Víztechnológiai mérőgyakorlat 1-2. Oxigénbeviteli kapacitás mérése Jegyzőkönyv A mérést végezte: NEPTUNkód:
Név:
Szak:
Tagozat:
Évfolyam, tankör:
Gyakorlatot tartotta: Kelt: Osztályzat: Beadandó jegyzőkönyv tartalma:
- ez a címlap a résztvevők aláírásával - mérés menete (önállóan megírva, a kiadott minta szerint, kézzel vagy szövegszerkesztővel) - mért eredmények (a gyakorlaton kézírással feljegyzett adatok, rajzok eredeti kézírásos példánya, számítógépen tárolt többi mért adat önállóan számítógéppel ábrázolva) - számított eredmények (önállóan feldolgozva, kiadott minta szerinti grafikon, számítógéppel kiértékelve) Beadás formátuma: egy darab jegyzőkönyv .pdf formátumban a
[email protected] címre Leadási határidő: a gyakorlatot követő péntek 12:00 óra, 109-es iroda. A csoportosan leadott jegyzőkönyvre kapott érdemjegyet egyénileg leadott jegyzőkönyvvel lehet javítani, igény esetén.
I. Oxigénbeviteli kapacitás mérés alapadatok Megrendelő: A mérés célja:
A műtárgy üzemeltetője: Mérés helye: Mérés ideje: Mérési adatok: Műtárgy jellemzői: Medence hossz Medence szélesség Medence mélység Medence átmérő Medence alapterület Medence térfogat: V Oxigénbeviteli eszköz jellemzői: Diffúzor típusa: Nettó vízmélység (diffúzor vízborítása): hE Diffúzorok száma Diffúzorok telepítése
Levegő adatai Légköri nyomás Levegő hőmérséklete - átlag Levegő befúvás adatai Fúvott levegő hőmérséklete Fúvott levegő mért térfogatárama, minimum Fúvott levegő mért térfogatárama, maximum Fúvott levegő mért térfogatárama, átlag: Q Fúvott levegő túlnyomása, minimum Fúvott levegő túlnyomása, maximum Fúvott levegő túlnyomása, átlag: ∆p Fúvó berendezés típusa: Fúvó villamos teljesítmény felvétele: P Vizsgált víz adatai Vízhőmérséklet - vegyszerezés előtt - mérés kezdetén - mérés végén - átlag Telítési koncentráció 101325 Pa-n, 20 oC-n: CSS,20 (Táblázatból) Telítési koncentráció az átlag vízhőmérsékletnél: CSS,T (Táblázatból)
m m m m m2 m3
m db db/m2
Pa C
o
K
o
K m3/h m3/h m3/h
C m3/min = m3/min = m3/min = Pa Pa Pa kW
o
C C o C o C mg/l o
mg/l
Minta megoldás/jegyzőkönyv tartalma --------------------------------------------------------
I. Oxigénbeviteli kapacitás mérés alapadatok Megrendelő: cégnév, település A mérés célja: Igazolni, hogy a XXX Szennyvíztisztító Telep XXX. sz. levegőztető medencéjébe beépített XXX típusú, XXX gyártmányú levegőztető panelekkel biztosítható a kg O 2 oxigénbeviteli kapacitás. megkívánt 310 h A műtárgy üzemeltetője: cégnév, telephely Mérés helye: XXX. sz. levegőztető medence, XXX Szennyvíztisztító Telep, telephely, címe utca 40. Mérés ideje: év. hó. nap. Mérési adatok: Műtárgy jellemzői: Medence hossz 60 m Medence szélesség 10,4 m Medence mélység 4,6 m Medence átmérő m Medence alapterület 624 m2 Medence térfogat: V 2870,4 m3 Oxigénbeviteli eszköz jellemzői: Diffúzor típusa: XXX, Tányéros Nettó vízmélység (diffúzor vízborítása): hE 4,4 m