével ez az
érték növelheto, de ez nagyon költségesé teszi az eljárást. A nagy területigény, a csatornázási és szivattyúzási
költségek miatt a legdrágább természet közeli tisztítási módszerek egyike (Reed 1995). 

2.5. Természetes mocsarak
A szennyvíz kezelésére többnyire csak azok a természeti területek alkalmasak, amelyeknek a vegetációja teljesen
alkalmazkodott a rendszeres elárasztáshoz. Ezek a területek azonban rendszerint valamilyen védelem alatt állnak,
ezért ezek terhelése nem, vagy csak elokezelt szennyvízzel megengedett. A természetes élohelyek
szennyvízkezelésre történo felhasználása, a legolcsóbb eljárás mind a kiépítés mind az üzemeltetés
szempontjából. Az üzemeltetési költségek foként a környezeti monitoringra fordítódnak (IWA 1995). 

2.6. Felszíni átfolyású épített mocsarak
Ezt a technológiát gyakran említik szabad (nyílt) vízfelszínu szuromezo (free water surface constructed wetland),
vagy nádastó néven is.

A szabad vízfelszínu rendszerek egy sekély vízzel töltött medencébol (amelynek medre gyökeres növények
számára alkalmas táptalajjal van bélelve) és egy sekély vízszintet biztosító szerkezetbol állnak (1. ábra).
Muködésük és kinézetük szerint természetes lápokra vagy mocsarakra emlékeztetnek. A víz mélysége néhány
centiméter és egy méter között változhat.

Az oldott és lebego szennyezo anyagokat tartalmazó befolyó szennyvíz a suru vegetáción keresztül nagy területen
szétterjed. Az oldott formában lévo BOI, TN és TP megkötodik a talajban és a növényeken, vagy a
mikroszervezetek révén átalakul. A lebego anyagok BOI, TN, TP tartalma pedig ülepedés vagy felületi megkötodés
révén kerül ártalmatlanításra.

A szabad vízfelszínu rendszerek jó hatásfokkal távolítják el a lebegoanyagokat (már az elso néhány méteren), a
könnyen ülepedo szerves anyagok gyorsan kiszurodnek, leülepednek. Az oldott BOI lebontásáért a mikroszkópikus
baktériumok és gombák a felelosek. A nitrogén a nitrifikáció és a denitrifikáció, valamint a növényi tápanyagfelvétel
hatására ártalmatlanná válik. A foszfor eltávolítás adszorpció, abszorpció, komplexképzodés és kicsapódás (Fe, Al
ionokkal) révén valósul meg.

A leggyakrabban eloforduló növényfajok a szabad vízfelszínu rendszerekben: káka (Scripus sp.), csetkáka
(Elocharis sp.), papirusz sás (Cyperus sp.), nád (Phragmites australis), gyékény (Typha sp.) (Botta 1984). A
tisztítókba telepített növényeknek el kell viselniük a rendszeres elárasztást és a változatos összetételu és
koncentrációjú szennyezoanyagok jelenlétét. A növények vízben való elhelyezkedése szerint megkülönböztetnek
víz alatti, felszínen úszó és kiemelkedo fajokkal muködo szabad vízfelszínu mesterséges mocsarakat.

1. ábra Felszíni átfolyású épített mocsár vázlata (IWA 1995).


2.7. Integrált természet közeli tisztító rendszerek.

A különbözo tisztítási technológiák sorosan, ill. párhuzamosan összekapcsolva jobb hatásfokúak lehetnek, és
célirányosan alakíthatók a bejövo szennyvíz és a befogadók paramétereihez. Erre egy jó példa az NRCS (Natural
Research Conversaton Service) egy tápanyag és üledék kezelo rendszere, amely öt sorba kapcsolt egységbol (2.
ábra) áll: ülepíto medence, felszíni átfolyású egység, szabad vízfelszínu mesterséges mocsár, szennyvízkezelo tó
és egy szekunder felszíni átfolyású tisztító (IWA 1995).

2. ábra Integrált vízinövényes tisztító rendszer (Maine  USA, IWA 1995).


2.8. Gyökérzónás rendszerek

Európában a természet közeli szennyvíztisztítási módszerek közül eloször a felszín alatti átfolyású rendszereket
alkalmazták háztartási szennyvizek tisztítására. Ezek a rendszerek biztosítják a legstabilabb téli muködést,
szaghatásuk minimális és a földalatti átfolyás miatt a legkisebb biológiai veszélyt jelentik. A gyökérmezos
rendszerek alapvetoen nem nagy mennyiségu lebegoanyag kiszurésére alkalmasak, mert eltömodésre
hajlamosak. A technológia egy biofilmes tisztító rendszerként fogható fel, aminek legfontosabb feladata az oldott
szennyezo anyagok átalakítása és lebontása a biológiailag aktív filmfelületeken. A biofílm tápanyag és oxigén
ellátását a hidraulikus terhelés biztosítja, ezért a hidraulikus és a fajlagos biológiai terhelésnek mindig egyensúlyban
kell lenni. A gyökérzónás szennyvíztisztítóknál kulcsfontosságú az eloülepítés mértéke, mert így jelentosen
csökkentheto a telepek biológiai terhelése. Továbbá a telepek vizsgálatánál fontos, hogy ha lehetoség van rá, akkor
az ülepíto utáni szennyvíz megtisztulását értékeljük, mert annak koncentrációja többé-kevésbé kiegyensúlyozott. A
befolyó szennyvízbol vett minták koncentrációja nagyon ingadozó lehet, és ez nagy mérési hibát okozhat.

