1-1. ábra A homokszemcsék közötti legkisebb hézag

Átírás

1 Formázott: Első oldal eltérő Szűrések hasonlósága Mérd, ami mérhető és tedd mérhetővé, ami nem az. Galileo Galilei Tolnai Béla gépészmérnök, Reitter Ferenc díjas Kulcsszavak: mechanikai szűrés, biológiai szűrés, aktívszén szűrés, 1 MECHANIKAI SZŰRÉS A víz tisztítása többnyire valamilyen szűrési mechanizmussal történik. A szűrő miközben áthalad rajta a víz visszatartja a szennyezést, és az így megtisztult víz halad tovább. A szűrésnek számos hatásmechanizmusa lehet. A mechanikai szűrők legfontosabb jellemzője a hézagméret, amelyen át a víz még átfolyik, de a szennyezés fennakad. Ahhoz, hogy a szennyezőanyagok kiszűrhetők legyenek a vízből gyakran kémiai eszközök segítségével, mint vegyszeradagolás, ózonkezelés - azokat előbb kicsapatjuk. A keletkező szilárd halmazállapotú csapadék mérete esetenként még mindig kicsi, ezért a szemcséket a szűrhetőség érdekében fel kell hizlalni. A derítőszerek elektrosztatikus úton magukhoz kötik a szennyező részecskéket, miáltal az összetapadt képződmény már nem fér át a szűrőközeg nyílásain. Lényeges megjegyezni, hogy a kiszűrt anyagmennyiség egy jelentős részét nem a szennyezés, hanem az adagolt derítőszer teszi ki. A leggyakrabban alkalmazott mechanikai szűrőberendezés a homok töltetű gyorsszűrő (a szóhasználatot később vitatni fogjuk). Homokszűrők esetében két paraméter kulcsfontosságú. Ismernünk kell a szűrőközeg jellemző szemcseátmérőjét. Ha a szűrőközeg osztályozott homokszemcsékből áll ez könnyen megadható. Kutak szűrőrétege esetében a jellemző szemcseátmérő a szemcseeloszlási görbéből olvasható ki. Jóllehet a szűrőréteg a szemcseeloszlás tekintetében inhomogén, további számításunkat a jellemző szemcsemérettel végezzük. A homokszemcséket gömbnek tekintve, egyszerű geometriai számítással megadható, hogy a szűrőréteg milyen méretű szennyezés visszatartására nem képes már. Az idealizált geometriai viszonyok megmutatásában a szennyezőanyagot is gömb alakúnak tételezzük fel ábra A homokszemcsék közötti legkisebb hézag Az 1-1. ábra alapján megállapítható, hogy a jellemző szemcseméretnél 6-7-szer kisebb méretű szennyezés visszatartására a szűrő még alkalmas, a kisebbek átjutnak. 1 / 10

2 A másik fontos paraméter a szűrési sebesség, amelynek nagyságát úgy választjuk meg, hogy az áramlás szigorúan a lamináris tartományban Re < 4 maradjon. A gyorsszűrőknél alkalmazott max m/h sebességérték éppen ennek a feltételnek felel meg. A szűrés folyamatában a szűrőréteg előbb-utóbb eltömődik, amit a szűrőellenállás megnövekedése jelez. A szűrőhatás visszaállítása ellenáramú öblítéssel történik, amikor a felgyülemlett szennyeződést a homokszemcsékről lemossuk. A kivont szennyezés végül az öblítővízzel távozik. Működésük és hatásmechanizmusuk tekintetében a mechanikai szűrések családjába tartoznak a durva dobszűrők és a lényegesen kisebb pórusmérettel rendelkező ultra-, ill. nanoszűrők is. Ezek a szűrőberendezések nemcsak a szűrési résméret tekintetében térnek el a homokszűrőktől, hanem abban is, hogy a résméretük a szűrési sebesség változásával állandó marad, viszont a gyorsszűrőknek is szigorúan lamináris tartományban kell dolgozniuk. Az öblítésnél alkalmazott áramlási sebesség a szűrési sebesség 3-4-szerese