Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék

Átírás

1 Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Környezetmérnöki Tanszék H-7624 Pécs, Boszorkány út 2. Tel/Fax: 72/50-650/965 SZENNYVÍZTISZTÍTÁS ÜLEPÍTÉS ÉS BIOLÓGIAI MŰVELETEK (Oktatási segédanyag) Készítette: Dittrich Ernő egyetemi adjunktus

2 TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK 2 1. Homokfogók Homokfogók célja, feladata, típusai Hosszanti átfolyású homokfogók Kialakításuk Hidraulikai méretezés, példák Függőleges átfolyású homokfogók Kialakításuk Méretezésük, példák: Levegőztetett homokfogók Kialakításuk: Hidraulikai méretezés, példák: Hidraulikus zsírfogók Ülepítők Ülepítők célja, feladata, típusai Az ülepítők méretezése 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 Vízszintes hosszanti átfolyású ülepítők Kialakításuk Méretezés, példák Vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő Kialakítás Méretezés, példák Függőleges sugárirányú átfolyású ülepítők Kialakítás Méretezés, példák 24. Biológiai szennyvíztisztítási alapok Eleveniszapos eljárás Kialakítás Méretezés, példák 0 Csepegtető testes biológiai tisztítók Kialakítás Méretezés, példák 41.. Merülő-tárcsás biológiai tisztítók Kialakítás Méretezés, példák 44 Felhasznált források 47 MELLÉKLETEK 48 2

3 1. melléklet: A víz telített folyadék és száraz telített gőz állapotának dinamikus viszkozitás és hővezetési értékei a telítési hőmérséklet függvényében (Vesztergom, 1994) 49. melléklet: Ülepítők vízelvezetési megoldásai a vonatkozó vízhozam képletekkel 50. melléklet: Homokfogók üzemelési zavarai melléklet: Ülepítők üzemelési zavarai melléklet: További ülepítő típusok vázrajzai 5 6. melléklet: Eleveniszapos levegőztető medence tervezési paraméterei az MI /5-84 alapján 54

4 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, 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 (0-90 m) - Függőleges átfolyású homokfogók Előnyük hogy kisebb kiterjedésű műtárgyak, azonban kisebb a leválasztásai hatásfoka. 4

5 - 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 Hosszanti átfolyású homokfogók Kialakításuk A kialakítás tervezése során az alábbi fő szempontokra kell törekedni (MI /4-1984; MSZ EN ): - 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

6 Hidraulikai méretezés, példák példa: Hosszanti átfolyású homokfogók fő méreteinek meghatározása Határozzuk meg egy hosszanti átfolyású homokfogó főbb méreteit, az alábbi adatok ismeretében: - A leválasztandó minimális szemcseméret: d0,1 mm (finomhomok) - A maximális áramlási sebesség: v0, m/s - Az érkező szennyvíz mértékadó hozama: Q max 240 l/s - Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρ sz 1000 kg/m - Az érkező szennyvíz hozama jelentősen ingadozik - Az elvárt leválasztási hatásfok: η95 % - 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 db párhuzamos műtárgy kerül betervezésre. Így a műtárgyankénti csúcshozam: Q m 80 l/s288 m /h0,08 m /s. Kiválasztandó, a mértékadó szemcse átmérőhöz tartozó ülepedési sebesség az alábbi táblázatból. Mely esetünkben: v ü 24 m/h. Ülepedési sebesség [m/h] Anyag Sürűség Szemcseátmérő [mm] [t/m] 0,1 0,2 0,5 1 kvarchomok 2, szén 1, lebegőanyag 1, táblázat: különböző anyagok ülepedési sebessége ( v ü ), 10 C-os álló kommunális szennyvízben, szemcseátmérők szerint (MI /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 v a v ü /α 24/4,25,7 m/h 6

7 A homokfogó ülepítési hatásfoka [%] táblázat: Hazen-féle ülepedési korrekciós tényező (α ) a szemcseátmérő és a leválasztási hatásfok alapján (MI /4-1984) A homokfogó felületének meghatározása: AQ m /v a 288/5,750,5 m 2 Ülepedési korrekciós tényező [ - ] A homokfogó hasznos mélysége (ebben nincs benne a kiülepedett homok tárolására szolgáló tér mélysége) megválasztandó. Általában: H0,25-0,8 m. Esetünkben legyen: 0,4 m. Így a homokfogó szélessége: BQ m /v*h0,08/0,*0,40,66 m A homokfogó hasznos hossza: LA/B50,5/0,6675 m Szemcseátmérő [mm] 0,1 0,2 0,5 1,0 5,6 4,0 2,5 2,5 4,2,0 1,8 1,8,5 2,4 1,6 1,6 2,8 1,9 1,2 1,2 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. H 0,4 Az ülepedési idő: τ ü 0,07óra 4, 2 perc v 5,7 a A hosszirányú sebességből számított tartózkodási idő: Mivel: τ ü τ, a műtárgy főméretei megfelelőek! τ L v 75 0, 250s 4,2 perc A homok tároló rész magassága: Tapasztalatai értékek a szennyvízből leválasztott homok mennyiségére (MI /4-1984): - Elválasztott csatornarendszer esetén: 0,07-0,2 l/m - Egyesített csatornarendszer esetén: 0,6-0,5 l/m Esetünkben az elválasztott csatornarendszerből származó szennyvíz maximum értékét feltételezve a várhatóan leválasztott homok mennyisége: 0,2 l/m Maximum naponta történik a műtárgy tisztítása, így a tározandó leválasztott homok mennyiség: V h 0,2*24*288*41474,2 m. A homokréteg átlagos magassága: H(h) V h /A4,2/50,50,08 m. Az egyszerűbb homokkivétel érdekében a homokgyűjtő teret vályúszerűen alakítják ki. 7

