Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák I.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

9. fejezet - Lebegő anyagok eltávolítása

9. fejezet - Lebegő anyagok eltávolítása

A lebegő anyagok méretük alapján legtöbbször a kolloid tartományba esnek. Ezek a részecskék bizonyos stabilitással rendelkeznek, ami megakadályozza azokat abban, hogy nagyobb méretű részecskékké kapcsolódjanak össze. Ez az oka annak, hogy a klasszikus ülepítő berendezésekkel nem lehet ezeket elválasztani a szennyvízből, így azok a biológiai tisztítóberendezést terhelik, ezért ezek eltávolítására speciális műtárgyakat, technológiákat dolgoztak ki.

Ebben a tanulási egységben a lebegő anyagok speciális elválasztási módszereiről lesz szó, ami az alábbi eljárásokat és műtárgyakat tartalmazza: centrifugálás, olaj- és zsírlefölözés, felúsztató berendezések, flotációs medencék.

Követelmény

  • Tudja, hogyan működnek a felúsztató berendezések: olaj- és zsírfogók, flotációs medencék, centrifugák.

  • Fogalma legyen róla, hogy milyen körülmények között és hol alkalmazhatók a szennyvíztisztításban!

  • Ismerje a különböző típusokat és üzemeltetésüket.

  • Tudja alkalmazni azokat a különböző típusú szennyvizek tisztításában.

Felúsztató berendezések

A felúsztató berendezések célja a szennyvízben levő és a víznél kisebb sűrűségű anyagok visszatartása. Kialakításukat tekintve, ezek olyan medencejellegű műtárgyak, amelyekben az érkező víz sebessége 5-10 mm/s értékre csökken. így a műtárgyon átfolyva; a kisebb sűrűségű anyagoknak van elegendő idejük a víz felszínére felúszni.

Felúsztatás: olaj-, zsírcseppek illetve kolloid méretű lebegőanyagok folyadékfelszínre való juttatása. Az olaj-, zsírszennyeződések sűrűsége kisebb, mint a víz sűrűsége, így a felszínre úszik, a flotálással a víznél nagyobb sűrűségű hidrofób lebegőanyagok is felúsztathatóak. A víznél kisebb sűrűségű szennyezők: olaj és zsír cseppek az ülepítéshez hasonló körülmények közt a víz felszínére úsznak, ezt nevezzük felúszásnak.

Zsírfogók

A zsírfogókat konyhák, vágóhidak, húsüzemek mellett építik, a szennyvíz közcsatornába vezetése előtt, vagy a szennyvíztisztító telepeken. A műtárgy rendszerint téglalap alakú 1:1, 5-2 szélesség-hosszúságaránnyal

A víz egyenletesebb szétosztására a műtárgy elején, valamint a felúszott zsiradék visszatartására a műtárgy végén terelőfalak szolgálnak.

A zsíranyagok bomlásaként keletkező zsírsav korróziós hatása miatt a medence teljes belső felületét célszerű mészszegény cementtel készült vízzáró vakolattal ellátni. A visszatartott zsírréteg magasságában saválló lapburkolat (csempe) vagy védőbevonat elhelyezése szükséges, a vízszint felett és alatt 20-30 cm távolságig: A műtárgy lefedését vagy előregyártott, kiemelhető lapokkal, vagy pedig kiemelhető fedlapos (a lebúvónyílás fölött elhelyezve) monolit vasbeton födémmel oldják meg:

Videó: Zsírfogó

Nagyobb üzemi zsírfogók légbefúvással is készülhetnek (42. ábra). A műtárgy fenekén perforált csövön befúvott levegő buborékai felfelé terelik a zsiradékot. A víz bevezetése a vízszint fölött, az elvezetés pedig az üledék eltávolítása végett a fenékről történik.

42 ábra. Légbefúvásos zsírfogó vázlata

Benzinfogók

A benzinfogókat garázsoknál, javítóműhelyeknél célszerű alkalmazni. A benzinfogók célja egyrészt a benzinféleségek kinyerése újrafelhasználás végett, másrészt a robbanásveszély megelőzése a közcsatornában. Rendszerint betonból, vasbetonból vagy öntött vasból, feltétlenül fedett – általában előregyártott – kivitelben épülő medencék. Szellőzésükről is feltétlenül gondoskodni kell. A felúszó benzin összegyűjtését acéllemez gyűjtőedénnyel oldják meg. A fokozott tűz- és robbanásveszélyesség miatt a műtárgyak mellett a nyílt láng használatát és a dohányzást tiltó táblákat kell elhelyezni. A 43. ábrán egy ilyen előregyártott benzinfogót láthatunk, a 44. ábrán pedig épített benzinfogó vázlata található.

