Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)
1. szám - Dr. Dulovics Dezső: Áramlási folyamatok vizsgálata és értékelése a biológiai csepegtetőtestekben
Hidrológiai Közlöny 1980. 1. sz. 15 Áramlási folyamatok vizsgálata és értékelése a biológiai csepegtetőtestekben DE. DULOVICS DEZSŐ* 1. Bevezetés Korunkban a népesség növekedése, az urbanizáció és iparosítás egyre jelentősebb vízigény-növekedést eredményez, s ugyanakkor jelentkezik a felhasznált vizek fokozott elszennyeződése. A természetes környezet ökológiai egyensúlyának fenntarthatósága miatt egyre nagyobb az igény a szennyvíztisztítási technológiákkal szemben, s ezért azoknak korszerűsítése, fejlesztése kiemelt feladat. A szerző az elmúlt közel 10 évben a biológiai szennyvíztisztítás egyik technológiai lehetőségének — a csepegtetőtestes tisztításnak — a vizsgálatával foglalkozott, különböző kutatási megbízások keretében [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11], Jelen tanulmány célja:az áramlástani folyamatok megismerése érdekében végzett kutatások összefoglaló bemutatása. 2. A biológiai csepegtetőtestes technológia rövid jellemzése, és az áramlási teltételek jelentősége a technológiai folyamatban A biológiai csepegtetőtestes szennyvíztisztítás során a szervesanyagok lebontása a töltőanyag felületén megtelepedett biológiai hártyát alkotó mikroorganizmusok anyagcsere-folyamatai révén jön létre. A szervesanyag aerob lebontásának alapvető feltételeit: — az aktív biológiai hártyát, — a tápanyagot (szerves szennyezőanyagot), — a lebontáshoz szükséges oxigént és — az egyéb környezeti feltételeket (pl. megfelelő hőmérsékletet, stb.), tehát itt kell egyidejűleg biztosítani. A lebontási folyamat bizonyos reakcióidőtartam alatt megy végbe, melyet a csepegtetőtestben biztosítani kell. A lejátszódó lebontási folyamatok exponenciális öszszefüggéssel jellemezhetők, melynek általános forrnája [12, 13]: —k i X11 ' v 0 min min ahol S E — az elfolyó szennyvíz szervesanyag koncentrációja [g BOI 5-m3], S B — a szennyvíz kezdeti szervesanyag koncentrációja [g BOI 5 •in3], <Se mi n — az elérhető legkisebb szervesanyag koncentráció [g B01 5 •m8], /,•[— a lebontás sebessége állandója [min1 -m 3 -g1], X,— a lebontást végző sejttömeg [g m3], t — az átlagos tartózkodási idő [min]. A k l lebontás sebességi állandó számos tényező — a Re szám, a hidraulikai felületi terhelés, fajlagos töltőanyag-felület, diffuzitás és adszorpció — együttes hatását foglalja magában. A fenti összefüggés összhangban van a szakirodalomban fellelhető más, a lebontási folyamatot leíró összefüggésekkel [14], *Budapesti Műszaki Egyetem, Budapest A biológiai hártya felületén végbemenő elemi folyamatokat elemezve a csepegtetőtest működését differenciálegyenletekkel is leírhatjuk [15]. A BOl koncentráció-változás sebessége a vízfilmben: <)fí, — v^-r— -kjja(C b — Gr) dt dx B' A BOI koncentráció-változás sebessége a hártyában: dlIs dt =k Ba(C B-Cr) -kty B Az oxigénkoncentráció változás sebessége a vízfilmben: dC A dC A r r —~ V ~ d ar+k aa l(C g A -G a)-k Aa(C A -G A) Az oxigénkoncentráció változás sebessége a hártyában: dy A r -k Aa(C A -C A) -Ky Ay A dt Az egyenletekben alkalmazott jelölések jelentése a következő: GB — a szennyezőanyag koncentráció a folyadék fázi^ sában, CB — a folyadék és hártya közötti egyensúlyi koncentráció, v — a hártya felületén levonuló víz átlagos sebessége, k.B — a szennyezőanyag átviteli koefficiens a folyadékból a hártyába, a — a hártya aktív felülete a tömegátadás szempontjából, x — hely koordináta a csepegtetőtest magassága szerint, t — időkoordináta, y B — szennyezőanyag-koncentráció a hártyában, k l — szerves anyag lebomlási állandó a hártyában, C A — oxigénkoncentráció a folyadék fázisában, C„ A — a lehetséges oxigéntelítettségi érték a folyadék , fázisban (a Henry-törvény filapján), C A — a hártya és a folyadék közötti egyensúlyi oxigénkoncentráció, k ga l — a levegő és a folyadék közötti oxigénátadási tényező, k A — a folyadék és a hártya közötti oxigénátadási tényező, y A — oxigénkoncentráció a hártyában, K — másodrendű reakcoókinetikai állandó. A modell szerint a hártyában a szervesanyag lebomlása elsőrendű reakció szerint, az oxigén csökkenése másodrendű reakció szerint történik. Az áramlási sebességek alapvetően meghatározzák az anyagtranszport folyamatait (a tápanyag és az oldott oxigén bevitelt, az anyagcseretermékek elszállítását, a biológiai hártya kiöblítését, stb.). Ugyanakkor a tartózkodási idő szerepe a biokémiai reakciók időbeli lezajlása szempontjából jelentős. A fentiekből kitűnik az, hogy a csepegtetőtest -— mint biokémiai reaktor — működésében, jelentős szerepe van a hidraulikai jellemzőknek, nevezetesen : — a hidraulikai felületi terhelésnek, — az átáramlási viszonyoknak, — és az ezek által befolyásolt tartózkodási időnek.