8 A műtárgy mélységének (H t ) a meghatározása: H t H h +H+0,25m 0,8 m (kerekítve), ahol 0,25 m a kiöntési biztonság példa: Hőmérséklet hatásának vizsgálata Az előző példában bemutatott MI /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 0 C, minimális hőmérséklete pedig 5 C (Kucsera, 1995). Lamináris tartományt feltételezve, a 0,1 mm átmérőjű gömb-alakú homokszemcse ülepedési sebessége: v ü 2 d ρ g 18 η Ahol: - d: az ülepedő szemcse átmérője [m] - ρ: a homokszemcse és a víz sűrűségének különbsége ( ) [kg/m ] - 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: η *10-6 kg/m*s η 0 797*10-6 kg/m*s Így a minimális illetve a maximális hőmérséklethez tartozó ülepedési sebességek: v 5 (0,1*10 - ) 2 *1650*9,81/18*1525*10-6 0,0059 m/s21,2 m/h v 0 (0,1*10 - ) 2 *1650*9,81/18*797*10-6 0,011 m/s40,6 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*21,2/2484%-ra csökken. - A 0 C-hoz tartozó leválasztási hatásfok: 95*40,6/24161%, tehát a 0,1 mm-nél kisebb szemcséket is képes 100%-os hatásfokkal leválasztani. 1.. Függőleges átfolyású homokfogók Ajánlott alkalmazási tartomány: Q4000 m /nap szennyvízhozam felett, illetve minden olyan esetben ahol a helyhiány nem teszi lehetővé hosszanti átfolyású homokfogó telepítését. 8

9 1..1. Kialakításuk A kialakítás során az alábbi szempontokra kell figyelemmel lenni (MI /4-1984; MSZ EN ): - A szennyvíz bevezetését szolgáló csillapító hengerben az áramlási sebesség 0,5-1 m/s legyen. Egyszerű merülő-falas kialakítás esetén az áramlási sebességet 0, 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: 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 Méretezésük, példák: 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: Q m 600 m/h - A leválasztandó minimális szemcseméret: d0,2 mm (finomhomok) - Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρ sz 1000 kg/m - 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) v ü 82 m/h. (Itt a függőleges áramlási irány miatt α-val nem kell korrigálni az ülepedési sebességet.) Így a műtárgy szükséges hasznos felülete: AQ m /v ü 600/827,1 m2 A bevezető csillapító henger keresztmetszete 0,5 m/s sebesség figyelembe vételével: A csillapító henger átmérője: A Q v 600 0,5*600 m cs cs 0,m 2 Dcs 4* Acs / π 0, 6m 9

10 A műtárgy hasznos felülete a csillapító henger felületével növelendő. Így a kör keresztmetszetű műtárgy átmérője: D 4*( A + Acs ) / π, 2m A függőleges csillapító henger hossza: 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+(-0,5)/2*1,6+0,55,5 m 1.4. Levegőztetett homokfogók Kialakításuk: A műtárgy kialakításának főbb szempontjai lenni (MI /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:-as magasság:szélesség arányú kialakítás, melyet a fenék közelében célszerű lekerekíteni. - A homokgyűjtő vályút célszerű a befúvás oldalán, a teljes fenék-szélesség 1/-án belül kialakítani, melynek szélessége a medence szélesség 10 %-a. - A szennyvíz elvezetése a műtárgy végén kialakítandó bukóél segítségével történik Hidraulikai méretezés, példák: 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: Q m 2000 m /h, m /perc0,56 m /s - A leválasztandó minimális szemcseméret: d0,2 mm (finomhomok) - Az érkező szennyvíz sűrűsége: ρ sz 1000 kg/m - Az elvárt leválasztási hatásfok: η90 % - Elválasztott rendszerű csatornáról érkezik a szennyvíz - A műtárgynak csak leválasztási funkciója van. 10

