Illékony szerves vegyületek eltávolításának környezetbiztonsági aspektusai

Bencsik Dániel

doi:10.61790/vt.2025.18214

Bencsik Dániel Nemzeti Közszolgálati Egyetem, Katonai Műszaki Doktori Iskola

DOI: https://doi.org/10.61790/vt.2025.18214

Kulcsszavak: környezetbiztonság, mikroszennyezők, modellezés, szennyvíz, VOC

Absztrakt

A fenntartható ivóvízellátás és a mezőgazdasági felhasználások iránti növekvő igény miatt a szennyvíz újra hasznosítása egyre nagyobb jelentőséggel bír. Hozzájárul a korlátozott édesvízforrásoktól való függés csökkentéséhez, és a vízkészletek megőrzése által enyhíti az éghajlatváltozás hatásait. Az újrahasznosítás fontos szempontja azonban, hogy a fogyasztókhoz ne jussanak el veszélyes szennyezőanyagok. A tanulmány célja olyan számítógépes szimulációk alkalmazásának bemutatása, amelyek képesek számszerűsíteni az illékony szerves komponensek eltávolítását a kezelés és újrahasznosítás során, tekintettel az üzemeltetési költségekre és a tisztított víz minőségére. A kutatás keretében elkészült egy biológiai szennyvíztisztító létesítmény modellje – aktívszén-szűrőkön alapuló utókezeléssel –, amellyel számszerűsíthető az üzemeltetési paraméterek üzemi- és karbantartási költségekre, valamint az elfolyóvíz-minőségre gyakorolt hatása. A szimulációs eredmények igazolják, hogy a biomassza tartózkodási idejének növelésével csökkenthető az aktívszén-szükséglet, különösen a 6 napnál rövidebb tartományban; azonban, környezetbiztonsági szempontból az ezen érték alatti üzemeltetés mindenképp kerülendő, a mikroszennyezők exponenciális koncentráció-növekedése miatt. Érzékenységvizsgálat alapján 10-12 nap tartományú iszap tartózkodási idő biztosítása mellett optimálható az energiaszükséglet – a biológiai kezelés levegőellátásának hatékony szabályozásával együtt. Üzemi haváriák esetén, modellkísérlet alapján gyors és hasznos beavatkozásnak bizonyult az intenzifikált levegőztetés, amely az illékony szennyezők hatékonyabb sztrippelését biztosítja az aktívszén-oszlopokra való betáplálás előtt. A kutatás rávilágít a modellezés által nyújtott lehetőségekre a fenntartható üzemállapotok és haváriatervek kialakításában szennyvíz-újrahasznosításnál.

Hivatkozások

S. M. Scheierling, C. R. Bartone, D. D. Mara, és P. Drechsel, Improving Wastewater Use in Agriculture: An Emerging Priority. World Bank Policy Research Working Paper Series, 5412, Washington, DC, USA: The World Bank, 2010, https://doi.org/10.1596/1813-9450-5412

S.M. Scheierling, C. R. Bartone, D. D. Mara, és P. Drechsel, “Towards an agenda for improving wastewater use in agriculture”, Water International, vol. 36, no. 4, pp. 420–440, 2011, https://doi.org/10.1080/02508060.2011.594527

S. Ofori, A. Puškáčová, I. Růžičková, és J. Wanner, “Treated wastewater reuse for irrigation: Pros and cons”, Science of The Total Environment, vol. 760, 144026, 2021, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144026

Z. Sheikholeslami, D. Y. Kebria, és F. Qaderi, “Nanoparticle for degradation of BTEX in produced water; an experimental procedure”, Journal of Molecular Liquids, vol. 264, pp. 476–482, 2018, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.05.096

C. J. Davidson, J. H. Hannigan, és S. E. Bowen, “Effects of inhaled combined Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylenes (BTEX): Toward an environmental exposure model”, Environmental Toxicology and Pharmacology, vol. 81, 103518, 2021, https://doi.org/10.1016/j.etap.2020.103518

P. Jiang, C.-J. Tzeng, C.-C. Hsieh, és M. K. Stenstrom, “Modeling VOC Emissions in the High-Purity Oxygen Activated Sludge Process”, Journal of Environmental Engineering, vol. 136, no. 11, pp. 1189–1196, 2010, https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000273

