Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék H-7624 Pécs, Boszorkány út 2. Tel/Fax: 72/503-650/3965
SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ÜLEPÍTÉS ÉS BIOLÓGIAI MŰVELETEK (Oktatási segédanyag)
Készítette: Dittrich Ernő egyetemi adjunktus
TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK ______________________________________________________ 2 1.
Homokfogók ___________________________________________________________ 4 1.1.
Homokfogók célja, feladata, típusai _________________________________________ 4
1.2.
Hosszanti átfolyású homokfogók ___________________________________________ 5
1.2.1. 1.2.2.
1.3. 1.3.1. 1.3.2.
1.4. 1.4.1. 1.4.2.
2.
Függőleges átfolyású homokfogók __________________________________________ 8 Kialakításuk__________________________________________________________________ 9 Méretezésük, példák: ___________________________________________________________ 9
Levegőztetett homokfogók _______________________________________________ 10 Kialakításuk: ________________________________________________________________ 10 Hidraulikai méretezés, példák: __________________________________________________ 10
Ülepítők ______________________________________________________________ 13 2.1.
Ülepítők célja, feladata, típusai____________________________________________ 13
2.2.
Az ülepítők méretezése __________________________________________________ 14
2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6. 2.2.7.
2.3. 2.3.1. 2.3.2.
2.4. 2.4.1. 2.4.2.
2.5. 2.5.1. 2.5.2.
3.
Kialakításuk__________________________________________________________________ 5 Hidraulikai méretezés, példák ____________________________________________________ 6
Felületi hidraulikai terhelés: ____________________________________________________ A tartózkodási idő, és a műtárgy térfogata _________________________________________ A felületi LA terhelés _________________________________________________________ Átfolyási sebességek __________________________________________________________ Bukó-él hidraulikai ellenőrzése __________________________________________________ Előülepítő iszapzsompjának méretezése ___________________________________________ Utóülepítő iszapzsompjának egyszerűsített méretezése _______________________________
15 15 16 17 17 17 18
Vízszintes hosszanti átfolyású ülepítők _____________________________________ 18 Kialakításuk_________________________________________________________________ 18 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 19
Vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő ____________________________________ 20 Kialakítás___________________________________________________________________ 20 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 22
Függőleges sugárirányú átfolyású ülepítők __________________________________ 23 Kialakítás___________________________________________________________________ 23 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 24
Biológiai szennyvíztisztítási alapok ________________________________________ 26 3.1. 3.1.1. 3.1.2.
3.2. 3.2.1. 3.2.2.
3.3. 3.3.1. 3.3.2.
Eleveniszapos levegőztető medencék _______________________________________ 26 Kialakítás___________________________________________________________________ 28 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 29
Csepegtető testes biológiai tisztítók ________________________________________ 35 Kialakítás___________________________________________________________________ 37 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 37
Merülő-tárcsás biológiai tisztítók __________________________________________ 40 Kialakítás___________________________________________________________________ 40 Méretezés, példák ____________________________________________________________ 40
Felhasznált források________________________________________________________ 43 MELLÉKLETEK __________________________________________________________ 44 1. melléklet: A víz telített folyadék és száraz telített gőz állapotának dinamikus viszkozitás és hővezetési értékei a telítési hőmérséklet függvényében (Vesztergom, 1994) ______________ 45
2
3.
melléklet: Ülepítők vízelvezetési megoldásai a vonatkozó vízhozam képletekkel _____ 46
3.
melléklet: Homokfogók üzemelési zavarai _____________________________________ 47
4.
melléklet: Ülepítők üzemelési zavarai ________________________________________ 48
5.
melléklet: További ülepítő típusok vázrajzai ___________________________________ 49
6. melléklet: Eleveniszapos levegőztető medence tervezési paraméterei az MI-10-127/5-84 alapján ______________________________________________________________________ 50
3
1.
Homokfogók
1.1.
Homokfogók célja, feladata, típusai
A homokfogók általában szennyvíztisztításban alkalmazott létesítmények. Ritkán előfordulhat más technológiák létesítményei között is (pl. ipari felszíni vízkivételi művek, kocsi-mosók, stb.). Feladatuk az önmagukban ülepedő-képes szervetlen anyagok (homok, salak, stb.) kiülepítése. A „hagyományos” szennyvíztisztítási technológiai sorban a homokfogó, a rács, és az előülepítő között helyezkedik el. A homok leválasztása a tisztítási technológiák elején több szempontból is fontos: A szennyvízben levő zsír, kátrány és egyéb cementálódó tulajdonságú anyagokból a szilárd ásványi anyagokkal keveredve nehezen eltávolítható lerakódások keletkeznek. A szilárd anyagok a rendszerben lévő szivattyúkat nagymértékben koptatják A homoktartalmú iszap kivétele gépészetileg nehézkes, és számos üzemeltetési problémát okoz az iszapkivételi rendszerben.
1. ábra: Homokfogók elhelyezkedése, hagyományos szennyvíz-technológiai sorrend esetén (Öllős, 1992)
A homokfogók működési elve, hogy az áramlási sebesség a műtárgyban 0,3 m/s alá csökkentjük. Ilyen sebesség alatt a 0,1 mm feletti szemcseméretű ásványi anyagokat a víz már nem képes tartósan mozgásban tartani. Homokfogók főbb típusai: Hosszanti átfolyású homokfogók Előnyük hogy nagyon kedvező leválasztási hatásfok (ásványi anyagok 90 %-a) érhető el ezzel a típussal, méretezése egyszerű. Hátránya, a nagy hosszirányú kiterjedés (3090 m) Függőleges átfolyású homokfogók Előnyük hogy kisebb kiterjedésű műtárgyak, azonban kisebb a leválasztásai hatásfoka. 4
-
Tangenciális homokfogók A függőleges átfolyású homokfogóéval hasonló hatásfokú. Viszonylag ritkán alkalmazzák. Betonból a kialakítása körülményes, ezért olyan telepméreteknél jöhet szóba az alkalmazása, ahol az acélból való kivitelezés még gazdaságos lehet. Levegőztetett homokfogók Előnye, hogy a szennyvíz előlevegőztetését, frissítését is elvégzi. Erre leggyakrabban akkor van szükség, ha a szennyvízcsatorna hálózatban a tartózkodási idő meghaladja a 6 órát, és berothad. A hosszanti átfolyású homokfogókénál is nagyobb leválasztási hatásfok érhető el. A felsorolt főtípusokon kívül számos egyéb típus kapható előre-gyártott kivitelben, és számos egyedi változat kialakítható a tervezés során. 1.2.
