Sztankovics Dóra:

Gyógyszeripari szennyvíz anaerob bontási és biogáz előállítási kísérlete

Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, 2009

 

Környezetünk és vizeink tisztaságának megóvásában döntő szerepet játszik a szennyvíztisztítás. Különösen nagy jelentőségű az ipari szennyvizek megfelelő kezelése és ártalmatlanítása, hiszen ezek igen nagy mennyiségben keletkeznek, és környezetkárosító hatásuk jelentős.

 

Diplomamunkám gyógyszeripari szennyvíz biológiai tisztításának, a szerves szennyező anyagok anaerob mikroorganizmusokkal való lebontásának lehetőségét, illetve a technológia során keletkező biogáz mennyiségét, minőségét és felhasználhatóságát vizsgálja a sajóbábonyi telephelyű Észak-Magyarországi Környezetvédelmi Kft.-nél (továbbiakban ÉMK Kft.). Az ÉMK Kft. a szennyvíztisztító telepének megnövekedett terhelését, a szennyvíz megnövekedett szerves anyag tartalmát kívánja ellensúlyozni az anaerob előbontással, lecsökkentve így a jelenlegi technológia terhelését, valamint a keletkező szennyvíziszap mennyiségét. Az anaerob lebontás során keletkező biogáz a rendszer energiaellátást hivatott biztosítani, létrehozva így egy olyan önfenntartó előtisztítási rendszert, ami pozitívan befolyásolja a teljes technológia költséghatékonyságát. A kutatás tehát valós ipari problémára keres gyakorlatban megvalósítható megoldást

 

A vizsgálat alapját egyrészt az ÉMK Kft. területén végzett félüzemi kísérlet, másrészt a Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet laboratóriumában végzett kísérletek eredményei képezik.

 

A tisztítandó szennyvíz a TEVA Zrt. gyógyszergyár compactin (mevastatin) és lovastatin gyártásából származó technológiai és mosó vize, valamint az üzem szociális szennyvize. Mindkét anyag heterociklusos vegyület, melyek a szénláncban kettős kötéseket és oxigént is tartalmaznak. A heterociklusos vegyületek zöme nagyon stabil, igen nehezen bontható. A szénláncban lévő kettős kötések a stabilitást tovább növelik.

 


            

1.      ábra: lovastatin és compactin szerkezeti képlete

 

 

A félüzemi kísérlet 2008. áprilisától zajlott az ÉMK. Kft szennyvíztelepén, 3 hónapon keresztül.

Semlegesítő
 

Hőcserélő
 

Reaktor
 

Ülepítő
 

2.ábra: Kísérleti reaktor sematikus ábrája

A kísérleti reaktort, melyet az ÉMK Kft. szakemberei terveztek és kiviteleztek az 2. ábra szemlélteti. Az összeállított kísérleti reaktorban szabályozott hőmérséklet és pH mellett napi pontminták alapján figyeltük a rendszer szervesanyag tartalmának változását, illetve gázóra segítségével figyelemmel kísértük a biogáz termelődést. Inokulomként kommunális szennyvíziszapot használtunk.  A berendezés két tartályos rendszer: az első tartály a reaktor, a második tartály ülepítőként funkcionál. A két tartály között túlfolyó létesít kapcsolatot. A szennyvíz az adagoló tartályból jut a reaktorba felülről adagolva. A reaktorban a megfelelő keverést illetve az állandó hőmérséklet fenntartását a hőcserélőn keresztüli keringtetés biztosítja. A reaktorból a vízszinthez közelről történik a szennyvíz kiszivattyúzása. A víz a szivattyúkon keresztül a hőcserélőbe, majd a semlegesítőbe kerül. A hőcserélő a kívánt hőmérsékletet biztosítja, a semlegesítő a pH beállítást szolgálja. A semlegesítőből a fermentlevet szivattyú nyomja vissza a reaktorba, alulról. A kísérlet során kezdetben termofil majd mezofil hőmérsékleti tartományban tartottuk a rendszert, a pH értéket tartósan 6 és 7 közé állítottuk be, valamint megfelelő keverést biztosítottuk a rendszerben. Mindezek ellenére a szennyvíz szervesanyag tartalma nem csökkent számottevően, valamit a keletkezett biogáz mennyisége csekély volt. A kísérlet eredményeinek grafikus kiértékelését a 3. diagram mutatja.

3.diagram: Félüzemi kísérlet kiértékelés

A félüzemi kísérlet eredménytelenség okának pontosabb feltárása érdekében témavezető tanárom irányításával laboratóriumi kísérletet végeztem a Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet biogáz laboratóriumában.

A vizsgálatot az iparágban alkalmazott német DIN 38414 S8 jelű, szennyvíziszapok erjeszthetőségére kidolgozott módszert követve végeztem. Reaktorként Erlenmeyer lombikokat használtam, a reaktort 54oC-os vízfürdőben indukáltam. A laboratóriumi berendezést a 4. ábra illusztrálja. Három kísérletet végeztem, melyek során megvizsgáltam a szennyvíztelepen tisztított ipari szennyvíz mindkét fajtáját, azok szűrt és szűretlen változatás is. Inokolumként kommunális szennyvíziszapot illetve ipari gyakorlatban használt speciális iszapot használtam. A laboratóriumi berendezésben a pH érték folyamatos figyelésére és állandó szinten tartására nem nyílt mód.

