A beton az egyik legelterjedtebb építőanyag, amely nagy teherbírásáról és számos formában és összetételben való alkalmazhatóságáról ismert, azonban a betont érő agresszív környezeti hatások miatt kedvező tulajdonságai megváltozhatnak.

RÖVIDEN A SZENNYVIZEKRŐL

A keletkező szennyvizeket eredetük szerint három főbb csoportba soroljuk:
1. kommunális eredetű szennyvíz (mennyisége és minősége függ a terület fejlettségétől, a kialakult szokásoktól és a vízhálózat kiépítettségétől), fő jellemzője a nagy mennyiségű szervesanyag-tartalom és a nagy tömegű mikroorganizmus,
2. ipari eredetű szennyvíz (összetétele az iparág és a használt technológia függvénye),
3. mezőgazdaságból, állattartásból származó szennyvíz.

A szennyvizek tisztítása elsősorban ökológiailag fontos, de nem elhanyagolhatóak az ökonómiai szempontok sem. Az általános szennyvíztisztítási technológiát az 1. ábra mutatja be.

A BETONKORRÓZIÓRÓL ÁLTALÁBAN

A beton károsodása külső vagy belső kémiai, fizikai vagy biológiai hatásra jön létre. A belső betonkorrózió független a környezeti hatásoktól. Okozói lehetnek a cement és adalékanyag közötti reakciók (alkáli-adalék reakciók), az instabil cementkő átkristályosodása (pl. bauxitcement), valamint a cementkő és a kiegészítő anyagok egymásra hatása. A külső betonkorrózió a betonra kívülről ható kémiai anyagok, elektromos áram vagy biológiai hatások okozta károsodás. [3] Az ipari szennyvizek esetében fellépő külső betonkorróziós hatások összetettek, hiszen nemcsak a tisztításhoz használt kemikáliák okozta károsodásokról kell beszélnünk, de fellép a biológiai hatások okozta korrózió is.

BIOLÓGIAI KORRÓZIÓ

A szennyvízzel érintkező felületeken minden esetben mikroorganizmusok telepednek meg és biofilmet alkotnak. A biofilm a mikroorganizmusokon kívül az általa sejten kívül kiválasztott „polimer"- hidrogélből áll, amely a felületre tapasztja a biomasszát. A polimert 50–95% víz mellett túlnyomórészt poliszacharidok, fehérjék (glükoproteinek, lipoproteinek) alkotják a szárazanyag 60–90%-ában, a többi a mikroorganizmus táplálékát képező beágyazott részecske. Ebben az immobilizált állapotban különféle mikroorganizmusok állandósult társulásai („mikrokonzorciumok") szinergikusan együttműködve, egyébként nehezen lebontható anyagokat is hasznosíthatóvá tesznek [4]. A biofilm kialakulást három fázisra lehet osztani: indukciós szakasz, logaritmikus növekedés és az állandósult szakasz.

A mikroorganizmusok anyagcseretermékei hatással vannak a megtelepedést biztosító felületre. Például a Thiobacillus-fajok anaerob körülmények között a kén redukált formáit, vagyis az elemi ként és a kénhidrogént, energiaforrásként és elektrondonorként használva, kénsavvá oxidálják.

Erősen savas közegben (pH <1) is képesek szaporodni. A nitrifikáló baktériumok az ammóniumvegyületeket oxidálják salétromsavat termelve [4].

A Thiobacillusok által előállított kénsav a cementkövön – gipszképződés révén – felületoldást okoz, valamint – kisebb mértékben – minerológiai modulussal alumíniumhidrátból ettringit keletkezik. Ezeknek az alapvető reakcióknak az ily módon történő végbemenetele biológiailag indukált betonkorrózióhoz vezet.

Szulfátkorrózió során a szulfátvegyületek kémiai kapcsolatba lépnek a cementkő trikalcium-aluminátjával (3CaO·Al₂O₃ vagy C₃A), ennek során erőteljes térfogat-növekedés mellett ettringit (C₃A·3CaSO₄·32H₂O), illetve bizonyos környezeti feltételek mellett taumazit (CaCO₃·CaO· SiO₂· CaSO₄·15H₂O) keletkezik [2].

A taumazitképződés folyamata:

3CaO·2SiO₂·3H₂O
(kalcium-szilikát-hidrát)
+ 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O
(ettringit)
+ 2CaCO3 + 4H2O ⇐
⇐ 2(CaCO₃·CaO· SiO₂· CaSO₄·15H₂O)
(taumazit)
+ CaSO₄·2H₂O +2Al(OH)₃
(gipsz)
+ 3Ca(OH)₂

Kénsav behatás esetén a cementmátrix képezi a leggyengébb elemet a betonszerkezetben (különösen portlandcementek felhasználásánál), károsodhatnak azonban az adalékanyagok is [5].

