Embed Size (px)
Citation preview
Szemelvények a biológiai szűrés témaköréből
Modellare necesse est, …!
„A gyakorlatban az emberek nagyon vonakodva adják fel azt az elméletet, amelynek kidolgozásába sok időt és energiát fektettek.”
- Stephen Hawking
1
EJF, Baja 2013. szept. 23.
TÁMOP-4.2.2.B-10/1-2010-0032
Tudományos képzés műhelyeinek támogatása az Eötvös József Főiskolán
2
Fel kell-e adni valamit?
Negatív élmény:
A kút kockázati modell kudarca „… mai szemmel nézve tévesnek bizonyult nézetek sorsa gyakorta
tanulságosabb, mint a helyesnek bizonyult elméletek létrejötte és érvényre
jutása”
- Thomas Junker: A biológia története
A kút nem felel a minőségért, a vízminőség a
mederkapcsolatnál dől el !
Tartalomjegyzék helyett
Aki biológiai ivóvíztisztításra adja a fejét, annak a
szennyvíztisztítási oldalról kell érkeznie, mert ott gyűlt
össze több tapasztalat. - mondta egy építőmérnök kolléga
Aki viszont gazdaságos és hatékony szennyvízhasznosítást
szeretne létrehozni, annak ismernie kell a parti szűrés
hatásmechanizmusát. – teszem hozzá én.
Nagy valószínűséggel állítható, hogy a mikrobák nem tudják, hogy ők
éppen most biológiai ivóvíztisztításban vagy szennyvíztisztításban
vesznek részt.
4
Azonos forrásból …
Víztisztítómű
Folyó
Kutak
GyűjtőcsatornaHálózat
Hálózatba táplálás
Természetes parti szűrés Mesterséges víztisztítás
Egy lépcsőben Számos fokozat útján
Barreto- Némedi:
A mikroszkopikus biológiai vizsgálatok érzékenyen jelzik azt, hogy a szolgáltatott
ivóvizet milyen módon nyerik, ugyanis több nagyságrenddel hatékonyabb a
parti szűrésű kutak természetes biológiai szűrése, mint a Duna mesterséges
tisztítása.
5
Parti szűrés
Parti szűrés: Amennyiben egy folyó jó vízvezető tulajdonságú területen halad, a parttól megfelelő távolságra kutakat létesíthetünk a parti szűrés előnyeit kihasználva. A folyó és a kút közötti szakaszon a folyó vize megtisztul a talajban történő áramlás során. A talajban található mikroorganizmusok élettevékenységük során a víz szerves anyag tartalmának egy részét hasznosítják tápanyagként, így csökkentve a kutak felé áramló víz szerves anyag koncentrációját. A szűrőréteg a mikroorganizmusok nagy részét is visszatartja.
Hartwig/Licskó 2000 Ivóvízszabványok összehasonlítása néhány vízkémiai paraméter tekintetében
„Hogy tovább példát fel ne hozzak, csak azt említem fel, hogy amennyire az én tárgyismeretem ér, sehol mesterséges szűrőkhöz nem fordultak, ahol más mód kínálkozott tiszta egészséges vízhez juthatni Fővárosunkban, hol a Duna annyi eséssel bír, hogy minden évi többszöri megáradásai alkalmával egész medrét feltúrja, úgy hiszem, a szűrőfelület bedugulásától nincs mit félni.”
Wein János, 1870 körül
7
A vízmennyiség és vízminőség előállítása
A konvektív áramot nyomáskülönbség tartja fenn,
amelyet a szivattyúzással érünk el.
Nincs szivattyúzás >> nincs parti szűrés
A konduktív anyagáramot (diffúziót) koncentrációkülönbség
tartja fenn.
A koncentráció különbséget a biofilmen belüli lebontás
állandósítja.
Nem egy térkiegyenlítő, hanem irányított diffúzióról van szó,
amely a víztérből a biofilmbe mutat.