 

4.      ábra: Laboratóriumi berendezés

 

A lovastatinnal és compactinnal végzett kísérletek eredményei alapján elmondható, hogy az alkalmazott eljárás és kísérleti paraméterek mellett a szennyvíz szerves szennyezőinek anaerob lebontása és biogáz termelődés nem valósult meg. A kísérletek tanúsága alapján a bontási folyamat és biogáz termelődés beindult, azonban a folyamat egy nap után megszakadt. A kísérlet után mért enyhén savas pH érték magyarázatul szolgálhat a folyamat leállására. A kísérletsorozat folyamán kétféle inokolum is kipróbálásra került. Ezek között egy napi gáztermelés alapján nem lehetett különbséget megállapítani. A lovastatin és compactin anyagok első napi gázhozamának összehasonlítása a két anyag közötti szignifikáns bonthatósági különbséget mutatott ki. Mivel a két anyag pontos elemi és vegyületi összetétele nem ismert, így ennek a jelenségnek az okát nem tudtam feltárni.

 

A félüzemi és laboratóriumi kísérletek eredményei alapján vonható konklúzió, hogy az alkalmazott kísérleti módszerek mellett az anaerob lebontási folyamat illetve a biogáz termelés nem valósult meg.

 

A biodegradáció laboratóriumi körülmények közötti leállását okozhatta a pH érték 5 körülire csökkenése, azaz a rendszer elsavasodása, mivel a pH érték folyamatos nyomon követése, és a pH szinten tartása nem volt lehetséges a laboratóriumi berendezésben. Mindkét használt mikroorganizmusról elmondható, hogy csak rövid ideig volt életképes a szennyvízben. Mindkét mikroorganizmus esetén ugyanazt a jelenséget tapasztaltam: a folyamat beindult, de hamar le is állt, vélhetően a pH érték lecsökkenése miatt, esetleg a rendszerben lévő a mikroorganizmusok számára toxikus anyag miatt.

 

A félüzemi kísérlet eredménye alapján elmondható, hogy pusztán a pH érték kérdése nem magyarázhatja a folyamat kedvezőtlen alakulását, hiszen a kísérleti reaktorban folyamatosan kontrol alatt tartottuk a pH értéket, mégsem valósult meg a biológiai lebontás. A kísérleti reaktorban továbbá megfelelő keverés valósult meg, kellő mennyiségű inokolum került a rendszerbe, így ezt a két tényezőt kizártam a további vizsgálatok tárgyköréből.

 

Mindezek tükrében arra a konklúzióra jutottam, hogy a szennyvíz elemi és vegyületi összetételében, a szennyvízben lévő toxikus vegyületekben keresendő a probléma gyökere. A lovastatin és compactin heterociklusos vegyületek, melyek a mikroorganizmusok számára igen nehezen hozzáférhetők. Lehetséges, hogy a mikroorganizmusok nem tudták hatékonyan megtámadni a kettős kötéseket is tartalmazó ciklusos vegyületeket, és így tápanyag híján elpusztultak. Vagy az is elképzelhető, hogy a biodegradáció során olyan toxikus vegyület képződött, amely a mikroorganizmusok számára halálos volt.

 

A problémakör pontosabb megismeréséhez szükség lenne a szennyvíz pontos elemi és vegyületi összetételének ismeretére, valamint a vízben lévő szennyező anyagok bomlási sorára. Ezek tükrében meghatározható lenne mi pontosan a probléma előidézője. A pontos ok ismeretében és további kutatások elvégzése után véleményem szerint kidolgozható lenne az a technológiai folyamat:

(például a hozzáférhetetlen szénláncok kémiai roncsolásával),

 

Alternatívaként szintén elképzelhető olyan speciális baktérium család felkutatása, amely képes a szennyvízben lévő, igen nehezen bontható vegyületek lebontására. Ehhez mindenképp a témára szakosodott, külső kutatóintézet bevonását tartom szükségesnek.

 

Kutatásom során arra a konklúzióra jutottam, hogy az alkalmazott kísérleti módszerek mellett az anaerob lebontási folyamat nem tud megvalósulni. Az elvégzett kísérletek alapján bizonyos tényezőket ki tudtam zárni a problémakörből, de a jelenség valós okát nem sikerült feltárnom. Így dolgozatom konklúziójaként a további kutatási irányra tudtam javaslatot adni.

 

Konzulensek:

Dr. Bokányi Ljudmilla egyetemi docens, a műszaki tudományok kandidátusa, Miskolci Egyetem

Leskó Gábor, Észak-Magyarországi Környezetvédelmi Kft, szennyvíztisztító üzemvezető