A gyökérmezos telepek csoportosítása

A gyökérmezos telepeknek két csoportja van a víz áramlása alapján: a vízszintes és a függoleges átfolyású
rendszerek.

2.8.1. Vízszintes átfolyású rendszerek
A vízszintes átfolyású technológiában (3. ábra) a bejövo szennyvíz egy többé-kevésbé vízszintes síkban haladva
szivárog át egy porózus tölteten (kavics, föld), majd annak végén összegyujtve, megtisztulva elvezetheto. A
szennyvíz aerob, anoxikus és anaerob zónák rendszerén keresztülhaladva a következo tisztítási
mechanizmusokon megy keresztül: mikrobiális lebontás, kémiai átalakulás, fizikai szurés.

A leggyakrabban ültetett növényfajok: nád (Phragmites australis), pántlikafu (Phalaris arundinacea), vizi
harmatkása (Glyceria maxima), gyékény (Typha sp.).

A szerves szennyezok anaerob és aerob mikroorganizmusok segítségével egyaránt lebontódhatnak a gyökerek és
az azokat hordozó közeg felületein. Az oxigén a levegobol diffúzióval és a gyökerek révén (a szár átszellozteto
alapszövetén keresztül) kerül a talajba. A növényi gyökerek oxigén transzportja nem elegendo a teljes aerob
lebontáshoz, ezért az anoxikus és anaerob folyamatoknak is nagy a jelentosége. Az ülepedo és lebego anyagok
szurés és kiülepedés útján jó hatásfokkal távozhatnak el a szennyvízbol.

A nitrogén koncentráció elsosorban nitrifikáció és denitrifikáció, másodsorban adszorpció, elillanás és növényi
tápanyag felvétel útján csökken le. Az ammónia oxidációja (nitrifikációja) nitráttá a talaj oxigén tartalmának
függvénye. Vizsgálatok kimutatták, hogy a növényi gyökerek nem tudnak megfelelo oxigén ellátást biztosítani, ezért
a nitrifikáció nem lehet teljes a vízszintes átfolyású rendszerekben.
A foszfor foleg a vas és alumínium ionok hatására csapódik ki, ha azonban a töltet (kavics, kotörmelék) kis
alumínium és vas tartalmú, akkor a foszfor eltávolítás is csekély mértéku (IWA 1995).

3. ábra Vízszintes felszín alatti átfolyású gyökérmezo hosszmetszete (Vymazal 2002);

1. mechanikailag tisztított szennyvíz, 2. elosztó zóna nagyméretu kövekkel, 3. szigetelo fólia, 4. töltet (talaj, kavics, homok, vagy zúzott ko),

5. növényzet, 6. az elfolyó víz gyujtocsöve, 7. gyujto zóna nagyméretu kövekkel, 8. a vízszint a túlfolyó magasságának állításával

szabályozható, 9. elfolyó víz


2.8.2. Függoleges átfolyású rendszerek
A függoleges átfolyású rendszer is egy porózus hordozón (rétegzett homok, kavics) kialakított növény (rendszerint
nád) ültevényt jelent (4.ábra). Muködésében azonban eltér a vízszintes átfolyású rendszertol. A tisztítandó
szennyvizet szakaszosan adagolják a talajfelszínre vagy (közvetlenül a felszín alá), ami szétterülve, lefelé kezd
szivárogni maga elott „tolva” a talaj pórusterében lévo levegot. Az így kialakult aerob közegben mikroorganizmusok
közremuködésével végbemehet a szerves anyag lebontása és az ammónia nitrifikácója. A tisztítás csak
szakaszos üzemben végezheto ui. meg kell várni az elárasztás elott, hogy a talaj pórustere újra telítodjön
levegovel. A növényi gyökerek oxigénbevitele elhanyagolható az elobb részletezett levegobevitelhez képest.

Megjegyzendo azonban, hogy a helytelen üzemeltetés (tartós elárasztás) következtében akár rosszabb
oxigéntranszport is létrejöhet, mint a vízszintes átfolyású rendszerek esetén. A rendszer lebego anyag eltávolító
képessége kicsi ezért gyakran egy vízszintes átfolyású egységet csatolnak utána. A függoleges átfolyású
rendszerek újabban ismét elotérbe kerültek, mivel megnövekedett az igény olyan természet közeli technológiákra,
amelyek képesek nitrifikálni és denitrifikálni, (IWA 1995 és Mahlum 1998).

4. ábra Nád-gyökérzónás függoleges átfolyású tisztító szerkezete (Vymazal 2002)

Constructed Wetlands