Vízgazdálkodás, 1966 (6. évfolyam, 1-6. szám)
1966-10-01 / 5. szám
Megjegyzések a levegőztető medencék méretezési elveiről A különböző típusú levegőztető medencék térkialakítási kérdései — a szakirodalom szerint — az utóbbi években egyre gyakrabban felvetődnek. A tervezők hazai vonatkozásban is egyre inkább figyelembe veszik a műtárgyak hidraulikailag helyes — a technológia által megkövetelt szempontok szerint történő — kialakításának alapelveit. A térkialakítás kérdése elsődlegesen hidraulikai probléma, de mégsem lehet e témakört a technológiától elszigetelten, szinte öncélúan kizárólag áramlástani feladatnak tekinteni. Mindenkor a lejátszódó folyamat egészét kell figyelembe venni — jelen esetben szennyvíztisztításról lévén szó — a hidraulikai, fizikokémiai, kémiai és biológiai jelenségek dinamikus egységét kell vizsgálni. Elválaszthatók ugyan főbb technológiai műveletek, amelyek zömében pl. hidraulikai, vagy kémiai stb. jellegűek, és lehet azokat bizonyos absztrakciók alapján viszonylag elszigetelten vizsgálni, mégis a végeredmények, a következtetések levonásakor a részfolyamatok szintézisével a jelenség egészét kell figyelembe venni. A fenti általános jellegű meggondolások alapján jelen tanulmányunkban a levegőztető medencék térkialakításának az oxigénfelvételi sebességgel való kapcsolatáról kívánunk néhány gyakorlati megállapítást tenni. Rámutatunk arra, hogy mennyire jelentős a hidraulikai és az oxigénfelvételi viszonyok analízise mellett a szintézis alkalmazása. Természetes, hiszen a levegőztető medencékben végbemenő fenti két folyamat alapvető jelentőségű és szoros kapcsolatban áll egymással. Ezek vizsgálatával párhuzamosan rámutatunk néhány — a gyakorlatban előforduló — tervezési hiányosságra, amelynek alapját az oxigénfelvételi viszonyok hibás szemlélete képezi. Térkialakítás és oxigénfelvétel A levegőztető medencék helyes kialakítása — amint erre már több tanulmányunkban is rámutattunk — jelentős feladat, mivel a tisztítási hatásfokot közvetve befolyásolja. Az egyik legjelentősebb közvetítő tényező az oxigénfelvétel folyamata, mivel ez a hidraulikai viszonyokkal rendkívül szoros kapcsolatban van. Vizsgáljuk meg a továbbiakban kissé részletesebben ennek a gapcsolatnak a lényegét. Ismeretes, hogy adott levegőztető szerkezet alkalmazása esetén a medencében lejátszódó hidraulikai folyamat a műtárgy térkialakításának a függvénye. Különböző kiékelésekkel lekerekítésekkel és válaszfalak — egyszóval terelőelemek — alkalmazásával az áramképek jelentősen befolyásolhatók, a holtterek kiküszöbölhetők, esetleg szükség szerint kialakíthatók. A medence profilon kívül a hasznos keresztmetszet nagysága is jelentős tényező, mivel ez határozza meg a mozgatott víztömeg nagyságát. Az oxigénfelvétel sebessége is függ a medence geometriai kiképzésétől, és térfogati méretétől. A medence hasznos térfogatának az oxigénfelvétel sebességére gyakorolt hatása jól tükröződik az OC fogalom definíciójából is. Ugyanis az OC az oldott oxigén C koncent/ dC \ rációjának változási sebessége | | a t idő folyamán meghatározott körülmények között. (Kessener és Itibbius definíciója szerint: az OC oxigénfelvételi képesség megadja azt, hogy hány gramm O2 vihető be 1 m3 térfogatú, 10 C° hőmérsékletű vízbe 1 óra alatt 760 hgmm légnyomás esetén, ha a víz oldott O2 tartalma nulla.) Hangsúlyozzuk, hogy az OC definíciója térfogategységre vonatkozik. Dimenziója: gr/ms.