Diffúzorok száma 1190 db Diffúzorok telepítési sűrűsége 1,91 db/m2 (Egyenletes, két ponton a medence geometriája miatt sűrítve) Levegő adatai Légköri nyomás 102140 Pa Levegő hőmérséklete - átlag 11,2 oC Levegő befúvás adatai Fúvott levegő hőmérséklete 19,8 oC Fúvott levegő mért térfogatárama, minimum 93,8 m3/min Fúvott levegő mért térfogatárama, maximum 94,3 m3/min Fúvott levegő mért térfogatárama, átlag: Q 94,05 m3/min Fúvott levegő túlnyomása, minimum 48500 Pa Fúvott levegő túlnyomása, maximum 50500 Pa Fúvott levegő túlnyomása, átlag: ∆p 49500 Pa Fúvó berendezés típusa: KAESSER csg 120-2 Fúvó villamos teljesítmény felvétele: P 100 kW Vizsgált víz adatai Vízhőmérséklet - vegyszerezés előtt 17,3 oC - mérés kezdetén 17,6 oC - mérés végén 17,8 oC - átlag 17,57 oC o Telítési koncentráció 101325 Pa-n, 20 C-n: CSS,20 9,09 mg/l (Táblázatból) Telítési koncentráció az átlag vízhőmérsékletnél: CSS,T 9,55 mg/l (Táblázatból)
284,35 K 292,95 K 5628 m3/h 5658 m3/h 5643 m3/h
További vízminőségi jellemzők: pH 8,27 8,08 8,27
- Vegyszerezés előtt - Mérés kezdetén - Mérés végén
Vezetőképesség [mS/cm] 1,367 1,368 1,433
KOI [mg/l] Ammónium-nitrogén [mg/l] Nitrit [mg/l] Nitrát [mg/l] Összes szervetlen nitrogén [mg/l] Összes foszfor [mg/l]
Redox potenciál Lebegőanyag [mV] [g/l] 307,6 265,2 0,005 328,0
30 0,415 0,68 44,19 10,6 1,74
Vegyszerezés: Itt kell leírni a beadagolandó szulfit mennyiségének kiszámítását, munkavédelmi követelményeket, R és S mondatokat, a beadagolás pontos módját, mennyiségét, eszközeit, időbeli ütemezését, térbeli elosztását, stb. Megismételt többszöri mérés esetén minden mérésre külön. Bevitt vegyszerek mennyisége: 4 kg CoCl2·6H2O katalizátor és 100 kg Na2SO3. Vegyszer beadagolás menete: 1045 – 1105 : A 4 kg CoCl2·6H2O katalizátor oldatának bevitele. 1110 – 1130 : 100 kg Na2SO3 beadagolása. A vegyszerek beadagolása medence kerülete mentén egyenletesen elosztva történt szívlapáttal, a kobalt katalizátor esetében az oldat befecskendezésével, a nátrium-szulfit esetében beszórással. Oldott oxigén koncentrációk mérésének ideje: 1141 – 1211 A mérési pontok vázlatos elhelyezkedése, a berendezés rajza, méretei, a mérés elvi elrendezése: Bukóél 4. Mérési pont
1. Mérési pont
3. Mérési pont
2. Mérési pont
X. Ábra: Vizsgált műtárgy és mérési pontok vázlatos rajza, elvi elrendezés Oldott oxigén mérő szonda és műszer típusa, jellemzői:
II. Mért eredmények Mért adatok táblázatosan és grafikusan, vagy nagyszámú adat esetén csak grafikusan. Ha egy műtárgyban több ponton is mértük az oldott oxigén koncentrációt, akkor minden mérési pontra külön táblázat és/vagy grafikon. Ha egy vagy több ponton több megismételt mérést végeztünk, akkor minden mérésre külön, az esetleges változtatások (keverés van-nincs, vízhőmérséklet változás, vízmélység változás, levegő befúvás változás, stb.) feltüntetésével. A mérési eredmények a következők: Mérési pont
1.