szokott lenni. A megnövelt sebesség a szűrő működését az átmeneti és turbulens tartományba tolja. A szemcsék vizuálisan is jól érzékelhetően elemelkednek egymástól. A partiszűrés változó sebességű szűrés. A mederkapcsolati rétegben a szűrési sebesség rendkívül alacsony, a kút környezetében ezzel szemben meglehetősen nagy. Emiatt, üzemelési gondot okozva, homok jelenik meg a kútaknában. Kúthidraulikai szempontból az a jó, ha a réteg a kút közvetlen környezetében homokos kavics és/vagy kavicsos homok frakciókból áll. Az ún. beboltozódáshoz, azaz a homok megjelenésének megakadályozásához a durvább frakció is szükséges. Ezzel szemben a mederhez közeli rétegben, a biológiai szűrés helyén minél kisebb szemcseátmérő a kívánatos. Könnyű belátni, hogy ugyanazon térrészben, a kisebb átmérőjű homokszemcsék együttesen nagyobb felülettel rendelkeznek, mint a durvább kavicsok. A kisebb szemcséken több baktérium tud megtelepedni. 2 BIOLÓGIAI SZŰRÉS A lassú- és a partiszűrésekről azt tartjuk, hogy biológiai szűrések. Ezek is a lamináris tartományban dolgoznak, de különböznek egymástól a szűrési sebességet illetően. A szűrőközeg mindhárom esetben homok. az. Kérdés, hogy mely tartományában inkább mechanikai, és hol biológiai a szűrés. Az elválasztásnak biztosan nem számszerű mutatója, hogy mechanikai szűrés esetén szűrőközegről, biológiai szűrés esetében biofilmhordozó rétegről beszélünk. A partiszűrés modellezése megmutatta, hogy lamináris tartományon belül az elválasztás a Pe-szám segítségével lehetséges (2-1. táblázat). Partiszűrés Lassú szűrés Gyors szűrés d m 1,3 mm 1,3 mm 1,3 mm 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 ν 1,30E-06 m 2 /s 1,30E-06 m 2 /s 1,30E-06 m 2 /s Re 0,0012 lamináris 0,03 lamináris 4,17 lamináris Pe 3 hatékony biológia 72 van biológia nincs biológia 2-1. táblázat A Re és Pe számok nagysága a különböző szűrési eseteknél. A két hasonlósági szám között a Pe = Re *Sc összefüggés teremt kapcsolatot, ahol Sc = ν / D s, a Schmidt szám. 2 / 10

3 A Pe-szám jelentőségének megértéséhez tisztázni kell a biológiai tápanyaglebontás hatásmechanizmusát. Mi történik a vízzel a szűrési útvonal mentén? Hogyan tisztul meg? A hatásmechanizmus feltérképezése elvezet bennünket a folyamat megértéséhez és mesterséges viszonyok közepette történő alkalmazásához, beleértve a terheltebb vizek, a szennyvizek megtisztítását is. A partiszűrés során a biológiai szűrés a mederhez legközebb eső keskeny, mintegy 5-10 m-es rétegben jön létre. Itt alakul ki a lebontást végző baktériumok életteréül szolgáló biofilm. (lásd Hiba! A hivatkozási forrás nem található.) 2-2. ábra A partiszűrés sajátságai A biofilm megtapadásához szilárd felületre van szükség, amely a partiszűrés esetében a homok. A rétegen átszivárgó víz sebessége rendkívül alacsony, nagyságrendben w= 0,1 m/d. Ez az alacsony sebesség teszi lehetővé, hogy a vízben oldott, a szennyezést jelentő szerves anyag diffundálhasson a biofilmbe. A tisztítási folyamat három, soros részfolyamatból áll. A konvektív áram a szennyezés biofilmhez történő szállítását végzi. A konvektív áramot a kútban történő szivattyúzással tartjuk fenn. A konduktív áram vagy diffúzió a szennyezőanyagot választja le. A diffúzió koncentrációkülönbség hatására jön létre és addig tart, ameddig a koncentrációkülönbség ki nem egyenlítődik táblázat A visszacsatolással bíró soros folyamat 3 / 10