Nincs lebontás >> nincs diffúzió >> nincs parti szűrés
8
A tápanyaglebontás jegyei
Soros folyamat
Részfolyamat Feltétel (hajtóerő) Fenntartja
Konvektív anyagáram,
szivárgás
Nyomáskülönbség Szivattyúzás
Konduktív anyagáram,
diffúzió
Koncentráció különbség Baktériumok
munkája
Bio-kémiai folyamat,
lebontás
Redoxi környezet Baktériumok
életösztöne
Visszacsatolás
Logisztikai jegyek Klimatikus jegyek
Sokrétű bonyolult folyamat
9
A releváns változók felsorolása
ΔS ν w DO2 Eh L F T R DS CO2 dm
m -3 2 1 2 2 1 0 0 2 2 -3 1
B kg 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 A
s 0 -1 -1 -1 -3 0 1 0 -2 -1 0 0
K 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0
A 0 0 0 0 -1 0 1 0 0 0 0 0
mol 0 0 0 0 0 0 -1 0 -1 0 0 0
Változó megnevezése Jel SI dimenzió
A tápanyag lebontás mértéke ΔS kg/m3
Kinematikai viszkozitás ν m2/s
Szűrési sebesség w m/s
Az oxigén diffúziós tényezője DO2 m2/s
Redoxpotenciál Eh m2kg/s3/A
Biológiailag aktív réteg vastagsága L m
Faraday állandó F As/mol
Abszolút hőmérséklet T K
Egyetemes gázállandó R m2kg/s2/K/mol
A szubsztrát diffúziós tényezője DS m2/s
Oldott oxigén koncentráció CO2 kg/m3
Mértékadó szencseátmérő dm m
10
A változószám redukálása
ΔS ν w DO2 Eh L F T R DS CO2 d
m -3 2 1 2 2 1 0 0 2 2 -3 1
B kg 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 A
s 0 -1 -1 -1 -3 0 1 0 -2 -1 0 0
K 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0
A 0 0 0 0 -1 0 1 0 0 0 0 0
mol 0 0 0 0 0 0 -1 0 -1 0 0 0
Π1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0
Π2 0 1 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0
D Π3 0 0 1 0 0 0 0 0 0 -1 0 1 C = - (A-1B)T
Π4 0 0 0 1 0 0 0 0 0 -1 0 0
Π5 0 0 0 0 1 0 1 -1 -1 0 0 0
Π6 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 -1
Dimenziótlan szám Megnevezés
Π1 = ΔS / CO2 koncentráció viszonyszám
Π2 = ν / DS Schmidt-szám
Π3 = w dm / DS Peclet-szám
Π4 = DO2 / DS diffúziós tényezők aránya
Π5 = Eh F / RT Nernst-tényező
Π6 = L / dm geometriai viszonyszám
11
Az összefüggés levezetése
2O
1 LΔS = μ(Pe) C Sc rH
Pe d
ahol rH = rH ( Ne, pH)
dimenziótlan redoxpotenciál
A parti szűrés tartománya
h2 F E
rH = + 2 pHRT ln10
Heurisztikus lépések
2 3 4 5 6
2
2
O h
O
S S S
D E Fw d LS K C
D D D RT d
1 2 3 4 5 6( , , , , )
3 5 62 4
1 2 3 4 5 6K
2O
1 LΔS = μ(Pe) C Sc rH
Pe d
13
Dimenzióanalízis: dimenziótlan változók
Hidraulika Biológiai szűrés
Euler szám
Reynolds szám reciproka
Π1 = ΔS / CO2 koncentráció viszonyszám
Π2 = ν / DS Schmidt-szám
Π3 = w d / DS Peclet-szám
Π4 = DO2 / DS diffúziós tényezők aránya
Π5 = Eh F / RT Nernst-tényező
Π6 = L / d geometriai viszonyszám
l d c
m -1 1 -1 -3 1 1
kg 1 0 1 1 0 0
s -2 0 -1 0 0 -1
Π1 1 0 0 -1 0 -2
Π2 0 1 0 0 -1 0
Π3 0 0 1 -1 -1 -1
14
Dimenzióanalízis: a keresett összefüggés
Hidraulika Biológiai szűrés
Re
k/Dλ
Hagen -
Poisseuille
Blasius
Colebrook -
White
Kármán
Nikuradse
Nikuradse
Moody
Rouse
Rey
no
lds
Moody - diagram T - diagram
, 2L ρΔp = λ(Re) c
d 2 2O
1 LΔS = μ(Pe) C Sc rH
Pe d
A fertőtlenítés célja
„A víz fertőtlenítésének az a célja, hogy az emberi fogyasztásra szánt vízben élő, egészégre káros mikroorganizmusok elpusztuljanak, illetve elveszítsék fertőzőképességüket. Fertőtleníteni kell az ivóvizet minden oly esetben, amikor a vízvizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy időszakosan vagy állandó jelleggel fennáll a bakteriológiai szennyeződés veszélye.”
