Szennyvíz kezelés

Szennyvíz szállító- és tisztítórendszerek automatizálása

   Hazánk, a XXI. század kihívásainak és Európa Uniós csatlakozás elvárásainak megfelelően nagyarányú környezetvédelmi beruházásokba kezdett. Az elvárások egyik lényeges eleme, hogy országunk minél hamarabb és nagyobb szinten érje el a területünkön keletkezett szennyvizek, a kor technikai színvonalának megfelelő minőségű tisztaságát, ezzel az élőkörnyezetre ható káros terhelésének csökkentését, illetve megszüntetését. Hazánk „jó minőségű” ivóvíz-ellátottsága 98%-os, addig csatornázottsága 50%-os, ami nagymértékben elmarad az európai kívánalmaktól. (A „jó minőségű” jelző több területen nem fedi az EU vízminőség előírásait).

   A környezetvédelmi elvárásoknak megfelelő minőségű vizet csak korszerű, a csúcstechnika alkalmazásával épülő szennyvíztisztítók képesek kibocsátani. A szennyvízelvezető (csatorna) hálózatokkal szemben elvárás a gyors és elfolyástól mentes vízszállítás, a meghibásodásokból és üzemzavarokból adódó környezetszennyezések megakadályozása.

    Korszerű szennyvíz technológiák alkalmazása mellett, szintén környezetünk védelmét szolgálja a felhasznált energia mennyiségének, egyben a működtetésre fordított költségek csökkentése, a gazdaságos működtetés.

    Belátható, hogy sok paraméternek kell egy adott pillanatban megfelelő értékűnek lennie ahhoz, hogy egy  kiterjedt rendszer optimálisan működjön.

    Nem tisztem, és nem is mernék vállalkozni arra a feladatra, hogy a szennyvízszállítás és tisztítás teljes technológiai folyamatát minden szemszögből ismertessem, mivel nem vagyok vizes szakember. Erre, nálam sokkal felkészültebb tudású, hivatottabb szakemberek tollából láttak már napvilágot kimerítő cikkek korábban e lap hasábjain. Én megpróbálkozom a víztechnológia és analitika által nem ismertetett folyamatirányítási terület, ismertetését.

     Településeken, az épületekből elfolyó szennyvíz csatornahálózaton keresztül kerül a tisztítótelepre. A település nagysága, a terepviszonyok sokszor nem teszik lehetővé, hogy a víz gravitációs úton tudjon elfolyni. Ilyen esetben szennyvízátemelőkre van szükség, amelyeknek a száma adott körülmények között több tíz, vagy száz lehet. Egy általános átemelő akna egy, vagy két szivattyút tartalmaz, melyeknek vezérlését különböző vízszint érzékelési eljárások alapján, hagyományos relékkel felépített elektronika végzi. Az átemelők általában kiterjedt területen, esetleg több településen elszórva, felügyelet nélkül üzemelnek. A felügyeletet a karbantartó személyzet időszakonkénti ellenőrzése jelenti. Meghibásodásuk esetén helyi szintű hibajelzés keletkezik, vagy csak „lakossági felháborodás” alapján értesül a működtető személyzet az üzemzavarról. A nagy kapacitású és korszerű átemelők már rendelkeznek kommunikációs kapcsolattal. Az átemelők nagy száma esetén felmerül, egy nem elhanyagolható informatikai probléma. A diszpécser szolgálatnál megjelenő nagy mennyiségű információ, hibamentes működés esetén lényegtelen adathalmazzá válik, amivel egy idő után a kezelőszemélyzet már nem törődik, azok megszokottá és figyelmet elkerülővé válnak.

   Ennek kiküszöbölésére szolgál egy egyszerű megoldás, miszerint egy intelligens vezérlő berendezésre bízzuk az átemelő működtetését, amely csak akkor küld információt a diszpécserszolgálathoz, és a karbantartó személynek, ha egy lényeges, beavatkozásra szoruló esemény bekövetkezik. Ebben az esetben a hibás átemelő, az azonosítóját és a hiba jellegét másodperceken belül az illetékes személyzet tudomására hozza, elkerülve ezzel további károk, a környezet szennyezések kialakulását.

