Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák I.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

8. fejezet - Ülepítés

8. fejezet - Ülepítés

Bevezetés

Az ülepítők a szennyvízben lévő ülepíthető lebegőanyagot, amit a rácsok és homokfogók nem voltak képesek eltávolítani, megfelelő hatásfokkal kell kiülepíteni. Ezen kívül a biológiai oxigénigény csökkentését is fokozzák, azaz a rendszer szervesanyag-terhelését tovább csökkentik. Az ülepítőtér kialakítása rendkívül változatos, de vannak olyan kialakítási alapelvek, amelyek általánosnak tekinthetőek. Így a víz egyenletes bevezetését és a mozgási energia csökkentését célzó előkamra, azaz befolyási tér és a tényleges ülepítőtér kialakítása, valamint az egyenletes elvezetést biztosító kamra és értelemszerűen az iszapgyűjtő, iszaptároló tér.

Ebben a tanulási egységben az ülepítők működésének és különböző típusainak bemutatására kerül sor.

Követelmény:

  • Ismerje az ülepedés fizikai törvényszerűségeit és ezeket alkalmazza a gyakorlatban.

  • Értse, milyen körülmények és hogyan befolyásolják az ülepedés hatékonyságát.

  • Tudja alkalmazni és működtetni a különböző típusokat.

A homokfogót követően ülepítőmedencékkel fogjuk ki a finomabb szerkezetű, nagyrészt szerves eredetű ülepíthető szennyeződéseket. Szokásos ezekre a berendezésekre az előülepítő elnevezést is használni, mivel ülepítést a további tisztítási folyamatokban is alkalmazunk.

Az ülepítésre itt is a már említett Stokes összefüggés a mérvadó. Az ülepítők működési elve azon alapul, hogy a víznél nagyobb sűrűségű szennyező anyagok megfelelő kis átfolyási sebesség (vátf = 1-20 cm/s) és viszonylag nagy szemcseméret (0,05-0,1 mm) esetén a gravitációs erő hatására kiülepednek.

Ha az átfolyási sebesség nagy, a vízmozgás örvénylő (turbulens) lesz, és a víz magával ragadja a szennyezőanyag szemcséket. Ekkor a víz ugyanúgy tovább szállítja a szilárd szennyeződéseket, mint ahogy ezt egy jól működő gravitációs csatornánál tapasztaljuk. A 0,05 mm-nél kisebb szemcseméretű finom szennyezőanyag nagyon lassan ülepíthetők ki. Ezek az anyagok a kolloid mérettartományba esnek, amiket általában derítéssel távolítják el, ami már a kémiai szennyvíztisztítás körébe tartozik.

Ülepítők alkalmazási területe:

  • önálló mechanikai tisztító berendezésként,

  • szennyvízöntözés előtti előtisztításként,

  • biológiai szennyvíztisztító rendszerben elő-és utótisztítóként,

  • kémiai tisztítórendszer elő-és utóülepítőjeként,

  • csapadékvíz tárolására és ülepítésére.

Az ülepítők csoportosíthatók:

  • üzemmódjuk,

  • a technológiai sorban elfoglalt helyük és

  • átfolyási irány szerint.

Üzemmódjuk szerint az ülepítők lehetnek:

  • szakaszos üzeműek (töltő-űrítő rendszerűek),

  • folyamatos átfolyásúak.

A szakaszos üzemmód csak nagyon kis teljesítményt tesz lehetővé, ezért szennyvíztisztító telepeken nem alkalmazzák.

A folyamatos átfolyású ülepítőknél a lehető legnagyobb felületen egyenletesen elosztva vezetik be a szennyvizet, és a medence teljes keresztmetszetében olyan kis sebességgel vezetik át, amelynél a víz mozgása az ülepedést nem akadályozza. A folyamatosan bevezetett szennyvíz hozamával (m3/s-ban vagy l/s-ban mért térfogatárammal) megegyező hozamú ülepített szennyvíz pedig szintén folyamatosan kerül kivezetésre a bukóvályún keresztül az ülepítőből (32. ábra).

