A partiszűrés, mint vízminőséget előállító gép

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A partiszűrés, mint vízminőséget előállító gép"

Ágnes Jónás
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Tolnai Béla A partiszűrés, mint vízminőséget előállító gép XXIII. FAVA konferencia Siófok ápr

2 A shakespeare-i kérdés: Inni vagy nem inni? Hogyan válik ihatóvá? 2

3 Azonos forrásból Természetes partiszűrés Mesterséges víztisztítás Folyó Kutak Víztisztítómű Gyűjtőcsatorna Hálózat Egy lépcsőben Számos fokozat útján Hálózatba táplálás Barreto- Némedi: A mikroszkopikus biológiai vizsgálatok érzékenyen jelzik azt, hogy a szolgáltatott ivóvizet milyen módon nyerik, ugyanis több nagyságrenddel hatékonyabb a partiszűrésű kutak természetes biológiai szűrése, mint a Duna mesterséges tisztítása. 3

4 A víznyerés Folyó Vízadó réteg Kút A biológiai szűrés helye 4

5 Partiszűrés 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 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 5

6 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 6

7 A tápanyaglebontás jegyei Részfolyamat Feltétel (hajtóerő) Fenntartja Konvektív anyagáram, szivárgás Konduktív anyagáram, diffúzió Bio-kémiai folyamat, lebontás Nyomáskülönbség Koncentráció különbség Redoxi környezet Szivattyúzás Baktériumok munkája Baktériumok életösztöne Soros folyamat Logisztikai jegyek Klimatikus jegyek Visszacsatolás Sokrétű bonyolult folyamat 7

8 A releváns változók felsorolása Változó megnevezése Jel SI dimenzió A tápanyag lebontás mértéke ΔS kg/m 3 Szűrési sebesség w m/s Redoxpotenciál E h m 2 kg/s 3 /A Szűrőréteg vastagsága L m Faraday állandó F As/mol Abszolút hőmérséklet T K Egyetemes gázállandó R m 2 kg/s 2 /K/mol A szubsztrát diffúziós tényezője D S m 2 /s Szubstrát koncentráció (terhelés) S kg/m 3 Mértékadó szencseátmérő d m m ΔS w E h L F T R D S S d m m B kg A s K A mol

9 A változószám redukálása ΔS w E h L F T R D S S d m B kg A s K A mol Π D Π C = - (A -1 B) T Π Π Dimenziótlan szám Π 1 = ΔS / S Π 2 = w d m / D S Π 3 = E h F / RT Π 4 = L / d m Π 5 = ph Megnevezés koncentráció viszonyszám Peclet-szám Nernst-tényező geometriai viszonyszám kémhatás 9

10 Az összefüggés levezetése 1 L ΔS = μ(pe) S Ne ph Pe d A parti szűrés tartománya 10

11 Pe-szám értelmezése szemcsék Diffúzió biofilm Konvektív áramlás, szivárgás w Pe = D d S m konvektív sebesség konduktív sebesség Pe ~ 1 2 dm 2 D τ diffúziós idő d w w d Pe = = = dm t tartózkodási idő Ds dm Ds w s m m 11

12 A biológiai szűréselmélet 1 L 1 S ( Pe) S ph Ne - b Pe Pe dm 1 a e Pe ΔS ds 0<Pe<1 ( Pe) : - b Pe 1 ae Éhező biofilm, nem érkezik elegendő tápanyag Tápanyag lebontás Pe~1 Instabil tartomány φ1 φ2 φ1 < φ2 Szűrési tényező Pe>1 Hatékony biológiai szűrés Pe Hatékony Gyenge Biológiai szűrés Pe Pe>>1 Éhező biofilm, a tápanyag elhalad a biofilm előtt. Instabil tartomány Éhező biofil: nem érkezik elegendő tápanyag Éhező biofilm: A tápanyag nem képes bejutni 12

13 Michaelis-Menten kinetika A differenciálegyenlet rendszer V max A megoldás k E + S ES 2 P + E k1 k 1 E S ES P enzim szubsztrát komplex produkt (termék) V max / 2 v = v max S K + S m d[ ES] k1[ E][ S] ( k 1 k2 )[ ES] 0 dt [ E] [ ES] [ E] [ E] 0[ S] [ ES] k k [ S] k d[ P] k2[ ES] dt , k k k K k2[ E] 0[ S] vmax[ S] [ S] K [ S] K m m m 0 K m [S] Egyszerű modell Jó fenomenologikus leírást ad A paraméterek (v max, K m ) mérhetőek A mintázat egyezése Az aktiválási energia redukálása Katalizátor nélkül Energia E aktiválási Szubsztrát Eaktiválási Katalizátorral (enzimmel) Termék ΔE Reakció idő 13