11 .ábra: levegőztetett homokfogók keresztmetszeti kialakítása (MI /4-1984) Méretezés alapértékei lenni (MI /4-1984): - a vízszintes irányú áramlási sebesség: v0,15 m/s - a csavarvonal menti áramlási sebesség: v cs 0, m/s - a megfelelő mértékű csavarvonal alakú áramlási viszonyok eléréséhez közelítőleg 1-2,5 m/h*medence térfogat fajlagos levegőmennyiség szükséges. A pillanatnyi szennyvízhozamtól és a műtárgy jellemzőitől függően ez beállítható. - Az ajánlott tartózkodási idő a műtárgyban T2-10 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 [%] ,125-0, ,160-0, ,200-0, ,250-0, ,15-0, táblázat: a szükséges tartózkodási idők levegőztetett homokfogóban (Dulovics, 1997). A -as táblázat alapján a tartózkodási idő: t7 perc. A medence térfogata: VQ m *t,*72 m A medence hasznos keresztmetszete: A v Q m /v0,56/0,15,7 m 2 (Ehhez még hozzá jön a homok-gyűjtő vályú) A medence hasznos hossza: LV/A v 6 m A keresztmetszet kialakítása, 4: oldalarányú kialakítás esetén: A v a*ba*4/a4/a 2. Így A fenékszélesség: a1,6 m A hasznos mélység: b2, m 11

12 A szükséges levegő mennyisége: 2-58 m/h (normál állapotban) A várható energia igényt az alábbi táblázatból lehet becsülni lenni Levegőztetett homokfogók fajlagos energiaszükséglete A műtárgy hasznos keresztmetszete [m2] Fajlagos energiaszükséglet [Wh/műtárgym] táblázat: a levegőztetett homokfogók fajlagos energia szükséglete (MI /4-1984) Tehát esetünkben (4 m2-el számolva) a várható energiaszükséglet: 2m *12Wh/m 2796 V h Hidraulikus zsírfogók A szennyvíztisztító telepeken célszerű zsírfogót is kiépíteni, mert a zsírok olajok jelenléte káros lehet a későbbi technológiai elemekre. Az zsírok, olajok inhibitor koncentráció értéke mindössze 50 mg/l, mely a biológiai reaktort elérve komoly üzemeltetési problémákat okozhat. A gépészeti elemek karbantartása, és a későbbi fázisszétválasztó egységek felúszó iszapjának kezelése szempontjából is előnyös a zsírok, olajok technológia elején történő leválasztása. Az MI /4 alapján 0,25 mm-es mértékadó olajcseppre célszerű méretezni a műtárgyat. A felúszási sebesség a lamináris ülepedési törvény alapján méretezhető. A méretezés elve a hosszanti átfolyású homokfogóéhoz hasonló. A hidraulikus tartózkodási időnek nagyobbnak kell lennie, mint a felúszási sebességből számított felúszási időnek (τ f ). Mivel az áramlás energia tartama miatt a lamináris ülepedési törvényből számított felúszási sebesség nagyobb, mint a valós, ezért célszerű a hidraulikus tartózkodási időt egy b biztonsági tényezővel osztani az alábbiak szerint: A biztonsági tényező értéke: b1,5-4,0 τ τ f b A felúsztatási hatásfok levegővel telített vízbevezetéssel javítani lehet, a levegő szükséglet ebben az esetben 0,2-0,25 m levegő/m víz. Hosszanti átfolyású homokfogó esetén a homokfogó műtárggyal egybeépítve a zsírfogót műtárgyhossz spórolható meg. Mivel a zsírfogó hosszigénye nagyobb, ezért ebben az esetben a műtárgy első része működik homokfogóként, és a felúszott zsír kivétele a műtárgy végén történik meg. 12

13 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. 1

14 2.2. Az ülepítők méretezése 4.ábra: ülepítők osztályozása (Öllős, 1992) 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 /4-1984) Az előülepítők méretezésekor az alábbi értékeket kell meghatározni: - az ülepítő felületi hidraulikai terhelése [m /m 2 *h] - a szükséges átlagos tartózkodási idő [h] - az ülepítő felületi lebegő anyag terhelése [kg/m 2 *h] - a vízszintes, illetve függőleges átfolyási sebesség [cm/s] - a bukó-él terhelése [m /m*h] 14

15 Felületi hidraulikai terhelés: A felületi hidraulikai terhelés (L f ) kétféle képletből számítható (méretezési módtól függően): (1) L f Q m /A (2) L f H/t Ahol: - Q m : 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: Előülepítő Utóülepítő Tisztítási eljárás Hosszanti Sugárirányú Függőleges Hosszanti Sugárirányú Függőleges Felületi hidraulikai terhelés [m/m2*h] Mechanikai 1, 1, 1, Csepegtető testes 1, 1, 1, 1,2 1 1,2 Eleveniszapos 4 4 0,7 0,6 0,8 Kémiai 4 4 1,2 1 1,2 5.táblázat: Az egyes ülepítő típusok maximális felületi terhelési értékei (MI /4-1984) Utóülepítők esetében a hidraulikai terhelésnél a nagykörös recrikuláció okozta többlet terhelést figyelembe kell venni! 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: Tisztítási eljárás Ajánlott legkisebb tartózkodási idő [h] Előülepítő Utóülepítő Mechanikai 1,2 - Csepegtető testes 1,2 1,5 Eleveniszapos 0,4 2,2 Kémiai 0,4 1,5 6.táblázat: Az ülepítőkben javasolt legkisebb tartózkodási idők(mi /4-1984) A tartózkodási idő felvételével, meghatározható a műtárgy hasznos térfogata: V h t*q m 15