43. ábra. Előregyártott benzinfogó

44. ábra. Épített benzinfogó vázlata

Olajfogók

Az olajfogók kialakítása (45. és 46. ábra) hasonló a zsírfogókéhoz. Az összegyülemlő üledék tárolására és könnyebb kiemelésére 60%-os lejtéssel ellátott gyűjtőteret szoktak kialakítani a műtárgy végén. Az olajréteg magasságában olajálló, elszivárgást gátló védőburkolat (pl. klinkerlap) vagy -bevonat készítendő. Ugyanez vonatkozik az olajgyűjtő térre. A műtárgyat vízzáró vakolattal kell ellátni, a felhasználandó cement minősége lehetőleg C 500 p legyen, kivéve az olajjal érintkező felületeket, ahol burkolat esetén C 500 s cementet, vagy mészszegény portlandcementet ajánlatos alkalmazni.

45. ábra. Olajfogó berendezés vázlata

http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=879dede8-6e16-421e-a579-d484bc68d7d2&cid=dc68a2ff-820a-462f-bc0a-69d2dec40015)

46. ábra. Olajfogó berendezés fényképe

http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=879dede8-6e16-421e-a579-d484bc68d7d2&cid=dc68a2ff-820a-462f-bc0a-69d2dec40015

Habfogók

Habfogókat fürdők, mosodák szennyvizeinek mechanikai tisztítására, ill. vendéglátóipari szennyvizek előtisztítására alkalmazzák. Elvi kialakításuk nagyjából azonos a zsírfogókéval.

Amennyiben a szennyvízben viszonylag kevés úszó szennyeződés várható, akkor külön úsztató-berendezés építése nem indokolt. Ez esetben a kismennyiségű zsír, olaj, stb. az úszó iszappal együtt kezelhető, ill. távolítható el.

A flotálás

A flotálás célja: a szennyvízben levő, víznél kisebb sűrűségű olaj-, zsír- és benzincseppek, valamint a fel nem úszó és nem is ülepíthető kolloid részecskék eltávolítása, illetve az emulzió szétválasztása.

A már tárgyalt felúsztató berendezések közül az olajfogók hatásfoka levegő befúvatással növelhető, mivel a légbuborékokhoz hozzátapadó olajrészecskék felúszási sebessége a megnövekvő sűrűségkülönbség miatt nagyobb lesz.

A flotációs berendezések működése is a sűrűségkülönbség elvén alapul, azonban a szennyezőanyag részecske felúszási sebességének növelésére „flotációs segédanyagot”, leggyakrabban (a szennyvíztisztításban kizárólag) levegőt használnak.

A flotálást alkalmazva a zsírok, olajok, a könnyű lebegőanyagok és a nagyobb sűrűségű szennyezőanyagok is egy műtárgyban, a flotáló medencében távolíthatók el. A flotáló medencében a tartózkodási idő 20-30 perc, ezért az ülepítőkhöz képest a műtárgy mérete kisebb. A rövidebb tartózkodási idő miatt a szaghatás nagyon kicsi. A felszínre úszott iszap sűrűbb, mint az ülepítőből kikerülő iszap.

A flotálás során nagyon finom eloszlású levegőbuborékokat juttatunk a vízbe, a rosszul nedvesedő részecske felületéhez a buborékok hozzátapadnak. A szilárd fázisú részecskehalmaz a folyadék felszínére kerül, így a folyadék felszínéről lefölözhető (47., 48. és 49. ábra).

47. ábra. Flotáló működési elve

A flotáló berendezések

A működési elvnek megfelelően nagyon sokféle berendezéstípust ismerünk, a légbefúvásos flotáló berendezések általában 1-2 m mély medencék a levegőt 1,5-3 bar nyomáson juttatják a vízbe. A vákuumos, túlnyomásos berendezések 3 m mélységű berendezések.

48. ábra. Flotáló

49. ábra. Flotáló medence fényképe

http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=879dede8-6e16-421e-a579-d484bc68d7d2&cid=dc68a2ff-820a-462f-bc0a-69d2dec40015

A flotálás hatékonysága

A flotálást befolyásoló tényezők közt említhetjük a gázbuborékok méretét – minél kisebbek a buborékok annál nagyobb hatékonysággal hajthatjuk végre a flotálást. A lebegőanyagok tulajdonságai közül döntő a részecske hidrofób/hidrofil tulajdonsága a hidrofób tulajdonságú lebegőanyagok felületére tapad meg könnyen a gázbuborék, ezért ezek eltávolítása eredményesebb flotálással.