4 A Stokes-Einstein egyenlet alapján a konduktív anyagáramlás sebességét meghatározó diffúziós tényező nagysága a molekulamérettől függ. Kisebb molekulák könnyebben diffundálnak. A tápanyaglebontás a biofilmen belül történik. Ez a művelet eltünteti a biofilmbe belépő molekulát és vele annak koncentrációját. A biofilmen kívüli és belüli koncentrációkülönbség így folyamatosan újratermelődik. A diffúziós elmozdulás a tér minden irányába egyformán megtörténik, ahogy az a Brownmozgásnál is megfigyelhető. Az ionok vándorlása is a diffúzió törvényszerűsége mentén zajlik. Elektromos tér hatására azonban ezek a töltött részecskék egy irányba terelhetők. Megkülönböztetésül a diffúziótól ezt a mozgást driftnek hívjuk. Esetünkben is egyirányú diffúziós elmozdulást tapasztalunk, mégpedig a víztérből a biofilmbe irányulót. A hajtóerőt a baktériumok munkája révén folyamatosan újratermelődő koncentrációkülönbség adja. A 2-3. táblázatban a baktériumok életösztöne jelöli azt a kényszert, amely őket a tápanyaglebontásra bírja. Rendszertechnikai értelemben a lebontás egyfajta visszacsatolást is jelent. Ha nem termelődik újra koncentrációkülönbség, elvész a hajtóerő, nem jön létre a diffúzió, amely a baktériumokhoz szállítja a tápanyagot. A tápanyaglebontás logisztikai értelemben vett hatékonyságát a baktériumok által belakható felület nagysága is megszabja. Sok tápanyag lebontásához sok baktériumra van szükség és azok csak nagy felületen tapadhatnak meg. Egy adott térfogatban a felület nagysága annál nagyobb, minél kisebb a szemcsék mérete. A biológiai szűrés logisztikai feltételét a Pe-szám a következő módon jellemzi: w dm Pe =. D S ahol w [m/s] szűrési sebesség d m [m] mértékadó szemcseátmérő (homok szűrőréteg esetén megegyezik a jellemző szemcseátmérővel) D s [m 2 /s] szubsztrát (a lebontandó szennyezés) diffúziós tényezője A Pe-szám dimenziómentes szám. Három eltérő tulajdonságot sűrít magába: az üzemtan legfontosabb paraméterét a szűrési sebességet (w), a tisztítandó víz minőségét a szennyezőanyag diffúziós tényezőjével jellemezve (D s ) és a szűrőközeg vagy a biofilmhordozó réteg meghatározó sajátságát, a szemcseátmérőt (d m ) amely a hordozó felület nagyságára utal. A Pe-számot szokás a konvektív és a konduktiv áram arányaként is interpretálni: w Pe = D d S m konvektív sebesség konduktív sebesség A hatékony lebontás előfeltétele, ha a biofilmhez megérkező tápanyag oda be is képes jutni, azaz Pe ~ 1 érték a kívánatos. Egy másik értelmezés szemléletesebb, algebrai átalakítás után a következő alakhoz jutunk: 2 dm 2 D τ diffúziós idő d w w d Pe = = = dm t tartózkodási idő Ds dm Ds w s m m Formázott: Süllyesztett: 15 pt Formázott: Süllyesztett: 30 Formázott: Süllyesztett: 27 pt 4 / 10