      Ilyen automatikai eszköz a Saia-PPS (a PPS szó a PCD Pump Station angol kifejezés rövidítése). Az eszköz két szivattyús átemelők vezérlésére készült, a vízszint érzékelése szintkapcsolókkal, vagy szint távadóval történik, hiba esetén a GSM hálózaton keresztül képes üzenetet küldeni mobiltelefonra, számítógépre, vagy egy másik átemelő vezérlőjére. Állapota mobiltelefonról, számítógépről lekérdezhető, vagy előre beállított időközönként automatikusan küld állapotinformációt. Így csak szükség esetén kapunk adatokat működéséről. A vezérlő a karbantartások tervezéséhez szükséges paramétereket gyűjti és tárolja, azok a fenti úton lekérdezhetők, így bármikor rendelkezésre állnak. A PPS előnye, hogy nem szükséges egyszerre kiépíteni az egész szennyvízhálózatra, a rendszer bármikor és bármilyen mértékben bővíthető. Költségtakarékos, mivel nem igényli egyedi és drága kommunikációs vonalak kiépítését. További fontos lehetőség, hogy a rendszerben lévő átemelők képesek egymást tiltani, így a vízszállító rendszer a hiba kijavításáig "pufferelni" tudja a szennyvizet és belátható idejű hibaelhárítás nem fog problémát okozni. Természetesen a normális üzem helyreállásakor a tiltás feloldódik.

Működési funkciók:

  • Szivattyúk vezérlése;
  • Üzemi vízszintérzékelés 3 szinten szintkapcsolókkal, vagy analóg módon szintérzékelővel;
  • Maximum és minimum vízszintérzékelés szintkapcsolókkal, hibajelzéssel;
  • Bekapcsolási szám és üzemóra kontrolált szivattyúvezérlés, bekapcsolási sorrendváltással;
  • Szállított vízmennyiség számítása a szivattyúk futásideje és vízszállítási paraméterei alapján;
  • Hibaesemény jelzése (vízszint, villamos hiba, fáziskiesés, stb.), a szomszédos átemelők automatikus leállítása;
  • Pangó szennyvíz kiküszöbölése, szaghatás megakadályozása érdekében;
  • Villamos fogyasztásmérés (kedvezményes időszak megkülönböztetésével);
  • Kétirányú, ipari GSM kommunikáció;
  • Behatolás jelzés;
  • Fény és /vagy hang külső hibajelzés lehetősége;
  • Mért és ellenőrzött információk továbbítása a kezelő személyzetnek;

A fent példaként ismertetett eszköz természetesen csak egy típus a számtalan egyedi-, és a szivattyúkat forgalmazó cégek komplex kínálatában.

     Az elmúlt években épült, vagy felújított szennyvízátemelők már korszerű automatizálással készültek. A nagyobbak és korszerűbbek rádió- (URH, GSM), vagy vezetékes kommunikációs kapcsolattal rendelkeznek, általában a tisztítótelepen lévő diszpécser központ valamelyik folyamatirányító számítógépével.

    A szennyvíztisztító telepek felépítése, kapacitásának nagysága automatizálási szempontból csak részben tekinthetők tipizáltnak. A beépített víztechnológiai berendezések száma, a mért paraméterek, a figyelt állapotjelzések, a vezérlelt eszközök, és szabályozókörök száma változó, így az alkalmazott automatikai eszközök típusa és száma, - a működtető programok bonyolultsága, - igen erősen függ a tisztítótelep szennyvíz technológiai felépítésétől, a tisztítómű kapacitásától.

Egy korszerű szennyvíztisztítás folyamata négy nagyobb technológiai lépcsőből tevődik össze:

  • Mechanikai tisztítás (úszó szemét, homok, zsiradék eltávolítása);
  • Biológiai tisztítás (szerves anyagok eltávolítása biokémiai folyamat segítségével);
  • Kémiai tisztítás (Nitrogén, foszforvegyületek, sók eltávolítása)
  • Keletkező szennyvíziszap kezelése (besűrítés, biogáz termelés és felhasználás)

   A fent ábrából látható, hogy egy tisztítási folyamat több egymástól elkülönülő, de egymáshoz szorosan kapcsolódó részre bontható, melyet általában az irányítástechnikai berendezések is követnek. Az így elkülönülő egységek valamilyen típusú kommunikációs hálózaton keresztül tartják egymással és a diszpécser központtal a kapcsolatot.

    A tisztítandó szennyvíz a központi átemelőn keresztül jut, be a mechanikai tisztítóműbe, ahol a vízben található uszadékokat, hordalékanyagokat távolítják el. Ebben a technológiai szakaszban a beépített berendezéseknek részint saját vezérlő elektronikájuk van, amely ciklikusan működteti a rácsszemét és iszapkotró gépeket. Az itt lévő magasabb szintű irányítástechnikai egység feladata az átemelő, szűrő, előülepítő gépek felügyelete, üzemállapotainak figyelése, a beérkező vízmennyiségnek megfelelően történő működtetése. Itt történik a beérkező szennyvíz mennyiségének, pH értékének, a benne található nitrogén-, foszfor- és szerves anyag tartalmának mérése is. A mérési eredmények alapján történik a víz kémhatásának semlegesítése, a pelyhesítő anyag adagolása, vegyszeradagoló szivattyúkkal.