Hosszanti átfolyású homokfogók
1.2.1. Kialakításuk A kialakítás tervezése során az alábbi fő szempontokra kell törekedni (MI-10-127/4-1984; MSZ EN 12255-3-2001): a szennyvíz bevezetését úgy kell megoldani, hogy annak energiáját megtörje a homokfogó keresztszelvénye mentén minél egyenletesebb sebesség eloszlás alakuljon ki a műtárgy általában nyitott legyen a műtárgy kiiktathatóságának érdekében, a befolyási és az elfolyási oldalon, tolózár, vagy zsilipek kialakítása szükséges tisztítást ma már csak gépi úton végzik az ingadozó vízhozam kedvezőtlen hidraulikai hatásait a lehető legnagyobb mértékben kiküszöbölje (általában több homokfogót párhuzamosan kapcsolunk)
2. ábra: A homokfogók szakaszolhatóságának kialakítása (Öllős, 1992)
5
1.2.2. Hidraulikai méretezés, példák 1.2.2.1. példa: Hosszanti átfolyású homokfogók fő méreteinek meghatározása Határozzuk meg egy hosszanti átfolyású homokfogó főbb méreteit, az alábbi adatok ismeretében: A leválasztandó minimális szemcseméret: d=0,1 mm (finomhomok) A maximális áramlási sebesség: v=0,3 m/s Az érkező szennyvíz mértékadó hozama: Qmax=240 l/s Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρsz=1000 kg/m3 Az érkező szennyvíz hozama jelentősen ingadozik Az elvárt leválasztási hatásfok: η=95 % Elválasztott rendszerű csatornáról érkezik a szennyvíz Kezdeti feltételezések: az ülepedés lamináris tartományba esik az áramlás permanens az ülepedési sebesség állandó a vízszintes irányú sebesség a műtárgyban egyenletes Az érkező szennyvíz ingadozása miatt, célszerű több párhuzamos homokfogó betervezése. Ez üzemelési szempontból is előnyös, mert az éppen üzemen kívül levő műtárgy tisztítható. Esetünkben 3 db párhuzamos műtárgy kerül betervezésre. Így a műtárgyankénti csúcshozam: Qm=80 l/s=288 m3/h=0,08 m3/s. Kiválasztandó, a mértékadó szemcse átmérőhöz tartozó ülepedési sebesség az alábbi táblázatból. Mely esetünkben: vü= 24 m/h. Ülepedési sebesség [m/h] Sürűség Szemcseátmérő [mm] Anyag [t/m] 0,1 0,2 0,5 1 kvarchomok 2,65 24 82 258 502 szén 1,5 8 26 76 152 lebegőanyag 1,2 3 18 61 122 1.táblázat: különböző anyagok ülepedési sebessége ( vü ), 10 °C-os álló kommunális szennyvízben, szemcseátmérők szerint (MI-10-127/4-1984) Ez az ülepedési sebesség állóvízre vonatkozik, így a korrigálni kell a vízszintes irányú áramlásból adódóan. Az alkalmazandó, α korrekciós tényező az alábbi táblázatból egyszerűen meghatározható. Így va=vü/α= 24/4,2=5,7 m/h
6
Ülepedési korrekciós tényező [ - ] A homokfogó ülepítési hatásfoka [%] 100 95 90 85
Szemcseátmérő [mm] 0,1 5,6 4,2 3,5 2,8
0,2 4,0 3,0 2,4 1,9
0,5 2,5 1,8 1,6 1,2
1,0 2,5 1,8 1,6 1,2
2.táblázat: Hazen-féle ülepedési korrekciós tényező (α ) a szemcseátmérő és a leválasztási hatásfok alapján (MI-10-127/4-1984) A homokfogó felületének meghatározása: A=Qm/va=288/5,7=50,5 m2 A homokfogó hasznos mélysége (ebben nincs benne a kiülepedett homok tárolására szolgáló tér mélysége) megválasztandó. Általában: H=0,25-0,8 m. Esetünkben legyen: 0,4 m. Így a homokfogó szélessége: B=Qm/v*H=0,08/0,3*0,4=0,66 m A homokfogó hasznos hossza: L=A/B=50,5/0,66=75 m A kapott eredményeket ellenőrizni kell. Az ellenőrzés alapelve, hogy a korrigált ülepedési sebességből számított ülepedési idő, és a hosszirányú áramlási sebességből számított tartózkodási idő értékei közel azonosnak kell, hogy legyenek. Megfelelő méretezés esetén a hosszirányú sebességből számított tartózkodási időnek kismértékben kell nagyobbnak lennie, mint az ülepedési időnek. Az ülepedési idő: τ ü =
H 0,4 = = 0,07óra = 4,2 perc v a 5,7
A hosszirányú sebességből számított tartózkodási idő:
τ=
L 75 = = 250 s = 4,2 perc v 0,3
Mivel: τ ü ≤ τ , a műtárgy főméretei megfelelőek! A homok tároló rész magassága: Tapasztalatai értékek a szennyvízből leválasztott homok mennyiségére (MI-10-127/4-1984): Elválasztott csatornarendszer esetén: 0,07-0,2 l/m3 Egyesített csatornarendszer esetén: 0,36-0,5 l/m3 Esetünkben az elválasztott csatornarendszerből származó szennyvíz maximum értékét feltételezve a várhatóan leválasztott homok mennyisége: 0,2 l/m3 Maximum 3 naponta történik a műtárgy tisztítása, így a tározandó leválasztott homok mennyiség: Vh=0,2*24*288*3=4147=4,2 m3. A homokréteg átlagos magassága: H(h)= Vh/A=4,2/50,5=0,08 m. Az egyszerűbb homokkivétel érdekében a homokgyűjtő teret vályúszerűen alakítják ki.
7
A műtárgy mélységének (Ht) a meghatározása: Ht=Hh+H+0,25m= 0,8 m (kerekítve), ahol 0,25 m a kiöntési biztonság.
1.2.2.2. példa: Hőmérséklet hatásának vizsgálata Az előző példában bemutatott MI-10-127/4-84 szerinti méretezés 10 °C-os hőmérsékletű szennyvizet vesz alapul. Vizsgáljuk meg, hogy a hőmérséklet alakulása milyen hatással van, az előzőekben kiszámított homokfogó működésére, ha az éves üzemelési periódusra feltételezzük, hogy az érkező szennyvíz maximális hőmérséklete 30 °C, minimális hőmérséklete pedig 5 °C (Kucsera, 1995). Lamináris tartományt feltételezve, a 0,1 mm átmérőjű gömb-alakú homokszemcse ülepedési sebessége:
vü =
d 2 ⋅ ∆ρ g 18 ⋅η
Ahol:
-
d: az ülepedő szemcse átmérője [m] ∆ρ: a homokszemcse és a víz sűrűségének különbsége (2650-1000) [kg/m3] η: a szennyvíz dinamikai viszkozitása [kg/m*s]
Ha a szennyvíz sűrűségének a változását elhanyagoljuk, akkor jól látható, hogy az ülepedési sebesség számításánál az egyetlen hőmérsékletfüggő tag a dinamikai viszkozitás. Az 1. sz. melléklet alapján a vizsgált hőmérsékleti szélsőértékekhez tartozó dinamikai viszkozitás értékek: η5 =1525*10-6kg/m*s η30 =797*10-6kg/m*s Így a minimális illetve a maximális hőmérséklethez tartozó ülepedési sebességek: v5=(0,1*10-3)2*1650*9,81/18*1525*10-6=0,0059 m/s=21,2 m/h v30= (0,1*10-3)2*1650*9,81/18*797*10-6=0,0113 m/s=40,6 m/h Az előző feladatban 10 °C-on méretezett homokfogót 95%-os leválasztási hatásfokra méreteztük. Könnyen belátható, hogy a leválasztási hatásfok egyenesen arányos, az ülepedési sebességgel, így: A 5 °C-hoz tartozó leválasztási hatásfok: 95*21,2/24=84%-ra csökken. A 30 °C-hoz tartozó leválasztási hatásfok: 95*40,6/24=161%, tehát a 0,1 mm-nél kisebb szemcséket is képes 100%-os hatásfokkal leválasztani.
1.3.
Függőleges átfolyású homokfogók
Ajánlott alkalmazási tartomány: Q=4000 m3/nap szennyvízhozam felett, illetve minden olyan esetben ahol a helyhiány nem teszi lehetővé hosszanti átfolyású homokfogó telepítését.
8
1.3.1. Kialakításuk A kialakítás során az alábbi szempontokra kell figyelemmel lenni (MI-10-127/4-1984; MSZ EN 12255-3-2001): A szennyvíz bevezetését szolgáló csillapító hengerben az áramlási sebesség 0,5-1 m/s legyen. Egyszerű merülő-falas kialakítás esetén az áramlási sebességet 0,3 m/s értékűre kell beállítani. A vizet a középen elhelyezett hengeren keresztül (csillapító henger) kell bevezetni, és a peremen körbefutó bukó-élen át kell elvezetni. A csillapító henger minimális hossza: 3 m A homok gyűjtésére szolgáló tér fenékhajlása minimálisan 1:1,6 legyen A homok kiemelése zagyszivattyúval vagy homokkihordó csigával történik. A tömörödés elkerülése érdekében, a tölcsérszerű gyűjtő zsompban légbefúvást és nyomás alatti vízzel történő fellazításhoz csőrendszert kell biztosítani. Homokkihordó csiga alkalmazása esetén nem szükséges a homok fellazításának biztosítása. 1.3.2. Méretezésük, példák: 1.3.2.1. példa: Függőleges átfolyású homokfogó főméreteinek meghatározása Határozzuk meg az alábbi kiindulási adatok ismeretében a függőleges átfolyású homokfogó fő méreteit: A műtárgyra érkező mértékadó szennyvízhozam értéke: Qm=600 m3/h A leválasztandó minimális szemcseméret: d=0,2 mm (finomhomok) Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρsz=1000 kg/m3 Elválasztott rendszerű csatornáról érkezik a szennyvíz Kezdeti feltételezések: az ülepedés lamináris tartományba esik az áramlás permanens az ülepedési sebesség állandó A 10 °C hőmérsékletű szennyvízben a mértékadó szemcse, ülepedési sebessége: (1-es táblázatból) vü=82 m/h. (Itt a függőleges áramlási irány miatt α-val nem kell korrigálni az ülepedési sebességet.) Így a műtárgy szükséges hasznos felülete: A=Qm/vü=600/82=7,31 m2 A bevezető csillapító henger keresztmetszete 0,5 m/s sebesség figyelembe vételével:
Acs =
Qm 600 = = 0,333m 2 v cs 0,5 * 3600
A csillapító henger átmérője: Dcs = 4 * Acs / π ≈ 0,6m
9
A műtárgy hasznos felülete a csillapító henger felületével növelendő. Így a kör keresztmetszetű műtárgy átmérője: D = 4 * ( A + Acs ) / π ≈ 3,2m A függőleges csillapító henger hossza: 3 m. A tölcsérszerű gyűjtő tér meredeksége: 1:1,6, a fenék átmérője: 0,5 m. A csillapító henger és a gyűjtőzsomp teteje között 0,5 m távolságot tartva, a műtárgy mélysége: H=3+(3-0,5)/2*1,6+0,5=5,5 m 1.4.
