Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
1. szám - Patziger Miklós–Józsa János–Sokoray-Varga Béla: Radiális átáramlású utóülepítők koncentrációviszonyainak helyszíni mérése
3 Radiális átáramlású utóülepítők áramlási- és koncentráció-viszonyainak helyszíni mérése Patziger Miklós*, Józsa János**, Sokoray-Varga Béla** *Szent István Egyetem Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Közmű- és Mélyépítési Tanszék **Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék Kivonat: A szennyvíztisztító telepek technológiai egységeinek hatásfokát nagymértékben befolyásolják az adott medence-típusokban kialakuló áramlási viszonyok. Különösen így van ez azon medencetípusoknál, amelyeknek elsődleges feladata a mechanikai úton történő fázisszétválasztás (homokfogók, flotálók, előülepítők, utóülepítők). Jelen tanulmányunkkal kezdődő, három részesre tervezett beszámolónkban a radiális átáramlású utóülepítő medencék geometriai kialakításának és üzemvitelének (iszap-recirkuláció, kotrás) javításával, optimálásával foglalkozó, nemzetközi szinten is újszerű kutatás (Patziger, 2007) módszertanát és főbb eredményeit adjunk közre. Jelen cikkben annak bemutatására helyezzük a hangsúlyt, hogy miként lehet finom felbontású áramlás- és koncentrációmérésekkel egy utóülepítő medence áramlási sajátosságait feltárni. A mérés eredményei már önmagukban hasznos segítséget nyújtanak a medence adott üzemállapothoz tartozó működésének elemzésében, ezen keresztül az esetleges geometriai kialakítási és üzemviteli hibák kiszűrésében. A mérési eredmények értékes adatokat jelentenek továbbá a vizsgált utóülepítő medence numerikus áramlás- és transzport-modelljének felállításához, kalibrálásához és igazolásához, amely segítségével a medence javított változatai költséges kísérletek végzéséhez képest hatékonyan, viszonylag rövid időn belül tanulmányozhatók. Kulcsszavak: szennyvíztisztító telep, utóülepítő medence, turbulencia, áramlásmérés, koncentrációmérés. Bevezetes A szennyvíztisztító telepeken alkalmazott utóülepítő medencéknek, mint ismeretes, három fő feladatuk van: - Az eleveniszap-pelyhek szeparálása a tisztított szennyvíztől pehelyképződés (flokkuláció) és a pelyheknek a nehézségi erő hatására létrejövő ülepítése útján azért, hogy a szennyvíztisztító telepet elhagyó tisztított szennyvíz közel lebegőanyag-mentes (X E< 35 mg/l) legyen. -A leülepedett iszap minél nagyobb mértékű besürítése a medencefenéken, azért, hogy minél hatékonyabb iszap-recirkulációt érjünk el, így fenntartva az eleveniszapos medencében kialakuló, a biológiai tisztítás szempontjából elengedhetetlen magas eleveniszap koncentrációt (X = 3 és 5 kg/m 1 között). -Az utóülepítő medencék feladata továbbá lökésszerű hidraulikai terhelés esetén (pl. heves zápor) az eleveniszapos medencéből az utóülepítő medencébe átmosódott iszaptömeg legfeljebb 2 óra hosszat történő tárolása (ATV DVWK, 2000). Abban, hogy egy utóülepítő medence a fent említett feladatainak eleget tesz-e, döntő jelentősége van a medencében kialakuló áramlási viszonyoknak. Az utóülepítő medencében létrejövő áramlási viszonyok a hidraulikai terhelés és az eleveniszap ülepedési tulajdonságai mellett meghatározó mértékben függenek a medence geometriai kialakításától. Jelen tanulmány példát mutat egy radiális átáramlású utóülepítő medencében kialakuló áramlási kép és iszap-koncentráció eloszlás feltárására szabatos helyszíni áramlás- és koncentráció eloszlás-mérésekkel. A tanulmány jól szemlélteti, hogy egy adott utóülepítő medence áramlási képének ismeretében több olyan hibát felfedezhetünk egy adott medence geometriai kialakításában és üzemvitelében (kotrás, iszap-recirkuláció), amelyeket korrigálva jelentős javulást érhetünk el az ülepítés hatékonyságában. A mérési adatok értékes segítséget nyújtanak továbbá numerikus többdimenziós utóülepítő modellek kalibrálásánál és igazolásánál, amelyek segítségével aztán kialakítási változatok széles köre vizsgálható és értékelhető ki, annak érdekében, hogy a medence hatékonyságát tovább javítsuk. Utóülepítő medencék áramlási sebességviszonyainak helyszíni mérése Az utóülepítő medencék méretezésénél és tervezésénél hosszú ideig Hazen (1907) feltételezéseit vették alapul, melyek szerint az ülepítő medencék hosszirányban (kör alaprajzú ülepítő medencék esetén sugárirányban) a keresztmetszet mentén egységesen átáramlott csőreaktorhoz hasonlítanak. Az első ismert áramlási sebesség méréseket A nderson (1945) végezte úszós sebességméréssel egy 27 m hosszú, négyszög alaprajzú, hosszanti átáramlású utóülepítő medencében. Megmutatta, hogy Hazen (1907) feltételezéseivel szemben az utóülepítőben a már említett sürüségkülönbségek hatására az utóülepítő egyes mélységi zónáiban különböző áramlási struktúrák alakulnak ki. Ponn (1977) az utóülepítő medencékben kialakuló csekély áramlási sebességeket termo-érzékelővel mérte, és ezzel a technikailag jóval fejlettebb színvonalú módszerrel anderson (1945) eredményinél pontosabb mérési eredményeket publikált. Kutatásaival alapjaiban megerősítette anderson (1945) eredményeit, és az áramlási struktúrák leírását kör alaprajzú utóülepítő típusokra is kiterjesztette. a medence-mélység mentén létrejövő sürüség-különbségek hatását az áramlási képre öszszehasonlító mérésekkel igazolta olyan utóülepítő medencékben, amelyeket a vizsgálat céljából nem iszapszennyvíz keverékkel, hanem tiszta talajvízzel töltött fel. Az ultrahangos sebességmérők megjelenésének köszönhetően az utóülepítő medencékben létrejövő áramlási sebességek még pontosabb megfigyelése vált lehetővé. Ezt a módszert alkalmazták larsen (1977), krebs, (1991) és D eininger (1997). Larsen (1977) volt az első, aki az általa vizsgált négyszög alaprajzú hosszanti átáramlású utóülepítő medencében turbulens sebesség ingadozásokat is regisztrált. Különféle áramlástani kutatásokban, az utóbbi években egyre átütőbb sikerrel alkalmazzák az akusztikus Doppler elven működő ADV sebességmérő szondákat (Acoustic Doppler Velocimetry). Ezeket a műszereket, amelyek a kialakuló áramlási sebességeket finom tér- és időbeli felbontásban, nagy pontossággal képesek mérni, utóülepítő medencék vizsgálatára azonban az elmúlt években kezdték csak alkalmazni ( F reimann (1999), jardin et al. (2002), patziger et al. (2005)). Alkalmazott mérési módszerek A vizsgált szennyvíztisztító telep A vizsgálatokat az Ausztriában található gráci városi szennyvíztisztító telepen hajtottuk végre, amely 500 000 lakos-egyenérték (LE) kapacitású, és eleveniszapos szennyvíz-tisztítással üzemel. (A kutatás idején jelen közlemény első szerzője a Gráci Műszaki Egyetem Települési