Műszer
Hanna HI 9143
Észlelő Idő t
XXX
[min] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
2.
C1(t)
3.
4.
WTW Oxi 315i, Hach Lange HQ30D Mérőfej: CellOx 325 Flexi XXX XXX Mért oldott oxigén koncentrációk C2(t) C3(t)
3
[g/m ] 15,64 15,94 17,96 18,55 19,89 19,27 19,07 19,05 15,55 13,41 18,28 15,58 18,28 15,80 18,16 18,22 18,08 16,62 17,26 16,56 14,96 16,33 15,36 15,45 16,56 15,97 16,20 15,96 15,95 14,56 15,29
Az eredmények grafikusan például:
3
[g/m ] 8,54 8,03 8,42 8,94 9,43 9,60 9,98 10,29 10,43 10,57 10,61 10,72 10,79 10,82 10,90 11,05 11,00 10,87 10,95 10,87 10,93 10,96 10,97 10,91 10,96 10,95 10,99 10,93 10,87 10,94 10,94
3
[g/m ] 4,71 5,29 6,30 7,25 7,92 8,46 8,99 9,30 9,48 9,58 9,79 9,81 9,90 10,01 10,04 10,04 10,11 10,12 10,16 10,21 10,24 10,17 10,16 10,17 10,14 10,14 10,12 10,14 10,18 10,14 10,17
WTW Oxi 315i, Mérőfej: CellOx 325 XXX C4(t) [g/m3] 6,41 7,45 8,05 8,53 8,99 9,56 9,61 9,82 9,97 10,08 10,16 10,27 10,30 10,38 10,27 10,31 10,30 10,38 10,26 10,22 10,40 10,32 10,06 10,41 10,40 10,33 10,28 10,28 10,35 10,37 10,31
X: ábra:
III. Eredmények értékelése Az illesztett paraméterrel számolt görbe és a mérési pontok közti eltérés:
X. ábra. A X. mérési ponton/sorozatban a mért értékek és az illesztett C(t) függvény eltérései Látható, hogy a hiba értéke véletlenszerűen ingadozik, ezért a mérés feltehetően helyes volt, nem úgy, mint az alábbi ábra szerinti eredmények esetén:
Bővített anyagátadási tényező (KLa) számítása: C s értékét addig változtatjuk, amíg a legjobb lineáris illeszkedést kapjuk az idő függvényben ábrázolt telítettségi hiány logaritmusára. o T= 19.7 C ln D(t)
t
C(t)
D(t)=C s -C(t)
[min]
[g O2/m 3 ]
-
-
0
0.1
9.7
2.2721
1
0.46
9.34
2.2343
2
0.91
8.89
2.1849
3
1.34
8.46
2.1353
4
1.77
8.03
2.0832
5
2.21
7.59
2.0268
6
2.58
7.22
1.9769
7
2.94
6.86
1.9257
3.28
6.52
9.08
g O2 /m 3
A legjobb illeszkedést adó: g O2 /m 3 Cs = 9.8 2.5
y = -0.05656x + 2.31344 R² = 0.99929
2.0
1.8749
9
3.64
6.16
1.8181
10
3.96
5.84
1.7647
11
4.24
5.56
1.7156
12
4.55
5.25
1.6582
13
4.87
4.93
1.5953
14
5.13
4.67
1.5412
16
5.65
4.15
1.4231
17
5.87
3.93
1.3686
18
6.1
3.7
1.3083
19
6.31
3.49
1.2499
21
6.71
3.09
1.1282
22
6.9
2.9
1.0647
23
7.08
2.72
1.0006
24
7.24
2.56
0.9400
25
7.38
2.42
0.8838
26
7.51
2.29
0.8286
27
7.64
2.16
0.7701
29
7.87
1.93
0.6575
30
7.98
1.82
0.5988
ln D(t)
8
Táblázatból: Cs =
1.5
1.0
0.5
0.0 0
10
20
30
40
t (min)
ln D(0) = A= D(0) = C(0) = C s -D(0) = K L a = -B = K La =
y = A+Bx ln D(t) = ln D(0) - K L a ∙t 2.31344 g O2/m 3 10.11 g O2/m 3 -0.31 0.05656 1/min 3.39 1/h
50
60
70
A három mérési ponton/az egyes mérési sorozatokban a paraméterek értékeire az alábbi eredmények adódtak a függvényillesztésből: C2(t)