5 amely a d m mértékű diffúziós úthossz megtételéhez szükséges idő és a d m méretű biofilmhordozó részecske előtti tartózkodási idő hányadosa. A hatékony lebontás előfeltétele, ha a két időtartam közel megegyezik egymással, (Pe ~ 1). A 2-1. táblázat a szűrések összehasonlításáról szól. Empírikus megfigyelés alapján kiviláglik belőle, hogy a tápanyaglebontás akkor hatékony, ha a Pe-szám kicsi. Nagy Pe-számok esetén - a táblázatban ez a gyorsszűrés esete - nem jut elegendő idő a diffúziós mozgásra, mert a konvektív sebesség túl nagy. A tápanyag a vízzel együtt elvonul a biofilm előtt. Következésképp a biofilm ki sem tud alakulni, és ami rosszabb, a víz nem fog biológiai úton megtisztulni akkor sem, ha egyébként a biofilmen belüli élethez a redox és hőmérsékleti körülmények kedvezőek. A biológiai szűrés előnyös tulajdonságai között kell megemlíteni, hogy a lebontás során keletkező anyagok közül a H 2 O nem idegen anyag a vízben és a CO 2 is gyorsan képes távozni belőle. A biokémiai reakciók következtében nem jelentős mennyiségű salakanyaggal is számolni kell.. Árvíz levonulásakor (átlagosan évente kétszer) a partiszűrésnél ellenáramú öblítés jön létre, amely elegendő gyakoriság a szűrő- illetve a biofilmhordozó réteg tisztántartásához. A biológiai szűrés ezen sajátsága egy lényeges különbség a mechanikai szűréshez képest. A biológiai szűrő a leválasztott szennyezést helyben elégeti, és csak a kis mennyiségű salakanyag eltávolítása céljából van szükség öblítésre. Öllős megállapítása szerint (1998): Ahhoz, hogy a biofilm létrejöhessen, a réteg szemcséi a gyorsszűrőrétegnél kisebbek, a szűrési sebesség a gyorsszűrő szűrési sebességénél lényegesen kisebb kell legyen. Ezt a megfigyelést számszerűsíti a Pe-szám és annak megkívánt alacsony értéke. Mindezek alapján nem lassú és gyors szűrésről kell beszélni, hanem adott Pe-szám mellett megvalósuló szűrésről, amely a biológiai tápanyaglebontás mértékét még jellemezni is képes. A lassúszűrők szűrőközege homok és azért nem tudtak elterjedni, mert a Pe-szám csökkentésében, csak a sebességmérséklését használták, minek következtében a szűrő kapacitása [m 3 /h] erősen lecsökkent. Annyi vizet sem termelt, amely lehetővé tette volna a visszaöblítést. Emiatt az eldugult felső szűrőréteg eltávolításával valósult meg a réteg regenerálása. Megoldást a homok szűrőréteg lecserélése nagy fajlagos felületű biofilmhordozóra jelenti. A szűrőkapacitást meghatározó sebesség így nagyobb lehet. A partiszűrésnél is homok a szűrőréteg, ehhez párosulva azonban nagyon alacsony a szűrési sebesség. A 0,1 m/d szűrési sebesség megvalósításához hosszú partszakasz kell. Ilyen nagy beáramlási keresztmetszet kialakítása mesterséges építésű szűrők esetében vállalhatatlan beruházási költséget jelent. 3 AKTÍVSZÉN SZŰRÉS Az aktívszén nagy fajlagos felületű anyag. Szemben a homokszemcsével nemcsak külső felületén, hanem belső üreges struktúrájában is rendelkezik felülettel. Az aktívszenet a víztisztítási alkalmazásokhoz por alakú (PAC) és granul ált (GAC) kiszerelésekben forgalmazzák. Jellemző PAC GAC szemcseméret [mm] 0,045 1 fajlagos felület [m 2 /g] sűrűség [kg/m 3 ] (térfogat-tömeg) jód-szám Forrás: Chenviron 3-1. ábra Aktívszén paraméterek 5 / 10