     A mechanikai szennyeződéséktől megtisztított víz a biológiai tisztítómedencébe kerül. Itt történik a szennyvízben található szerves anyagok lebontása baktériumok segítségével. Ez a tisztítómű legkényesebb része. Az automatizálás szerepe is itt a legfontosabb. A medencébe befolyó és elfolyó víz mennyisége közel azonos, a víznek itt tartózkodása alatt kell elfogadható minőségűvé megtisztulnia. Ahhoz, hogy a folyamat optimális legyen a vízbe található szerves anyagnak, a baktériummennyiségnek, és a biokémiai folyamat lezajlásához szükséges oxigén mennyiségének mindig megfelelő arányúnak kell lennie. Ez úgy érhető el, hogy a víznek a szerves anyag és oldott oxigén tartalmát folyamatosan mérik, a folyamathoz szükséges oxigént, az oldott oxigéntartalomra szabályozott légkompresszorok üzemeltetésével, levegő befúvatásával tartják optimális szinten. A medencébe kerülő víz mennyiségének és szerves anyag tartalmának megfelelő mértékben az utóülepítő medencéből baktériumokban gazdag ún. eleveniszapot cirkuláltatnak vissza a medencébe áramló nyers vízbe. Természetesen a lezajló folyamat sebessége nem szabályozható tetszőlegesen. A nagyobb szennyvízmennyiség esetén több medencét használnak egyidejűleg. A kompresszorok üzemét frekvenciaváltókkal szabályozzák. Az iszap visszacirkuláltatás mértékét az szivattyúk szabályozásával és a fölös iszap kivételével mennyiségével biztosítják. A technológiához több segédberendezés is szükséges (iszapkeverők, kotrók) melyeknek üzemét is felügyelni kell.

     A biológiailag megtisztított víz az utóülepítő medencébe kerül, ahol a vízben lebegő iszap leülepedik. A leülepedet iszapot, iszapszivattyúkkal cirkuláltatják vissza a levegőztető medencébe, vagy a feleslegeset iszapsűrítőbe. Az iszap kotrása folyamatos, elszívása részben az iszapszint mérése alapján történik.

    Az elfolyó biológiailag megtisztított vízből a korszerű szennyvíztisztítókban a nitrogén és foszfor tartalmát is kémiailag eltávolítják, majd általában klórral fertőtlenítik. A megtisztított vízhez polielektrolitot adagolnak, amellyel a maradékszennyeződéseket megkötik, és kémiailag semlegesítik. A víz, szűrés és utolsó ellenőrzés után kibocsátható az élővízbe.

      Külön technológiai sort képvisel a keletkezett rácsszemét és a fölös szennyvíziszap feldolgozása. Az iszap ülepítését és besűrítését az iszap víztelenítése követ, melyet iszapcentrifugákkal, hidraulikus iszapprésekkel, szalagprésekkel végeznek. Sajnos nem eléggé elterjedt eljárás, de környezetvédelmi szempontból lényeges, hogy a keletkezett szennyvíziszapból erjesztéses eljárással biogázt (Metán és CO2) termeljenek, és azt gázmotorban elégetve, villamos energiát nyerjenek. (Egyes számítások szerint egy nagyobb tisztítótelep villamos energia igényének 70%-át elő lehet állítani biogázból!) A berendezések felügyelete, működtetése szintén az irányítástechnikai rendszer feladata.

     Látható, hogy egy nagy kapacitású szennyvíztisztító bonyolult és kiterjedt irányítást igényel. Az irányítástechnikai rendszert a beépített gépészeti berendezések saját vezérlése, a vízanalitikai műszerek, a fő-, és segédüzemi berendezések mellé telepített automatika, a diszpécserszolgálatnál lévő felügyelő számítógép közös rendszerré történő egyesítése adja. A fent felsorolt berendezések, műszerek általában közös kommunikációs rendszerre vannak felfűzve, amely általában valamilyen típusú terepi BUS (Fieldbus, Profibus, S-BUS, stb.). A szennyvízátemelőkkel történő kommunikáció a felügyelő számítógép valamelyik soros vonalán keresztül történik. A felügyelő számítógépeken grafikus megjelenítő programok futnak, melyek képesek a teljes rendszer megjelenítésére, a bekövetkező hibák, üzemzavarok naplózására, mérési adatok gyűjtésére, diagrammokon történő megjelenítésére, a gyűjtött-, és szűrt adatok továbbítására a cég belső Ethernet hálózatán keresztül a cégvezetés különböző szintjei felé.

    A napjainkban, a településeken újonnan épülő, vagy meglévő korszerűsítésre, bővítésre váró, szennyvíztisztító-telepek és elvezető rendszerek abban a szerencsés helyzetben vannak, hogy a lehető legkorszerűbb automatizálási technológiákat alkalmazhatják, melyekkel hosszú évekre, esetleg évtizedekre megoldhatják a jelenleg sok fejtörést okozó gondjaikat.