Hidrológiai Közlöny 1969 (49. évfolyam)

9. szám - Dr. Kádár László: A turbulens diffúzió jelentősége a vízminőség szabályozásában

Dr. Kádár L.: A turbulens diffúzió jelentősége Hidrológiai Közlöny 1969. 9. sz. 419 hetfí határokat, különös tekintettel a folyó alsó szakaszára telepített vízhasználatokra. Ez a cél egyes esetekben nemcsak a szennyvizek megtisztításával, ill. a tisztítási hatásfok növelésével, hanem a szennyvíz bevezetésének célszerű megválasztásával is elérhető. Ezzel a módszerrel a nehezen, vagy gazdaságos módszerekkel nem tisztítható szennyvizek kártételei is csökkenthetők. f) Az öntisztulás. A folyók öntisztulásában fontos szerpet tölt be a hígítás mértéke. Nagyhozamú 1 lefogadó esetén a terhelhetőségi vizsgálatokban nem elegendő a mértékadó vízállásokhoz tartozó vízhozamok ismerete, hanem szükségesnek mutatkozik a diffúziós nyom kialakulásának feltételeiből a tényleges hígítás meghatározása is. A vízminőség szabályozás módszereinek továbbfejlesztésében jelentős szerepet kapnak a koncentráció változás körülményeire irányuló vizsgálatok. A befogadókban végbemenő folyamatok azonban rendkívül összetettek, különösen a szennyezés hatására kialakult vízminőség vonatkozásában. A koncentráció változását eredményező főbb folyamatok : — ülepedés, — elkeveredés és továbbszállítás, — biokémiai értelemben vett öntisztulás. A szennyvíz jellegétől is függ, hogy adott esetben melyik a fő folyamat. Tisztítatlan városi szennyvizek bevezetése esetében — főként egyesített rendszerű csatornázás esetén — mindhárom folyamat szerepet játszik a koncentráció viszonyok alakulásában. Egyes ipari szennyvizek vonatkozásában azonban már különbséget tehetünk a folyamat értékelésében. A biológiai módszereikkel nem, vagy nehezen lebontható, általában mérgező ipari szennyvizek bevezetésével a befogadóban észlelt koncentráció viszonyok alakulásában az elkeveredés folyamatát tekinthetjük uralkodónak. Az ilyen jellegű szennyvizek káros hatásának kellő értékelése szempontjából különösen fontos lehet annak megállapítása, hogy a befogadóban a bebocsátott szennyvíz nyomán hogyan alakulnak a koncentráció értékek az áramlási viszonyok hatására, az idő, illetve a hely függvényében. Emiatt elsősorban az elkeveredés jelenségének vizsgálatait hoztuk előtérbe, az ülepedés és az öntisztulás elhanyagolásával. A túlnyomóan szerves szennyezettségű szennyvizek hatására fellépő minőségváltozás mértéke és kapcsolata az áramlási viszonyokkal, a keveredéssel, korántsem olvan egyértelmű, mint a szennyvízminőség előbb vázolt feltétele mellett. Ez esetben ugyanis a koncentrációkat az öntisztulás folyamata is befolyásolja. Érdekes lehet viszont a kettő összevetése, vagyis az öntisztulás és a keveredés között kapcsolatok feltárása, ami azonban csak az alapjelenség tisztázása után lesz lehetséges. A gyakorlat által felvetett és az előzőekben összefoglalt főbb kérdések megválaszolása érdekében indult az a vizsgálatsorozat, amelynek kezdeti lépéseit és eredményeit szándékozunk a következőkben bemutatni. Elöljáróban megjegyezzük, hogy vizsgálataink célja gyakorlati jellegű. A diffúzió és diszperzió elméleti alapjai ismertek, alkalmazásuk lehetőségei a vízépítés valamennyi ágában nyitottak és jelentősek [10]. Célunk a diffúzió és diszperzió elméleti eredményeinek alkalmazása, esetleg továbbfejlesztése a vízminóségszabályozás gyakorlati feladatainak megoldása terén. Dunai koncentráció-eloszlás vizsgálatok Tekintve, hogy a koncentráció eloszlására kidolgozott elméleti összefüggések bizonyos feltételezéseken alapulnak, szükségesnek véltük, hogy az eloszlás jelenségét a valóságos körülmények között tanulmányozzuk. A vizsgálatok lefolytatására a Dunát tartottuk megfelelőnek, mivel egyrészt az ország vízellátásának fejlődését tekintve, a legjelentősebb vízbázisként tarthatjuk számon, másrészt a folvó vízminőség szerint rétegezettebb, mint a kisebb vízfolyások. A dunai mérést a zavaró körülmények lehetőség szerinti kizárásával állítottuk be, hogy a mérési eredményekből általános érvényű következtetéseket vonhassunk le. A dunai vizsgálatsorozat végrehajtását megelőzően azonban a közelítő alaki feltételek megállapítására célszerűnek mutatkozott, hogy laboratóriumi üvegcsatornában is megvizsgáljuk a jelenséget. Az üvegcsatornás vizsgálatokat BME Vízgazdálkodási Tanszók laboratóriumában hajtottuk végre. Laboratóriumi mérések és eredményei Az üvegcsatornás vizsgálat gyakorlati célja volt, hogy közelítő értékeket kapjunk a diffúziós nyom szélességéről a távolság és a különböző áramlási viszonyok függvényében. Az eredményeket dunai viszonyokra extrapolálva közelítően beállítsuk a mérési szelvényeket, kiválasszuk a legmegfelelőbb koncentrációban adagolható jelzőanyagot és megállapítsuk az adagoláshoz szükséges vegyszer mennyiségét. A megfigyeléseket a folyadéktérnek arra a szakaszára korlátoztuk, ahol még a turbulencia izotróp jellege feltételezhetően uralkodó volt. A laboratóriumi üvegcsatorna szélessége 40 cm. A felületi zavaró hatások csökkentése érdekében a vízmagasságot is ugyanerre a méretre állítottuk be. A jelzőanyag egyenletes vízbejuttatását laboratóriumi adagoló berendezéssel biztosítottuk. A beadagolás helyét, az adagolócső átmérőjét és a csatornában a víz sebességét kísérletek közben változtattuk. A legjellemzőbb diffúziós képet centrikus jelzőanyag adagolás, 5 mm-es adagolócső alkalmazásával és 0,15 m/sec. vízsebesség mellett kapt uk. Diffuziv jelzőanyagként vízben oldott metilénkéket alkalmaztunk (1. ábra). A jelzőanyag adagolása pontszerűnek volt tekinthető. A kialakult diffúziós nyom értékelhetőségének elősegítésére fényképsorozat készült, amelyből két jellemző felvételt az 1. ábrán mutatunk be [17]. Jól látható, hogy alacsony (0,03 m/sec) vízsebesség mellett a molekuláris diffúzió az uralkodó, inig nagyobb (0,15 m/sec) sebesség esetén már a turbulens vízmozgás hatása érvényesül a jelenség kialakulásában. A csatornában kialakított diffúziós nyom megfigyelése alapján az alábbi következtetésekre jutottunk: — A diffúziós nyom terjedése a forrás közelében a távolsággal közel lineárisan változik. — A forrástól nagyobb — mintegy 80 d távolságra — a nyom összehajlóvá válik (,,d" az adagolócső átmérője). — A molekuláris diffúziónak — tekintve a kis méreteket — viszonylag jelentős a szerepe. (Ez a