6 A táblázatban megadott jellemző paraméterek segítségével kiszámolható az aktívszén ún. egyenértékű szemcseátmérője, amely szemcse mint a homokszemcse már csak külső felszínén rendelkezik felülettel. A d e egyenértékű szemcseátmérő kiszámítása az azonos térfogatban azonos felület feltétel kihasználásával történik. Atomok mérete d=(1-5) * Molekulák d=(4-60)*10-10 Aktív szén de= 7,5 * 10-9 Makromolekulák d=(3-100)*10-9 Fénymikroszkóp h=2*10-7 Zeolit de= 5,9 * 10-7 Mikroba méret b = 2,5 * 10-6 Önkényes határméret dm := 5*b = 1,2 * 10-5 Hajszál h = 8 * 10-5 Pehelyméret (eleveniszap) dm = de= 1 * 10-4 WasserCare dm = de= 7,7 * 10-4 Homok szemcse dm = de = 1,3 * 10-3 Danpak dm=de= 1,7 * 10-3 Ultraszűrő dm=de= 2,7 * 10-3 Bazalttufa dm = de= 3,1 * 10-2 lg d [m] [Å] [nm] [μm] [mm] [cm] [dm] [m] d m = 5*b d m = d e 3-2. ábra Anyagok egyenértékű és mértékadó szemcseátmérői A 3-2. táblázat a különböző biofilmhordozó anyagok egyenértékű és mértékadó szemcseátmérőit és más jellemző méreteket logaritmikus léptékben mutatja. Az aktívszén egyenértékű szemcseátmérője átlagosan d e =1,4*10-8 m, amely a por alakú és a granulált kiszerelés esetében azonos marad. Ha ekkora méretű szemcsékként képzeljük el a szűrőréteget, akkor az az 1-1. ábrán vázolt geometriai viszonyok alapján 6-7-szer kisebb méretű szennyezés visszatartására képes. A 3-2. ábrából kiolvasva, az aktívszén, mint mechanikai szűrő makromolekulák kiszűrésére még alkalmas. Ez a becslés egy jó közelítés. Az aktíszén szűrés azonban nem átfolyásos jelleggel működik, mint a homokszűrés. A nagy felület a biológiai működésmódot, az üreges struktúra az adszorpciós megkötést szolgálja. Ahogy arról már volt szó, a biológiai szűrés logisztikája azt is követeli, hogy álljon rendelkezésre minél nagyobb felület. Az aktívszén ennek megfelel. Összevetve a d e egyenértékű szemcseátmérőt a mikrobák átlagos méretével megállapíthatjuk, hogy letelepedésről csak akkor lehet szó, ha a mértékadónak tekintett szemcseátmérő d m nagyobb a baktériumi méretnél. A 3-3. ábra önkényesen, geometriai megfontolásból indíttatva 5-szörös méretszorzót mutat. Ez az a gömbi méret, amikor a megtapadás kialakulhat, kisebb méretnél nem. Biofilm Mikrobák Belső felület 6 / 10

7 3-3. ábra A mértékadó szemcseátmérő szemléltetése Más szavakkal a belső felületek azért nem lakhatók be, mert a mikrobák oda már nem férnek be. Ez az egyszerű geometriai meglátás segít a további számszerűsítésben is. Ezzel a mértékadónak tekintett szemcseátmérővel határozzuk meg a Pe-szám értékét és vele a biológiai szűrés hatékonyságát. A biológia működést biztosító aktívszén BAC fogalma a fentiek fényében értelmetlen. Ha a vízben van szerves tápanyag, azaz a mikrobaszaporodás Monod-kinetikai előfeltétele adott és a biofilm tápanyag ellátásának logisztikája a Pe-számban mérve biztosított, a biofilm, ha akarjuk, ha nem, ki fog alakulni. A homokszemcséhez képest az aktívszén lényegesen kisebb mértékadó szemcseátmérővel rendelkezik, így a hatékony biológia eléréséhez nagyobb szűrési sebesség lesz megengedhető (lásd a lassúszűrő analógiáját). Az adszorpció jelensége is magyarázható ezzel az egyszerű mechanikai képpel. Ehhez az üreges tulajdonságot vesszük alapul. A biológiai szűrésnél a tápanyagnak a biofilmbe juttatása diffúzióval történik. Nincs ez másként az adszorpciós megkötés esetén sem ábra Az adszorpció szemléltetése A diffúzió hajtóereje itt is a koncentrációkülönbség. A víz szennyezését jelentő molekula azért megy be az üregbe (lásd 3-3. ábra), mert a külső víztérben a koncentráció nagyobb. Szemben a biológiai szűréssel, ahol a koncentrációkülönbség a lebontás során újratermelődik, az adszorpciós működésnél a koncentrációkülönbség az idő múlásával, (az üregek