A szulfátredukáló baktériumok a szulfátion (SO4)^2- és/vagy az elemi kén redukciója során kénhidrogént (H₂S) állítanak elő, amely korrozív hatással van a betonra. Ipari alkalmazásokban szintén fontos, gyakran káros szerep jut a szulfátredukálóknak. Szennyvíztisztítókban tipikusan nagy a szulfáttartalom, így a biofilmekben a végső lebontás akár 50%-áért is a szulfátredukció a felelős. Emellett viszont toxikus hatású kénhidrogént termelnek, és elősegítik a fémek korrózióját is. A nagy nehézfémtartalmú bánya- és szennyvizek megtisztításában ugyanakkor éppen szulfidtermelésük révén játszanak fontos szerepet [6].

A nitrifikáció biotechnológiai szempontból fontos folyamat. Hasznosítására egyebek mellett a biológiai szennyvíztisztítási eljárásokban kerül sor. A szennyvizekben lévő ammónia oxidációját az aerob nitrifikáló baktériumok végzik, majd ezt követően az anaerob denitrifikáló baktériumok közreműködésével kerül sor a nitrifikáció során keletkező nitrátnak nitrogén gázzá történő redukciójára. A szennyvizeknek ily módon történő nitrogén mentesítésével csökkenthető a természetes környezetek (pl. tavak) nitrogénterhelése, ami lassítja az eutrofizációs folyamatokat és megakadályozza a vízi élővilágra veszélyes oxigénhiányos állapotok kialakulását. A nitrifikáló baktériumok szaporodási rátája azonban csekély, ráadásul rendkívül érzékenyek a környezet kémhatásának és hőmérsékletének változására csakúgy, mint a szennyvizekben lévő toxikus anyagok jelenlétére [7]. A nitrifikáló baktériumok egyes fajai képesek anyagcseréjük melléktermékeként salétromsavat termelni, ami biodeteriorációs folyamatokhoz vezet.

SÖRIPARI SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEPI TECHNOLÓGIA RÖVID BEMUTATÁSA

Az anaerob szennyvíztisztítás egyik legelterjedtebb típusa a felfelé áramló anaerob iszapfüggönyös technológiák (UASB), a bioszemcsék kialakulásának hatékonyságán alapszik. A felszálló áramlási sebesség állandósult szelekciós nyomást gyakorol a mikroorganizmusokra, miáltal azok egymáshoz tapadnak és szemcséket alkotnak, amelyek azután jól ülepednek.

A bioszemcséket a megfelelő rétegeiben savtermelő, hidrogénhasznosító baktériumok, hidrogéntermelők, ecetsavtermelők és hidrogénfogyasztó metántermelők alkotják [8]. A metántermelő baktériumoknak köszönhetően, az általuk előállított metángáz energiaforrásként szolgál a telep számára. A szennyvíztisztító telepen keletkező biogázt kazánban elégetve gőz formájában hasznosítják.

A KÍSÉRLET MENETE

A próbatesteket a SZIE Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Építőmérnöki Intézet Építőanyag Laboratóriumában készítettük, majd vizsgáltuk. A mikrobiológiai vizsgálatokat az Építőmérnöki Intézet Hidraulika és Vízkémiai Laboratóriumában végeztük.

A próbatesteket húzó-hajlító és nyomószilárdsági vizsgálatok alapján minősítettük. Meghatároztuk a 2; 7; 14; és 28 napos próbatestek szilárdsági értékeit (2. ábra), és a szennyvíztisztító telepre kihelyezett hasábok vizsgálatából származó értékeket ezekhez viszonyítottuk.

IPARI SZENNYVÍZ KORRODÁLÓ HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA

Elsőként a kihelyezett próbatestek felületi, alaki elváltozásait vizsgáltuk, kiegészítve a betonhasábok felületén kialakult biofilm jellemzésével, a megtelepedő mikroorganizmusok azonosításával. A rendelkezésünkre álló mikroszkóp százszoros nagyításával vizsgáltuk a kialakult biofilmet, és a megtelepedő mikroorganizmusokat.

Második lépcsőben a kihelyezett próbatestek szilárdsági tulajdonságait vizsgáltuk: a hajlító-húzó, majd a nyomószilárdságot.

SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP ÁTEMELŐ MEDENCÉJE

A mechanikai szűrés után a szennyvíz a 350 m³-es átemelő medencébe kerül, és szintén 350 m³-es haváriamedencébe. A beérkező szennyvíz három órát tartózkodik az átemelő és havária medencében [9–10]. A pH, hőmérséklet és KOI (kémiai oxigénigény) értékeket mérő műszerek segítségével – az esetleges havária miatt – folyamatosan ellenőrzik. A meghatározott értékek túllépése esetén a haváriamedencébe kerül a szennyvíz.

A kihelyezett próbatestek általános jellemzését szemrevételezéssel, érzékszervi vizsgálatokkal végeztük, megfigyeléseinket az 1. táblázatban foglaltuk össze. A mikrobiológiai (mikroszkópos) vizsgálatok elemzését a 2. táblázatban ismertetjük. A vizsgálatok során állapotrögzítő felvételeket is készítettünk.

SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP KIEGYENLÍTŐ MEDENCÉJE (VÁLTOZÓ VÍZSZINTŰ)

Az átemelő medencéből érkező szennyvíz minőségét a kiegyenlítő medencében történő vegyszer adagolásával optimalizálják. A kiegyenlítő medencében a pH-t mérőműszer segítségével szabályozzák, ha szükséges sósavat (HCl) adagolnak a szennyvízhez. Az optimális savasodási folyamat eléréséhez a pH értéket 5,9 és 6,1 között kell tartani.
A kihelyezett próbatestek szemrevételezéses vizsgálatait a 3. táblázatban foglaltuk össze. A mikrobiológiai vizsgálatok negyedéves értékelését a 4. táblázatban ismertetjük.

SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP, METÁNREAKTOR

Az anaerob szennyvíztisztítás egyik legelterjedtebb reaktortípusa az UASB-reaktor. A felfelé áramló anaerob iszapfüggönyös technológia alkalmazása során a legfőbb feladat a biogáz, a folyadék és az iszap szétválasztása.

A felfelé áramló anaerob iszapfüggönyös technológia (UASB) a bioszemcsék kialakulásának hatékonyságán alapszik. A felszálló áramlási sebesség állandósult szelekciós nyomást gyakorol a mikroorganizmusokra, miáltal azok egymáshoz tapadnak és szemcséket alkotnak, amelyek azután jól ülepednek [8].

A reaktor felső részében található a gázszilárdanyag szeparátor. A betontesteket a műtárgy gáz zónájában helyeztük el, vizsgálva a kénes közeg okozta korróziót. A próbatestek általános jellemzését, az észrevételeket az 5. táblázatban foglaltuk össze.

ÖSSZEFOGLALÁS

A vizsgálati eredmények jól mutatják, hogy a tervezés során figyelembe kell venni a tervezendő műtárgy szerepét a technológiai folyamatban, a betont érő kémiai hatásokat – az adagolt vegyszerek mennyiségét és fajtáját –, valamint a műtárgyban végbemenő biológiai folyamatokat. A szilárdsági vizsgálatok összefoglaló diagramjain látható, hogy a vizsgálati értékek mind a három esetben hasonlóképp alakultak, megfigyelhető az értékek hullámszerű változása, melyeket a 3–4. ábra szemléltetett.

A vizsgált telep esetében az átemelő medencében a beérkező nyers szennyvíz hatására a szilárdsági értékek az egyes vizsgálati időpontokban változó nagyságú értékeket mutattak. Ennek egyik oka a változó minőségű szennyvíz, hiszen még egy gyár esetében sem garantálható az állandó jellegű szennyvízminőség.

A kiegyenlítő medencében mért értékek jóval egyenletesebbek, ennek oka a medencében történő pH szabályozás.

Az UASB reaktor esetében a gyors és jelentős mértékű felkeményedés után egy hirtelen, esésszerű változás tapasztalható, főként a hajlító-húzó szilárdság tekintetében. A reaktorban uralkodó extrém körülmények komoly hatással vannak mind a beton felületére, mind a szerkezetére, ezért a primer védelemre már a tervezés során gondolni kell, tehát a felületet védőréteggel kell ellátni, amely képes ellenállni a kénes közeg károsító hatásának.

A gyakorlatban alkalmazott tervezési folyamatban nagyobb hangsúlyt kell fektetni a technológiai folyamatokra, a tisztítandó szennyvíz okozta korrodáló hatásra, ezzel megnövelhető a műtárgy élettartama és csökkenthetők a fellépő amortizációs költségek.

Köszönetnyilvánítás: A szerzők ezúton is köszönetet mondanak Kiss Katalin technológus mérnöknek, aki elsősorban a szennyvíz-technológia és mikrobiológiai témakörökben nagymértékben segítette munkánkat.