Máttyus nyomán VÍZELLÁTÁS (3. fejezet)
Fertőtlenítés hatásmechanizmusa
Lehetőség Hatásmechanizmus Tulajdonság
Fertőtlenítőszer adagolás (klórozás)
A mikroorganizmusokat elpusztítja.
Előretekintő hatású, de az elpusztult baktériumok táplálékot jelentenek a hálózati elfertőződés esetén.
UV besugárzás A mikroorganizmusokat inaktiválja.
Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd.
Ultraszűrés, nanoszűrés
A mikroorganizmusokat eltávolítja.
Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd.
Biológiai szűrés
(parti szűrés)
A szerves anyag kivonásával a mikroorganizmusok életterét megszünteti.
Előretekintő hatású, ez az eljárás biztosítja leginkább a víz mikrobiológiai stabilitását .
Hőmérséklet növelése csak a fogyasztás helyén jöhet szóba
17
A (szenny)víz minősége és terheltsége
A szennyvíz (vagy elszennyeződött víz) különböző szennyező anyagok és víz komplex
keveréke. A szennyezők nagy részét pontos molekula-összetétellel és szerkezettel nem is
lehet, vagy semmiképpen nem szükséges (nem gazdaságos) meghatározni.
A szennyvíztisztítás ellenőrzésének analitikai lehetőségei
Pulai Judit (VE) - Helmut Kroiss - Karl Svardal (TU Wien - Austria) közleménye alapján
A víz biológiai tisztításakor két dolog fontos !!!
Mit kell kivenni a vízből a víz minőségét takarja. A minőség ismerete megköveteli
az összetétel ismeretét a molekulaméretet illetően mindenképpen. A fenti állítás
tehát pontosításra szorul.
A mennyit kell eltávolítani a víz terheltségét jelenti. A terheltség tekintetében –
amit a KOI, BOI, BDOC, TOC paraméterek [mg/L] valamelyikével jellemzünk – a
fenti állítás igaz.
18
Párhuzam: a lebontás mint darálás
reszel vág zúz
A molekuláris minőség: mit kell és azt hogyan lehet lebontani?
A terheltség: mekkora berendezésre van szükség?
vagy …
19
A biológiai lebontás (a biofilmen belül !!!)
Hatásmechanizmus:
Sztöchometrikus értelmezés (von Gunten):
Következtetések:
Az atomisztikus formáció az összetételt és a molekulaméret nagyságát jelöli.
A lebontáshoz sok oxigén kell
Javarészt széndioxid és víz keletkezik,
és kismennyiségű salakanyag, amely már vagy nem káros a vízben, vagy
kolmatációt okozva mechanikusan szűrődik ki .
jellemző atomi formáció oxigén
széndioxid víz salakanyagok
2 3 3 4 2106 16
- 2 - +
2 2 3 4
CH O NH H PO + 138 O =
106CO + 122H O 16NO + HPO + 18H
NITRIFIKÁCÓ
4 2 2 2
2 2 3
NH OH 1, 5 O Nitrosom onas NO H 2 H O
NO 0, 5 O Nitrobakter NO
21
Transzformáció
és vele a biológia1 m , 1 2 m , 2
s, 1 s, 2
w d w dPe = =
D D
A TRANSZFORMÁTOR
A BIOLÓGIAI SZŰRÉS HASONLÓSÁGI TRANSZFORMÁCIÓJA
1 1 2 2
1 1
2 2
1 2
I * N = I * N
U N=
U N
P = P = P
Természetes parti szűrés Mesterséges biológiai szűrés
1 2
Feltétel:
Az áram váltóáram kell legyen
Feltétel: a Peclet szám hasonlósági kritérium kell legyen
23
Diffúziós tényező
m axvagy
n
i i
i =1
S S in
i
i =1
D C
D = D D
C
M Sc ν DS DS
mért
[-] [m2/s] [m2/s] [m2/s]
Hidrogén H2 1*2 2 190 1,00E-06 5,28E-09 4,50E-09
Metán CH4 12+1*4 16 470 1,00E-06 2,13E-09
Ammónia NH4 14+4*1 18 495 1,00E-06 2,02E-09 1,97E-09
Nitrogén N2 14*2 28 601 1,00E-06 1,67E-09 1,88E-09
Oxigén O2 16*2 32 637 1,00E-06 1,57E-09 2,00E-09
Metanol CH3OH 12+4*1+16 32 637 1,00E-06 1,57E-09
Gyógyszermaradványok
200 1 418 1,00E-06 7,05E-10
400 1 920 1,00E-06 5,21E-10
700 2 452 1,00E-06 4,08E-10
800 2 599 1,00E-06 3,85E-10
Tipikus molekula/ von
Gunten 3354 4 862 1,00E-06 2,06E-10
Szűcs Ervin: Hasonlóság és modell
-10 2
SD = 2...20 × 10 m / s
0,437Sc = 140 M
A diffúziós tényező csökkentése
2
-10
S
mD = (2 ... 5) *10
s
2
-10
S
mD = n * (2 ... 5) *10
s
n = ??