telítődésével) csökken. Az adszorpciós megkötés a barlangba tévedő molekula foglyul ejtése révén jön létre. Kiszabadulni azért nem képes, mert a befelé tülekedők azt nem engedik, de az is lehet, hogy egyszerűen beakad. (Mindezt figyelembe véve akár abszorpcióról elnyelésről - is beszélhetünk.) Adszorpciós megkötés előfeltétele a barlang nyílásánál a megfelelően alacsony tartózkodási idő. Ennek mérésére az előzőek szerint - a Pe-szám szolgál. Biológiai szerepkörben a Pe-szám kiszámításakor a mértékadó szemcseátmérőt az átlagos baktériumi méret határozta meg. Az adszorpciós hatás tekintetében ez a származtatás nem jó, hisz ebben a folyamatban nincs szerepe a baktériumoknak. Vegyük ehhez a vízből kivonandó legnagyobb molekula méretet, amelynek kiszűrésére alkalmazzuk az adszorbens aktívszenet. Az 1-1. ábra alapján kiszámolható a mértékadó szemcseméret, ami az adott méretű szennyező molekula visszatartását még biztosan lehetővé teszi. Az így meghatározott mértékadó szemcseátmérőt helyettesítjük a Pe-szám képletébe és vele határozzuk meg a kívánatos szűrési sebességet. Fentiekből következik, hogy ugyanaz az aktívszén egyszerre lehet biofilmhordozó felület és adszorbens is. A funkció az alkalmazás körülményeitől függ, de mindkét működés esetében megkerülhetetlen szerepet játszik a diffúzió és vele a diffúziós tényező nagysága. De ugyanilyen fontos a szűrési sebesség helyes megválasztása is. Az aktívszén nem fog adszorbeálni, ha a sebesség nagy. 7 / 10

8 Az aktívszén szűrőréteg öblítése - ahogy a homokszűrés esetében volt nem a fennakadó szennyezés eltávolítására szolgál, sokkal inkább a szűrőréteg átrendezése a célja. A gravitációs átfolyású aktívszén szűrő a réteg felső harmadában tevékeny, az alsóbb rétegeibe az időközben megtisztult vízből már nincs, mi diffundáljon. Az öblítés a pihent, alsóbb réteget hozza helyzetbe. Egy idő után már csak a relatíve kevésbé megtelt réteg kerülhet felülre. A rétegátrendezésnek mindaddig értelme van, amíg a barlangok a teljes térfogatban meg nem teltek. A koncentráció kiegyenlítődés a megtelt állapotig tart. Ezt az ún. jódszám jelzi. A jódszám 400 alatti értéke esetén az üzemeltetőnek az aktívszén megújításáról kell döntést hoznia. Az aktívszén adszorpciós hatásának visszaállítása az üregek kitakarításával érhető el. A reaktiválásnak keresztelt művelet a töltet kiemelésével jár. A vízből kivont szennyezés ekkor távozik a térből. A pórusok kitisztítása a gyártóműben történik. A művelet nem olcsó és a szén egy részének elvesztésével jár. A hiányzó mennyiséget visszatöltéskor pótolni kell. Alábbhagy az adszorpciós szűrőhatás akkor is, ha a felületen nem kívánatos biológia telepszik meg, elzárva a belsőbb üregek felé vezető utat. Ilyenkor vegyszeres úton vagy hőkezeléssel a biofilm lakóit megöljük és öblítéssel eltávolítjuk, mintegy felszabadítva a helyet a további adszorpció számára. A szennyvíztisztításnál közismert fogalom a dezintegráció. A szennyvizet vagy a szennyvíziszapot valamely dezintegrációs műveletnek alávetni azért célszerű, mert a víztisztítás és a biogáz kihozatal hatékonysága növelhető általa. Ez a meglátás tisztán empirikus. Az eljárásoknak termikus hidrolízis, ultrahangos besugárzás, átvezetés kavitációs zónán közös tulajdonsága, hogy mindegyik