16 Az így kapott térfogat értéket korrigálni kell, az ülepítő típusától függő un. hidraulikai hatásfokkal, melynek értékeit a 7-es táblázat tartalmazza: VV h /η h Ülepítő-típus Hidraulikai hatásfok [%] Hosszanti átfolyású 80 Sugárirányú átfolyású 70 Függőleges átfolyású 60 7.táblázat: Ülepítők hidraulikai hatásfoka(mi /4-1984) A felületi LA terhelés Az ülepítő felületi LA terhelése az alábbi képlettel határozható meg: L LA Q*C LA /A Ahol: - Q: a napi szennyvíz mennyisége [m /h]-ban - C LA : a belépő LA koncentrációja [kg/m ] - A: a medence hasznos felülete [m 2 ] A megengedhető felületi LA terhelés előülepítők esetében kg/m 2 *h, de a téli időszakban javasolt maximum 2 kg/m 2 *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 /4-1984) 16

17 Utóülepítők esetén az elfolyó szennyvíz maximális LA tartalma g/m lehet. Előülepítés esetén ez az érték 0-00 g/m között változik, az utána kapcsolódó technológiától függően. Az eleveniszapos levegőztető medencét követő utóülepítőt terhelő C LA lebegő anyag koncentráció közelítőleg az alábbi összefüggésből számítható: C X + C LA tot EÜ la Ahol X tot az eleveniszapos levegőztető medencében biztosítandó eleveniszap koncentráció és C LA EÜ pedig az előülepítőt elhagyó LA-koncentráció. Fontos megemlíteni, hogy utóülepítők hidraulikai méretezésekor az utóülepítőt terhelő vízhozam a nyers szennyvízhozam recikrulációs rátával korrigált értéke, azaz: Q UÜ be ( 1+ R) Q be Átfolyási sebességek Az átfolyási sebesség értéke ne haladja meg a 1 cm/s értéket! Bukó-él hidraulikai ellenőrzése A bukó-él terhelés maximális értéke (MI /4-1984): - előülepítőknél: L Bmax 6 m /m*h, - utóülepítőknél: L Bmax 18 m /m*h, A bukó-él ellenőrzése az alábbi képlet alapján történik: Qm L B max LB l B Ahol l B a bukó-él hossza. A bukóélet mindig célszerű fogazni! Előülepítő iszapzsompjának méretezése Előülepítők esetében 6-12 órányi keletkező iszapmennyiség tárolására szolgáló zsomptérfogatot szükséges kialakítani (MI /4-1984). A számított zsomptérfogat geometriai méretezését a szennyvíz hatékony ülepítő terének geometriája szabja meg. Az iszapzsomp alja 0,-0,5 m fenékszélességgel kerüljön kialakításra. Az iszapzsomp oldalfala legalább 1,6:1-hez hajlású legyen. Az előülepítőből kikerülő primer iszap főbb jellemzői (MI /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

18 Az iszapzsomp térfogata legegyszerűbben a telep BOI5-ben számított LE-terheléséből, a szükséges iszaptározási idő alapján számítható 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 /4-1984). Az utóülepítőből kikerülő szekunder iszap főbb jellemzői (MI /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-,1 l/le,nap - Az iszap szerves-anyag hányad eleveniszapos tisztításnál: 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.. Vízszintes hosszanti átfolyású ülepítők Kialakításuk Alkalmazása, 200 m feletti műtárgy térfogat esetén gazdaságos. Műtárgy kialakítás főbb szempontjai (MI /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: :1 - Javasolt szélesség: 4-8 m - Javasolt mélység és hossz arány: 1:0-1:20 - 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/-adában kell megvalósítani - Uszadék visszatartás céljából a gyűjtő vályúban merülő-falat célszerű kialakítani, az oldalfalban uszadék eltávolító nyílással 18

19 7.ábra: Hosszanti átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992) Méretezés, példák 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: Q m 400 m /h - Az átfolyási sebesség: 0,5 cm/s18 m/h - 2 db egymással párhuzamos ülepítő kerül kialakításra - A bejövő szennyvíz LA tartalma: 50 g/m, a távozó szennyvíz elvárt LA tartalma: 120 g/m. 19

20 A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: L f 1, m /m 2 *h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t1,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: 1,5 h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig 1,2 m /m 2 *hnak. Így 1 db műtárgy hasznos térfogata: V(h)Qm*t1,5*20000 m A szükséges térfogat számítható a 7-es táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V V h /η h 00/0,875 m A szükséges hasznos felülete: AQ m /L f 200/1,2167 m2 A kettőből számítható a hasznos mélység: HL f *t1,2*1,51,8 m A műtárgy hasznos keresztmetszete (a homokfogóknál tanultak alapján): AvQm/v200/1811,1 m2 Így a műtárgy hasznos szélessége: BAv/H11,1/1,86,2 m A műtárgy hossza: LA/B167/6,227 m A műtárgy ellenőrzése felületi LA terhelés szempontjából: L LA Q*C LA /A200*0,5/1670,41 kg/m 2 *h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz várható LA tartománya a hőmérséklettől függően: 8-5 g/m. 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 Vízszintes sugárirányú átfolyású ülepítő Kialakítás Javasolt alkalmazása m feletti ülepítő tér esetén. Műtárgy kialakítási szempontjai (MI /2-1984): - 40 m feletti átmérő nem javasolt a szél fokozott hatásai miatt - javasolt vízmélység: átmérő arány 1:20-1:25 - fenéklejtés (2-%) és a medence átmérőjének pontos maghatározása a kotróberendezéssel összhangban történjen - iszapzsomp oldal falainak lejtése 60 - a víz elvezetésére a 2..1-ben foglaltak érvényesek 20