C3(t)
C4(t)
Átlag
CS,T [mg/l]
10,99
10,22
10,34
10,52
Legnagyobb eltérés az átlagtól [%] 2,84
C0 [mg/l]
7,06
4,34
6,39
5,93
26,82
KLa [1/min]
0,2323
0,2401
0,2874
0,2532
8,29
Az eltérések indoklása, értékelése: Péladául: a KLa értéke az x. mérésnél azért magasabb, mert keverés is volt, a C0 értéke azért magasabb, mert mint a mérési eredményekből is látszik, a vegyszeradagolással nem sikerült olyan mértékben lecsökkenteni az oldott oxigén tartalmat, mint a többi mérésnél, a mérés során a vízhőmérséklet egyre emelkedett, a folytatólagos szulfit adagolások miatt egyre nőtt a sótartalom és befolyásolta a telítési oldott O2 koncentráció értékét, stb. A bővített anyagátadási tényező, K L a 2 0 számítása: K L a20 = K L a ⋅1, 02420 −T = 15,19 ⋅1, 02420−17,57 = 16, 09
1 h
A szabványos 20 oC-hoz tarozó telítési oldott oxigén koncentráció, CS ,20 számítása. A szabvány finombuborékos levegőztetésre megengedi, hogy a normál légköri nyomásnak a fél vízoszlop magasságával megnövelt értékét vegyük figyelembe az oxigénbeviteli kapacitás számításához, ezért az összehasonlítás kedvéért az így kapott értéket is közlöm. Az eredményül kapott CS ,T átszámításával: CS ,20 = CS ,T
CSS ,20 p0 9, 09 101325 mg = 10,52 ⋅ ⋅ = 9,93 CSS ,T p 9,55 102140 l
A fél vízoszlop nyomásával becsült: h p 4, 4 101325 mg CS ,20 = CSS ,20 1 + E 0 = 9, 09 1 + = 10,93 ⋅ l 20.7 p 20.7 102140
OC számítása CS ,20 átszámított értékével: OC =
K L a20 ⋅ CS ,20
=
1000
16, 09 ⋅ 9,93 kg O = 0,160 3 2 1000 m ⋅h
SOTR = ΣOC = V ⋅ OC = 2870, 4 ⋅ 0,160 = 459, 26
kg O 2 h
CS ,20 fél vízoszlop nyomásával becsült értékével: OC =
K L a20 ⋅ CS ,20 1000
=
16, 09 ⋅10, 93 kg O = 0,176 3 2 1000 m ⋅h
ΣOC = V ⋅ OC = 2870, 4 ⋅ 0,176 = 505,19
Levegő térfogatáram számítása:
kg O 2 h
A szabvány 0 oC-os normál állapotú levegőre vonatkoztatja a térfogatáramot a hatékonysági jellemzők számításakor. m3 m3 = 5643 min h T p + ∆p 273,15 102140 + 49500 Nm3 QL = Q ⋅ 0 ⋅ l = 5643 ⋅ ⋅ = 7874 T p0 273,15 + 19,8 101325 h Q = 94, 05
Egy diffúzor terhelése: qL =
QL 7874 Nm 3 = = 6, 62 1190 1190 h
Oxigénbeviteli hatékonyságok számítása: CS ,20 átszámított értékével: SSOTE = OCL,h =
Σoc 385,93 g O2 = = 13, 25 qL ⋅ hE 6, 62 ⋅ 4, 4 Nm 3 ⋅ m
SSOTE = OAh =
13, 25 % = 4, 42 3 m
CS ,20 fél vízoszlop nyomásával becsült értékével: OCL, h =
Σoc 424, 53 g O2 = = 14,57 qL ⋅ hE 6, 62 ⋅ 4, 4 Nm3 ⋅ m
A fúvóberendezés teljesítménye a mérés ideje alatt: 3 kW kg O 2 459, 29 SOTR h = 153 kg O 2 SAE = OP = = P 3 kW 3 kWh
OAh =
14,57 % = 4,86 3 m
Minta megoldás:
