Hidrológiai Közlöny 1963 (43. évfolyam)
3. szám - Horváth Imre: A forgókefés eleveniszapos szellőztetőmedencék kismintavizsgálata
258 Hidrológiai Közlöny 1963. 3. sz. Horváth I.: A forgókefés eleveniszapos szellőztetőmedencék A forgókefés szellőztetőmedencék hidraulikai és fizikokémiai hasonlósági feltételei A szellőztetőmedencékbe történő oxigén bevitelének többféle módja van, ezek közül jelenleg csupán a forgókefés rendszert vizsgáljuk meg. Ahhoz, hogy a forgókefés élesztettiszapos szellőztetőmedencék kismintakísérleti úton történő vizsgálatát végezhessük, látszólag szét kell választanunk az alapvetően jellemző folyamatokat, de mégis állandóan szemelőtt tartva azok dialektikus egységét. Esetünkben az alábbi — a szakirodalomban is elfogadott — egymástól lényegileg eltérő részfolyamatokat kell megkülönböztetni: a) A levegőztetőmedencében a rotor munkája folytán létrejövő turbulens áramlás. b) Az oxigén diffúzió útján történő szennyvízbe jutása. c) A szennyvízből a pelyhekbe történő oxigéndiffúzió a biokémiai reakcióval. A továbbiakban is e három csoportosítás szerint vizsgáljuk a szellőztetőmedencékben lejátszódó folyamatokat, de ismételten hangsúlyozzuk azt, hogy a jelenségek helyesen csupán együttesen értelmezhetők. A forgókefés szellőztetőmedencék áramlási viszonyainak kismintavizsgálata A vizsgálandó alapjelenség a rotor által mozgásba hozott folyadék közelítően síkáramlása. Az áramkép a potenciál, illetőleg az áramfüggvények alapján matematikailag nem jellemezhető, mivel a turbulencia folytán az áramvonalak időben és térben szabálytalanul torzulnak. Vizsgálati módszerként a kisminta folyadékterében elhelyezett sebességindikátorok fotogrametrikus megfigyelését alkalmazzuk. Mielőtt azonban a részletekre rátérnénk, a kismintát röviden jellemezzük. A kisminta 100 X 70 X 30 cm méretű, élein szögvasakkal merevített üvegfalú tartály, amelyhez egy háromfázisú elektromotor csatlakozik. A tetszőleges medencealak 1,5—2,0 mm vastag, 30 cm széles alumíniumlemezből készült. Az alkalmazott lemezrotor forgásiránya változtatható, a kefebemerülés a vízszín süllyesztésével, illetőleg emelésével szabályozható egy csavarorsós vízszintmérő segítségével. A rotor fordulatszáma 264 fordulat/perc, ami valóságban megfelel 118 fordulat /percnek. Tekintettel arra, hogy nem 1 : 1 méretű műtárgyról van szó, vizsgálataink első lépéseként kísérletsorozatot végeztünk annak megállapítására, hogy a kérdésed hidraulikai folyamatra milyen kismintatörvény érvényes. Ecélból elkészítettük az 1. képen látható medencét kétféle léptékben, amelyek a főkivitelnek 1:5 és 1 : 10 méretarányú, geometriailag hasonló, kicsinyített másai. A két méretaránynál nagyobb eltérés felvételét a kismintaszekrény adott mérete korlátozta. Mivel az áramlási viszonyokat esetünkben a sebesség-vektorok egyértelműen jellemzik és a pillanatnyi sebességek rögzíthetők, meghatáro1. kép. Áramkép a pécsi ,,Rocylaktív" szellőztetőmedence kismintájában Bild 1. Strömungsbild im Modell des Durchlüftungsbeckens ,,Rocylaktiv" zu Pécs Ikk. 1. Flow pattern in the aeration tank of the ,,Rocylaktiv" system at the Pécs treatment plánt zásuknál ezen sebességértékeket vettük vizsgálat alá. Áramló közegként vizet, sebességindikátorként benzol-széntetraklorid-olajfesték oldatból álló vízfajsúlyú folyadékot alkalmaztunk. Az oldat színe a festék színétől függően változhat. Legmegfelelőbbnek a fehér színt találtuk, amely fekete háttérben kontrasztos képet ad. Az oldatból a vízbe öntve, az a felületi feszültség hatására kisebbnagyobb gömbalakú cseppek alakjában helyezkedik el. A pillanatnyi sebességi vektortér rögzítése egy Linhoff-technika rendszerű fényképezőgéppel törtónt. A fókusz, tárgytávolság és expozíciós idő ismeretében a képen fehér csíkokként jelentkező golyók által megtett utak, illetőleg sebességértékek kiszámíthatók az alábbi összefüggés szerint : lt' m r / T V = 7^ [cm/sec ]Az 1:5 és 1 : 10 méretarányú kismintán több egymásnak megfelelő pontban mértünk ily módon sebességeket. Minthogy a megfelelő sebességek aránya ). v felírható a méretarány valamilyen hatványaként, a hatványkitevő kiszámítása megadja a kérdéses kismintatörvényt. A számítások eredményéből kitűnik, hogy a kérdéses hatványkitevő negyven mérés átlagából számolva 0,475-nek adódik. Tehát az érvényes kismintatörvény esetünkben a Froude-törvény, mivel eszerint ?. v = A 05. Az eltérés abból adódik, hogy a tehetetlenségi és a nehézségi erőn kívül a súrlódási erő hatása is érvényesül. Megjegyezzük, hogy a kísérlet elvégzése előtt is sejtettük, hogy a Froude-törvény valóban érvényes a folyamatra, hiszen szabadfelszínű áramlások kismintavizsgálatánál általában ez tekinthető érvényesnek. Ezért a fenti kísérletsorozat felfogható úgy, mint a forgókefés szellőztetőmedencék vizsgálatára alkalmazott Froude-törvény érvényességének pontossági meghatározása. Az ülepítőmedencékre vonatkozó kismintatörvények érvényességét Vágás István vizsgálta az Építőipari és Közlekedési Műszaki Egyetem I. Vízépítési Tanszékének laboratóriumában, 1955-ben [15]. Az esetben is a Froude-törvény érvényessége adódott (nem a sebességek, hanem a vízhozamok alapján). A szerző megállapította, hogy az átfolyási görbéből meghatároz-
