Hidrológiai Közlöny 1970 (50. évfolyam)

6. szám - Dr.Kádár László: A szennyvizek elkeveredése folyóban

Hidrológiai Közlöny 1970. 5. sz. 278 A szennyvizek elkeveredése folyóban Dr. KÁDÁR LÁSZLÓ* A vízkészletek növekvő igénybevételével a vízgazdálkodási feladatok is egyre összetettebbé válnak, ami új módszerek és lehetőségek feltárását teszik szükségessé főként a vízminőségszabályozás területén. Világszerte előtérbe került a befogadók differenciáltabb vizsgálatának és értékelésének gondolata. E problémakörhöz kapcsolódva a turbulens diffúzió gyakorlati alkalmazásának jelentőségére utaltunk a Hidrológiai Közlöny 1969. 9. számában. Ugyanakkor egy, a Dunán végrehajtott méréssorozatot ismertettünk, amely a koncentráció eloszlás és az áramlási viszonyok törvényszerű kapcsolatának meghatározására irányult. A mérések közelebbi célja az volt, hogy a tényleges áramlási feltótelek mellett konkrét adatokat kapjunk folyamatos adagolás mellett a jelzőanyag-koncentráció térbeli eloszlásáról. A mért koncentráció értékek feldolgozása során kapott eredmények módot nyújtottak arra, hogy a folyó mozgásállapotát befolyásoló hidrológiai és a jellemző hidraulikai tényezők, valamint a koncentráció-viszonyok közötti kapcsolatokra nézve bizonyos következtetéseket vonjunk le. A következőkben e vizsgálatok során kialakult gondolatmenetet és annak eredményeit foglaljuk össze, a teljességre és a véglegességre való törekvés nélkül, mivel a téma sokrétűsége, a kapcsolatok bonyolult volta miatt ilyen igényű eredményeket a további kutatások fognak nyújtani. A turbulencia és az elkeveredés közötti kapcsolat Nagyobb vízhozamú folyóba vezetett szennyvíz a bekerülés pillanatában a befogadó áramlási jellemzőinek hatása alá kerül. Rövid időn belül a folyó hidrológiai adottságaihoz tartozó hidraulikai törvények szerint áramlik tovább és átveszi annak mozgásjellemzőit. Az áramlás turbulens jellegéből következik, hogy az energiadisszipáció ez esetben egyben anyagátadási folyamatot is eredményez, ami meghatározza a szennyvíz víztérbeli eloszlását, a koncentráció-viszonyok alakulását. Ennek hatására a folyóban diffuzív jellegű folyamat alakul ki, amit a továbbiakban vizsgálni szándékozunk. A turbulens mozgásállapot kialakulásában a víztérbeli mozgásoknak és a víz viszkozitásának egyöntetű szerepe van. A viszkozitás hatására tangenciális csúsztató feszültségek keletkeznek, az energia disszipációs munkává alakul és az áramlás gomolygó lesz [1], [7], Folyókban az energiadisszipáció következtében átalakuló energia folyamatos pótlása biztosított, ezzel a turbulens mozgásállapot fenntartásának feltétele adott. A turbulens mozgás lényeges tulajdonsága a szabálytalanság, jellemzője a sebességingadozás, vagyis a pulzáció hevessége, amely a hidrológiai tényezők függvénye. A turbulencia pulzáló sebességingadozásának egyenes következménye a folyadékkal kapcsolatos energetikai, illetve anyagi mennyiségek szétterjedése, diffúziója és annak gyorsasága. * Országos Vízügyi Hivatal, Budapest. A diffúzív folyamat összefüggése a víztér belsejében uralkodó turbulencia-viszonyokkal, illetve az azt létrehozó tényezőkkel nyilvánvaló. A keveredés a pulzáció hatására kialakult gomolyok véletlenszerű ütközése következtében jön létre az elemi kicserélődési felületeken, ami összességében expanziós folyamatot alkot, létrejön a turbulens diffúzió [5]. A szennyvíz" befogadóba vezetése esetén a víztérben tulajdonképpen nem beszélhetünk elkülönült mozgásról, a víztér mozgásállapotát — homogén izotróp vagy anizotrop voltát — gyakorlatilag nem változtatjuk meg, a diffúziós teret azonban mégis elkülönítetten kezeljük, de csak a koncentráció viszonyok alakulása tekintetében. Annak ellenére, hogy az elkeveredés folyamata elsődlegesen a víztér belső mozgásállapotának függvénye, a koncentrációk eloszlását — a turbulencia jellemzők számszerű ismeretének hiányában — külső tényezők függvényében állt módunkban megvizsgálni. (Erre a kérdésre a keveredési tényező tárgyalása során visszatérünk.) Az anizotrop hatások szerepe az eloszlás módosulásában A koncentrációk eloszlását az anizotrop áramlási feltételek lényegesen befolyásolják [6]. A gyakorlat számára értékes eredményekhez akkor jutunk, ha a koncentráció eloszlást a valóságos körülményeknek megfelelő anizotrop hatásokkal módosított formában vizsgáljuk. Ebből a szempontból a víztér lehatároltságát döntő momentumnak tekinthetjük, mivel a határfelületek egyszersmind visszaverőfelületek fejtik ki hatásukat. (Ez esetben a vízfelszínt is határfelületként vesszük számításba). A lehatároltság alapeseteit a befogadó és a szennyvíz bevezetés módjának körülményeihez igazodva állapíthatjuk meg. (Tenger, tó, folyó, parti beömlés, sodorba vezetés stb.). Az általunk feltett kérdés elméleti megközelítéséhez a feltételeket ós a víztér lehatároltságát a kísérleti méréssorozat beállításakor meghatároztuk. (Vö: HK. 1969. 9. 421. old.). Ennek megfelelően vizsgálatainkat két közel víszintes, az áramlás irányával párhuzamos felület által behatárolt, oldalirányban végtelen kiterjedésű víztér feltételezésével végeztük el [10, 15j. (Széles, lapos meder, szennyvízbevezetés a sodorvonalba) Ennek ellenére — az egyszerűbb kezelhetőség miatt — a vizsgálatokat egy dimenziós diffúziós folyamatra vezettük vissza, vagyis négy oldalról lehatárolt, csak az áramlás irányában nyitott, végtelen hosszúságú víztér esetére (cső, csatorna). Ez utóbbit tekinthetjük a tulajdonképpeni alapjelenségnek, amelyből a gyakorlatban előforduló problémák többségének megoldása kifejleszthető. A koncentrációeloszlás elméleti alapjai A koncentrációeloszlás a diffúzióelmélet alapján közelíthető meg. A diffúzió elmélete abból a megfigyelt jelenségből indul ki, hogy ha két egymással érintkező folyadékban az oldott anyag koncentrációja különböző, ez idővel kiegyenlítődik a nagyobb koncentráció értékek csökkennek, míg a