módszer vagy az iszap, vagy a vízben oldott molekulák mértének csökkenését éri el. A kisebb szemcseméret nagyobb felületet jelent, a kisebb molekuláknak a diffúziós tényezője nő meg a beavatkozás által. Mindkét hatás a Peszám csökkenését eredményezi. Dezintegrációs eljárás a víz ózonkezelése is, alkalmazásával a szennyezők molekulamérete csökken, azaz a diffúziós tényező nő. Használjuk az aktívszenet akár biofilmhordozóként vagy adszorbensként, a lebontandó szubsztrát vagy a megkötendő íz és szaganyagok molekulái összetörten könnyebben jutnak be a biofilmbe, illetve a belső terekbe. A diffúziós tényező nagysága csak a molekula mérettől függ, nem függ a kiszűrendő szennyezés anyagi minőségétől. Az irodalomból ismert adszorbensek szelektivitása fogalom azt sugallja, mintha az aktívszén válogatna a szennyezések között. Azonban inkább a nagy molekulákhoz rosszul megválasztott szűrési sebesség az oka ennek a vélt tulajdonságnak. Az aktívszén szűrők méretezése a tartózkodási vagy kontaktidő alapján történik. Ez a pusztán empíriára alapozott méretezési gyakorlat azonban meglehetősen elnagyolt. Tekintsük ehhez az alábbi, szintén hasonlósági összehasonlítást igénylő nagyon egyszerű példát ábra A Pe szám különbözősége 8 / 10

9 Nem szükséges különösebb magyarázat ahhoz, hogy a jobboldali elrendezés az azonos kontaktidő ellenére mind a biológiai, mind az adszorpciós szerepre kevésbé alkalmas. A poralakú és a granulált aktívszén nemcsak a szemcsék méretében különbözik, hanem az alkalmazás módjában is. Nyersvíz PAC Tiszta víz Nyersvíz τ GAC alacsony Pe Tiszta víz PAC PAC Öblítés (rétegátrendezés) 3-6. ábra A PAC és GAC alkalmazás különbözősége A poralakú aktív szenet, a PAC-ot a granulált aktívszén, a GAC őrlésével állítják elő, minek következtében a szemcseátmérő kisebb lesz. Ha a 3-1. táblázat adatai segítségével kiszámítjuk az egyenértékű szemcseátmérő nagyságát, jól látható, hogy az érdemben nem változik. Az őrlés nem változtatja meg a szén aktivált tulajdonságát. A kisebb szemcseátmérő (por méret) azonban nagyobb külső felületet, felszínt jelent. Az őrlés tehát a belső felületet külső felszínné konvertálja, miközben az összfelület nem változik. Jellemző PAC GAC Szemcseátmérő [mm] 4,5E-5 1E-3 Egyenértékű szemcseátmérő d e [m] 1,6E-8 1,3E táblázat A PAC és GAC szemcseátmérője és egyenértékű szemcseátmérője A PAC-t a vízbe szórjuk, a barlang bejáratához a szennyezőanyag odaszállítását keveréssel biztosítjuk. Hasonlóan az eleveniszapos szennyvíztisztításhoz, esetünkben is a reaktortérben a belső járatokkal rendelkező szénszemcse és a szennyezést szállító víz is mozog. Az adszorpció azonban inkább a külső felszínen jön létre. Ez a felszín ugyan nagyobb, mint a GAC külső felszíne, de az összfelülethez képest a por külső felszíne még mindig kicsi. A szennyezés befogása szempontjából az aktívszén részecske és a szennyezést szállító víz közötti relatív sebesség számít, amely hol kicsi, hol nagy. Átlagos értékét még becsülni is nehéz, Annyi biztosan állítható, hogy az alacsony Pe-szám biztosításához ez a relatív sebesség biztosan nem kellően kicsi érték. A Pe-szám távol lesz az ideálistól. Ezen kívül az adagolt szén egyszer használatos, a kontaktidő leteltét követően kiülepítjük a vízből. A GAC-kon a víz áthalad, a