Hidrológiai Közlöny 1976 (56. évfolyam)

2. szám - Dr. Blahó Miklós–dr. Vajna Zoltán: Közel vízfajsúlyú szemcsék eltávolítása szennyvízből, flotációval

Hidrológiai Közlöny 1976. 3. sz. 87 Közel vízfajsúlyú szemcsék eltávolítása szennyvízből flotációval Dr. BLAHŐ MIKLÓS*— Dr. VAJ NA ZOLTÁN* 1. Bevezetés Szennyvizekben levő, szemcsés jellegű anyagok (pl. homok, iszap, kátrány, olaj, zsír, stb.) eltávolításának egyik módja a szemcsés anyagok fajsúlyának eltérésén alapszik. A víznél nagyobb fajsúlyú szemcséket ülepítéssel, a kisebb fajsúlyúakat felúsztatással lehet szétválasztani. Mindkét folyamat annál gyorsabb, minél nagyobb a fajsúlykülönbség és minél nagyobbak a szemcsék. Nehézséget a vízhez közelálló fajsúlyú, ill. az igen kis szemcsék okoznak, melyek ülepedése, ill. felúsztatása lassú és így adott átfolyó szennyvízmennyiség tisztításához igen nagy tartályokra van szükség. Bizonyos határnál kisebb fajsúlykülönbség és kis szemcseméret esetén a szennyezés eltávolítása a hőmozgás és a víz elkerülhetetlen áramlása miatt ülepítés, ill. felúsztatás révén gyakorlatilag nem is lehetséges. A süllyedési, ill. emelkedési sebesség gömbalakú szemcsékre (Stokes ellenállásképletéből) ahol d [m] a gömb átmérője, fÍ„ [kg/m s] a víz dinamikai viszkozitása, Q [kg/m

3] a szemcse anyagának sűrűsége, Q

v [kg/m

3] a víz sűrűsége, (j [m/s

2] a tömegegységre ható nehézségi erő. A képlet érvényes, ha a Reynolds-szám 7) cdn

v , Re = —-—1. Hv Így pl. 0,1 mm átmérőjű olajszemcse emelkedési sebessége, ha g = 800 kg/m

3 c = 0,84 • 10~

3 m/s A folyamat gyorsítására szóba jöhet az erőtér megnövelése, azaz centrifuga alkalmazása. Ez feltétlenül bonyolultabb és költségesebb berendezést jelent és cikkünkben erre nem terjeszkedünk ki. Másik gyorsító eljárás a szemcsék koaguláltatása vegyi, vagy fizikai úton (pl. ultrahanggal). Végül a könnyebb szemcsék felusztatásához alkalmazhatjuk a kohászatban régóta ismert flotáció elvét. Ez azt jelenti, hogy a szennyvízbe finoman elosztott légbuborékokat vezetünk, melyek a szennyező szemcsékhez hozzátapadva, saját felhajtóerejük segítségével felúsztatják azokat. így még az azonos fajsúlyú, sőt víznél nehezebb szemcsék is felúsztathatók. Magyarországon a MELYEPTERV Művezetői Irodája indította el az ilyen irányú kutatásokat. A szennyvíz egyenletes telítését kisméretű légbuborékokkal úgy lehet legjobban megvalósítani, hogy a levegőt előbb a vízben (esetleg a szennyvíz *Budapesti Műszaki Egyetem, Áramlástani Tanszék. egy részében) nagy nyomás alatt elnyeletjük és ezt a levegővel telített vizet úgy vezetjük a flotációs tartályba, hogy a bevezető fúvóka és a szennyvíz között állandó keresztirányú relatív sebesség legyen. Ily módon igen finom 0,1 mm nagyságrendű), egyenletesen elosztott buborékokkal telített (tejszerű) vizet kapunk, melynek tetején szennyes hab formájában gyűlik össze az olaj-, zsír- és egyéb szemcsékből álló szennyeződés. A továbbiakban elméletileg vizsgáljuk a szennyezés koncentrációjának ilyen körülmények között kialakuló térbeli megoszlását. 2. Koncentráció függése a magasságtól végtelen soknak tekintett légbuborék esetén Tételezzük fel az alábbiakat: a) Valamennyi pontban a sebesség és a koncentráció időben állandó, vagyis az állapot stacionárius. b) A tartály függőleges alkotókkal bíró henger, benne a víz (a bevezetés közvetlen környezetétől eltekintve) csak függőlegesen, a keresztmetszetben egyenletes sebességgel áramlik felfelé: c

v = const. A jelenség tehát a magasság függvényében egydimenziósán írható le. c) A már olajszemcséhez tapadt buborékok emelkedési sebessége a vízhez képest állandó: c

b = const. Kétségtelen, hogy ez a feltétel erős közelítés és csak a nagyszámú, különböző buborék és olajszemcse egységre átlagosan értelmezhető. (A magasság függvényében változó emelkedési sebesség feltételezésével az elmélet finomítható.) d) A légbuborékok száma végtelennek tekinthető, tehát a szabad buborékok száma nem csökken azzal, hogy a buborékok egy része olajszemcséhez kötődött. Más szóval: az olajszemcséhez tapadt légbuborékok száma elhanyagolható az öszszes légbuborékhoz képest. e) Az időegység alatt a térfogategységben a buborékok által elfogott olajmennyiség arányos a helyi szabad olajkoncentrációval: a = A-k, ahol a [g/m

3 s] az 1 s alatt 1 m

3 szennyvízben a légbuborékok által elfogott olajmennyiség, k [g/m

3] a légbuborékokkal meg nem szállt helyi olaj koncentráció, A [l/s] mértékegységű állandó. E feltételek alapján az alábbi számítás végezhető. Az áramló folyadékkal együtthaladó térfogatban a szabad olaj koncentráció, miután annak csökkenési sebessége a pillanatnyi koncentrációval arányos, exponenciálisan csökken, mivel a=-~=Ak, (1)