21 8.ábra: Sugárirányú átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992) 21

22 Méretezés, példák 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: Q m 400 m /h - 2 db egymással párhuzamos ülepítő kerül kialakításra - A bejövő szennyvíz LA tartalma: 2000 g/m, a távozó szennyvíz maximális LA tartalma: 0 g/m. A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: L f 0,6 m /m 2 *h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t2,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: t2, h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig L f 0,5 m /m 2 *h-nak. Így 1 db műtárgy hasznos térfogata: V h Q m *t2,* m A szükséges térfogat számítható a 6-os táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V V h /η h 00/0,7660 m. A szükséges hasznos felület: AQ m /L f 200/0,5400 m 2 Ebből a hasznos felülethez tartozó átmérő: D22,5 m A műtárgy átlagos hasznos mélysége: HV/A1,65 m A felületi LA terhelés: L LA Q*C LA /A200*2/4001 kg/m 2 *h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz maximális LA koncentrációja: 0 g/m. 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: l B D*π70,7 m A számított élterhelés: L B Q m /l B 200/70,7m2,8 m /m*h<18m/m*h A fogazás méretei a 9-es számú ábrán található képletek és grafikon segítségével egyszerűen számíthatóak! 22

23 9. ábra: bukó-él méretezés segéd diagrammja és összefüggései (Kucsera, 1995) 2.5. Függőleges sugárirányú átfolyású ülepítők Ezt a műtárgytípust maximum V h 100 m hasznos műtárgy térfogatig célszerű alkalmazni Kialakítás (MI /2-1984, MSZ EN ): - Általában kör alakú, tölcséres kialakítású műtárgyak. - A csillapító hengert úgy kell kialakítani, hogy a lefelé áramló víz sebessége ne haladja meg a cm/s értéket. - A bukóél terhelés nem lehet több m /m,h-nál. - Az iszapzsomp részű-hajlása legalább 1:1,75 legyen - A csillapító henger alsó síkját a teljes medence mélység 2/-ban kell előírányozni. - A feláramlási sebesség ne haladja meg az 1 m/h értéket. 2

24 10. ábra: Függőleges átfolyású ülepítő kialakítása (Öllős, 1992) Méretezés, példák 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: Q m 25 m /h - A bejövő szennyvíz LA tartalma: 1500 g/m, a távozó szennyvíz maximális LA tartalma: 0 g/m. A 5-ös táblázatból meghatározható a maximális felületi terhelés: L f 0,6 m /m 2 *h Az 6-os táblázatból pedig a minimális tartózkodási idő: t2,2 h Válasszuk a tartózkodási időt: t h-nak, a felületi hidraulikai terhelést pedig L f 0,6 m /m 2 *h-nak. Így a műtárgy hasznos térfogata: V h Q m *t*2575 m A szükséges térfogat számítható a 6-os táblázatból választandó hidraulikai hatásfok figyelembe vételével: V V h /η h 75/0,6125 m. A szükséges hasznos felület: AQ m /L f 25/0,642 m 2 Ebből a hasznos felülethez tartozó átmérő: D7, m A műtárgy átlagos hasznos mélysége: HV/A125/42,0 m 24

25 A csillapító henger átmérője: D Q 4* v m 25 4* 600*0,0 π cs cs 0, 5 π A felületi LA terhelés: L LA Q*C LA /A25*1,5/420,9 kg/m 2 *h 6. számú ábráról leolvasható a távozó szennyvíz maximális LA koncentrációja: 0 g/m. Tehát a műtárgy LA leválasztás szempontjából megfelelt! A feláramlási sebesség ellenőrzése: Qm Qm 25 v fel 0,6m / h 1m / h A Acs 2 2 π 2 2 π ( D d )* (7, 0,5 )* 4 4 Tehát a feláramlási sebesség az adott geometria esetén megfelel! m 25

26 . 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..1. Eleveniszapos eljárás 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 átalakítása, 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

27 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 nitrifikációja is. Az eleveniszapos szennyvíztisztítás 11. ábrán bemutatott alapváltozatának számos továbbfejlesztett módosítása létezik. 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 hatékonyság 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. Jelen segédletben nem térünk ki az eleveniszapos rendszer nagyszámú kialakítási alternatívájára, hanem az alábbi legelterjedtebb szelektor elrendezési változat vázlattervi szintű méretezését fogjuk bemutatni. 12. ábra: Phoredox (vagy más néven A2/O) eljárás A fentebbi ábrán látható rendszer anaerob és anoxikus előszelektorokból áll, melyet a levegőztető medence és az utóülepítő követ. Az anaerob előszelektor előtt kerül visszavezetésre az utóülepítőből érkező recirkuláció, melyet nagykörös recirkulációnak 27