14 x [-] Monod kinetika Bináris osztódás Binárisan osztódó mikroorganizmus n = 0 t n = t g Konstans növekményű folyamat x = x 2 n 0 n: a generációk száma n = 1 A mikrobaszaporodás alapösszefüggése n=2 n = 3 n = 4 t g ln 2 0,693 M M Exponenciális növekedés x0=2, µm=0,5 t [h] A logisztikai függvény A Monod együttható x [-] A logisztikai függvény t [h] K=800 x 0 =399, µ M =0,5 14

15 Egy másik kísérlet Input Output Kút Klórozás Duna UV besugárzás Mühlheimi eljárás A kísérletek körülményei: nem azonos időben zajlottak, az FV Zrt. Víztermelési osztálya végezte helyszín: Északi víztermelő rendszer A vizsgálat tárgya: az input és output vízminőségek közti különbség kimutatása Eredmény: Kútvízre a fertőtlenítés eljárásai nem szólalnak meg, csak 5-10 % élővíz hozzákeverése után. Az eljárások eltérő módon, de jó hatásfokkal reagáltak. 15

16 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) 16

17 Fertőtlenítés hatásmechanizmusa Lehetőség Hatásmechanizmus Tulajdonság Fertőtlenítőszer adagolás (klórozás) UV besugárzás Ultraszűrés, nanoszűrés A mikroorganizmusokat elpusztítja. A mikroorganizmusokat inaktiválja. A mikroorganizmusokat eltávolítja. Előretekintő hatású, de az elpusztult baktériumok táplálékot jelentenek a hálózati elfertőződés esetén. Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd. Visszatekintő hatású, a másodlagos folyamatokkal szemben már nem véd. Biológiai szűrés (partiszűrés) A szerves anyag kivonásával a mikroorganizmusokat megfosztja az élelemtől. Előretekintő hatású, ez az eljárás biztosítja leginkább a víz mikrobiológiai stabilitását. Hőmérséklet növelése csak a fogyasztás helyén jöhet szóba 17

18 Szűrés homok szűrőközeggel Partiszűrés Lassúszűrés Gyorsszűrés d m 1,3 mm 1,3 mm 1,3 mm ua. w 0,1 m/d 0,1 m/h 15 m/h D s 5,00E-10 m 2 /s 5,00E-10 m 2 /s 5,00E-10 m 2 /s ua. ν 1,30E-06 m 2 /s 1,30E-06 m 2 /s 1,30E-06 m 2 /s ua. Re 0,0012 lamináris 0,03 lamináris 4,17 lamináris Pe 3,0 hatékony biológia 72,2 van biológia 10833,3 nincs biológia 18

19 Adszorpció vagy abszorpció 19

20 MBR (membrán vagy bio reaktor) víz kis molekulák nagy molekulák mikrobák d e egyenértékű szemcseátmérő 2,71E-03 m w szűrési sebesség (átlépési sebesség) 1,04E-05 m/s D s 5E-10 m 2 /s Pe ultraszűrés 56 membrán Ultraszűrés ~ 10-8 m = 0,01 μm 20

21 Összevetés Eleven iszapos szvt. Parti szűrés 21

22 Generation / hour Aerob rothasztás Odabennt baktériumok dolgoznak! Három dolog fontos: keverés melegítés, dezintegráció Ezek akciók, amelyek csökkentik a Pe-számot, növelik a gázkihozatalt. Exterme termofil Termofil Mezofil Mi magyarázza a kvantumos jelleget? Psichofil Temperature C 22

23 These are taps! Köszönöm a figyelmet! 23

Hasonló dokumentumok

Kérdőjelek a víztisztítás kapcsán

Tolnai Béla Kérdőjelek a víztisztítás kapcsán Almássy Endre XXIV. konferencia Siófok 2017. márc. 28.- 29. 1 Ivóvízminőségjavító program Technológiák Forrás: Laky-Licskó-Takó / Maszesz Hírcsatorna / 2013