32. ábra. Folyamatos ülepítőmedence (négyszögletes)

Az ülepítőket felhasználási helyüktől függően felületi hidraulikus terhelésre (m3/d); szükséges elméleti tartózkodási időre (h); felületi lebegőanyag-terhelésre (kg/m2 × h), függőleges, illetve vízszintes átfolyási sebességre (cm/s); bukóélterhelésre (m3/m×h) méretezik. Nem elhanyagolandó szempont a kritikus sebesség vizsgálata sem.

Tartózkodási időnek nevezik azt az időtartamot, amennyit a szennyvíz a műtárgyban tölt (egy vízrészecske műtárgyba történt belépése és kilépése közt eltelt idő). Értéke: 1-3 óra közötti.

A tartózkodási idő kiszámítható úgy, hogy a medencetérfogatot (V) osztjuk a szennyvízbevezetés térfogatáramával (Q).

Ha ismerjük az ülepítőben az átfolyási sebességet (vátf), akkor az ülepítő hosszának (L) ismeretében meghatározható a tartózkodási idő.

Átfolyási időnek (Tátf) is szokták nevezni az így számított időt. Az átfolyási idő megegyezik a tartózkodási idővel, mivel a víz az ülepítőben annyi ideig tartózkodik, amennyi idő az átfolyáshoz szükséges Tátf = Ttart.

Ülepedési időnek (Tül) nevezzük azt az időtartamot, amennyi idő ahhoz szükséges, hogy a szennyezőanyag szemcse függőleges úton mozogva elérje az ülepítő alját. Az ülepedési idő is meghatározható az út – idő – sebesség összefüggéséből. Ebben az esetben az út az ülepítőben lévő vízmélységgel (H) lesz egyenlő, míg a sebesség az ülepedési sebesség lesz (vül).

A szennyezőanyag szemcse tényleges mozgása, illetve sebessége a folyamatos átfolyású ülepítőknél ferdén lefelé irányul, az átfolyási sebesség és az ülepedési sebesség eredőjének irányában. A mértékadó szennyezőanyag szemcsének el kell érnie a medence alját addig, míg a szemcse átér a medence végére. Ebből következik, hogy az ülepedési- és az átfolyási időnek meg kell egyezni. Tül = Tátf.

A térfogatáram általános képletének (Q = vk·A) felhasználásával, a medence méreteinek ismeretében kiszámítható az ülepedési, illetve az átfolyási sebesség is.

Q – az ülepítőbe vezetett szennyvízhozam (térfogatáram) [m3/sec vagy m3/óra],

vk – a középsebesség (m/sec vagy m/óra),

A – a sebesség irányára merőleges (ülepítő medence) keresztmetszet felülete (m2).

Az ülepedési sebesség irányára merőleges medence keresztmetszet felülete, vagyis az ülepítő alapterülete, amely a szélesség (B) és a hossz (L) szorzataként számítható:

Az átfolyási sebesség irányára merőleges medence keresztmetszet a medence szélességének (B) és mélységének (H) szorzataként számítható:

A technológiai sorban elfoglalt helyük szerint az ülepítő lehet:

  • előülepítő,

  • közbenső ülepítő,

  • utóülepítő,

  • egyéb speciális célú ülepítő, pl. iszapsűrítő, homokfogó, kétszintes ülepítő.

Az elő-, közbenső- és utóülepítők biológiai szennyvíztisztító telepeken találhatók. Az ülepítő elnevezése a biológiai tisztítóegységhez viszonyított helyére utal.

Az előülepítő a biológiai tisztító műtárgy előtt található. Feladata a biológiai tisztító műtárgy tehermentesítése az ülepíthető szilárd vagy esetleges pelyhesedett szerves szennyező anyagoktól. Az innen kikerülő iszap magas szervesanyag-tartalmú, általában sűrűbb, mint az utóülepítő iszapja.

