Magyarország szennyvíztisztító telepeinek nagy többsége napjainkra mind hidraulikailag, mind szervesanyag tartalom szempontjából a méretezési állapot felett üzemel. Az átemelőszivattyúk elavult szabályozása nem teszi lehetővé az új igényekhez alkalmazkodó rendszerelvű méretezést használó szabályozás alkalmazását. A szervesanyag tartalom csökkentésére újfajta baktériumokat hoztak létre, amelyek jó hatásfokú működéséhez elengedhetetlen a rendszerünk szabályozásának újragondolása. A matematikai rendszerelmélet és a hálózat bioreaktorként történő felhasználásával célunk a telepek üzemét újra a méretezési állapotra, vagy, ha a rendszerünk engedi, az alá csökkenteni.
A szennyvízátemelők számítógéppel történő szabályozása napjainkban szinte általánosnak nevezhető. Minden akna kommunikál egy központi szerverrel. Ezzel szemben a szabályozásukhoz használt célfüggvények és átviteli függvények nem kellően szerteágazóak a rendszer optimumon történő szabályozásához, rendszerként történő kezeléséhez. Célunk egy olyan új vezérlés kifejlesztése, amelynek segítségével a szennyvíz átemelők szabályozása rendszerelvűvé tehető.
Az enzim alapú baktérium készítmények használatával a csatornarendszerek műtárgyai környezetében csökken a szagterhelés, karbantartja a csatornarendszert, mivel olyan specifikus enzimeket és mikroorganizmusokat tartalmaz, amelyek a dugulásokat előidéző zsírokat, olajokat, fehérjéket, keményítőket és a cellulózt lebontják. A biológiai kultúra univerzális, és bármely csatornázási-technológiával kompatibilis. Problémamentes a bevitel, külön beruházást nem igényel. Használatával a természetes biológiai lebomlások látványosan felgyorsulnak. Lebontja a rossz szagú gázokat és a káros ammóniát, míg további hatásként hasznos ásványi anyagokat bocsát ki. Ezek az enzimek fénytől elzárt hálózatban is életképesek, ezáltal lehetővé teszik a csatornahálózat bioreaktorként történő használatát. Ezzel a módszerrel lényegében már a hálózatban el tudjuk kezdeni a szennyvíz tisztítását, így a szennyvíztisztító telepre érkezve már a telep méretezési állapotára, vagy az alá csökkenhet a szervesanyag tartalom. A világon eddig nem alkalmaztak szennyvíztisztítást szennyvíztisztító telepen kívül.
A projekt öt, egymásra épülő munkaszakaszból áll, melyekből az első szakasz 2014. június 30-án zárult le.
A szakasz során két fő irányba haladtak a munkálatok:
Az egyik kutatási irányban a KwakLab Kutatóintézet Nonprofit Kft. bevonásával mikrobiológiai kísérleteket végeztünk el háromféle liofilizált mikrobakultúrával annak megállapítására, hogy melyik alkalmazható a leghatékonyabban már a csatornarendszerben adagolva, az abban folyó szennyvíz előkezelésére, szervesanyagtartalmának szignifikáns csökkentésére. A három mikroba-kultúra a következő fantázianevekkel volt jelölve: Granulátum, Oxigén, Stypor.
Mivel a szerves anyag felhasználása arányos a szaporodás sebességével, ezért azt telepszámlálásos módszerrel mérték a hőmérséklet, a táptalaj összetétele és az inkubációs idő paraméterek változtatásával.
Megállapítást nyert, hogy a „Granulátum” kultúra szaporodik a leggyorsabban 15- 25°C-on, 5-10°C-on pedig a „Oxigén” kultúra. Alacsonyabb hőmérsékleti feltételek mellett az „Oxigén” magasabb hőmérsékleten pedig a „Granulátum” por alkalmazása a leghatékonyabb.
A DAKÖV Kft. munkatársai a KwakLab Kutatóintézettel együttműködve méréseket végeztek a három mikroba-kultúra lebontó kulcs-enzimeinek működésének feltárására. A dolgozók kitenyésztették a KwakLab Kutatóintézet által vizsgált mikroba-kultúrákat és izolálták az azokban előforduló legjellemzőbb mikroorganizmusokat. Ezekkel az izolált fajokkal kolorimetriás enzimaktivitás-méréseket végeztek, melyeknek során a színes termék képződését lehet nyomon követni fotométerrel, megfelelő hullámhosszt beállítva.
A következő lebontó kulcs-enzimek aktivitásának meghatározása volt a cél: cellulázok, lipázok, peptidázok, nukleázok.
A vizsgálatok egybevágnak a KwakLab kutatóintézet eredményeivel, mely szerint alacsonyabb hőmérsékleten az „Oxigén”, magasabb hőmérsékleten a „Granulátum” kultúra rendelkezik nagyobb átlagos enzimaktivitással.
A másik kutatási irány a szennyvizet továbbító hidraulikai rendszer működésének optimalizálására irányul, ami a BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnikai Tanszék feladata. Tudvalevő, hogy a szennyvíztisztító-telepek legtöbbje bizonyos napszakokban az eredeti hidraulikai méretezés fölötti térfogatárammal és szervesanyagtartalommal üzemel. Az elképzelt eljárással összehangolható az átemelő szivattyúk üzeme úgy, hogy a hálózat tárolóképességét felhasználva a telepre beérkező térfogatáram soha ne haladja meg a méretezési térfogatáramot. Ezáltal a telep üzeme közel állandóvá válik.
Az optimalizálás másik lényeges szempontja, hogy a baktériummal történő befertőzés után a szennyvíz elegendő időt tartózkodjon a hálózatban ahhoz, hogy szerves anyag tartalma a méretezési állapotra, vagy az alá csökkenjen. E két paraméter összehangolásával elérhetjük a szennyvíztisztító-telep optimális üzemét mind hidraulikai, mind szerves anyag tartalommal.
Ezekkel a paraméterekkel elkészíthető a települések átemelő szivattyúinak üzemi menetrendje, ami az aktuális inputok alapján önműködően szabályoz.
A BME tanszékén áttekintették a csőhálózatok gráfelméleti leírásának módszertanát. A gráfokat morfológiailag osztályozták, a szennyvízhálózatot leképezték az összeágazó fa struktúrájú gráfok osztályába. Megállapítást nyert, hogy a szennyvízhálózat egy 20 tárolópontú, 20 feladóhellyel rendelkező egy gyűjtőpontos (szennyvíztisztító telep), úgynevezett szállítási feladatot ellátó hálózat. Matematikailag és gráfelméletileg sikerült definiálni a szállítási feladatot. Megállapítottuk, hogy a szállítási feladat lényege, hogy az időben sztochasztikusan keletkező szennyvízáramokat minimális költséggel és időben kiegyenlítetten juttassuk el a szennyvíztisztító műbe. A hálózati folyamok elméletének áttekintésére alapozva a feladatot él- és forráskorlátos feladatként definiálták. Ezzel a feladatot sikerült beilleszteni a szakirodalomban a hálózati folyamok elméleteként ismert tudományágba.
A projekt következő szakaszában kódoljuk a rendszert a számítógépes kezelés számára. Definiálni kell a csomópontokat és a gráf-éleket, a beavatkozó jellemzőket és a költségelemeket, valamint meg kell állapítani az optimális üzemmenetet a célfüggvény minimalizálásához.
A munka folytatásában el szükséges készíteni az úgynevezett biológiai bekeverő modult, azaz a bioreaktort,és a kiválasztott biológiai kultúra vizsgálatát folytatni kell az életkörülmények variálásával.