Az olajfogók, flotáló berendezések szerepe

Az olajfogók, flotáló műtárgyak szerepe a szennyvíztisztítás során jelentős. Az ipari szennyvizekben gyakran találunk ilyen típusú szennyezőket, de a kommunális szennyvíztisztítás során is fontos az alkalmazásuk.

Az olajfogók, flotáló berendezések beillesztése a technológiába

Olyan szennyvizek esetén alkalmazzák, amelyek sok zsír, olaj és finom lebegőanyag szennyeződést tartalmaz, különösen előnyös sok algát tartalmazó felszíni- és szennyvíz kezelésére. Ennek megfelelően alkalmazhatjuk ipari szennyvizek esetén önálló tisztítási műveletként, az ülepítés előtt illetve a felszíni vizek algatartalmának eltávolítására.

Gázbuborékok létrehozása

A gázbuborékok vízben való juttatásának több technológiai lehetőségét fejlesztették ki, ezek a következők: légbefúvás, túlnyomásos kezelés, vákuumos kezelés, elektroflotálás.

Légbefúvás

A medence alján lévő fúvókákon keresztül, nyomás alatt levegőt vezetünk a vízbe. Ez az eljárás elsősorban a zsír- és olajcseppek felúsztatásának elősegítésére alkalmas, szilárd anyagok kezelésére kevésbé.

Túlnyomásos kezelés

A gázok oldhatósága függ a folyadék feletti nyomástól, ezt megnövelve, majd az egyensúly beállta után hirtelen a légköri nyomásra való nyomáscsökkentéskor a vízben oldott levegő légköri nyomáshoz tartozó egyensúlyi koncentráció feletti része buborékok formájában kiválik. A zárt tartály(ok)ban lévő vízbe 1-3 bar nyomású levegőt kevernek. A tartály(ok)ból a levegővel telített nyomás alatti vizet lassan visszavezetik a normális légköri nyomású (nyitott) medencébe. A nyomás csökkenésekor a levegő finom buborékok formájában kiválik és a buborékok felfelé történő mozgásuk közben a szennyezőanyag szemcséket a medence felszínére emelik. A medencét uszadék- és iszapeltávolító berendezéssel is el kell látni. A levegővel telített víz bevezetése és a flotált szennyvíz elvezetése is a medence fenékszintjének közelében történik. Nem feltétlenül szükséges a teljes szennyvízmennyiséghez adagolni a sűrített levegőt (50. 51. ábra).

50. ábra. Nyomás alatti flotációs rendszer típusai (Fáy Cs.-Sziléry L.: Település vízgazdálkodás). a) A teljes szennyvízmennyiség nyomás alá kerül b) A beérkező szennyvíz egy része kerül nyomás alá c) A recirkuláltatott szennyvíz kerül nyomás alá a levegővel való telítődés céljából

51. ábra. Nyomás alatti flotációs rendszer működési elve (Fáy Cs.-Sziléry L.: Település vízgazdálkodás). 1. A bevezető és keverőtér, ahová nyomáscsökkentő szelepen keresztül kerül a levegővel telített szennyvíz. 2. A flotáló zóna, melyet a bevezető és keverő tértől fal választ el. 3. A felszínre flotált (levegő segítségével felúsztatott) iszap. 4., 6. A flotáló medencében két kotró, ill. kaparó berendezést is kell működtetni. Az egyik a flotált, a másik az ülepedett iszapot gyűjti össze. 5. Kiülepedett iszap. 7. Iszapzsomp. 8. Tisztított szennyvíz zónája a kiülepedett iszap felett. 9. Tisztított szennyvíz elvezető tér.

Vákuumos kezelés

Elve megegyezik a túlnyomásos kezelés elvével, a különbség, hogy a módszer során a légköri nyomáson gázzal telített vizet vákuum alá helyezzük. A vizet nyitott medencében levegőztetik, hogy telítődhessen levegővel. A levegőztetés megszüntetésekor a levegő egy része nagy buborékok formájában távozik a vízből. Ezt követően a vizet a légkörinél kisebb nyomás (vákuum) alá helyezik, aminek hatására a maradék levegő finom buborékokat alkotva felúsztatja a kolloid vagy emulgeált részecskéket.

