Aktiivmudaprotsess

Aktiivmudaprotsess on aeroobne bioloogiline reovee puhastamise protsess, mille käigus kõrvaldatakse orgaaniline aine reoveest mikroorganismide abil, kes kasutavad lahustunud orgaanilisi aineid oma elutegevuses ning kellest moodustuv biomass setitatakse reoveest välja. Aktiivmuda – mikroorganismide helbeline mass, mis koosneb peamiselt bakterite ja teiste ainuraksete kogumeist, orgaanilisest peenheljumist ning kolloidosakesatest. Eelsetiti – mahuti, kuhu jääb pidama jämeheljum. Õhustuskamber ehk aerotank – mahuti, milles reovett õhustatakse ja intensiivselt segatakse paari tunni kuni ööpäeva kestel (olenevalt valitud puhastustehnoloogiast). Järelsetiti – mahuti, mille ülesanne on aktiivmuda setitamine, muda tagastamine ning liigmuda kõrvaldamine. Tagastusmuda – muda, mis juhitakse järelsetitist tagasi õhustuskambrisse. Jääk- ehk liigmuda – muda, mis kõrvaldatakse järelsetitist. Selle hulk oleneb puhasti koormusest. Aktiivmudapuhastuses tekib jääkmuda ligikaudu 0,8–1 kg kuivainet ühe kg BHT7 kohta. Aktiivmudaprotsess saab alguse sellest, et eelpuhastatud ja sageli ka eelsetitatud reovesi juhitakse aerotanki, milles reovesi kontakteerub aktiivmudaga. Õhutuskambrisse antakse pidevalt õhku, millega garanteeritakse aeroobsete organismide eksisteerimiseks vajaliku hapnikukoguse olemasolu. Aeratsiooniga hoitakse aktiivmuda pidevas liikumises, millega välditakse selle settimist reservuaari põhja. Aerotankist juhitakse aktiivmuda järelsetitisse, kus muda settib põhja ning puhastatud reovesi ehk heitvesi juhitakse pealt ära. Et aerotankis oleks muda kontsentratsioon piisavalt kõrge, pumbatakse settinud muda tagasi aerotanki (tagastusmuda) ning protsess kordub uuesti. Süsteemist on vajalik osa muda kõrvaldada, kuna uut muda kasvab kogu aeg juurde, kuid aerotankis olev muda kontsentratsioon peaks olema püsiv. Sellepärast liigmuda eemaldatakse kas otse aerotankist või tagastusmudatorust järelsetitis ning suunatakse edasisele käitlusele. Aktiivmudaprotsessi efektiivsus võib ulatuda 95–98%-ni. Esimesed katsed puhastada reovett õhku lisades pärinevad Euroopast 20. sajandi algusest. Aktiivmudaprotsessi areng sai aga alguse Anglo-Ameerikas. Massachusettsi Avaliku Tervise Osakonnas viidi 1912. aastal läbi katsed, mille käigus õhustati reovett ning separeeriti esimesed aktiivmudahelbed. Saadud aktiivmudahelbeid inokuleeriti värskes reovees. Katsetel osalenud inglased G. Flower, W. T. Lockett, Jones ja E. Ardern arendasid seda ideed edasi ja juba 1914. aastaks töötasid nad välja esimese aktiivmudaprotsessil baseeruva väljatõrjesüsteemi, mis paiknes Manchesteris. Sealt alates on insenerid, bioloogid, keemikud ja paljud teised teadlased arendanud edasi aerotankide ehitust, aeratsioonisüsteeme, protsessi konfiguratsiooni ja kõikvõimalikke lisasid, mis on vajalikud ka näiteks tööstusliku reovee puhastamiseks. Kõige õigem oleks aktiivmudapuhasti käiku lasta ja sisse töötada soojal ajal, kui reovee temperatuur on vähemalt 17–18 °C. Kasulik on vedada puhastisse värsket aktiivmuda mõnest samalaadset reovett puhastavast seadmest. Puhastusrežiimi võib lugeda väljakujunenuks, kui õhustuskambri aktiivmudasisaldus on tõusnud 2 grammini (kuivainet) liitris ning setitist välja voolav vesi on selge, haisuta ja püsivalt madala BHT7 väärtusega. Korralik aktiivmuda kujuneb normaalsetes oludes tavaliselt ühe kuni kahe kuuga. Hapnikusisaldus aktiivmudasegus on aktiivmudapuhasti kõige olulisem näitaja: soodne on 2–4 mg/l ning alla 