Előfordul, hogy az előülepítő hatásfokát vegyszerek alkalmazásával növelik (intenzifikálják). A fizikai (mechanikai) tisztítás hatásfokának növelése mellett ekkor kémiai folyamatok is lejátszódnak az előülepítőben, amelyek az oldott anyagok és a csak fizikai eljárással nem ülepíthető lebegő anyagok (kolloidok) eltávolítását is segítik.

Az utóülepítőt azért kell alkalmazni, mert a biológiai tisztítóberendezésben nem történik fázisszétválasztás az anyag-átalakítást követően. Csak a szerves anyag lebontása történik meg a biológiai tisztítóegységben, de már a szervetlenné alakított szennyeződés nem kerül ezen a helyen eltávolításra, sőt még a tisztítást végző mikroszervezetek (eleveniszap) is kikerül a biológiai műtárgyból.

Az utóülepítőben történik a biológiai tisztítás során képződő pelyhesedett eleveniszap és az ülepíthető szervetlenné alakult szennyezőanyagok leválasztása.

A csepegtetőtestes biológiai tisztítás utáni ülepítőben a csepegtetőtest kitöltő anyagának a felületéről leszakadó baktérium-bevonat (biológiai hártya) és a szervetlenné alakított iszap visszatartása történik.

A közbenső ülepítő a kétlépcsős biológiai tisztítás alkalmazásakor a két biológiai tisztítóegység közé kerül elhelyezésre. Feladata az első biológiai lépcsőben képződő eleveniszap nagyobb részének kiülepítése.

Az ülepítők fajtái:

  • oldó (rothasztó) medencék,

  • egyszintes ülepítők,

  • kétszintes (Imhoff) medencék (csak előülepítésre).

A leggyakrabban alkalmazott egyszintes ülepítők osztályozása:

  • hosszanti átfolyású ülepítők gépi kotró berendezéssel (pl. Lipcsei tip.),

  • sugárirányú átfolyású ülepítők gépi kotróberendezéssel (pl. Dorr típ.),

  • függőleges átfolyású tölcséres ülepítők (pl. Dortmundi típ.),

  • lemezes (betétes) ülepítők.

A méretezett hasznos ülepítőtér nagysága szerint a javasolt alkalmazási területük:

  • hosszanti ülepítők 140–2000 m3/d között,

  • sugárirányú átfolyású ülepítők 300–400 m3/d felett,

  • függőleges (tölcséres) átfolyású és kétszintes ülepítők 100 m3 ülepítőtér alatt.

Az ülepítőket csoportosíthatjuk az ülepítőn történő átáramlás szempontjából, így beszélhetünk vízszintes, függőleges és radiális átfolyású ülepítőkről. Vannak egy és kétszintes ülepítők, az elhelyezés szempontjából pedig a másodlagos tisztításhoz viszonyított előülepítőkről illetve utóülepítőkről beszélhetünk.

Hosszanti átfolyású ülepítők

Alkalmazható önálló mechanikai tisztítóberendezésként, öntözés előtti előtisztításhoz, biológiai elő-és közbenső, illetve utóülepítőként, csapadékvíz ülepítőként.

A műtárgy átlagos mélysége 1,5-2,5 m, a kotrószerkezet miatt a szélességi méret 4,0-8,0 m, a mélység és hosszúság ajánlott aránya 1:20-1:30. A fenéklejtés az iszapzsomp irányában 1,5-2,0% legyen. Megszívott ülepítők esetében (csak utóülepítőként használják) a középvályú felé való lejtés 5%. A 33. ábra egy tolólapos hosszanti ülepítőt mutat be. A folyamatos iszapeltávolítás érdekében a tolólap elrendezés helyett gyakran „láncos” iszapkotró szerkezetet építenek be. A kotrás sebessége általában 1-3 cm/s.

33. ábra. Tolólapos hosszanti ülepítő kialakítása (Iker elrendezés)

A szennyezőanyag szemcse tényleges mozgás, illetve sebessége a folyamatos átfolyású ülepítőknél ferdén lefelé irányul, az átfolyási sebesség és az ülepedési sebesség eredőjének irányában. A Lipcsei medence vázlatán tanulmányozhatjuk a műtárgyban kialakuló sebességeket, vízmozgásokat (34. ábra). Vízszintes átfolyású sugárirányú ülepítők elő-, közbenső és utóülepítőként egyaránt felhasználhatók.