szűrési sebesség jól definiált, miáltal a Pe-szám meghatározása és a szűrés hatékonyságának megítélése egyértelmű. ( Az egy másik kérdés, hogy a különböző alkalmazásokban a Pe-szám kiszámítása nem szokásos, pontosabban eddig nem volt szokásos.) A jód-szám folyamatos figyelésével a szén kimerülésének mértéke mérhető, kihasználása maximálható. A por vagy granulátum alkalmazása kérdés megválaszolása tekintetében a hasonlósági szemlélet a GAC használatát lényegesen előnyösebbnek tekinti. Fogalmazhatunk úgyis a PAC alkalmazása csak szükségmegoldás, amely meglehetősen drága. 4 ÖSSZEGZÉS Simonyi (2011) ezt írja: Newton törvényei, Maxwell egyenletei axiómák. Nem azért igazak, mert közvetlenül beláthatók, hanem azért, mert a belőlük levont következtetések megegyeznek a valósággal. Valahogy így érdemes tekinteni a szűrők működésének megítélésére is. A 9 / 10

10 gömbnek tekintett szemcsék, az egyenértékű és mértékadó szemcseátmérők értelmezése idealizáltnak tűnhet ugyan, de a belőlük levezett összes következtetés magyarázza, indokolja, bírálja a szűrések működését, a velük kapcsolatos műveleteket. A levonható következtetések, mint ökölszabályok használhatók. A szűrések hatékonyságának megítélésénél a szennyezés mérete mellett a diffúziós tényező is meghatározó paraméter. Nincs értelme lassú- és gyorsszűrésről beszélni, az elválasztást a Pe-szám nagysága mutatja, az 1-hez közeli érték esetén a szűrés biológiai, míg nagy Pe-szám mellett biológia nem alakul ki, a szűrés mechanikai. A BAC (Biological Activated Carbon) tulajdonság nem a szén sajátsága, ahogyan a szemcseméret (PAC, GAC) az. A biológiai hatás kialakulása a szubsztrát tartalomtól és a Pe-számtól függ. Ha a vízben van szerves tápanyag és az aktívszenet biofilmhordozóként használjuk, szükségtelen a nagyon jó minőségű aktívszén alkalmazása, mert a letelepedő baktériumok nagyobb mérete miatt a belső felület nem használható ki, nem lakható be. Ha a tisztítandó víz nem tartalmaz szerves tápanyagot, az aktívszén szerepe adszorber. A felületi megkötés nem mágikus erőhatás következménye, a Pe-számban kifejezett áramlástani előfeltétele van. A tartózkodási idő önmagában nem dönti el a szűrés hatékonyságát, alacsony Peszámot biztosító geometriai elrendezés is kell. A por alakú aktívszénnel (PAC) történő víztisztítás nem képes kihasználni a szén lekötési kapacitását. A tartózkodási idő leteltével szén a befogadóképesség kiaknázása nélkül kerül kiülepítésre. A keverés okozta sebességkomponens emellett akadályozza a szennyezés leválasztásának előfeltételéül szolgáló diffúzió kialakulását. A PAC vízhez való hozzákeverése nem tekinthető termelékeny eljárásnak, inkább egyfajta kényszermegoldásnak. A hasonlóságelméleti megközelítés nem tesz különbséget ivóvíztisztítás és szennyvíztisztítás között. A levont következtetések egyszerű geometriai és hasonlóságelméleti meglátásokból származnak. A velük rajzolható szemléletes képeket az üzemeltetők jobban értik, így beavatkozásaik megalapozottabbak lesznek. 5 IRODALOMJEGYZÉK [1] [2] Palicska, J. Magyarné, Bede. M.: Aktívszén-kiválasztás ivóvíztisztítási célokra, Vízmű Panoráma, 2014/5 Öllős, G. (1998): Víztisztítás-üzemeltetés, Egri Nyomda Kft. Simonyi, K. (2011): A fizika kultúrtörténete, Akadémiai Kiadó 10 / 10