Levegőztetett homokfogók
1.4.1. Kialakításuk: A műtárgy kialakításának főbb szempontjai lenni (MI-10-127/4-1984): A keresztszelvényi kialakításnál, legfőbb szempont, hogy a légbefúvás és a hosszirányú áramlás együttes hatásaként a szennyvíz zavartalan csavarvonalú áramlása kialakulhasson. Tapasztalat szerint erre leginkább alkalmas, a 4:3-as magasság:szélesség arányú kialakítás, melyet a fenék közelében célszerű lekerekíteni. A homokgyűjtő vályút célszerű a befúvás oldalán, a teljes fenék-szélesség 1/3-án belül kialakítani, melynek szélessége a medence szélesség 10 %-a. A szennyvíz elvezetése a műtárgy végén kialakítandó bukóél segítségével történik. 1.4.2. Hidraulikai méretezés, példák: 1.4.2.1.feladat: Levegőzetett homokfogó főméreteinek meghatározása Határozzuk meg az alábbi adatok ismeretében, egy levegőztetett homokfogó fő méreteit, valamint becsüljük meg a levegőztetés várható energia igényét: a műtárgyra érkező szennyvízhozam csúcs értéke: Qm=2000 m3/h=33,3 m3/perc=0,56 m3/s A leválasztandó minimális szemcseméret: d=0,2 mm (finomhomok) Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρsz=1000 kg/m3 Az elvárt leválasztási hatásfok: η=90 % Elválasztott rendszerű csatornáról érkezik a szennyvíz A műtárgynak csak leválasztási funkciója van.
10
3.ábra: levegőztetett homokfogók keresztmetszeti kialakítása (MI-10-127/4-1984) Méretezés alapértékei lenni (MI-10-127/4-1984): a vízszintes irányú áramlási sebesség: v=0,15 m/s a csavarvonal menti áramlási sebesség: vcs=0,3 m/s a megfelelő mértékű csavarvonal alakú áramlási viszonyok eléréséhez közelítőleg 12,5 m3/h*medence térfogat fajlagos levegőmennyiség szükséges. A pillanatnyi szennyvízhozamtól és a műtárgy jellemzőitől függően ez beállítható. Az ajánlott tartózkodási idő a műtárgyban T=2-10 perc. Ez az érték akkor jelentősen növelhető, ha a műtárgynak előlevegőztetési funkciója is van. A szükséges tartózkodási időket az alábbi táblázat szemlélteti: Tartózkodási idő [s] Szemcsátmérő [mm] A homokfogó leválasztási hatásfoka [%] 100 95 90 80 0,125-0,160 1100 850 650 370 0,160-0,200 700 550 420 260 0,200-0,250 366 280 210 150 0,250-0,315 200 160 135 90 0,315-0,400 125 105 90 65 3.táblázat: a szükséges tartózkodási idők levegőztetett homokfogóban (Dulovics, 1997). A 3-as táblázat alapján a tartózkodási idő: t=7 perc. A medence térfogata: V=Qm*t=33,3*7=233 m3 A medence hasznos keresztmetszete: Av=Qm/v=0,56/0,15=3,7 m2 (Ehhez még hozzá jön a homok-gyűjtő vályú) A medence hasznos hossza: L=V/Av=63 m A keresztmetszet kialakítása, 4:3 oldalarányú kialakítás esetén: Av= a*b=a*4/3a=4/3a2. Így A fenékszélesség: a=1,6 m A hasznos mélység: b=2,3 m
11
A szükséges levegő mennyisége: 233-583 m3/h (normál állapotban) A várható energia igényt az alábbi táblázatból lehet becsülni lenni Levegőztetett homokfogók fajlagos energiaszükséglete A műtárgy Fajlagos hasznos energiaszükséglet keresztmetszete [Wh/műtárgym3] [m2] 4 12 6 15 8 17 10 19 15 25 4.táblázat: a levegőztetett homokfogók fajlagos energia szükséglete (MI-10-127/41984) Tehát esetünkben (4 m2-el számolva) a várható energiaszükséglet: 233m3*12Wh/m3=2796 Vh.
12
2.
Ülepítők
2.1.
Ülepítők célja, feladata, típusai
Az ülepítőkben a homokfogóknál is kisebb áramlási sebességek uralkodnak. Így minden a víznél nagyobb fajsúlyú anyag a fenékre ülepszik. Az ülepítőkben végbe megy a flotáció folyamata is, azaz a víznél kisebb fajsúlyú anyagok felúsznak. A hosszabb tartózkodási idő miatt lehetőség van a pelyhesedésre hajlamos anyagok kiülepítésére is (Öllős, 1992). Az ülepítők fő alkalmazási területei: önálló mechanikai tisztító berendezésként öntözés előtti előtisztításhoz biológiai rendszerű szennyvíztisztító telep elő és utóülepítőjeként kémiai tisztító rendszer elő és utóülepítőjeként Az ülepítők leggyakoribb típusai: vízszintes hosszanti átfolyású ülepítő vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő függőleges átfolyású tölcséres ülepítő kétszintes ülepítő lemezes ülepítő A továbbiakban csak az első három főtípust tárgyaljuk. Az elő és utóülepítők közötti különbség: Az elő ülepítők a biológiai vagy a kémiai tisztítási fokozat előtt elhelyezkedő műtárgyak. Feladatuk a tisztítandó közegből a kiülepíthető és flotálható anyagok leválasztása, ezáltal előkészítve a biológiai illetve a kémiai tisztítási fokozatra. Az utóülepítők feladata a biológiai vagy kémiai tisztításból származó csapadékok, maradék anyagok, biológiai termékek kiülepítése. A funkcióból fakadóan, az előülepítőből származó iszap általában sűrűbb, mint az utóülepítő iszapja, és az utóülepítőből távozó tisztított közeg nagyobb tisztaságú.
13
4.ábra: ülepítők osztályozása (Öllős, 1992) 2.2.