0,7 mg/l ei tohi see langeda. Aktiivmudapuhastus saab normaalselt kulgeda ainult aeroobses keskkonnas ehk siis, kui kogu õhustuskambris on piisavalt lahustunud hapnikku ja õhustus on pidev. Ülemäärane hapnik aktiivmuda ei riku. Suvel, kui reovee temperatuur tõuseb üle 20 °C, bakterite elutegevus intensiivistub ja hapnikutarve suureneb, hapniku lahustuvus vees aga väheneb. Siis on õhustust vaja intensiivistada. Kui õhuhapniku andmine õhustuskambrisse katkeb enam kui 3–6 tunniks, võib aktiivmuda hävida ning puhasti pikemaks ajaks rivist välja langeda. Pärast õhustuse jätkamist kulub töövõimelise aktiivmuda taastamiseks päevi kuni nädalaid, seetõttu peab õhustuse võimalikult kiiresti taastama. Hapniku erikulu on puhastisse antava hapnikuhulga ja reostuskoormuse suhe. See oleneb valitud puhastusrežiimist ning võib olla 1,2–2,3 kg O2/kg BHT7. Normaalkuupmeeter õhku sisaldab 280 g hapnikku. Kuivõrd hapniku lahustumise kasutegur on olenevalt õhustist vaid 3–10%, on 1 kg hapniku lisamiseks vaja viia vette 35–120 m3 õhku. Aktiivmudasisaldust väljendatakse aktiivmuda kuivaine hulga (KA) kaudu ühes liitris õhustuskambri aktiivmudasegus. Mudasisaldus oleneb puhastustehnoloogiast ning on keskmiselt 3–6 g/l. Aktiivmudaprotsessi jooksval hindamisel määratakse mudasisaldus mahuliselt (V30), mõõtes aktiivmuda hulka mensuuris pärast õhustuskambrist võetud proovi 30-minutist settimist. Keskmiselt V30=200–700 ml/l. Mudaindeks (i.k. "sludge volume index" ehk SVI) on 30 minutit settinud 1 g kuivainet sisaldava aktiivmuda ruumala milliliitrites. Mudaindeks iseloomustab aktiivmuda settivust järelsetitis ja järelikult seda, kui selge vesi puhastist välja voolab. Mida väiksem on mudaindeks, seda parem on muda kvaliteet. S V I = V 30 ∗ 1000 m g / g H A {\displaystyle SVI={\frac {V_{30}*1000mg/g}{HA}}} SVI – mudaindeks (ml/g), V30 – 30 minutit settinud aktiivmuda ruumala (ml/l), HA – heljum ehk proovis sisalduvate tahkete osakeste mass proovi mahuhulga kohta (mg/l). Eri andmetel loetakse heaks SVI väärtuseks 50–150 ml/g. Tõsisemaid probleeme aktiivmudapuhastuses on muda pundumine, mille tunnuseks on suur mudaindeks (SVI > 150). Pundunud muda on hõre, settib halvasti ja kandub setitist välja. Mahukoormus (Iv) on reostuskoormus õhustuskambri mahuühiku kohta ööpäevas. I v = Q ∗ L a V {\displaystyle I_{v}={\frac {Q*L_{a}}{V}}} Iv – mahukoormus (g BHT7/(m3*ööp), Q – sissevoolava reovee hulk (m3/ööp), La – sissevoolava reovee BHT7 (mg/l) ja V – aerotanki ja/või kogu bioloogilise reaktori ruumala (m3). Kestusõhustuse korral on mahukoormus väike – 180–400 g/(m3*ööp). Mudakoormus (i.k. "food to microorganisms" ehk F/M) on õhustuskambrisse juhitava reovee ööpäevase reostuskoormuse jagatis aerotankis oleva aktiivmuda kuivaine hulgaga. Igale aktiivmudaprotsessile on iseloomulik mingi F/M vahemik, milles protsess toimib kõige efektiivsemalt. Samas F/M väärtused võivad varieeruda aasta jooksul, sõltuvalt temperatuurist, tööstuslike heidete hulgast jne. Tavaliselt on F/M kõrgem suvel ja madalam talvel. Mudakoormus on väikepuhastites 0,05–1 g BHT7/(g KA*ööp) ja suure koormusega puhastites kuni 2 g BHT7/(g KA*ööp). F / M = Q ∗ B H T 7 V ∗ H A {\displaystyle F/M={\frac {Q*BHT_{7}}{V*HA}}} F/M – mudakoormus (g BHT7/(g KA*ööp)), BHT7 – 7-päevane biokeemiline hapnikutarve (mg O2/l) Mudavanus (i.k. "sludge age" ehk SA) on ajahulk päevades, mille kestel hõljuvained (bakterid) viibivad aerotankis. Terminit kasutatakse märkimaks intervalli, mille kestel moodustub