A hosszanti, vízszintes átfolyású, ún. Lipcsei ülepítőkben a szennyvíz a bevezető elemeken keresztül áramlik a medencébe, majd hosszanti irányban egyenletes, lehetőleg lamináris áramlásban halad az elvezető vályú illetve a bukó irányába (35. ábra).

34. ábra. Hosszanti átfolyású ülepítő kialakítása

35. ábra. Vízszintes (hosszanti) átfolyású Lipcsei medence vázlata

Fontos az áramlástanilag kedvező vízbevezetés és elvezetés, mivel ily módon a holt terek és az áramlási árnyék terek kiküszöbölhetőek. Ugyanakkor az iszapzsomp környezetében olyan holttérről kell gondoskodni, hogy a leülepedett lebegőanyag ne mosódhasson ki. A bukóél előtt lévő merülőfal megakadályozza, hogy az úszóiszap a szennyvízzel együtt elússzon.

Ellenáramú berendezés a függőleges átfolyású dortmundi ülepítő (36. ábra), a felfelé irányuló vízmozgásban lefelé ülepedő anyag lebegő iszapfelhőt alkot, amely szűrő hatásánál fogva a javítja az ülepítés hatásosságát.

36. ábra. Függőleges átfolyású dortmundi ülepítő

A sugárirányú átfolyású Dorr ülepítőt (37., 38. ábra) nagyobb telepeken, 15-2000 lakos egyenérték felett alkalmazzák. Átmérője 20-40 m, az átfolyási sebesség v<10 mm/s, 1-3 órás tartózkodási idővel. A gyakorlatban 50 m-es átmérővel is előfordul. Kis átmérőnél be- és kivezetésnél viszonylag nagy zavaró, illetve holtterek alakulnak ki. Nagy méretnél a szél zavaró hatása fokozottan érvényesül. A körbeforgó kotrószerkezet által a központi iszapzsompba gyűjtött laza iszapot víznyomással, csővezetéken vezetik el. Az uszadékot, amelyet a merülőfal tart távol a bukóéltől, fölöző berendezéssel távolítják el. A medence jó működésének alapvető feltétele a hidraulikailag jó kialakítás, a bevezetett víz egyenletes elosztása, az ülepítőtér kiegyenlített sebességeloszlása.

Az 1:25 mélység-átmérő arány mellett 1,5-2,5 m-es vízmélységet célszerű alkalmazni.

37. ábra. Sugárirányú átfolyású Dorr ülepítő

38. ábra. Sugárirányú átfolyású Dorr ülepítő működésének elve

Az ülepítők kiválasztása részletes technológiai és hidraulikai számítások elvégzését igényli.

Számtalan tényező hat a fázisszétválasztás hatékonyságára, melyek közül a következő szempontok figyelembevétele elengedhetetlen:

  • a szélsőséges hőmérsékletek és meteorológiai tényezők hatása a műtárgyra,

  • a biológiai egység technológiája (a nitrogénformák kezelési szintje),

  • az iszapgyűjtő zsomp léte, vagy nemléte, a recirkuláció mértéke,

  • a biológiai egység technológiai paraméterei (pl. iszapkoncentráció, iszapindex, iszapkor stb.).

A szennyvíztisztító telepek fázisszétválasztó egysége azonos fontossággal bír, mint a levegőztető egység. A rosszul méretezett utóülepítő egy tökéletesen kialakított biológiai egység eredményét is tönkre teheti. Hiába bontja le a biológia a szerves anyag oldott fázisát szinte tökéletesen, ha a hibás fázisszétválasztóból elúszó lebegő anyag ezt az eredményt tönkreteszi. (A lebegő anyag – annak szerves hányada – az elfolyó víz részét képezi és az elfolyó víz összesített minőségét befolyásolja, lerontja).