O3
25
Az egyenértékű szemcseátmérő
L
db
dk
Fajlagos felület: a [m2/g]
Granulátum mérete: d [mm]
Sűrűség: ρ [kg/m3]
Tömbfelület: a [m2/m3]
Tömbsűrűség: ρt [kg/m3]
Anyagsűrűség: ρ [kg/m3]
(Szál)geometria
e
Vd = 6
F
2
k b
k
d - d πV = L
4
F = d πL
Aktívszén
Zeolit
Csepegtető
test
Membrán szűrő
Homokszem
26
A „belakható” felület mértéke
Biofilm
Mikrobák
Belső felület
1. A fajlagos felület nagyságát a mikrobák méretének megfelelő gáz elnyeletése
révén határozzuk meg: elnyelendő közeg molekula mérete >= mikrobák
mérete. Azaz megváltoztatjuk a mérési eljárást.
2. Bevezetünk egy arányszámot, amely a belakható és a teljes felület aránya.
3. A mértékadó szemcseátmérők fogalmának a bevezetése
dm = de ha de > b
dm = 5 * b ha de < b
ahol b = baktériumok mérete
Tarjányiné Szikora Szilvia <[email protected]>
29
Iszapkor és tartózkodási idő ???
w = 0,1 m/d w >> 0,1 m/d
Ha nem szivattyúzunk w = 0,
úgy nincs parti szűrés
Tartózkodási idő a rétegben a
jellemző volna?
A szűrés változó sebességű
Ha leáll a keverés és a levegő bevitel,
úgy az iszap befullad. (az oxikus/anoxikus különbség inkább
nagyobb/kisebb relatív sebességként értelmezendő)
Iszapkor a medencében jellemző volna?
Következtetés: a tartózkodási idő és iszapkor nem közvetlen jellemző !!!!
30
Álló és mozgó biofilm
Parti szűrés Eleven iszapos technológia
Biofilm megtapadás a homokszemeken
A biofilm áll.
A mozgó folyadék szállítja a tápanyagot.
A szűrési sebesség (konvektív áramlás)
jól definiált, alacsony
A diffúzió hatékonysága nagyon jó.
Biofilm megtapadás az iszap pelyheken
A biofilm mozog.
A mozgó folyadék szállítja a tápanyagot.
A mozgatás a keveréssel és a levegő
befúvással jön létre.
A relatív sebesség csak statisztikusan
éretlmezhető, értéke nagy.
A diffúzió hatékonysága kérdéses.
31
A levegő befújás hatása
Oxikus Anoxikus
A levegő befújás megváltoztatja az
áramlási viszonyokat, akadályozza a
diffúziót.
Az áramlási viszonyokat csak a keverés
határozza meg, a diffúzió jobban
kiteljesedhet.
32
Fő paraméterek a technológiai sémán
5
10
Homok
54 m3
Aktív-szén
(45) 38 m3
Derítő (koridor)
Térfogat 455 m3
Felszálló sebesség 1,2 mm/sec
3db
Homokszűrő
Szűrőfelület 30 m2/db
Szűrési sebesség 5,2 m/h
0,6-1,2 mm kvarchomok
4db
Aktív-szén szűrő
Szűrőfelület 30 m2/db
Kontakt idő 12 minNorit Row 0,8 Supra
(Chemviron Filtrasorb 300)
3db
Tisztavíz medence
Térfogat 300 m3
1,5 m
1,8 m
Szűrőgyertya
PEMÜ-
Mélyépterv
500
33
Azonos tartózkodási idő
Q / F1 = w1 Q / F2 = w2
w1 << w2
h1 / w1 = t = h2 / w2
Q [m3/h] Q [m3/h]
h1 [m]
h2 [m]
F1 [m2]
F2 [m2]
Az azonos tartózkodási idő ellenére a biológiai szűrés
szempontjából a két eset nem azonos, mert
Pe1 << Pe2
34
Vincent-diagram: a pH-rH sík
Forrás:
Országh J.: http://www.eautarcie.com/
„Vond el a betegségtől táptalaját és akkor a betegség elhal.” Louis-Claude Vincent
h2 F E
rH = + 2 pHRT ln10
= log( )pH H
35
A mikrobaszaporodás összefüggései
Monod kinetika Logisztikus fv.