28 hívunk. Az anoxikus medence elejére pedig a levegőztető medence végéből visszavezetett recirkulácó van vezetve. Ezt kiskörös vagy nitrát-recirkulációnak hívjuk. Ez a rendszer megfelelő kialakítás esetén a hagyományos szevesanyag eltávolításon és nitrifikáción túl, képes denitrifikáció révén a szennyvíz ÖN tartalmának csökkentésére és a biológiai foszfor eltávolításra is. A rendszerbe befolyó előkezelt szennyvízhez hozzákeveredik a nagykörös recikruláció eleveniszapja majd a szennyvíz az anaerob szelektorba folyik. Ebben a reaktor térben az obligát aerob baktérium törzsek oxigén hiányában nem tudnak lélegezni, és endogén élet funkcióik során saját sejtanyagaik egy részét élik fel. Ilyenkor az endogén anyagcsere során a anedozin-trifoszfát (és több ehhez hasonló) vegyületek lebontása történik, melynek révén bizonyos mennyiségű foszfor diffundál ki a szennyvízbe. A foszforban gazdag szennyvíz és eleveniszap keverék az anoxikus medencetérbe kerül, ahol az aerob mikroorganizmusok a nitrátban gazdag kiskörös recirkuláció kötött oxigénjét kénytelenek légzésre használni. Ennek következtében a nitrtát nitrogén tartalma nitrogén-gázzá alakul és kidiffundál a légtérbe. Ebben a medencében a levegőztető medencéhez képest alacsonyabb lebontási sebesség mellett szervesanyag lebontás is zajlik. A továbbhaladó szennyvíz és eleveniszap eleggyel érkező mikroorganizmusok a levegőztető medencében magas lebontási sebesség mellett végzik el a biodegradálható szerves fázis bontását, illetve a biokémiai nitridikáció is lezajlik a medencében. A levegőztető medence végéből van visszavezetve az anoxikus medence elejére a nitrátban gazdag kiskörös recikuláció. A levegőztető medencét fázisszétválasztó egység (általában utóülepítő) követi. Az eleveniszapos levegőztető medencét terhelési viszonyai szerint osztályozzuk a leggyakrabban, az alábbiak szerint (MSZ-EN :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: 28

29 9. táblázat: Eleveniszapos levegőztető medence főbb tervezési paraméterei (Benedek-Valló, 1990) (MEGJEGYZÉS: MLSS az eleveniszap koncentrációt jelenti, jelen jegyzetben a továbbiakban X tot jelölést használunk rá, míg az F/M az iszapterhelés jelenti, melyet a továbbiakban L v,s1 - nek jelölünk ) 10.táblázat: Tájékoztató értékek különböző típusú eleveniszapos rendszerek főbb tervezési paramétereire (MSZ-EN :2002).1.1. Kialakítás (MI /5-84, MSZ-EN :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. 29

30 - A szennyvíz hőmérséklete télen a lehető legkisebb mértékben csökkenjen - A megfelelő oxigén beviteli hatékonyság érdekében a levegőzető medence mélysége 4 m-nél kisebb ne legyen. - Az anoxikus és anaerob szelektorokban a jó elkeveredés biztosítása és a holttér mentesség szintén fontos követelmény Méretezés, példák példa: Eleveniszapos Phoredox eljárás közelítő méretezése Az eleveniszapos tisztító műtárgyra érkező települési szennyvíz mennyisége: 50 m /nap, a levegőztető medencére érkező szennyvíz BOI 5 koncentrációja: 00 g/m, NH 4 -N koncentrációja: 50 g/m, KjN koncentrációja: 80 g/m, ÖP koncentrációja 20 g/m és LA tartalma 100 g/m. Az utóülepítő műtárgyból elfolyó szennyvíz megengedhető BOI 5 koncentrációja: 0 g/m, megengedhető NH 4 -N koncentrációja: 10 g/m és a telep ÖN határértéke: 20 g/m míg ÖP határértéke: 10 g/m. A szennyvíztelepre érkező szennyvíz lakos-egyenértéke BOI 5 -re vonatkoztatva: 500 LE. A szennyvízhőmérséklet 15 C. Az utóülepítőből 0 g/m -es maximális LA-koncentrációval távozhat a tisztított szennyvíz. Szakirodalmi ajánlások felhasználásával, határozza meg: 1. A műtárgytól elvárt tisztítási hatásfokokat 2. A levegőztető medence térfogatát. A biológiai lebontás oxigén szükségletét 4. A szükséges recirkuláció mértékét 5. A keletkező fölös-iszap mennyiséget 6. Az iszapkor nagyságát. A számítás kiindulási adatai: 0