Az ülepítők méretezése
Az előülepítőbe tisztítási hatásfokát a tartózkodási idő függvényében kommunális szennyvízre vonatkozóan a Sierp-féle ülepedési görbék mutatják, egyes komponensekre tájékoztató jelleggel:
5.ábra: Sierp-féle ülepedési görbék egyes összetevőkre előülepítőkre vonatkozóan (MI-10127/4-1984) Az előülepítők méretezésekor az alábbi értékeket kell meghatározni: az ülepítő felületi hidraulikai terhelése [m3/m2*h] a szükséges átlagos tartózkodási idő [h] az ülepítő felületi lebegő anyag terhelése [kg/m2*h] a vízszintes, illetve függőleges átfolyási sebesség [cm/s] a bukó-él terhelése [m3/m*h]
14
2.2.1. Felületi hidraulikai terhelés: A felületi hidraulikai terhelés (Lf) kétféle képletből számítható (méretezési módtól függően): (1) Ahol: -
Lf=Qm/A
(2) Lf=H/t
Qm: a mértékadó vízhozam (utóülepítőknél a recirkuláció beleszámítandó) A: a műtárgy hasznos felülete H: a műtárgy mélysége t: a szükséges tartózkodási idő
Utóülepítők esetében az átlagos hasznos mélység legalább 2,5 m legyen, az iszapréteg tározás miatt. Szennyvíztisztításban használt ülepítők maximális felületi terhelési adatait az alábbi táblázat szemlélteti:
Tisztítási eljárás
Hosszanti
Mechanikai Csepegtető testes Eleveniszapos Kémiai
1,3 1,3 4 4
Előülepítő Utóülepítő Sugárirányú Függőleges Hosszanti Sugárirányú Függőleges Felületi hidraulikai terhelés [m3/m2*h] 1,3 1,3 1,3 1,3 1,2 1 1,2 4 3 0,7 0,6 0,8 4 3 1,2 1 1,2
5.táblázat: Az egyes ülepítő típusok maximális felületi terhelési értékei (MI-10-127/4-1984) Utóülepítők esetében a hidraulikai terhelésnél a nagykörös recrikuláció okozta többlet terhelést figyelembe kell venni! 2.2.2. A tartózkodási idő, és a műtárgy térfogata Előülepítőkben a maximális tartózkodási idő: 6 h. Az egyes ülepítő típusokhoz tartozó ajánlott legkisebb tartózkodási időket az alábbi táblázat tartalmazza: Ajánlott legkisebb tartózkodási idő [h] Tisztítási eljárás Mechanikai Csepegtető testes Eleveniszapos Kémiai
Előülepítő
Utóülepítő
1,2 1,2 0,4 0,4
1,5 2,2 1,5
6.táblázat: Az ülepítőkben javasolt legkisebb tartózkodási idők(MI-10-127/4-1984) A tartózkodási idő felvételével, meghatározható a műtárgy hasznos térfogata: Vh= t*Qm
15
Az így kapott térfogat értéket korrigálni kell, az ülepítő típusától függő un. hidraulikai hatásfokkal, melynek értékeit a 7-es táblázat tartalmazza: V=Vh/ηh Ülepítő-típus Hidraulikai hatásfok [%] Hosszanti átfolyású 80 Sugárirányú átfolyású 70 60 Függőleges átfolyású
7.táblázat: Ülepítők hidraulikai hatásfoka(MI-10-127/4-1984) 2.2.3. A felületi LA terhelés Az ülepítő felületi LA terhelése az alábbi képlettel határozható meg: LLA=Q*CLA/A Ahol: Q: a napi szennyvíz mennyisége [m3/h]-ban CLA: a belépő LA koncentrációja [kg/m3] A: a medence hasznos felülete [m2] A megengedhető felületi LA terhelés előülepítők esetében 3 kg/m2*h, de a téli időszakban javasolt maximum 2 kg/m2*h-val számolni. Utóülepítőkre vonatkozóan a műtárgyból elfolyó szennyvíz LA koncentrációja és a felületi LA terhelés kapcsolatát téli és átlagos hőmérsékletű szennyvízre az alábbi grafikonok szemléltetik.
6.ábra: Utóülepítők felületi LA terhelésének hatása az elfolyó víz minőségére(MI-10-127/41984)
16
Utóülepítők esetén az elfolyó szennyvíz maximális LA tartalma 20-50 g/m3 lehet. Előülepítés esetén ez az érték 30-300 g/m3 között változik, az utána kapcsolódó technológiától függően. Az eleveniszapos levegőztető medencét követő utóülepítőt terhelő CLA lebegő anyag koncentráció közelítőleg az alábbi összefüggésből számítható:
C LA ≈ X tot + C lAEÜ Ahol Xtot az eleveniszapos levegőztető medencében biztosítandó eleveniszap koncentráció és CLAEÜpedig az előülepítőt elhagyó LA-koncentráció. Fontos megemlíteni, hogy utóülepítők hidraulikai méretezésekor az utóülepítőt terhelő vízhozam a nyers szennyvízhozam recikrulációs rátával korrigált értéke, azaz:
QbeUÜ = (1 + R) ⋅ Qbe 2.2.4. Átfolyási sebességek Az átfolyási sebesség értéke ne haladja meg a 1 cm/s értéket! 2.2.5. Bukó-él hidraulikai ellenőrzése A bukó-él terhelés maximális értéke (MI-10-127/4-1984): előülepítőknél: LBmax=36 m3/m*h, utóülepítőknél: LBmax=18 m3/m*h, A bukó-él ellenőrzése az alábbi képlet alapján történik: Qm lB Ahol lB a bukó-él hossza. A bukóélet mindig célszerű fogazni! L B max ≥ L B =
2.2.6. Előülepítő iszapzsompjának méretezése Előülepítők esetében 6-12 órányi keletkező iszapmennyiség tárolására szolgáló zsomptérfogatot szükséges kialakítani (MI-10-127/4-1984). A számított zsomptérfogat geometriai méretezését a szennyvíz hatékony ülepítő terének geometriája szabja meg. Az iszapzsomp alja 0,3-0,5 m fenékszélességgel kerüljön kialakításra. Az iszapzsomp oldalfala legalább 1,6:1-hez hajlású legyen. Az előülepítőből kikerülő primer iszap főbb jellemzői (MI-10-127/2-1984): az iszap szárazanyagtartalma: 2-5%. az iszap fajlagos mennyisége: 1,08 l/LE,nap az iszap szerves-anyag hányada: 70,5 tömeg%
17
Az iszapzsomp térfogata legegyszerűbben a telep BOI5-ben számított LE-terheléséből , a szükséges iszaptározási idő alapján számítható. 2.2.7. Utóülepítő iszapzsompjának egyszerűsített méretezése Utóülepítők esetében az iszaptér térfogatát a napi kiülepítendő iszapmennyiség 2 órányi részére kell felvenni az iszapsűrítés figyelembe vétele esetén. A számított zsomptérfogat geometriai méretezését a szennyvíz hatékony ülepítő terének geometriája szabja meg. Az iszapzsomp alja 0,4-0,6 m fenékszélességgel kerüljön kialakításra. Az iszapzsomp oldalfala legalább 1,6:1-hez hajlású legyen (MI-10-127/4-1984). Az utóülepítőből kikerülő szekunder iszap főbb jellemzői (MI-10-127/2-1984): Az iszap száraz-anyagtartalma: 1-2%. Az iszap fajlagos mennyisége csepegtetőtestes tisztításnál: 0,22-0,4 l/LE,nap Az iszap szerves-anyag hányad csepegtetőtestes tisztításnál: 60-61,5 tömeg% Az iszap fajlagos mennyisége eleveniszapos tisztításnál: 1,25-3,1 l/LE,nap Az iszap szerves-anyag hányad eleveniszapos tisztításnál: 68-74 tömeg% Az iszapzsomp térfogata kétféleképpen számítható. Egyik számítási mód szerint a telep BOI5-ben számított LE-terheléséből, és a szükséges iszaptározási idő alapján számítható. A másik módszer az eleveniszapos medencéből távozó A másik közelít számítási mód lehet a befolyó és az elfolyó lebegőanyag koncentráció különbségéből, az iszap tározási időből illetve a Mohlmann-indexből (Lásd a levegőztető medence méretezésénél) történő számítás. 2.3.
Vízszintes hosszanti átfolyású ülepítők
2.3.1. Kialakításuk Alkalmazása, 200 m3 feletti műtárgy térfogat esetén gazdaságos. Műtárgy kialakítás főbb szempontjai (MI-10-127/4-1984): : átlagos mélység 1,5-2,5 m a műtárgy szélességét, a lehetséges kotró méretek figyelembe vételével kell meghatározni. Javasolt hossz és szélesség arány: 3:1 Javasolt szélesség: 4-8 m Javasolt mélység és hossz arány: 1:30-1:20 Fenéklejtés az iszapzsomp felé: 1,5-2 % A bevezetések kialakítása úgy történjen, hogy a lecsökkentse a bejövő víz energiáját (pl. ütköző tárcsák, elosztó csövek, homlokfal áttörések vagy rések) A bevezetéseket lehetőleg a hasznos vízmélység középső 1/3-adában kell megvalósítani Uszadék visszatartás céljából a gyűjtő vályúban merülő-falat célszerű kialakítani, az oldalfalban uszadék eltávolító nyílással
18
7.ábra: Hosszanti átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992) 2.3.2. Méretezés, példák 2.3.2.1. példa: Hosszanti átfolyású ülepítő főméreteinek meghatározása Határozzuk meg egy vízszintes hosszanti átfolyású előülepítő fő méreteit, az alábbi adatok ismeretében: A műtárgy egy csepegtető testes tisztító mű előülepítője A mértékadó vízhozam: Qm=400 m3/h Az átfolyási sebesség: 0,5 cm/s=18 m/h 2 db egymással párhuzamos ülepítő kerül kialakításra A bejövő szennyvíz LA tartalma: 350 g/m3, a távozó szennyvíz elvárt LA tartalma: 120 g/m3.