Elektroflotálás

A flotálás során különböző adalékanyagokat alkalmaznak a művelet hatékonyságának növelése érdekében, ezek közül a két legjelentősebb a hidrofób jeleget növelő heteropoláris elektrolitok és habképző reagensek; előbbiek feladata a gázbuborékok jobb megtapadásának elősegítése, utóbbiaké pedig, hogy a víz felszínén stabil habot képezzenek, ezzel megakadályozzák a felúszott anyag folyadékba való visszajutását és gátolják a levegőbuborékok nagyobb buborékokká való egyesülését.

Az olajfogók, flotáló berendezések méretezése

A zsír- és olajfogók méretezése a Stokes-törvény segítségével történhet. Figyelmet kell fordítani arra, hogy az összegyűjtött zsír olaj, benzin tűz és robbanásveszélyes lehet, tehát más építményektől megfelelő távolságra kell megépíteni ezeket. A flotáló berendezésekben lejátszódó folyamatok matematikailag nehezen leírhatóak ezért a berendezések tervezése kísérleti adatok segítségével történik. Mindkét esetben döntő befolyással bír a méretezésre a szennyvízhozam, a szennyezés mennyisége, összetétele, mérete, felúszási tulajdonságai.

A flotáló medence ábrája a következő linken érhető el: http://sdt.sulinet.hu/Player/Default.aspx?g=879dede8-6e16-421e-a579-d484bc68d7d2&cid=dc68a2ff-820a-462f-bc0a-69d2dec40015

A víztartalom csökkentés eljárásai

A víztartalom csökkentésének és így a szárazanyag-tartalom növelésének, főként az iszapok kezelésében van nagy jelentősége, ugyanis a már kismértékű víztartalom csökkentése nagymértékű térfogat csökkenést eredményez. A víztartalom csökkentés a sűrítés műveletével kezdődik, és a víztelenítéssel folytatódik. A sűrítés és a víztelenítés között az a különbség, hogy a sűrítésnél nagyobb víztartalmú iszappal dolgoznak (a művelet kezdetekor és befejezésekor is), mint a víztelenítésnél.

A sűrítés történhet:

  • flotációval,

  • gravitációs sűrítéssel (ülepítéssel),

  • centrifugálással.

A víztelenítés történhet:

  1. nem elegyedő folyadékok szétválasztására (emulzióbontás),

  2. folyadékban levő eloszlatott szilárd anyag eltávolítására (kinyerésére)

  3. nedves szilárd anyag mellől a „felesleges” folyadék eltávolítására (víztelenítés),

  4. az 1-3. bármely kombinációjára.

A centrifugák csoportosítása a szakirodalomban nem egységes, de 4 fő csoportot különböztethetünk meg:

a) szakaszos üzemű (szűrő- és ülepítő-) centrifugák,

b) folytonos üzemű szűrőcentrifugák,

c) folytonos üzemű ülepítőcentrifugák,

d) derítő- és emulzióbontó centrifugák.

A centrifugák fő része egy központi tengely körül forgó perforált vagy teli falú dob. Szintén a centrifugális erő a hajtóereje a hidrociklonban történő szétválasztásnak. A Stokes-törvény centrifugális erőtérre való felírásakor úgy módosul, hogy megjelenik a szemcsék tengelytől mért távolsága (r), és a szögsebesség (ω), amit a fordulatszám határoz meg.

A centrifugákra az a jellemző, hogy bennük a közeg együtt mozog a centrifuga forgórészével, tehát üzem közben a közegnek, és így a vele együtt forgó részecskéknek a szögsebessége állandó. A centrifugákat feloszthatjuk szakaszos és folyamatos üzemű, továbbá ülepítő- vagy szűrő-centrifugákra, illetve folyadék-szeparátorokra. A szakaszos üzemű centrifugákat minden ürítéshez le kell állítani, és az újabb üzembe helyezéshez fel kell gyorsítani, mindkét művelet energiaigényes.

A folyamatos üzemű centrifugák esetén a töltési és ürítési műveletek forgás közben szakaszosan vagy folyamatosan megoldhatók.

Függő centrifugánál a centrifuga tengelyét a felül elhelyezett hajtómotor tengelyéhez hajlékony tengelykapcsolóval csatlakoztatják, és önbeálló csapágyazással látják el, hogy biztosítani lehessen a forgórész dinamikus kiegyensúlyozását, vagyis a szabad tengelybe való beállás lehetőségét. A dob felül és alul nyitott, az alsó nyílás esetlegesen kúpos zárószerkezettel zárható. A szuszpenziót lassú forgás közben táplálják be, és egy, a tengelyre erősített tárcsa végzi az egyenletes elosztását, a dob palástjára. A diszperziós közeg a perforált dobpaláston keresztül jut ki a köpeny belső oldalára és távozik az alsó kifolyónyíláson.