M
dxx
dt
1M
dx xx
dt K
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15
x
idő
0
M tx x e
01 M t
Kx
x e
idő
x
Konstans relatív
növekedésű folyamat
x: élő sejttömeg
A Ks féltelítési állandó
értéke (a görbe
meredeksége) a baktérium
típusától függ.
,m axM M
S
S
K S
37
Lebontás a szűrési útvonal mentén
Jekel kísérlet Kísérleti eredmény
w= 0,28 m/d (parti szűrés)
Paraméter: oxikus / anoxikus
Biológiailag aktív réteg: L ~ 1,5-5 m,
amely a mikrobák típusától függ (?)
És nem függ az oxigén mennyiségétől !
38
A telítődéses jelleg
Monod kinetika Lebontás a hosszmentén
,m axM M
S
S
K Smax
S
LΔS=ΔS
L +L
39
Könnyen és nehezen lebomló anyagok
Jekel kísérlet Kísérleti eredmény
w= 0,28 m/d (~parti szűrés)
Ismert szennyezések adagolása Könnyen és nehezen lebomló anyagok
40
Hangos csattanás és halk nyüszítés
Hirtelen
elhalás ??
Lassú felépülés !! Nincs teljes elhalás ??
Gyors visszaépülés ?? T = f(?) = cca 1-2 hónap
Thomas S. Eliot után szabadon:
A kommunizmus nem hangos csattanással, hanem halk nyüszítéssel fog kimúlni !
Hol érdemes, hol kell hozzányúlni?
Gé
pi/k
ézi rá
cs
Szív
óté
r
I. –
III.
elő
üle
pít
ők
Elő
lev
eg
őze
tő
és
de
nit
rifi
ká
ló
me
de
nc
e
I. –
IV
. u
tóü
lep
ítő
k
Be
fog
ad
ó
Recirkulációs
átemelő
Érkező
szennyvíz
Víztelenített iszap
Víztelenítő
gép
Tis
ztí
tott
víz
vé
ga
kn
a
Gépi
iszapürítő
Os
ztó
mű
Áte
me
lő g
ép
há
z
Kö
zb
en
ső
áte
me
lő g
h.
I. –
III. le
ve
gő
zte
tő
me
de
nc
ék
Os
ztó
mű
Os
ztó
és
áte
me
lőm
ű
Gázmotorok
(1 – 2)
Biogáz
tároló
Iszaprothasztó
tornyok
(1 – 2)
Ko
mp
os
ztá
lás
Pálcás
iszapsűrítő
Vidéki víztelenített iszap, szat: 15 %
Vidéki szippantós
iszap, szat: 0,5 - 2 %
L L
Fölösiszap
Kevertiszap
átemelő
Ho
mo
kfo
gó
Hagyományos
technológia
40 % CO2
60 % biogáz
Energiafaló
technológia,
miközben merül az
iszap energiatartalma,
és nem működik
12°C alatt
A c
sa
torn
ah
áló
za
tb
üd
ös
45
Intenzifikálás vagy pótcselekvés ?
• Fluidágyas szennyvíztisztítási
eljárásnál aktívszénnel átitatott
szivacsdarabkák használata.
• Növényzet gyökérzetének fonalas
„kiegészítése” az Organica
élőgépben.
• Mélylevegőztetés helyett ferdecsöves
levegő befúvás.
• Holtterek elkerülése.
• Kombinálás: aerob / anaerob terek
cserélgetése.
• Kevergetés.
47
Recirkuláció
Eleven iszapos szennyvíztisztítás Élőgépes szennyvíztisztítás
A bioreaktorban nincs
biofilmhordozó, az maga az iszap.
Recirkuláció a folyamatos
működés fenntartása miatt kell !!
