Környezettechnikai eljárások gyakorlat 14. évfolyam Az ülepedés folyamata, hatékonysága Mitykó János 2009 TÁMOP 2.2.3-07/1-2F-2008-0011
Ülepítés
Az ülepedés elve A durva diszperz rendszerek (szuszpenziók, emulziók) hosszabb állás esetén többé-kevésbé szétválnak. A 0,01 mm-nél nagyobb szemcsék a vízben, ha annál nagyobb sűrűségűek, akkor ülepednek, ha kisebb sűrűségűek, akkor felúsznak. A mozgásuk kezdetben gyorsuló, majd állandó sebességű. A szemcse mozgása, mint minden fizikai testé a ráható erők eredőjétől függ.
Ülepedési sebesség Függ az ülepedő szemcsére ható gravitációs erőtől, a szilárd anyag és a folyadék sűrűség-különbségétől, a folyadék viszkozitásától (ami viszont hőmérsékletfüggő), valamint a szemcse átmérőjétől. Gömb alakú szemcsék esetében a Stokes-törvény jó közelítéssel adja meg az ülepedési sebességet: v ü g ( x ) 18 v d 2 = kinematikus viszkozitás m 2 /s =, dinamikus viszkozitás kg/m s = Pa s
Az ülepedés szakaszai Szabad ülepedés: a szemcsék egymásra gyakorolt hatás nélkül ülepednek. Jellemző a nyugvó zagyok felső rétegében, szemcsés anyagok és kis koncentrációjú pelyhes anyagok esetében. Akadályozott ülepedés: nagy koncentrációjú zagyok esetében alakul ki, valamint hosszabb ideje tartó ülepedés esetén a középső rétegekben. Pelyhes anyagok esetében rövidebb idő alatt, ill. kisebb koncentrációnál bekövetkezik. sűrítés: a legalsó zónára jellemző. A lebegőanyagtartalom már igen nagy. Az iszap elveszíti pelyhes tulajdonságait, a leülepedett anyag kompressziója következik be.
Az iszap víztartalma A kiülepedett iszap víztartalma igen nagy: 98 99%. Az iszapban a víz a következő formában van jelen: Szemcsék közötti, vagy pórusvíz: a szilárd anyag és a víz között különösebb kötődés nincsen. Az iszap víztartalmának nagyobbik része van ebben a formában jelen. Jelentős része eltávolítható gravitációs sűrítéssel. Kolloidális és kapilláris víz: a szilárd anyag és a víz között adszorpciós kötőerők működnek, amelyeket gravitációs úton nem, csak különböző kondicionális technikákkal lehet megbontani. Sejtekben kötött víz: biológiailag és kémiailag kötött víz, amelyet csak termikus eljárással lehet eltávolítani.
Az iszap víztartalma Kötődés formája Víz mennyisége Csökkentésének lehetősége Iszap állaga Kémiailag kötött és adszorbeált víz 0 8% Csak szárítással 0-20% -ig száraz Kapilláris víz 8 30% Víztelenítéssel Pórusvíz 30% fölött Sűrítéssel 20-60% lepény 60% fölött folyékony
ÜLEPÍTŐK MÉRETEZÉSE Az ülepítő akkor dolgozik jól, ha az ülepítőben való tartózkodási idő megegyezik a még kiülepíteni kívánt szemcse ülepedési idejével. t t = t ü t t = V/Q = L B H/H B v á = L/ v á Q = H B v á = H B L/t t Q = H B L/t ü Q = B L v ü
Ülepítők csoportosítása Az ülepítőket csoportosíthatjuk az ülepítőn történő átáramlás szempontjából, így beszélhetünk: vízszintes, függőleges és radiális átfolyású ülepítőkről. Vannak egy- és kétszintes ülepítők. Az elhelyezés szempontjából pedig a másodlagos tisztításhoz viszonyított előülepítőkről, illetve utóülepítőkről beszélhetünk.