Sokkal elterjedtebb berendezések mind ülepítési, mind víztelenítési célokra a folyamatos üzemű csigás centrifugák. Ezek a készülékek kettős forgórésszel készülnek: a gyorsan forgó kúpos ülepítő dobon belül egy valamivel lassabban forgó (fordulatszáma 1-2%-kal kisebb) csigás ürítő dob is van.

A centrifugák tetszőlegesen indíthatók és leállíthatók; az elérendő cél figyelembe vételével – ami vagy az iszapvíz nagyobb tisztasága, vagy a centrifugátum szárazanyag-tartalmának növelése – a berendezés automatizálható. Érzékelésre például az iszapvíz zavarossága lehet az egyik megfelelő paraméter.

A centrifugákat elterjedten használják szennyvíziszapok kezelésére.

A centrifugában a fellépő centripetális erő hatására gyorsabb fázisszétválasztás, sűrítés következik be. Hatása flokkuláló szer adagolással növelhető.

A centrifugákkal elvégezhető műveletek sokfélék, ennek megfelelően sokféle szerkezeti kialakítás ismert. Többek közt csoportosíthatjuk a centrifugákat forgástengely helyzete alapján – vízszintes és függőleges tengelyű centrifugákra, a fordulatszám alapján – kis fordulatszámú 1000-4000 ford./perc) és nagy fordulatszámú (10-20000 ford./perc) berendezésekre.

52. ábra. A szennyvíz olajtartalmának visszaforgatása háromfázisú centrifugával

A dekanter centrifugával történő víztelenítés az ülepítő tartály egyszerű elvén alapszik, amelyben az ülepedő szilárd anyagok fokozatosan kiülepednek a gravitációs erő hatására. A dekanter centrifugában (53. ábra) a gravitációnál akár 3000-szer nagyobb centrifugális erő hatására az ülepíthető szilárd anyagok elválasztásra kerülnek a folyadékfázistól. A centrifugális erő hatására a nagyobb sűrűségű szilárd részecskék kifelé, a forgó dob falához préselődnek, míg a kevésbé sűrű folyadékfázis koncentrikus belső réteget alkot a dobban.

A dobtól eltérő sebességgel forgó csiga folyamatosan távolítja el a szilárd anyagok által képzett üledéket a dobból a dob kúpos része felé. A tisztított folyadékfázis a dob hengeres végén elhelyezkedő átfolyólemezeken keresztül folyik ki a dobból.

53. ábra. A dekanter centrifuga felépítése

54. ábra. Dekanter centrifuga

Összefoglalás

A lebegő anyagok eltávolítása természetes körülmények között rendkívül lassan menne végbe. Ahhoz, hogy meggyorsítsák e folyamatot, speciális műtárgyakra és eljárásokra van szükség.

A magas zsír- és olajtartalmú szennyvizek esetén hatékonyan alkalmazhatók a zsír- és olajfogók. Ezekben a berendezésekben lecsökkentve a víz áramlási sebességét, a kisebb sűrűségű anyagoknak van elegendő idejük a víz felszínére felúszni. A hatásfok fokozható légbefúvással, mivel a légbuborékokhoz hozzátapadó olajrészecskék felúszási sebessége a megnövekvő sűrűségkülönbség miatt nagyobb lesz.

Hasonló elven működnek a flotáló berendezések is, ahol az emulzión átbuborékoltatott gáz olajcseppeket ragad magával, amelyek a folyadék felszínén külön fázist alkot. A folyamat szempontjából a gázbuborékok mérete a meghatározó, ezért különböző módszereket alkalmaznak a minél finomabb eloszlású gázbuborékok előállítására: légbefúvás, túlnyomásos kezelés, vákuumos kezelés, elektroflotálás.

A lebegőanyag eltávolítására, ill. a víztartalom csökkentésére alkalmaznak centrifugákat is melyeket az alábbiak szerint lehet csoportosítani:

a) szakaszos üzemű (szűrő- és ülepítő-) centrifugák,

b) folytonos üzemű szűrőcentrifugák,

c) folytonos üzemű ülepítőcentrifugák,

d) derítő- és emulzióbontó centrifugák.

Ellenőrző kérdések

  1. Ismertesse a felúsztató berendezések feladatát, fajtáit!

  2. Jellemezze a zsír- és olajfogókat!

  3. Ismertesse a flotálás célját és megoldási módjait!

  4. Csoportosítsa a levegőztetés módszereit!

  5. Milyen alkalmazási lehetőségeit ismeri a centrifugálásnak a szennyvízkezelésben?