Ez egy eleveniszapos technológia
A növényzet gyökérzetének biofilm
hordozó szerepe van, növeli azt a
felületet, ahol a megtelepedés
megtörténhet.
használt víz tisztítása (Pe<50 szűrővel)
Mec
ha
nik
ai
rács
Üle
pít
ő
Bef
og
ad
ó
Szennyvíz
Víztelenített
iszap
DehidratálásIszap sűrítő
Szi
va
tty
ú h
áz
Ózo
n a
da
go
lás
Ka
szk
ád
os
lev
egő
ztet
és
Biológiai szűrők
Pe<50
Gázmotorok
Biogáz tartály
Rothasztó
tornyok
KomposztálásIszapsűrítő
Rácsszemét
Iszap
100%
Öb
lítő
víz
med
ence
Öblítő
szivattyúk
Levegő
hozzávezetés
Szennyvíz
Elhasználódott víz
100%
Iszap
Biogáz
Komposzt
A hagyományos szennyvíztisztítás kiegészítése
Gé
pi/k
ézi rá
cs
Szív
óté
r
I. –
III.
elő
üle
pít
ők
Elő
lev
eg
őze
tő
és
de
nit
rifi
ká
ló
me
de
nc
e
I. –
IV
. u
tóü
lep
ítő
k
Be
fog
ad
ó
Recirkulációs
átemelő
Érkező
szennyvíz
Víztelenített iszap
Víztelenítő
gép
Tis
ztí
tott
víz
vé
ga
kn
a
Gépi
iszapürítő
Os
ztó
mű
Áte
me
lő g
ép
há
z
Kö
zb
en
ső
áte
me
lő g
h.
I. –
III. le
ve
gő
zte
tő
me
de
nc
ék
Os
ztó
mű
Os
ztó
és
áte
me
lőm
ű
Gázmotorok
(1 – 2)
Biogáz
tároló
Iszaprothasztó
tornyok
(1 – 2)
Ko
mp
os
ztá
lás
Pálcás
iszapsűrítő
Vidéki víztelenített iszap, szat: 15 %
Vidéki szippantós
iszap, szat: 0,5 - 2 %
L L
Fölösiszap
Kevertiszap
átemelő
Ho
mo
kfo
gó
A partiszűréstől tanultak
alapján méretezett
biológiai szűrfokozat
Hagyományos
technológia
Kieglészítés
51
Levegőztetés a szűrőágyon
Kérdések:
• Kell-e két egymásután kapcsolt a
másodikként anoxikus fokozat?
• Szükség van-e öblítésre?
• Elválasztandó-e egymástól a levegő
hozzávezetés és az „étkezés”?
Palkó-Oláh: Talajszűrő biológiai hatásfokának lebontás-hatásfokának
javítása zeolit töltet alkalmazásával
hi
Szint
szabályozás
Fűtés/
hűtés
ózon
Szűrőréteg
levegő
Tisztítandó
víz
mintavétel
52
Miért zseniális és miért nem
a csepegtető testes technológia ?
Nem Mert a méretezése a tartózkodási idő alapján történik. A Pe-szám értéke nagy !!!
Igen Mert kihasználja az áramlástan adottságait Mert elválasztja egymástól a levegő hozzávezetését a biokémiai folyamattól.
53
A kétlépcsős tervezés
2
2
S
O
O m
D LS C rH
w d D d2
2
1( )
O
O m
LS Pe C rH
Pe D d
A dimenzióanalízis eredménye
A szűrő keresztmetszete
, .
,
(10...50): 10...50
S tiszt vízm
S m mesterséges szűrés
Dw d QPe w Q Aw A
D d w
A szűrőréteg vastagsága
,
, , ,
parti szűrés mesterséges szűrés parti szűrés
mesterséges szűrés m mesterséges szűrés
m partiszűrés m mesterséges szűrés m parti szűrés
L L LL d
d d d
.tiszt víz
mesterséges szűrés
Duna
BOIh L
BOI
54
Összevetés 1
Szűrőágyas technológia
(a parti szűrés hasonlósága alapján
méretezve)
Eleveniszapos technológia
Alapállás Szennyvízhasznosítás Szennyvíztisztítás
Biogáz termelés A teljes iszapmennyiség gázosítható A biogáz kihozatal lényegesen
kisebb, mert a víz tisztításának
folyamatában az iszap kimerül.
Szükséges biológiai
reaktortér
kerekítve 20-sor kisebb reaktor tér
szükséges
Nagyobb beruházási költség
Biofilm hordozó Szükség van rá és jelentős többlet
költséget igényel.
Maga az iszap látja el ezt a
feladatot.
Öblítés Öblíteni kell, amelynek vannak
vonzatai
Partiszűrésnél évente kétszer
Itt cca 2 naponta esedékes a szűrők
öblítése
Nem merül fel a feladat.
Keverés Nincs rá szükség A keverés villamos
energiafelhasználással jár.