39. ábra. Utóülepítő üresen

40. ábra. Utóülepítő tele

Videó: Utóülepítő

További ülepítő típus a kétszintes ülepítő (41. ábra). Mindig előülepítőként alkalmazzák, ülepítő terének maximális mélysége 2,5 m-nél kisebb, csúszófelületek hajlásszöge pedig legalább 60°. A szélesség hossz aránya 1:1,5-1:2. A víz bevezetését hosszanti átfolyású ülepítőknél ismertetett ütközőtárcsákkal, kivezetését merülőlap közbeiktatásával, bukóélen keresztül célszerű megoldani. Az ülepítő tér alatti rothasztó tér nagyságát a napi iszapmennyiség és a rothasztási, valamint a tárolási idő figyelembevételével célszerű meghatározni. Az iszap eltávolítása csővezetéken vagy mobil iszapszivattyúkkal történik.

41. ábra. Kétszintes ülepítő

A kétszintes ülepítők az ülepítés mechanikai és a rothasztás biológiai folyamatát egyetlen műtárgyon belül valósítják meg.

A műtárgy felső része az ülepítőtér, ahonnan a kiülepedett iszap az alsó, rothasztó térbe csúszik. A két tér elválasztása olyan, hogy a rothasztás során keletkező gázbuborékok ne juthassanak be az ülepítő térbe, megzavarva a kiülepedés folyamatát.

Az iszap eltávolítását megfelelő menetrend szerint, illetve az egyszintes ülepítőknél pedig folyamatosan kell megoldani, hisz az iszap száradás után rendkívül nehezen távolítható el az üzemeltető műtárgyakról, amelyeken a hatásfokot nagymértékben rontja. A függőleges áramlású ülepítőtérben az áramlási sebesség 0,3 1 m/s körül legyen. A csillapítóhengerben maximálisan csúcsvízhozamnál 3 cm/s sebesség engedhető meg. Ha ennél nagyobb sebesség adódik, célszerű a csillapítóhenger alatt megfelelő távolságban terelőtárcsát elhelyezni a vízáramlás irányítására.

Összefoglalás

Az ülepítők a szennyvíztisztító telepek mechanikai tisztító műtárgyainak csoportjába tartozó berendezések, melyek működése a sűrűségkülönbség elvén alapul.

Az ülepítésre is a Stokes összefüggés érvényes. Az ülepítők működési elve azon alapul, hogy a víznél nagyobb sűrűségű szennyező anyagok megfelelő kis átfolyási sebesség (vátf = 1-20 cm/s) és viszonylag nagy szemcseméret (0,02-0,1 mm) esetén a gravitációs erő hatására kiülepednek.

Ülepítők alkalmazási területe:

  • önálló mechanikai tisztító berendezésként,

  • szennyvízöntözés előtti előtisztításként,

  • biológiai szennyvíztisztító rendszerben elő-és utótisztítóként,

  • kémiai tisztítórendszer elő-és utóülepítőjeként,

  • csapadékvíz tárolására és ülepítésére.

Az ülepítők csoportosíthatók:

  • üzemmódjuk szerint: szakaszos, folyamatos;

  • a technológiai sorban elfoglalt helyük szerint:

    • előülepítő,

    • közbenső ülepítő,

    • utóülepítő,

    • egyéb speciális célú ülepítő;

  • átfolyási irány szerint:

    • függőleges átfolyásúak (Dortmundi–medence),

    • vízszintes átfolyású: hosszanti átfolyású (Lipcsei–medence),

    • sugárirányú átfolyású: (Dorr-medence)

Ellenőrző kérdések

  1. Milyen szempontok szerint csoportosíthatók az ülepítők?

  2. Hol helyezkedik el a technológiai sorban az elő-, illetve az utóülepítő, és mi a funkciójuk?

  3. Sorolja fel a Dortmundi medence fő szerkezeti részeit, magyarázza el működését!

  4. Sorolja fel a Lipcsei medence fő szerkezeti részeit, magyarázza el működését!

  5. Sorolja fel a Dorr medence fő szerkezeti részeit, magyarázza el működését!