19
A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: Lf=1,3 m3/m2*h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t=1,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: 1,5 h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig 1,2 m3/m2*hnak. Így 1 db műtárgy hasznos térfogata: V(h)=Qm*t=1,5*200=300 m3 A szükséges térfogat számítható a 7-es táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V= Vh/ηh=300/0,8=375 m3 A szükséges hasznos felülete: A=Qm/Lf=200/1,2=167 m2 A kettőből számítható a hasznos mélység: H=Lf*t=1,2*1,5=1,8 m A műtárgy hasznos keresztmetszete (a homokfogóknál tanultak alapján): Av=Qm/v=200/18=11,1 m2 Így a műtárgy hasznos szélessége: B=Av/H=11,1/1,8=6,2 m A műtárgy hossza: L=A/B=167/6,2=27 m ellenőrzése felületi LA terhelés szempontjából: A műtárgy 2 LLA=Q*CLA/A=200*0,35/167=0,41 kg/m *h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz várható LA tartománya a hőmérséklettől függően: 8-35 g/m3. Tehát a tartózkodási idő csökkenthető, és a hidraulikai felületi terhelés növelhető! A fenti számítást addig kell ismételni, míg a megadott peremfeltételekhez leginkább közelítő megoldás adódik! A műtárgy tényleges mélységének számításakor, a hasznos mélységhez hozzá kell adni a gyűjtővályú, az iszaptér, és a víz feletti rész magasságát. 2.4.
Vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő
2.4.1. Kialakítás Javasolt alkalmazása 300-400 m3 feletti ülepítő tér esetén. Műtárgy kialakítási szempontjai (MI-10-127/2-1984): 40 m feletti átmérő nem javasolt a szél fokozott hatásai miatt javasolt vízmélység: átmérő arány 1:20-1:25 fenéklejtés (2-3%) és a medence átmérőjének pontos maghatározása a kotróberendezéssel összhangban történjen iszapzsomp oldal falainak lejtése 60° a víz elvezetésére a 2.3.1-ben foglaltak érvényesek
20
8.ábra: Sugárirányú átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992)
21
2.4.2. Méretezés, példák 2.4.2.1. feladat: Vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő fő méreteinek meghatározása Az alábbi adatok ismeretében végezzük el egy vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő fő méreteinek meghatározását, valamint a bukóél méretezését: -
A műtárgy egy eleveniszapos tisztító mű utóülepítője A mértékadó vízhozam: Qm=400 m3/h 2 db egymással párhuzamos ülepítő kerül kialakításra A bejövő szennyvíz LA tartalma: 2000 g/m3, a távozó szennyvíz maximális LA tartalma: 30 g/m3.
A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: Lf=0,6 m3/m2*h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t=2,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: t=2,3 h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig Lf=0,5 m3/m2*h-nak. Így 1 db műtárgy hasznos térfogata: Vh=Qm*t=2,3*200=460 m3 A szükséges térfogat számítható a 6-os táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V= Vh/ηh=300/0,7=660 m3. A szükséges hasznos felület: A=Qm/Lf=200/0,5=400 m2 Ebből a hasznos felülethez tartozó átmérő: D=22,5 m A műtárgy átlagos hasznos mélysége: H=V/A=1,65 m A felületi LA terhelés: LLA=Q*CLA/A=200*2/400=1 kg/m2*h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz maximális LA koncentrációja: 30 g/m3. Tehát a műtárgy LA leválasztás szempontjából megfelelt! A műtárgy tényleges mélységének számításakor, a hasznos mélységhez hozzá kell adni a gyűjtővályú, az iszaptér, és a víz feletti rész magasságát. A bukóél méretezése: Körbefutó bukóél esetén a bukóél hossza: lB=D*π=70,7 m A számított élterhelés: LB=Qm/lB=200/70,7m=2,8 m3/m*h<18m3/m*h A fogazás méretei a 9-es számú ábrán található képletek és grafikon segítségével egyszerűen számíthatóak!
22
9. ábra: bukó-él méretezés segéd diagrammja és összefüggései (Kucsera, 1995)
2.5.
Függőleges sugárirányú átfolyású ülepítők
Ezt a műtárgytípust maximum Vh=100 m3 hasznos műtárgy térfogatig célszerű alkalmazni. 2.5.1. Kialakítás (MI-10-127/2-1984, MSZ EN 12255-4-2002): Általában kör alakú, tölcséres kialakítású műtárgyak. A csillapító hengert úgy kell kialakítani, hogy a lefelé áramló víz sebessége ne haladja meg a 3 cm/s értéket. A bukóél terhelés nem lehet több 3 m3/m,h-nál. Az iszapzsomp részű-hajlása legalább 1:1,75 legyen A csillapító henger alsó síkját a teljes medence mélység 2/3-ban kell előírányozni. A feláramlási sebesség ne haladja meg az 1 m/h értéket.
23
10. ábra: Függőleges átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992) 2.5.2. Méretezés, példák 2.5.2.1. feladat: Függőleges sugárirányú átfolyású ülepítő fő méreteinek meghatározása Az alábbi adatok ismeretében végezzük el egy függőleges sugárirányú átfolyású ülepítő fő méreteinek meghatározását: -
A műtárgy egy eleveniszapos tisztító mű utóülepítője A mértékadó vízhozam: Qm=25 m3/h A bejövő szennyvíz LA tartalma: 1500 g/m3, a távozó szennyvíz maximális LA tartalma: 30 g/m3.
A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: Lf=0,6 m3/m2*h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t=2,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: t=3 h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig Lf=0,6 m3/m2*h-nak. Így a műtárgy hasznos térfogata: Vh=Qm*t=3*25=75 m3 A szükséges térfogat számítható a 6-os táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V= Vh/ηh=75/0,6=125 m3. A szükséges hasznos felület: A=Qm/Lf=25/0,6=42 m2 Ebből a hasznos felülethez tartozó átmérő: D=7,3 m A műtárgy átlagos hasznos mélysége: H=V/A=125/42=3,0 m
24
A csillapító henger átmérője:
4* Dcs =
Qm v cs
π
4* =
25 3600 * 0,03
π
= 0,5m
A felületi LA terhelés: LLA=Q*CLA/A=25*1,5/42=0,9 kg/m2*h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz maximális LA koncentrációja: 30 g/m3. Tehát a műtárgy LA leválasztás szempontjából megfelelt! A feláramlási sebesség ellenőrzése: v fel =
Qm = A − Acs
Qm (D − d ) *
π
25
=
π
= 0,6m / h ≤ 1m / h
(7,3 − 0,5 ) * 4 4 Tehát a feláramlási sebesség az adott geometria esetén megfelel! 2
2
2
2
25
3.
Biológiai szennyvíztisztítási alapok
A szennyvíztisztításban a biológiai műveleteket két fő csoportra oszthatjuk: fixfilmes biológiai reaktorok, melyek közül néhány főtípus levegőztetett kavicsszűrők csepegtető testek forgó-merülő tárcsás reaktorok gyökérzónás műtárgyak talaj, vagy homokszűrők szuszpendált állapotú biológiai reaktorok tavas szennyvíztisztítók eleveniszapos reaktorok az előző kettő kombinációja A biológiai műveletek feladata az oldott állapotú biológiailag lebontható szerves vagy szervetlen szubsztrátok eltávolítása a szennyvízből. A technológia alapelve, hogy az adott szennyvíztípushoz adaptálódott mikroorganizmusokat minél nagyobb felületen és mennyiségben, megfelelő kontaktidő biztosítása mellett érintkeztessük a tisztítandó szennyvízzel. A folyamat lezajlása érdekében pedig szükséges a megfelelő élettér biztosítása (pl. aerob reaktorok esetén oxigén bevitel) illetve az inhibitor hatások kiküszöbölése (pl. toxikus anyagok jelenlétének kizárása). Jelen jegyzet részleteiben nem tárgyalja az egyes reaktortípusok elméleti hátterét, és a továbbiakban is csak egy-két fontosabb főtípussal foglalkozik. 3.1.
Eleveniszapos levegőztető medencék
Az eleveniszapos szennyvíztisztítási eljárás a kommunális szennyvíztisztítás területén a legelterjedtebb módszer. A technológia számos válfaja ismert, melyeket leginkább a reaktor típusok és azok egymáshoz viszonyított elrendezései különböztetnek meg. A kizárólag aerob reaktorból (levegőztetett medencéből) álló rendszer a lehető legegyszerűbb változata az eleveniszapos technológiának. Ebben az esetben a z eleveniszapos levegőztető medencét egy fázisszétválasztó egység (utóülepítő vagy membrán-szűrés) követi. Az eleveniszapos medencében történik az oldatban lévő szubsztrátok kiválasztása, majd a sejtmassza szaporulatba került szubsztrátok szeparálása a folyadékból a fázis szétválasztó egységben történik meg. Ez miatt a fázisszétválasztó egység és a biológiai reaktor szerves egységet alkotnak. A fázisszétválasztó egységben kiválasztott biomassza egy részét vissza kell recirkuláltatni az eleveniszapos levegőztető medencébe a megfelelő biomassza sűrűség fenntartása érdekében. A rendszer elvi sémáját az alábbi ábra mutatja.