55
Összevetés 2
Szűrőágyas technológia
(a parti szűrés hasonlósága alapján
méretezve)
Eleveniszapos technológia
Reaktor tér mélysége A szűrőréteg vastagsága 1,5 m A reaktortér mélysége nagy, 8 m
Levegő bevitel Alulról kisteljesítményű ventillátorral
1,5 m vastag szűrőrétegen át.
Az öblítés egyben levegő bevitel is.
A mélylevegőztetést biztosító
fúvók energia igénye nagy.
Működés télen A parti szűrés télen is stabilan
működik, így a szűrőágyas
technológia is.
12 C alatt a tápanyaglebontás
gyakorlatilag leáll.
Üzemeltetés Merőben más gondolkozást igényel.
Tulajdonképpen a szűrők öblítésére
kell ügyelni.
Az átáramlás folyamatos, az
üzemeltetés feladata az oxikus-
anoxikus terek váltogatásából
áll.
Feladás a technológiára
szivattyúzással
Mindkét technológia esetében meg kell történjen. A technológiai soron
való átjutás mindkét esetben gravitációs.
56
Szűrések összevetése
Mechanikai szűrés Biológiai szűrés
szűrőközeg biofilmhordozó
Visszatartás
mechanikus módon jön létre
Jellemző:
Javarészt azt szűrjük ki, amit
beleteszünk
Visszatartás
lebomlással
víz, CO2 és salakanyagok keletkeznek
Jellemző:
A keletkező salakanyag kis
mennyiségű
Szűrés = visszatartás
(input mennyiség – output mennyiség)
57
A vízválasztó: visszatartás helyett „elégetés”
Technológiai elem
vagy folyamat
Működésmód Megelőző kiegészítő
elem
Megjegyzés
Dobszűrő Mechanikai visszatartás Tisztítani kell
Gyorsszűrő Mechanikai visszatartás Vegyszeradagolás Öblíteni kell
Derítő berendezés Gravitációs szétválasztás Segéd-derítőszer
adagolás
Adszorpciós szűrő Felületi megkötés Kimerül, drága
Ultraszűrő Mechanikai visszatart. Tisztítani kell, drága
Biológiai szűrő
(parti szűrés)
Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés Csak kevés „salakanyag”
keletkezik
Eleveniszapos
szvt.
Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés,
keverés
Túl nagy reaktor tér kell
Csepegtető testes
szvt.
Biológiai lebontás Levegő hozzávezetés Kicsi a fajlagos felülete
58
Biológiai szűrések
Ssz Biológiai szűrés DS
[m2/s]
de
[m]
dm
[m]
w
[m/s]
w
[m/h]
Pe
[-]
Megjegyzés
1 Parti szűrés 1,5e-10 1,5e-3 1,2e-6 10 Ivóvízminőséget állít elő
2 Parti szűrés alacsony vízállás
mellett 1,5e-10 1,5e-3 2,4e-6 20 Mérsékelten hatékony
3 Ammónia eltávolítás gyorsszűrőn
(Kecskemét) 19,4e-10 1,5e-3 8,8e-4 3,16 670
Szűrőréteg: homok
Nem működhet hatékonyan
gyorsszűrési viszonyok mellett ?!
4 Aktív-szén szűrés (Csepel) 5,0e-10 1,8e-9 1,2e-5 3,5e-3 12,6 34 Férgek, véglények jelennek meg
5 Eleveniszapos szennyvíztisztítás 1,5e-10 0,1e-3 0,1e-3 ??? ???
Nem hatékony !?
18-szoros reaktor méretek
adódnak
6 Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás
240 m2/m3 1,5e-10 7,7e-4 7,7e-4 2,8e-4 1 1440
Az optimális levegőbevitel
ellenére nem hatékony !?
7 Csepegtetőtestes szennyvíztisztítás
Ózonnal 5,0e-10 7,7e-4 7,7e-4 2,8e-4 1 432 Hatékonyabb ?!
8 Szennyvíztisztítás biológiai szűréssel
(zeolit) 5,0e-10 5,9e-7 1,2e-5 4,2e-4 1,5 10
10-15 mikron porozitású
biofilmhordozó elegendő volna ?!
9 Ultraszűrés (Lázbérc) 1,5e-10 2,7e-3 2,7e-3 1,0e-5 187 Nem alakul ki érdemleges
biológia ?!
