Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)

1. szám - Patziger Miklós–Józsa János: Radiális átáramlású utóülepítő medencék áramlási viszonyainak többdimenziós numerikus modellezése

PATZIGER, M. - JÓZSA, J. Jladiáli^itáramlá^ 11 R = 25.00 2. ábra: Az utóülepítő medence geometriai modellje és a modellszámításokhoz alkalmazott rácsháló Az áramlási modell a Reynolds - átlagolt Navier-Stokes egyenleteket oldja meg k-s típusú turbulencia-modellel, amely előnyösen alkalmazható változó sűrűségű folyadékterek inhomogén turbulens áramlásainak modellezésére (Orszagh et al. 1996). Az iszappelyhek transzportjának a leírására az advekciós-diffűziós differenciálegyenlet kerül alkalmazásra, amely az iszapszemcsék helyi iszapkoncentrációtól fiiggő ülepedési sebességét, mint függvényt (ülepedési függvény) veszi figyelembe. Az iszapszemcsék ülepedési függvényének az előállításához a falhatás kiküszöbölése érdekében nagyátmérőjű ülepítő hengereket használtunk. A hengerek magassága 200 cm, átmérője 30 cm (Patziger et al., 2008). A mérési eredmények feldolgozása alapján előállított ülepedési függvény a széles körben alkalmazott Takács-féle (Takács et al. 1991) ülepedési függvénynek egy módosított változata, amelyben a kétszeres exponenciális közelítés helyett a pehelyképződés (flokkuláció) fázisában az ülepedési sebesség leírására egy lineáris összefüggést alkalmazunk. Az utóülepítőben a mélység mentén növekvő koncentrációval nő a közeg sűrűsége és változnak a reológiai tulajdonságai. Ez a numerikus modellben az e folyamatra érvényes összefüggésekkel leképezésre került (Casey, 1992). Kezdeti és peremfeltételek Kalibráláshoz az utóülepítő medencét terhelő hozam megállapítása a beömlő peremen a 2004. október 21-i vízhozam-idősor (Patziger et al., 2008), és az iszaprecirkulációs hozam alapján történt. A belépő peremen a belépő vízhozam mellett a belépő iszapkoncentráció mért értékét adjuk meg. A tisztított szennyvíz-kivételt, mint peremfeltételt, a vízkivételt szolgáló bukógyürű mentén definiáljuk. Itt az utóülepítőt elhagyó vízhozamot rögzítjük, és a modell a peremen kialakuló lebegőanyag-koncentrációt számítja. Ugyanígy definiáljuk a recirkulációs iszapelvételt szolgáló peremet is. A szabad vízfelszínt, mint szimmetria-felületet, a hengerszimmetrikus metszet forgástengelyét, mint szimmetriatengelyt definiáljuk. Az a tény, hogy az utóülepítőkben a falak és a medence-fenék érdessége a betonénál jóval kisebb a kialakuló biofilm miatt, a modellben is figyelembe veendő. Kezdeti feltételként a medencét kitöltő közeget, mint tiszta, lebegőanyag mentes vizet definiáljuk. A szimuláció időlépését a Courant-féle kritérium alapján, a rácsháló cellaméretével összehangolva 0,1 s-ban állapítottuk meg. A szimuláció során a tiszta vizes medencét feltöltjük az eleveniszapos medencének megfelelő koncentrációjú iszap-víz keverékkel addig, amíg a medence el nem éri a definiált terheléshez tartozó egyensúlyi állapotát, azaz a medencéből kiáramló tömegáramok a medencébe beáramló tömegáramot adják ki. Egyensúlyi állapotban a medencében kialakuló áramláskép és koncentráció eloszlás már nem változik (3. ábra). A medence már a feltöltési fázisban jól megmutatja az utóülepítőkben lejátszódó iszaptranszport folyamatok alapjait. A beérkező iszap-víz keverék és a környező lebegőanyag -mentes közeg sűrűségkülönbségének hatására a belépő sugár a belépés után hirtelen a medencefenékre