31 Elvárt tisztítás mértéke: m Q 50 d LA g Cbe 100 m LA g Cki 0 m BOI 5 g Cbe 00 m BOI 5 g Cki 0 m NH 4 N g Cbe 50 m NH 4 N g Cki 10 m KjN g Cbe 80 m ÖN g Cki 40 m ÖP g Cbe 20 m ÖP g Cki 10 m η η η η BOI 5 NH 4 N ÖN ÖP C C C C KjN be ÖP be BOI 5 BOI 5 be ki BOI 5 Cbe C C NH 4 N NH 4 N be ki NH 4 N Cbe C KjN be C ÖP be C ÖN ki ÖP ki C 00 0 *100 *100 90% *100 *100 80% *100 *100 75% *100 *100 50% 20 A valós nitrifikációs hatásfok igény nagyobb, mert a nyers szennyvíz szerves nitrogén tartalmának (0 g/m ) egy részét is nitrifikálni szükséges a határérték betartása érdekében. 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): 1

32 C t k * X BOI 5 be 1 C * C BOI 5 ki BOI 5 ki ahol: - k: a biológiai lebontás reakciósebességi állandója [l/mg*d]. Települési szennyvíz esetén a k értéke (Benedek-Valló, 1990) 0,017 0,0 l/mg*d, míg ipari szennyvíz esetében 0,006-0,014 l/mg*d. Esetünkben a városi szennyvízre vonatkozó minimális értéket felvéve k0,017 l/mg*d. - X 1 : a műtárgyban lévő eleveniszap koncentrációja (szerves rész) [kg/m; g/m] A 9-es táblázatból: X 1 2,5 kg/m t 0,21nap 5,1h 10h 0,017*2500*0 Az MI /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 50* 0,42 150m - A műtárgy BOI 5 -térfogati terhelésének (L b ) ellenőrzése (MI /5-84): L Q * C V 50*00 kg 0,7 150*1000 m d BOI 5 be b 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 BOI 5 terhelésének ellenőrzése (MI /5-84): Ehhez először ki kell számítani az eleveniszap koncentráció értékét, a méretezés elején felvett X 1 eleveniszap koncentráció szerves hányadából. X 1 X tot c 1 2,5 0,7,6kg / m Ahol c 1 [-] az eleveniszap szerves hányada, melynek értéke a 6-os számú mellékletben található. A 10-es táblázat alapján X tot -ra ez az érték megfelelő. L BOI Q * Cbe X * V 50 *00 5 v, s1 tot,6 *150*1000 kg 0,19 kg * nap 2

33 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 X tot 4,6 kg/m, melynek szerves hányada: X 1 0,7*4,6,2 kg/m. A szükséges oxigénbevitel kapacitás: A fajlagos oxigén-igény (Horváth, 1992): O f ( k s r * v s + k ) * X e r 1 +,4* T h *( S NH 4 N 0 S NH 4 N e ) Ahol: - k r s : szubsztrátum oxigénigényének állandója [-] A 11-es táblázatból: k r s 0,45 - kr e : az endogén légzés fajlagos sebessége [1/d] A 11-es táblázatból: k r e 0, táblázat: anyag-mérleg egyenletek állandói (Benedek-Valló, 1990) Városi szennyvízre a hozam-konstans értéket y0,6-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: v s C BOI 5 be X C 1 * t BOI 5 ki *0,42 kg. BOI5 0,2 kg. iszap * d 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. - T h : a térfogati hidraulikai terhelés:

34 T Q 50 m 2, h V 150 m * d Az ammónium nitrifikációján kívül, szükséges figyelembe venni a szerves nitrogén tartalom teljes ammonifikációjából jelentkező többlet ammónium nitrogént is. A tényezők ismeretében a fajlagos oxigén-igény: O f go2 0,45*0,2 + 0,12) *200 +,4 * 2,*((50 + 0) 10) m * d ( A szükséges oxigén beviteli kapacitás: OC n Cs 10,1 kgo2 β * 1,25* * O f 1,*1,25* *1,279 2,16 C C 10,1 2,5 m * d s e ahol: C s : oxigén telítési koncentráció melynek értéke a 12-es táblázatból választható. C e : 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,-1,5 (Horváth, 1992). 12. táblázat: A víz telítési oxigén koncentrációja az oldott sótartalom és a vízhőmérséklet függvényében (MI /5-84) A kapott érték ellenőrizhető a 9-es táblázatból, mely go 2 /m *d értéket javasol fajlagos oxigén-igényre. A teljes medencére vonatkoztatva: kgo * V 2,16 * d OC n 2 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/m. A számított oxigénbevitelt a BOI5 terhelés figyelembe vételével ellenőrizni kell: 4