59
Adszorpciós és biológiai szűrés
Biofilm
Mikrobák
Belső felület
http://www.vilaglex.hu/Lexikon/Html/Adszorp.htm
koncentráció kiegyenlítődés a
megtelt állapotig tart, amelyet a jód-
szám jelez.
folyamatosan újratermelődő
koncentráció különbség
60
Paradigmaváltások
Szennyvízhasznosítás
Az iszap hasznosítása A komposzt kerüljön a földekre !
A csatornába bocsátást ellenőrizni kell !! Üldözendő az a szolgáltatói szemlélet, miszerint:
„A szennyvíz minősége érdektelen, fontos, hogy fizessenek érte.”
Környezetszennyező helyett alapanyag beszállító Nem ébreszthető bűntudat csak azért, ha valaki használja a WC-t.
Elhasználódott víz minőségének visszaállítása A szigorodó előírások miatt új, de olcsó technológia kell !
.
61
Miért kell vele foglalkozni?
Szűrőágyas Eleveniszapos
Észak-pesti Szennyvíztisztító Q = 180 000 m3/d Vanoxikus =19 380 m3 Vlevegőztető =89 400 m3 Veleven=108 780 m3
Példánk: Q = 180 000 m3/d A = 5 208 m2
h = 1,15 m V=5990 m3
Veleven / V ~ 18
+ gyógyszermaradványok kiszűrhetősége
62
A vízi közmű terminológia
Víztermelés
Szennyvíztisztítás
Vízelosztás
Szennyvízelvezetés
Vízminőség
Víztermelés
Vízelosztás
Szennyvízelvezetés
Vízminőség
Szennyvízminőség
Szennyvíz-
hasznosítás
A szennyvíztisztítás fejlődése
RiverInternal water, rainwater
River
Communal wastewater
of blocks of flats
Single-purpose canal
Unified canal
River
All wastewater types
Wastewater treatment
River
Black and grey
communal wastewater
Separated drainage
(Wastewater recycling)
Rainfall spillway
Internal water,
rainwater
Internal water,
rainwater
Unified canal
Wastewater
recyclingInternal water,
rainwater
A
B
C
D
64
Mi történhet az iszappal?
Iszap művelet Megjegyzés Termék
1 Lerakás not utilized -
2 Elégetés Környezet-
szennyezés
-
3 Rothasztás (biogáz előállítás)
és komposztálás
Biogáz és
komposzt
4 A teljes iszapmennyiség
komposztálása
Komposzt
65
A szürke és fekete szennyvíz paraméterei
A fekete szennyvíz (vizelet+ széklet)
a baktériumok 99%-át , a nitrogén 98%-át, és a foszfor 90 %-át tartalmazza.
Forrás: Tolilettes Du Monde, 2009
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Baktériumok Foszfor Nitrogén
Szürke szennyvíz
Vizelet
Széklet
67
Kényszer a vízellátásban
Tóparti vízkezelő művek:
Balatonszéplak
Fonyód
Balatonfűzfő
Balatonalmádi
Balatonfüred
Karsztvíz forrás:
Nyirád
A gazdálkodási környezet :
Fogyasztáscsökkenés
Szezonális üzem
Kormányzati intézkedések
Fogyasztói ítélet:
Nagyon magas vízdíj
Ténymegállapítások:
A vízkezelő művek üzeme drága.
A vízkezelő művek rekonstrukcióra szorulnak
A gondolkozás irányai:
A nyirádi víz minél messzebbre juttatása
Új karsztvíz források bekapcsolása
A vízkezelő művi technológia váltás
68
Kényszer a szennyvízhasznosításnál
Ténymegállapítások:
Az eleveniszapos technikának túl sok hely kell
Szigorodnak a bebácsathatósági előírások
A gyógyszermaradványokat a szennyvíztelepen kell kivenni
A gondolkozás irányai:
Intenzifikálási törekvések
Paradigmaváltás: szennyvíztisztítás helyett szennyvízhasznosítás
Technológia váltás a szennyvíztelepen
A jól kommunikálható: élőgép
Mekkora itt a Pe-szám?
Tankönyvek
Szerző Cím Kiadó
Szabó Imre –
Imre László
Transzportfolyamatok BME Villamosmérnöki
Kar
Szentmártony Tibor Folyadékok
mechanikája I.
BME Gépészmérnöki
Kar
Szűcs Ervin Hasonlóság és modell Műszaki Kiadó
Szirtes Tamás Dimenzióanalízis és
alkalmazott
modellelmélet
Typotex
Ivicsics Lajos Hidromechanikai
modell kísérletek
BME Építőmérnöki kar
