A Magyar Hidrológiai Társaság XXXIII. Országos Vándorgyűlése (Szombathely, 2015. július 1-3.)
4. szekció. VÍZELLÁTÁS - 10. Tolnai Béla (BioModel Bt.): Szűrések hasonlósága
A Stokes-Einstein egyenlet alapján a konduktív anyagáramlás sebességét meghatározó diffúziós tényező nagysága a molekulamérettől függ. Kisebb molekulák könnyebben diffundálnak. A tápanyaglebontás a biofilmen belül történik. Ez a művelet „eltünteti” a biofilmbe belépő molekulát és vele annak koncentrációját. A biofilmen kívüli és belüli koncentrációkülönbség így folyamatosan újratermelődik. A diffúziós elmozdulás a tér minden irányába egyformán megtörténik, ahogy az a Brownmozgásnál is megfigyelhető. Az ionok vándorlása is a diffúzió törvényszerűsége mentén zajlik. Elektromos tér hatására azonban ezek a töltött részecskék egy irányba terelhetők. Megkülönböztetésül a diffúziótól ezt a mozgást driftnek hívjuk. Esetünkben is egyirányú diffúziós elmozdulást tapasztalmik, mégpedig a víztérből a biofilmbe irányulót. A hajtóerőt a baktériumok munkája révén folyamatosan újratermelődő koncentrációkülönbség adja. A 2-3. táblázatban a baktériumok életösztöne jelöli azt a kényszert, amely őket a tápanyaglebontásra bírja. Rendszertechnikai értelemben a lebontás egyfajta visszacsatolást is jelent. Ha nem termelődik újra koncentrációkülönbség, elvész a hajtóerő, nem jön létre a diffúzió, amely a baktériumokhoz szállítja a tápanyagot. A tápanyaglebontás logisztikai értelemben vett hatékonyságát a baktériumok által belakható felület nagysága is megszabja. Sok tápanyag lebontásához sok baktériumra van szükség és azok csak nagy felületen tapadhattak meg. Egy adott térfogatban a felület nagysága annál nagyobb, minél kisebb a szemcsék mérete. A biológiai szűrés logisztikai feltételét a Pe-szám a következő módon jellemzi: ahol w [m/s] szűrési sebesség dm [m] mértékadó szemcseáünérő (homok szűrőréteg esetén megegyezik a jellemző szemcseáünérővel) Ds [m2/s] szubsztrát (a lebontandó szennyezés) diffúziós tényezője A Pe-szám dimenziómentes szám. Három eltérő tulajdonságot sűrít magába: az üzemtan legfontosabb paraméterét a szűrési sebességet (w), a tisztítandó víz minőségét a szennyezőanyag diffúziós tényezőjével jellemezve (Ds) és a szűrőközeg vagy a biofilmhordozó réteg meghatározó sajátságát, a szemcseátoiérőt (dm) amely a hordozó felület nagyságára utal. A Pe-számot szokás a konvektiv és a konduktiv áram arányaként is interpretálni: pe _ w konvektiv sebesség Ds konduktív sebesség A dm í Formázott: Süllyesztett: 15 ptr-X Formázott: Süllyesztett: 30 ] A hatékony lebontás előfeltétele, ha a biofilmhez megérkező tápanyag oda be is képes jutti, azaz Pe ~ 1 érték a kívánatos. Egy másik értelmezés szemléletesebb, algebrai átalakítás után a következő alakhoz jutunk: d!, D t diffúziós idő dm w _ w d, D. dm D Pe = d,n w diffúziós idő tartózkodási idő [ Formázott: Süllyesztett: 27 ' PE V / 4/10