A mérés elméleti háttere ---------------------------------------------------------------------------Alapfogalmak MSZ EN 12255-15 „Wastewater treatment plants. Part 15: Measurement of the oxygen transfer in clean water in aeration tanks of activated sludge plants” című (jelenleg hatályos, magyarra még le nem fordított) szabvány szerint: A fogalmakat a szabványból (könyvtár) ki kell keresni, vagy a gyakorlaton feljegyezni magunknak! Oxigénbeviteli kapacitás: A levegőztetés hatékonysága: Specifikus oxigénbeviteli hatékonyság: Bővített anyagátadási tényező: A mérés során használt vegyszerek:
A felhasznált vegyszereket a ténylegesen felhasználtaknak megfelelően kell leírni! A gyakorlaton jegyezzük fel részletesen, hogy pontosan melyik vegyszert használtuk! Nátrium-szulfit por Kobalt-klorid oldat A mérés során használt eszközök:
A felhasznált eszközöket a ténylegesen felhasználtaknak megfelelően kell leírni! A gyakorlaton jegyezzük fel részletesen, hogy pontoan melyik vegyszert használtuk! gyorsmérleg vegyszereskanál főzőpohár mérőhenger HACH HQ40d oldott hordozható mérőműszer, LDO optikai leven működő oldott oxigén mérő szondával, PC-hez csatlakoztatva
Mérés menete ------------------------------------------------------------------------------------------A menetét a valóságnak megfelelően, minél részletesebben kell leírni, úgy hogy az alapjána mérést meg lehessen ismételni! A gyakorlaton jegyezzünk fel mindent pontosan! 1. A tartályban beállítjuk a kívánt kobalt klorid koncentrációt. 2. A tartályban nátrium-szulfit beadagolásával 0-ra állítjuk be az oldott oxigén tartalmat. 3.
Megíindítjuk a levegőztetést és felvesszük az oldott oxigén tartalaom változását a az idő függvéynében. Az adatok ismeretében kiszámítjuk a bővített anyagátadási tényezőt és a tartályra jellemző oxigénbeviteli kapacitás értékeket.
Mérési körülmények --------------------------------------------------------------------------------A mérés során fel kell jegyezni: - tartály méretei: térfogat alapterület vízmélység diffúzor vízborítása - diffúzor adatai: típus, anyag átmérő telepítési sűrűség geometriai elrendezés - oldott oxigén mérő(k) elhelyezése: típus darabszám telepítési mélység - fúvó gépészet: típus telejsítmény kompresszor esetén
tartály térfogata ki- és bekapcsolási nyomás - fúvott levegő (mérés elején és végén): hőmérséklet nyomás térfogatáram (rotaméterről leolvasott érték osztva 0,03-al l/h-t ad) - vizsgált víz: hőmérséklet (mérés elején és végén) oldott oxigén tartalom a szulfit adagolás előtt (vezetőképesség, egyéb vízminőségi jellemzők) - környezeti tényezők: levegő hőmérséklet légnyomás páratartalom szél napsütés egyéb: - mérés végrehajtás: beadagolt kobalt-klorid mennyisége szulfit adagolások és az utánuk mért oldott oxigén tartalmak beadagolások, fellevegőztetések időpontjai