26
11. ábra: Eleveniszapos technológia alapváltozatának elvi sémája (Öllős, 1992) Az eleveniszapos szennyvíztisztítási technológia alapváltozatától a szerves vegyületek aerob lebontásán túl megfelelő méretezés esetén elvárható a szennyvíz ammónia tartalmának részleges nitrifikációja is. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás alapváltozatának számos továbbfejlesztett változata van. Ezeknél általában aerob, anaerob illetve anoxikus szelektorok különböző arányú és elrendezésű reaktor elrendezésével érnek el nagyobb hatásfokot a nitrifikációs illetve a szerves anyag leválasztási hatásfok tekintetében, és vagy kiterjesztik a tisztítást a foszfor formákra és a nitrát denitrifikációjára is. Ezekben az esetekben a hatékonyságú fokozása érdekében ún. kiskörös recirkulációkat is gyakran kialakítanak az alapváltozat recirkulációján kívül. Továbbá fokozza a technológiai alternatívák sokszínűségét, amikor a foszfor vegyületek eltávolítási hatásfokát vegyszeradagolással fokozzák. Az eleveniszapos levegőztető medencét terhelési viszonyai szerint osztályozzuk a leggyakrabban, az alábbiak szerint (MSZ-EN 12255-6:2002): szerves anyagok részleges eltávolítása (nagyterhelésű rendszer) szerves anyagok teljes eltávolítása (közepes terhelésű rendszer) szerves anyagok teljes eltávolítása nitrifikációval (kisterhelésű rendszer) szerves anyagok teljes eltávolítása, nitrifikációval és az iszap stabilizációjával (totáloxidációs rendszer) A technológia reakció-kinetikai és egyéb méretezési paramétereit általában a fentebbi osztályba sorolás alapján, illetve a tisztítandó szennyvíz minősége alapján választjuk ki. Ezeket mutatják az alábbi táblázatok:
27
9. táblázat: Eleveniszapos levegőztető medence főbb tervezési paraméterei (Benedek-Valló, 1990)
(MEGJEGYZÉS: MLSS az eleveniszap koncentrációt jelenti, jelen jegyzetben a továbbiakban Xtot jelölést használunk rá, míg az F/M az iszapterhelés jelenti, melyet a továbbiakban Lv,s1nek jelölünk ) 10.táblázat: Tájékoztató értékek különböző típusú eleveniszapos rendszerek főbb tervezési paramétereire (MSZ-EN 12255-6:2002)
3.1.1. Kialakítás (MI-10-127/5-84, MSZ-EN 12255-6:2002) -
-
A levegőztető medencében minimum 1,5-2,5 mg/l oldott oxigénszint csúcsterhelés esetén is álljon rendelkezésre. A levegőzetési rendszert és a keverőket úgy kell kialakítani, hogy a lebegő anyagok kiülepedés ne történhessen meg, és a levegőztető medencében holtterek ne alakulhassanak ki. A recirkulált eleven iszap és a nyers szennyvíz jó elkeveredése biztosított legyen. A szennyvíz hőmérséklete télen a lehető legkisebb mértékben csökkenjen
28
-
A megfelelő oxigén beviteli hatékonyság érdekében a levegőzető medence mélysége 2,5 m-nél kisebb ne legyen.
3.1.2. Méretezés, példák 3.1.2.1. példa: Eleveniszapos levegőztető medence közelítő méretezése Az eleveniszapos tisztító műtárgyra érkező települési szennyvíz mennyisége: 350 m3/nap, a levegőztető medencére érkező szennyvíz BOI5 koncentrációja: 300 g/m3, NH4-N koncentrációja: 25 g/m3, és LA tartalma 100 g/m3. Az utóülepítő műtárgyból elfolyó szennyvíz megengedhető BOI5 koncentrációja: 30 g/m3, és megengedhető NH4-N koncentrációja: 10 g/m3. A szennyvíztelepre érkező szennyvíz lakos-egyenértéke BOI5-re vonatkoztatva: 3500 LE. A szennyvízhőmérséklet 15 C°. Az utóülepítőből 30 g/m3-es maximális LA-koncentráció-ú víz távozhat. Szakirodalmi ajánlások felhasználásával, határozza meg: 1. A műtárgytól elvárt tisztítási hatásfokokat 2. A levegőztető medence térfogatát 3. A biológiai lebontás oxigén szükségletét 4. A szükséges recirkuláció mértékét 5. A keletkező fölös-iszap mennyiséget 6. Az iszapkor nagyságát. A számítás kiindulási adatai: Q = 350
m3 d
g m3 g = 30 3 m
C beLA = 100 C kiLA
g m3 g C kiBOI 5 = 30 3 m g C beNH 4− N = 25 3 m g C kiNH 4− N = 10 3 m C beBOI 5 = 300
Elvárt tisztítás mértéke:
η BOI −5 =
C beBOI 5 − C kiBOI 5 300 − 30 * 100 = * 100 = 90% BOI 5 300 C be
η NH 4− N =
C beNH 4− N − C kiNH 4− N 25 − 10 * 100 = * 100 = 60% NH 4 − N 25 C be
29
A levegőztető medence szükséges térfogata: -
A szükséges átlagos tartózkodási idő meghatározása:
A Monod-féle kinetikából levezetve első fokú reakció figyelembe vételével, számítható a tartózkodási idő (levegőztetési idő) (Benedek, Valló 1990): C beBOI 5 − C kiBOI 5 t= k * X 1 * C kiBOI 5 ahol: - k: a biológiai lebontás reakciósebességi állandója [l/mg*d]. Települési szennyvíz esetén a k értéke (Benedek-Valló, 1990) 0,017 – 0,03 l/mg*d, míg ipari szennyvíz esetében 0,006-0,014 l/mg*d. Esetünkben a városi szennyvízre vonatkozó minimális értéket felvéve k=0,017 l/mg*d. - X1: a műtárgyban lévő eleveniszap koncentrációja (szerves rész) [kg/m3; g/m3] A 9-es táblázatból: X1= 2,5 kg/m3. t=
300 − 30 = 0,21nap = 5,1h⇒ 10h 0,017 * 2500 * 30
Az MI-10-127/5-84 alapján, amennyiben nitrifikációt is elvárunk a rendszertől legalább 8 órás levegőztetési időt kell biztosítanunk. A 9-es táblázatban közölt adatok alapján 10 órára kerekítettük fel a számított értéket. -
A műtárgy szükséges hasznos térfogata: V = Q * t = 350 * 0,42 ≈ 150m 3
-
A műtárgy BOI5-térfogati terhelésének (Lb) ellenőrzése (MI-10-127/5-84):
Lb =
Q * C beBOI −5 350 * 300 kg = = 0,7 3 V 150 * 1000 m d
A 6-os számú mellékletből jól látható, hogy nitrifikáció esetén, ez pontosan az elvárt térfogati terhelés érték, tehát ebből a szempontból a kalkulált műtárgytérfogat megfelelt. -
A műtárgy iszap és BOI5 terhelésének ellenőrzése (MI-10-127/5-84): Ehhez először ki kell számítani az eleveniszap koncentráció értékét, a méretezés elején felvett X1 eleveniszap koncentráció szerves hányadából.
X tot =
X1 c1
=
2,5 = 3,6kg / m 3 0,7
30
Ahol c1 [-] az eleveniszap szerves hányada, melynek értéke a 6-os számú mellékletben található. A 10-es táblázat alapján Xtot-ra ez az érték megfelelő.
Lv , s1 =
Q * C beBOI −5 350 * 300 kg = = 0,19 X tot * V 3,6 * 150 * 1000 kg * nap
A 6-os számú melléklet erre az értékre 0,1-0,2 értéket, míg a 10-es táblázat 0,1-0,15 értéket ajánl. A 10-es táblázat javasolt értékeinek figyelembe vétele esetén az eleveniszap koncentrációt növelni kell legalább 0,19/0,15 arányban, azaz Xtot=4,6 kg/m3, melynek szerves hányada: X1=0,7*4,6=3,2 kg/m3.