óra. Ebből következik, hogy a levegőztető szerkezetek (pl. különböző rotorok, légbefúvó csőrácsok stb.) által a folyadékba bevitt oxigén mennyiségére vonatkozóan különböző térfogatú medencék esetében az OC fogalma nem adhat elegendő összehasonlítási alapot. Nyilvánvaló, hogy ugyanaz a levegőztető szerkezet egy nagyobb térfogatú medence 1 m3-ére vonatkoztatva kevesebb oxigént visz be, mint kisebb térfogatú medence esetében. A fentiek indokolták az ún. teljes (totális) oxigénfelvételi képesség fogalmának a bevezetését, ami a V medence térfogat és az OC szorzatát (ОС-V) jelenti. Ennek eredményeképpen az OC dimenziójából a m3 kiesik, és ily módon az ОС-V szorzat az 1 óra alatt bevitt összes oxigént jelenti. Tehát látszólag teljesen kiküszöböltük a térfogat hatását, és így már különböző térfogatú levegőztető medencék is öszehasonlíthatók az ОС-V szorzat alapján. Megjegyezzük, hogy leggyakrabban 1 fm rotor, illetve légbefúvó rácshosszat szokás a méretezéseknél alapul venni, ami az OCV szorzat lényegén nem változtat, mivel a szokásos típusú levegőztető medencéknél a keresztmetszet hosszirányban nem változik. Függőleges tengelyű levegőztető medencék esetében természetesen a teljes medencetérfogattal kell számolni. Az alábiakban kimutatjuk, hogy az OC oxigénfelvételi képesség, illetve az OC ¥ teljes oxigénfelvételi képesség fogalmai a fentiekben körülhatárolt feltételek mellett sem képeznek kielégítő alapot a különböző levegőztető szerkezetek oxigénbeviteli képességének összehasonlítására. Bizonyításunk alapját az ÉMKE Vízgazdálkodási Tanszékén és a VITUKI IV. Főosztályán végzett többéves kísérletsorozat képezi. Első lépésként kimutatjuk, hogy az OC (gr/m3óra) fogalma még azonos térfogatú medencék esetében sem képezheti a levegőztető szerkezetek oxigénbevitele összehasonlításának alapját. Laboratóriumi kísérleteket végeztünk azonos térfogatú, azonos üzemi paraméterekkel működő, de különböző térkialakítású levegőztető medencék kismintáin (különböző profilkialakítás, különböző terelőelemekkel), aminek eredményeképpen lényegesen eltérő OC értékek adódtak. A különböző típusú medencéknél természetszerűleg eltérő áramképek adódnak, a holtterek, leválások és forgók különböző helyen más-más mértékben jelentkezhetnek. A medencék térkialakítása az áramlási viszonyokon keresztül az anyagátadási, oxigéndiffúziós folyamatokat jelentősen befolyásolja. A fentiekből következik, hogy az OC csupán azonos térfogatú és kialakítású medencék esetében ad helyes összehasonlítási alapot a különböző levegőztetőszerkezetek oxigénbeviteli viszonyairól. Hasonlóképpen a teljes oxigénfelvételi képességről is kimutattuk, hogy függ a medence geometriai kialakításától, sőt — annak ellenére, hogy dimenziójában térfogategység nem szerepel — bizonyos mértékig a medence térfogatától is. Az ilyen irányú kísérleteket egy forgókefés levegőztető medencével végeztük, amelynek az ülepítő térrel közös víztere volt. Az eredményeket a 3. Nemzetközi Szennyvíztisztítási Konferenciára készült előadásban ismertettük részletesebben. A kísérletekből megállapítható, hogy ugyanazon levegőztető szerkezet különböző térfogatok esetén eltérő OCV mennyiséget ad. Másszóval a teljes oxigénfelvételi képességet a medence térfogati mérete is befolyásolja. Ennek oka valószínűleg a térfogat eltérésből adódó különböző hidraulikai viszonyokban, és az oxigénkoncentráció eloszlásának különbözőségében keresendő. Hiszen az OC fogalma egyenletes O2 eloszlásra érvényes szigorúan. A fentiekből következik, hogy levegőztető medencék esetében az oxigénbevitelt biztosító szerkezet (rotor, légbefúvó rács stb.) a medence és a benne áramló 142