J. M. M. Mello, H. L. Brandao, A. Valerio, A. A. U. de Souza, D. de Oliveira, és A. da Silva, “Biodegradation of BTEX compounds from petrochemical wastewater: Kinetic and toxicity”, Journal of Water Process Engineering, vol. 32, 100914, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.100914

A. Trusek-Holownia és A. Noworyta, “Advanced treatment of wastewater with BTEX”, Desalination and Water Treatment, vol. 50, pp. 440–445, 2012, https://doi.org/10.1080/19443994.2012.705089

A. Takáčová, M. Smolinská, M. Semerád, és P. Matúš, “Degradation of BTEX by microalgae Parachlorella kessleri”, Petroleum & Coal, vol. 57, no. 2, pp. 101-107, 2015 [Online]. Elérhetőség: https://www.vurup.sk/wp-content/uploads/dlm_uploads/2017/07/pc_2_2015_takacova_317.pdf (2024.12.30.)

H. Anjum, K. Johari, N. Gnanasundaram, M. Ganesapillai, A. Arunagiri, I. Regupathi, és M. Thanabalan, “A review on adsorptive removal of oil pollutants (BTEX) from wastewater using carbon nanotubes”, Journal of Molecular Liquids, vol. 277, pp. 1005–1025, 2019, https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.10.105

K. C. Lee, B. E. Rittmann, J. Shi, és D. McAvoy, “Advanced steady-state model for the fate of hydrophobic and volatile compounds in activated sludge”, Water Environment Research, vol. 70, no. 6, pp. 1118–1131, 1998, https://doi.org/10.2175/106143098X123480

M. Pomiès, C. Wisniewski, J. M. Choubert, és M. Coquery, “Modelling of micropollutant removal in biological wastewater treatments: A review”, Science of The Total Environment, vol. 443, pp. 733–748, 2012, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.11.037

D. Orhon és E. U. Çokgör, “COD fractionation in wastewater characterization—The state of the art”, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, vol. 68, no. 3, pp. 283–293, 1999, https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4660(199703)68:3<283::AID-JCTB633>3.0.CO;2-X

G. G. Patry és I. Takács, “Settling of flocculent suspensions in secondary clarifiers”, Water Research, vol. 26, no. 4, pp. 473–479, 1992, https://doi.org/10.1016/0043-1354(92)90048-9

M. Henze, W. Gujer, T. Mino, T. Matsuo, M. C. Wentzel, G. v. R. Marais, és M. C. M. Van Loosdrecht, “Activated Sludge Model No.2d, ASM2D”, Water Science & Technology, vol. 39, no. 1, pp. 165–182, 1999, https://doi.org/10.2166/wst.1999.0036

M. Arnell, M. Ahlström, C. Wärff, R. Saagi, és U. Jeppsson, “Plant-wide modelling and analysis of WWTP temperature dynamics for sustainable heat recovery from wastewater”, Water Science & Technology, vol. 84, no. 4, pp. 1023–1036, 2021, https://doi.org/10.2166/wst.2021.277

L. Rieger, S Gillot, G. Langergraber, T. Ohtsuki, A. Shaw, és I. Takács, Guidelines for Using Activated Sludge Models. London, UK: IWA Publishing, 2012.

M. Henze, L. Grady, Jr. W. Gujer, G. v. R. Marais, és T. Matsuo, Activated Sludge Model No 1. London, UK: IAWPRC Publishing, 1987 [Online]. Elérhetőség: https://www.researchgate.net (2024.12.30.)

Dynamita, Sumo22 User Manual. Sigale, France: Dynamita SARL, 2022 [Online]. Elérhetőség: https://wiki.dynamita.com/en/introduction (2024.12.30.)

M. Kasi, T. Wadhawan, J. McEvoy, G. Padmanabhan, és E. Khan, “Effect of carbon source during enrichment on BTEX degradation by anaerobic mixed bacterial cultures”, Biodegradation, vol. 24, pp. 279–293, 2013, https://doi.org/10.1007/s10532-012-9586-1

D. Bencsik, T. Wadhawan, F. Házi, és T. Karches, “Plant-Wide Models for Optimizing the Operation and Maintenance of BTEX-Contaminated Wastewater Treatment and Reuse”, Environments, vol. 11, no. 5, 88, 2024, https://doi.org/10.3390/environments11050088

R. Higbie, “The rate of absorption of a pure gas into a still liquid during short periods of exposure”, Transactions of the American Institute of Chemical Engineers, vol. 31, pp. 365–388, 1935.