Vízszintes hosszanti átfolyásúak A hosszanti átfolyású ülepítőket 150 2000 m 3 /d teljesítményűre méretezik. 50.000 m 3 /d feletti vízhozamok esetén célszerűen alkalmazhatók a kis helyigényű tömbös elrendezés megvalósíthatósága miatt. Alkalmazhatók: önálló mechanikai tisztítóberendezésként; öntözés előtti előtisztításra; biológiai szennyvíztisztításkor elő-, közbenső- és utóülepítőként; csapadékvíz-ülepítőként; ipari víz mechanikai előkezelésére.
Lipcsei-típusú ülepítő A medencék hatásfoka 80% körüli, ez a medencék között a legjobb. Az iszapot tolólap, vagy folyamatos iszapelvétel esetén láncos kotróberendezés juttatja a zsompba. Az iszapelvétel lehetséges: szakaszos vagy folyamatos leeresztéssel, zagyszivattyúval, mamutszivattyúval, vagy csigaszivattyúval történhet.
Vízszintes sugárirányú átfolyásúak 300 400 m 3 /d vízhozamok felett alkalmazhatók célszerűen elő-, közbenső- és utóülepítőként egyaránt. Hatásfokuk 70% körüli. A 18 40 m átmérőjű medencék alkalmazása a leggyakoribb. Nagyobb átmérő esetén a szél zavaró hatása miatt nehézkes a felúszó anyagok eltávolítása. A kiülepedett iszapot terelőlapátokkal ellátott keverő karok lassú forgással juttatják a középen kimélyített zsompba.
Laboratóriumi méretben Hatásfoka megállapítható a távozó víz szárazanyag tartalmának meghatározásával. Ehhez csak papírszűrőre és szárítószekrényre van szükség.
Dorr-ülepítők a gyakorlatban
Függőleges átfolyásúak Dortmundi-típusú ülepítő: Kis és közepes szennyvíztisztító telepeken 2500 m 3 /d szennyvízhozamig utóülepítőként alkalmazhatók. Átmérőjük kisebb vagy legfeljebb 8 m és legfeljebb 4 db-ot kapcsolnak párhuzamosan. A szennyvíz beadagolása a középen lévő merülő csövön keresztül történik a medence alsó harmadába. A medence alakja Dorr-ülepítővel ellentétben (amely hengeres) erősen kúpos. Az iszap eltávolítása az ülepítő aljára levezetett csövön keresztül történik szivattyúval.
Függőleges átfolyású ülepítő Dortmundi medence
Függőleges átfolyású ülepítő Graever-ülepítő (ülepítő kúp)
Homokfogók Nagy méretű, nagy ülepedési sebességű anyagok eltávolítását szolgálja. Általában vízszintes, hosszanti átfolyásúak. Ha megfelelően tagolt a medence, akkor a kinyerendő (ülepített) anyagok méret szerint osztályozhatók. A centrifugális erő elősegíti a kiülepedést. Ezt gyakran levegő befúvatással érik el.
Hosszanti átfolyású homokfogó Kotrószerkezet nélküli egyszerű homokfogó
Hosszanti átfolyású homokfogó
Légbefúvásos homokfogó Qd > 100000 m 3 /d v á = 0,15 m/s csavaráramlási sebesség: 0,3 m/s 1 m 3 hasznos medencetérfogatra 2 m 3 /h levegővel kell számolni!
Légbefúvásos homokfogó
SŰRÍTŐK
Iszapkezelők Kétszintes ülepítők: intézmények, üdülők, társasházak szennyvizeinek kezelésére; felúsztatás, ülepítés, alsó felében pedig a leülepedett iszapok kirothasztására alkalmazzák Q 300 500 m 3 /d szennyvízhozam esetén. Két fajtája van: V alakú ülepítőterű W alakú ülepítőterű Oldómedencék: Q = 1 25 m 3 /d szennyvíz kezelésére (ülepítés, felúsztatás és anaerob biológiai tisztítás) alkalmazhatók. Az egyszerű oldómedencék kétkamrásak, a bővítettek háromkamrásak. A tartózkodási idő a medencékben 3, illetve 6 nap.
Imhoff rendszerű biológiai tartályok