A szükséges oxigénbevitel kapacitás: A fajlagos oxigén-igény (Horváth, 1992): O f = (k rs * v s + k re ) * X 1 + 3,4 * Th * ( S 0NH 4 − N − S eNH 4− N )
Ahol: - krs: szubsztrátum oxigénigényének állandója [-] A 11-es táblázatból: krs= 0,45 - kre: az endogén légzés fajlagos sebessége [1/d] A 11-es táblázatból: kre=0,12
11. táblázat: anyag-mérleg egyenletek állandói (Benedek-Valló, 1990) Városi szennyvízre a hozam-konstans értéket y=0,6-ra javasolt felvenni, a 11-es táblázatban foglaltakkal ellentétben. - vs: a tápanyaglebontás fajlagos sebessége [kg.BOI5/kg.iszap*d], mely az alábbi képlet alapján számítható: vs =
C beBOI 5 − C kiBOI 5 X1 *t
=
300 − 30 kg.BOI 5 = 0,2 3200 * 0,42 kg .iszap * d
31
A 9-es táblázat erre ez értékre 0,1-0,15 értéket ajánl, míg a 6-os melléklet 0,16-0,26 értéket javasol. Így ezt megfelelőnek tekintjük. A tartózkodási idő illetve az eleveniszap koncentráció növelésével tovább fokozható a biztonság mértéke. - Th: a térfogati hidraulikai terhelés: Th =
Q 350 m3 = = 2,33 3 V 150 m *d
A tényezők ismeretében a fajlagos oxigén-igény:
O f = (0,45 * 0,2 + 0,12) * 3200 + 3,4 * 2,33 * (25 − 10) = 645 + 249 = 791
gO 2 m3 *d
A szükséges oxigén beviteli kapacitás:
OC n = β *1,25 *
Cs kgO 10,1 * O f = 1,3 *1,25 * * 0,791 = 1,71 3 2 C s − Ce 10,1 − 2,5 m *d
ahol: Cs: oxigén telítési koncentráció melynek értéke a 12-es táblázatból választható. Ce: a levegőztetett eleven iszap megengedett minimális oxigén koncentrációja: 2,0-2,5 mg/l β: a műtárgyra érkező szennyvíz minőségi és mennyiségi ingadozását figyelembe vevő tényező. Gyakorlati tapasztalatok alapján: 1,3-1,5 (Horváth, 1992).
12. táblázat: A víz telítési oxigén koncentrációja az oldott sótartalom és a vízhőmérséklet függvényében (MI-10-127/5-84) A kapott érték ellenőrizhető a 9-es táblázatból, mely 700-2000 gO2/m3*d értéket javasol fajlagos oxigén-igényre. A teljes medencére vonatkoztatva: OC n * V = 1,71*150 = 256,5
32
kgO 2 d
Levegő bevitel esetén a kapott oxigén-beviteli értékből az levegő oxigén koncentrációjának függvényében számítható a levegő bevitel mennyiségének értéke. 20 C°-on a levegő oxigén koncentrációja 280 g/m3. A számított oxigénbevitelt a BOI5 terhelés figyelembe vételével ellenőrizni kell:
Lox =
OC n 1,71 = *100 = 244% Lb 0,7
Mivel az MI-10-127/5 140-200% minimális értéket javasol, ezét megfelel (6-os melléklet). A szükséges recirkuláció mértéke: A recirkulációs arány az alábbi képlet alapján számítható:
R=
X1 3,2 *100 = *100 = 114% X 3 − X1 6 − 3,2
Ahol: X3: a recirkuláltatott iszap és a fölösiszap koncentrációja [kg/m3], mely az alábbi képlet segítségével számítható:
X3 =
kg 1200 1200 * c1 = * 0,6 = 6 3 Mi 120 m
ahol: Mi: Mohlmann-féle iszapindex ml/g-ban, 9-es táblázatból Mi=120 ml/g A 6-os számú melléklet alapján ellenőrizhető a számított recirkuláció értéke. Esetünkben 115%-ot javasol a tárgyi táblázat, tehát megfelelt! A Mohlman-index (Mi vagy SVI) értelmezése: Mi=SVI = SV30/X [ml/g] Ahol: -
SVI: iszap-ülepedési index SV30: az iszap térfogata 30 perc ülepítést követően (ml/l) = 30 perces ülepedés X: az iszap koncentrációja (g/l) SVI: 50-150 ml/g
A fölös iszap hozam: A keletkező fölös-iszap mennyisége (Horváth, 1992): Fi = ( y * v s − k e ) * X 1 + Th * ( Li + La )
Ahol: -
y: hozam-konstans: y=0,6 ke: endogén fajlagos lebomlási sebesség [1/d],
33
-
a 11-es táblázatból: ke=0,09 1/d Li: érkező lebegő anyag inert szerves része [kg/m3], melynek értéke: 6,75 g/LE*d Li = 6,75 * 3500 /(350 * 1000) = 0,0675
-
kg m3
La: érkező lebegő anyag ásványi része [kg/m3], melynek értéke: 3,93 g/LE*d La = 3,93 * 3500 /(350 *1000) = 0,0393
kg m3
Az ismert értékek segítségével a keletkező fölös-iszap mennyisége számítható: Fi = (0,6 * 0,2 − 0,09) * 3,2 + 2,33 * (0,0675 + 0,0393) = 0,54
kg m *d 3
A teljes műtárgytérfogatra vonatkoztatva: Fi * V = 0,54 * 150 = 81
kg d
Az iszapkor: Az iszap tartózkodási ideje a rendszerben:
IK =
V * X tot 150 * 4,6 = = 7,7nap LA 150 * 0,54 + 350 * 0,03 V * Fi + Q * C e
Az iszapkor értékére a 10-es táblázat 7-12 napot javasol, tehát megfelel. Hangsúlyozzuk, hogy a nitrifikációs hatásfok erősen hőmérsékletfüggő, így a téli időszakban általában magasabb iszapkor biztosítása szükséges.
34
3.2.
Csepegtető testes biológiai tisztítók
A csepegtetőtestes szennyvíztisztítás a fixfilmes biológiai reaktoroknak az egyik legelterjedtebb válfaja. A technológia alapváltozata egy előülepítőből, egy csepegtetőtestes reaktorból és egy utóülepítőből áll. A technológia jellemző eleme továbbá a hígító recrirkuláció is. Az utóülepítő feladata ennél a technológiánál a csepegtető test töltetéről leszakadó biofilm kiülepítése. Egyes reaktor és recirkuláció elrendezési változatokat mutat az alábbi ábra. A csepegtető testeket technológiai számítások szempontjából szintén terhelési viszonyai alapján célszerű csoportosítani. Így szerves anyag és hidraulikai terhelés alapján az alábbi csoportokat különböztetjük meg: kisterhelésű csepegtető testek mérsékelt terhelésű csepegtető testek nagy terhelésű csepegtető testek szuper terhelésű csepegtető testek A terhelési viszonyok alapvetően befolyásolják a szükséges tervezési paramétereket illetve a tisztítási hatékonyságot. A nagy és szuperterhelésű csepegtető testeket általában előtisztítóként használják nagytöménységű szennyvizekhez, míg a mérsékelt illetve kisterhelésű csepegtető testeket a 80-as évek végéig előszeretettel használták kommunális szennyvíztisztításra is. Általánosságban elmondható, hogy a szerves anyag terhelés csökkenésével az elfolyó koncentráció csökken. Továbbá fontos megemlíteni, hogy a nagy illetve szuper terhelésű rendszerekben nitrifikáció nem tud lezajlani. A tervezési paraméterek javasolt értékeit a 13-as táblázat szemlélteti terhelési szinttől függően.
35
12. ábra: csepegtetőtestes reaktor elrendezési változatok (Öllős, 1992)
13. táblázat: A csepegtetőtestes reaktorok tervezési paraméterei (Öllős, 1992)
36
3.2.1. Kialakítás A csepegtető testes reaktorok egy felső osztóműből, egy töltetoszlopból és egy alsó vízgyűjtő műből állnak. Fontos részük továbbá az areob ventilációt biztosító szellőző nyílás rendszer. A csepegtetőtestes reaktor elvi kialakítását az alábbi ábra szemlélteti.