35 L ox OC L b n 2,16 *100 08% 0,7 Mivel az MI / % minimális értéket javasol, ezét megfelel (6-os melléklet). A szükséges recirkuláció mértéke: A recirkulációs arány az alábbi képlet alapján számítható: R X X 1 X 1,2 *100 * % 6,2 Ahol: X : a recirkuláltatott iszap és a fölösiszap koncentrációja [kg/m], mely az alábbi képlet segítségével számítható: ahol: X * c1 *0,6 6 M i 120 M i : Mohlmann-féle iszapindex ml/g-ban, 9-es táblázatból M i 120 ml/g kg m 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: MiSVI SV0/X [ml/g] Ahol: - SVI: iszap-ülepedési index - SV0: az iszap térfogata 0 perc ülepítést követően (ml/l) 0 perces ülepedés - X: az iszap koncentrációja (g/l) - SVI: ml/g A fölös iszap hozam: A keletkező fölös-iszap mennyisége (Horváth, 1992): Fi ( y * vs ke ) * X 1 + Th *( Li + La ) Ahol: - y: hozam-konstans: y0,6 - k e : endogén fajlagos lebomlási sebesség [1/d], a 11-es táblázatból: ke 0,09 1/d - L i : érkező lebegő anyag inert szerves része [kg/m], melynek értéke: 6,75 g/le*d kg L i 6,75*500 /(50*1000) 0,0675 m 5

36 - La : érkező lebegő anyag ásványi része [kg/m], melynek értéke:,9 g/le*d kg L a,9*500 /(50 *1000) 0,09 m Az ismert értékek segítségével a keletkező fölös-iszap mennyisége számítható: kg F i ( 0,6*0,2 0,09) *,2 + 2,*(0, ,09) 0,54 m * d A teljes műtárgytérfogatra vonatkoztatva: Az iszapkor: kg F i * V 0,54* d Az iszap tartózkodási ideje a rendszerben: I V * X tot V * F + Q * C 150* 4,6 K 7, 7 LA i e 150*0, *0,0 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! Az anoxikus szelektor közelítő méretezése: Az anoxikus szelektor térfogata általában a levegőztető medence 20-50%-a. Az anoxikus szelektor közelítő méretezését Benedek Pál (1990) által közölt közelítő eljárással végezzük el. A méretezéshez kiindulásként fel kell venni egy anoxikus szelektor térfogatot, mely esetünkben legyen a levegőztető medence 50%-a, így V denitr 0,4*15060 m. Így a denitrifikációval kiegészített iszapkor: denitr I K 7,7 I K 12, 8nap Vdenitr 1 0,4 1 V A vízhőmérséklet a kiindulási adatok szerint 15 C. Az alábbi diagram segítségével meghatározható fölösiszap-n és a nyers szennyvíz BOI 5 aránya és a szubsztrátlégzés oxigén igényének és a nyers szennyvíz BOI 5 aránya, melyek értékei esetünkben: f0,00 és f 02 1,40. nap 6

37 1. ábra: Méretezési diagram a szervesanyag lebontási O2-fogyasztás és a fölösiszapba épült KjN megállapításhoz (Benedek 1990). A fölösiszappal távozó nitrogén mennyiségét úgy kapjuk, ha a leolvasott f0,07-as arányértéket beszorozzuk az előülepített szennyvíz BOI 5 koncentrációjával. Így a fölösiszappal távozó KjN mennyiség ( C ): C KjN KjN Fi Fi 0, mg / l Az elfolyó víz várható nitrát-nitrogén tartalma ( C NO N ki ): C NO N ki C 1+ R NO N nitr NO N NO N Ahol: C nitr : a levegőztető medencében képződött nitrát és RNO N a kiskörös recirkulásciós arány. Az elfolyó vízben Ön határérték adott melynek értéke 40 mg/l, az NH 4 -N határérték 10 mg/l. Az elfolyó vízben lévő szerves nitrogén közelítőleg az elfolyó BOI 5 10%-a, így mg/l. Ebből következően 27 mg/l elfolyó nitrát-nitrogénnel javasolt kalkulálni az elfolyó vízben az ÖN határérték tartása érdekében. A levegőztető medencében tehát mg/l ammóniumnitrogént és 0-27 mg/l szerves nitrogénből keletkezett ammónium-nitrogént kell nitrifikálni, de ebből még le kell vonni a fölös iszappal eltávozó KjN tartalmat (10 mg/l). Így 7

38 NO N mg Cnitr 57. A kapott értékeket behelyettesítve számítható a szükséges kiskörös l recirkulációs arány: A ténylegesen denitrifikált nitrát mennyiség: NO 0,7 f N 02 C R BOI 5 be 2,86 C ,11 27 NO N nitr NO N NO N Cki V V denitr 0,7 *1,40*00 *0,4 2,86 111% mg 41,1 l A denitrifikálandó nitrát a képződött nitrát-nitrogén mínusz az elfolyó víz nitrát-n koncentrációja, esetünkben: mg/l. Tehát a deintrifikáló szelektor nagy biztonsággal képes ellátni feladatát. Az anaerob szelektor közelítő méretezése: A hagyományos eleveniszapos rendszer ÖP hatásfoka 0-40% körüli értékre tehető tisztán biológiai folyamatok révén. A hazai kommunális szennyvíz töménység mellett, a hagyományos eleveniszapos rendszer általában nem képest tartani az ÖP kibocsátási határértékeket. A Phoredox eljárás részeként kiépítendő anaerob szelektorral a biológiai foszfor eltávolítás 60-80%-ra fokozható. Az anaerob szelektorban a szükséges tartózkodási idő T an 2-h, de 4 óránál több semmiképpen nem lehet. Így a szelektor térfogata: 50 Van Tan Qd 44m 24 8