mudahelves ning see lõpuks eemaldatakse aktiivmudaprotsessist liigmuda eemaldamise käigus. Mudavanus võib varieeruda 3–15 päevani, kestvusõhutuse korral kuni 30 päevani. S A = H A a e r o t a n k ∗ V a e r o t a n k H A l i i g m u d a ∗ Q l i i g m u d a {\displaystyle SA={\frac {HA_{aerotank}*V_{aerotank}}{HA_{liigmuda}*Q_{liigmuda}}}} SA – muda vanus (ööp), HAaerotank – aerotankis oleva hõljuvaine kontsentratsioon (mg/l), Vaerotank – aerotanki ruumala (m3), HAliigmuda – liigmudas oleva hõljuvaine kontsentratsioon (mg/l), Qliigmuda – reaktorist ärajuhitava liigmuda hulk (m3/ööp), Bioloogilise puhastusprotsessi käigus tekib pidevalt juurde aktiivmuda, mis tuleb eemaldada. Tekkiv liigmuda pumbatakse muda tihendajasse, kus see gravitatsiooni jõul tiheneb. Jääkaktiivmuda sisaldab pärast tihenemist ainult 2–3% kuivainet. Liigmuda lõplik veetustamine toimub tsentrifuugi abil pärast polümeeride lisamist, millega saavutatakse ligikaudu 20–25% kuivaine sisaldus. Veetustatud muda pumbatakse veoautole ning veetakse kas ladustamisele või edasisele töötlusele. Lihtsaim võimalus mudasettest vabanemiseks on vedada vedel töötlemata sete otse põllule. Seda tohib teha haljastamise või rekultiveerimise eesmärgil, ent mitte põldude väetamiseks. Laotatud toorsete tuleb kahe ööpäeva jooksul sisse künda või mullaga katta. Kui reoveepuhasti annab tarbijale aasta jooksul üle 2 tonni töötlemata setet, peab tal olema jäätmeluba. Selleks, et reoveesetete kasutamine ei tooks kaasa potentsiaalset ohtu inimesele ja keskkonnale, on vajalik sette eelnev töötlemine. Eesmärgiks on vähendada mahtu, lagundada orgaaniline aine ning hävitada patogeensed mikroorganismid. Esimesel etapil reoveesete tihendatakse ning sellele järgneb kas anaeroobne kääritamine metaantankis, aeroobne stabiliseerimine, kompostimine, pastöriseerimine või termiline töötlus (pürolüüs). Maastik, A; Danilišina, G; Gross, M; Kriipsalu, M; Tamm, P; Tenno,T. 2011:"Väikeste reoveepuhastite (jõudlus kuni 2000 ie) hooldamise juhend". Tartu, lk 17–24 "Activated Sludge Process" (inglise keeles). The Water Treatments.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) Vallo Kõrgmaa. "Reoveesette töötlemise strateegia väljatöötamine, sh ohutu taaskasutamise tagamine järelevalve tõhustamise, keemiliste- ja bioloogiliste indikaatornäitajate rakendamise ning kvaliteedi süsteemide juurutamise abil. II ETAPP" (PDF). OÜ Eesti Keskkonnauuringute Keskus. "Wastewater System Operator's Manual" (PDF) (inglise keeles). Ragsdale & Associates: Training Specialists, LLC. Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 31. märts 2013.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) "Activated Sludge Process" (inglise keeles). IWA Water Wiki. Originaali arhiivikoopia seisuga 11. jaanuar 2013. Vaadatud 9. novembril 2012.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) Thiel, J. (2002) Activated Sludge. Water Environment Federation. Alexandria "Advanced Activated Sludge Study Guide" (PDF) (inglise keeles). Wisconsin Department of Natural Resources.{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) Maastik, A. (1984) Veekaitse põllumajanduses. Valgus. Tallinn "Keila Vesi". Originaali arhiivikoopia seisuga 8. märts 2014. Vaadatud 9. novembril 2012. Reoveesette põllumajanduses, haljastuses ja rekultiveerimisel kasutamise nõuded1 Riigi Teataja RTL 2003, 5, 48 §11 Reoveesette põllumajanduses, haljastuses ja rekultiveerimisel kasutamise nõuded1 Riigi Teataja RTL 2003, 5, 48 §9