13. ábra: Csepegtetőtestes reaktor elvi kialakítása (Öllős, 1992) A műtárgy lehet kőtöltetű illetve műanyag töltetű. Minél magasabb a tisztítási igény, annál inkább műanyag töltet alkalmazása javasolt (MI-10-127/5-84). 3.2.2. Méretezés, példák 3.2.2.1. példa: Kőtöltetű csepegtetőtest főméreteinek meghatározása Határozza meg annak a töltetes csepegtetőtestes szennyvíztisztító műtárgynak a fő méreteit, melyre 1980 m3/nap kommunális szennyvíz érkezik, és az előülepítőről érkező szennyvíz BOI5 koncentrációja: 160 g/m3. Az elvárt BOI5-re vonatkoztatott tisztítási hatásfok: 80 %. A recirkulációs arány: O. A számítás kiindulási adatai:
η BOI 5 = 80% S 0BOI 5 = 160 Q = 1980
g m3
m3 d
R = 0% 37
A műtárgy BOI5 terhelése: E BOI 5 = S 0BOI 5 * Q = 160 *1980 / 1000 = 316,8
kgBOI 5 d
Az elfolyó szennyvíz BOI5 koncentrációja: S eBOI 5 = (1 − η BOI 5 ) * S 0BOI 5 = 0,2 * 160 = 32
gBOI 5 m3
A műtárgy főméretei: A mellékelt 14-es ábrán szemléltetett segéd-diagramm felhasználásával a szükséges fajlagos terhelés értéke: Lb=720g/m3,d. A 13-as táblázat adatiból jól látható, hogy nagyterhelésű csepegtetőtestről van szó.
14. ábra: segéd-diagramm kőtöltetű csepegtetőtest főméreteinek meghatározásához (MI-10127/5-4) A műtárgy szükséges térfogata: V=
E BOI 5
Lb
= 316800
720
= 440m 3
A mellékelt 13-as táblázat alapján, a felületi terhelés értéke: Tf=25 m3/m2,d
38
A műtárgy szükséges felülete és átmérője:
A=
Q 1980 = = 79,2m 2 → D = Tf 25
4 * 82,5
π
= 10m
A csepegtető test mélysége: H=
V 440 = = 5,6m A 79,2
Amennyiben recirkulációt is figyelembe veszünk a technológiai méretezéskor, az alábbi segéd-diagramm használható a méretezéshez:
15. ábra: Csepegtetőtestes reaktorok recirkuláció – tisztítási hatásfok összefüggése(MI-10127/5-4)
39
3.3.
Merülő-tárcsás biológiai tisztítók
A merülő-tárcsás biológiai tisztítók a fixfilmes biológiai reaktoroknak egy szintén elterjedt változata. Ebben az esetben a fixfilm tapadó felületét biztosító tárcsák forognak, és így ciklikusan merülnek el a szennyvízben. A levegőztetést a fixfilm nem víz alatt töltött időtartama alatt a tárcsa forgása biztosítja. A reaktor elrendezés módját illetően a csepegtetőtesteknél elmondottak érvényesek. 3.3.1. Kialakítás A merülő-tárcsás biológiai reaktor elvi kialakítását az alábbi ábra szemlélteti:
16. ábra: Merülő-tárcsás reaktor elvi vázlata (Öllős, 1992) 3.3.2. Méretezés, példák 3.3.2.1. példa: Merülő tárcsás biológiai reaktor elvi méretezése Határozza meg annak a merülő-tárcsás biológiai szennyvíztisztító műtárgynak a szükséges tárcsa-számát, amely egy 900 lakosú települést lát el. Az előülepítőről érkező szennyvíz BOI5 koncentrációja: 190 g/m3. Az elfolyó szennyvíz megengedhető BOI5 koncentrációja: 25 g/m3. A fajlagos vízfogyasztás: 120 l/fő,nap A számítás kiindulási adatai: g m3 g = 19 3 m
S 0BOI 5 = 190 S eBOI 5
900 lakosú település qf=120 l/fő,d
40
Mértékadó szennyvízhozamok meghatározása: Az átlagos napi szennyvíz-mennyiség: Q = qf *s*γ*l=120*0,8*1,2*900/1000=103,68 m3/nap Ahol: -
q: fajlagos vízfogyasztás [l/fő,d] s: szennyvíz keletkezési arány [-] γ: a lakos-szám várható változását és a vízfogyasztási szokások változását figyelembe vevő tényező [-] l: lakos-szám
A mértékadó óracsúcs-hozam: q=
1 m3 m3 * Q = 103,7 / 9 = 11,5 = 0,19 9 h min
A műtárgytól elvárt tisztítási hatásfok: η BOI −5 =
S 0BOI 5 − S eBOI 5 190 − 25 * 100 = * 100 = 86,8% → 90% 190 S 0BOI 5
A műtárgy fő méreteinek meghatározása:
A műtárgy fő méreteinek meghatározásához használjuk fel a 17-es ábrán bemutatott diagrammot:
41
17. ábra: Segéd-diagramm merülő-tárcsás reaktor méretezéséhez (MI-10-127/5-84) 2 A = 15000 m * min q m3
A szükséges hasznos tárcsafelület: A(t)=15000*0,19=2850 m2 A tárcsák átmérője: d=3 m n=
4* A 4 * 2850 = = 202db 2 2 * d * π 2 * 9 * 3,14
Tehát 202 db 3 m átmérőjű tárcsa szükséges
42
Felhasznált források 1. Benedek Pál – Valló Sándor: Víztisztítás-szennyvíztisztítás zsebkönyv. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1990. 2. Dulovics Dezső: Biológiai szennyvíztisztítás méretezése (oktatási segédlet) – BME, Vízi-közmű környezetmérnöki tanszék, 2006. 3. Dulovics Dezső: Szennyvíztisztítás (oktatási segédlet) – BME, Vízellátás-Csatornázás tanszék, 1997. 4. Horváth Imre: A szennyvíztisztítás és az iszapkezelés berendezései és számításai – BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1992. 5. Kucsera Gyula: Környezetvédelmi Műszaki Praktikum II. - PMMF-jegyzet, 1995. 6. Kucsera Gyula: Környezetvédelmi Műszaki Műveletek II. - PMMF-jegyzet, 1995. 7. Magyar Szabvány: MSZ EN 12255-3-2001 – Szennyvíztisztító telepek 3. rész: Előtisztítás. 8. Magyar Szabvány: MSZ EN 12255-4-2002 – Szennyvíztisztító telepek 4. rész: Előülepítés. 9. Magyar Szabvány: MSZ EN 12255-6-2002 – Szennyvíztisztító telepek 6. rész: Eleveniszapos tisztítás. 10. Országos Vízügyi Hivatal Műszaki Irányelvek: Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: Általános irányelvek. MI-10-127/1-1984. 11. Országos Vízügyi Hivatal Műszaki Irányelvek: Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: Szennyvíz és szennyvíziszap mennyisége, minősége és a befogadó terhelhetősége. MI-10-127/2-1984. 12. Országos Vízügyi Hivatal Műszaki Irányelvek: Településekről származó szennyvizek tisztító telepei: Mechanikai tisztítás. MI-10-127/4-1984. 13. Országos Vízügyi Hivatal: Műszakai Irányelvek: Településekről származó szennyvizek tisztítótelepei – Biológiai tisztítás. MI-10-127/5-1984. 14. Országos Vízügyi Hivatal: Műszakai Irányelvek: Településekről származó szennyvizek tisztítótelepei – Iszapkezelés. MI-10-127/8-1984. 15. Öllös Géza: Szennyvíztisztítás I. - BME, Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1992. 16. Öllős Géza: Szennyvíztisztítás II. - BME, Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1992. 17. Vesztergom János: Műszaki kémiai, termosztatikai táblázatok, diagrammok. Pollack Mihály Műszaki Főiskola, Pécs, 1994.
43
MELLÉKLETEK 1. melléklet: A víz telített folyadék és száraz telített gőz állapotának dinamikus viszkozitás és hővezetési értékei a telítési hőmérséklet függvényében 2. melléklet: Ülepítők vízelvezetési megoldásai a vonatkozó vízhozam képletekkel 3. melléklet: Homokfogók üzemelési zavarai 4. melléklet: Ülepítők üzemelési zavarai 5. melléklet: További ülepítő típusok vázlatos rajzai 6. melléklet: Eleveniszapos levegőztető medence tervezési paraméterei az MI-10127/5-84 alapján
44
1. melléklet: A víz telített folyadék és száraz telített gőz állapotának dinamikus viszkozitás és hővezetési értékei a telítési hőmérséklet függvényében (Vesztergom, 1994)
45
3.
melléklet: Ülepítők vízelvezetési megoldásai a vonatkozó vízhozam képletekkel (Kucsera, 1995)
46
3. melléklet: Homokfogók üzemelési zavarai (Kucsera, 1995)
47
4.
melléklet: Ülepítők üzemelési zavarai (Kucsera, 1995)
48
5. melléklet: További ülepítő típusok vázrajzai (Kucsera, 1995)
49
6.
melléklet: Eleveniszapos levegőztető medence tervezési paraméterei az MI-10-127/5-84 alapján
50
51
52