R. Sander, “Compilation of Henry’s law constants (version 4.0) for water as solvent”, Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 15, no. 8, 4399–4981, 2015, https://doi.org/10.5194/acp-15-4399-2015

M. K. Stenstrom, Westpoint Treatment Plant oxygen process modeling. UCLA-ENG 90-17, Los Angeles, California: UCLA School of Engineering and Applied Science, 1990 [Online]. Elérhetőség: https://www.researchgate.net (2024.12.30.)

R. Nikolova-Kuscu, L. Fonseca, D. Hume, és S. Bungay, “Using mechanistic models for predicting nitrous oxide emissions from the activated sludge process”, Előadás: Water New Zealand Conference & Expo 2024, Claudelands, Kirikiriroa Hamilton: Water New Zealand, 2024.09.25. [Online]. Elérhetőség: https://www.waternz.org.nz/Article?Action=View&Article_id=2895 (2024.12.30.)

S. Myers, A. Mikola, K. Blomberg, A. Kuokkanen, és D. Rosso, “Comparison of methods for nitrous oxide emission estimation in full-scale activated sludge”, Water Science & Technology, vol. 83, no. 3, pp. 641–651, 2021, https://doi.org/10.2166/wst.2021.033 (2024.12.30.)

J. Alex, L. Benedetti, J. B. Copp, K. V. Gernaey, U. Jeppsson, I. Nopens, M.-N. Pons, L. Rieger, C. Rosen, J.P. Steyer, P. Vanrolleghem, és S. Winkler, Benchmark Simulation Model No. 1 (BSM1). Lund, Sweden: Lund University, 2008 [Online]. Elérhetőség: https://www.researchgate.net (2024.12.30.)

H. Vanhooren és K. Nguyen, Development of a simulation protocol for evaluation of respirometry-based control strategies. Report University of Gent, Belgium and University of Ottawa, Canada, 1996.

B. Mrowiec, “Effect of BTX on Biological Treatment of Sewage”, Environment Protection Engineering, vol. 35, no. 2, 197–206, 2009 [Online]. Elérhetőség: https://epe.pwr.edu.pl/2009/Mrowiec_2-2009b.pdf (2024.12.30.)

R. C. Smith, S. O. Elger, és S. Mleziva, “Implementation of solids retention time (SRT) control in wastewater treatment”, Xylem Anal, vol. 20, pp. 1–6, 2015.

F. Benstoem, A. Nahrstedt, M. Boehler, G. Knopp, D. Montag, H. Siegrist, és J. Pinnekamp, “Performance of granular activated carbon to remove micropollutants from municipal wastewater—A meta-analysis of pilot- and large-scale studies”, Chemosphere, vol. 185, pp. 105–118, 2017, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.06.118

Y. Zha, Y. Wang, S Liu, S. Liu, Y. Yang, H. Jiang, Y. Zhang, L. Qi, és H. Wang, “Adsorption characteristics of organics in the effluent of ultra-short SRT wastewater treatment by single-walled, multi-walled, and graphitized multi-walled carbon nanotubes”, Scientific Reports, vol. 8, no. 1, 17245, 2018, https://doi.org/10.1038/s41598-018-35374-8

L. Li, C. Yin, Q. He, és L. Kong, “First flush of storm runoff pollution from an urban catchment in China”, Journal of Environmental Sciences, vol. 19, no. 3, pp. 295–299, 2007, https://doi.org/10.1016/S1001-0742(07)60048-5

L. Földi, T. Berek, és J. Padányi. (2022) “Hungary’s Energy and Water Security Countermeasures as Answers to the Challenges of Global Climate Change”, AARMS – Academic and Applied Research in Military and Public Management Science, vol. 20, no. 2, pp. 87–96, 2022, https://doi.org/10.32565/aarms.2021.2.7

E. Torfs, N. Nicolaï, S. Daneshgar, J. B. Copp, H. Haimi, D. Ikumi, B. Johnson, B. B. Plósz, S. Snowling, L. R. Townley, B. Valverde-Pérez, P. A. Vanrolleghem, L. Vezzaro, és I. Nopens, “The Transition of WRRF Models to Digital Twin Applications”, Water Science & Technology, vol. 85, no. 10, pp. 2840–2853, 2022, https://doi.org/10.2166/wst.2022.107