Ugrás a tartalomhoz

Vízellátás és szennyvízkezelés

Dr. Török Sándor (2011)

Szent István Egyetem

5.3. Ülepítés

5.3. Ülepítés

A hordalékanyagok, bár sűrűségük lényegesen nagyobb a víz sűrűségénél, mégsem ülepednek le a vízfolyás aljára, mert a turbulens vízáramlás a leülepedő szemcséket mindig újra magával ragadja. Állóvízben vagy csak nagyon lassan áramló vízben, a víznél nagyobb sűrűségű szemcsék lassan a fenékre ülepednek. A víznél kisebb sűrűségű anyagok pedig felúsznak a víz felszínére. A víznél nagyobb sűrűségű szemcsét a felhajtóerővel csökkentett súlyerő süllyeszti lefelé a vízben.

Ülepedési sebesség a Stokes-törvény segítségével

Gömb alakú szemcsét feltételezve, az ülepedési sebesség meghatározása során a következő jelöléseket használjuk:

  • G = súlyerő, amely lefelé mutat [N]

  • FS = hidrosztatikus felhajtóerő, amely felfelé mutat [N]

  • FD = hidrodinamikus felhajtóerő, amely felfelé mutat [N]

  • V = gömb térfogata [m3]

  • A = gömb vetülete (legnagyobb keresztmetszete) [m2]

  • d = gömb átmérője [m]

  • v = ülepedési sebesség [m/s]

  • ρ = víz sűrűsége [kg/m3]

  • ρa = anyag sűrűsége (szemcse) [kg/m3]

  • C = ellenállás tényező [-]

  • Re = Reynolds-szám [-]

  • ν = kinematikai viszkozitás [m2/s]

Állandósult ülepedési sebesség (v = constans) esetén a szemcsére ható három erő egyensúlyban van:

A három erő nagysága

  • Súlyerő:

  • Hidrosztatikus felhajtóerő:

  • Hidrodinamikus felhajtóerő:

ha: 10-4 < Re < 1 ; akkor

Behelyettesítés:

A Stokes-féle ülepedési sebesség:

A képletből megállapítható, hogy a szemcse átmérőjének növekedésével az ülepedési sebesség hatványozottan növekszik. Csökken viszont az ülepedési sebesség, ha nő a víz viszkozitása.

A Stokes-törvény a 0,01...0,1 mm átmérőjű szemcsékre érvényes.

A folyóvizek hordalékának legnagyobb részét képező 0,05 mm-nél kisebb szemcseméretű, finom iszap és agyag csak nagyon lassan ülepedik. A 0,01 mm-nél kisebb és a kolloid méretűek (10-4 > d > 10-6 mm) pedig gyakorlatilag nem ülepíthetők vegyszeres kezelés nélkül.

Ülepítők csoportosítása:

  • szakaszos üzemű: napi 10...20 m3-ig (tölts-üríts rendszerű ülepítőtartályban 3...5óra az ülepedési idő)

  • folyamatos átfolyású: a víz hosszanti átfolyási ideje = a szemcse ülepedési idejével.

Iszap gyűjtése és eltávolítása történhet:

  • kúpos vagy fordított gúla alakú zsompokba,

  • láncos kotróval (20. ábra),

  • karos kotróval(21. ábra) és

  • szivattyús kotróberendezéssel.

20. ábra: Hosszanti áramlású ülepítő láncos kotróval

21. ábra: Hosszanti áramlású ülepítő karos kotróval

„Dorr”- ülepítő

A hosszanti áramlású (sugár irányú) ülepítők egyik jellegzetes, a gyakorlatban sűrűn előforduló fajtája. Elterjedését elsősorban nem a jó ülepítési tulajdonságának, hanem az egyszerű építési és gépészeti kialakításának köszönheti (22. ábra).

22. ábra: „Dorr”- ülepítő

A hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezése

Az ülepítő méretezése akkor helyes, ha azok a legkisebb méretű szemcsék, amelyeket még el akarunk távolítani a vízből, az ülepítőben maradnak. Ehhez az szükséges, hogy a kiülepítendő szemcse, amely a medence elején a víz felszínén van, még éppen elérje a medence alját, mielőtt a víz az ülepítőből kilépne (23. ábra).

23. ábra: Folyamatos átfolyású ülepítő méretezése

Ez azt jelenti, hogy a víz hosszanti átfolyási ideje a medencén, egyenlő kell legyen, a szemcse ülepedési idejével:

A víz hosszanti átfolyási ideje:

ahol: L = a medence hossza [m], vh = a vízszintes irányú áramlási sebesség [m/s]

A szemcse ülepedési ideje:

ahol: H = a medence mélysége [m], vü = a szemcse ülepedési sebessége [m/s]

A vízszintes irányú áramlási sebesség a térfogatáramból (qv) és a medence keresztmetszetéből (H∙b) határozható meg:

ahol: qv = az átfolyó víz térfogatárama [m3/s], b = a medence szélessége [m]

Végezzük el a behelyettesítéseket:

A végeredmény:

A levezetés végeredményéből kitűnik, hogy az ülepítő medencében kiülepíthető víz térfogatárama (qv) csak a még kiülepítendő szemcse ülepedési sebességétől és a medence alapterületétől függ. Nem befolyásolja azt a medence vízmélysége!

Az ülepítő medence mélységét szabadon lehet arra a legkisebb méretre választani, amelynél az átfolyási sebesség turbulenciája az ülepedést még nem zavarja.

Összefoglalás

Ebben a tanulási egységben a vízkezelés alapműveletei közül megismerkedtünk a gáztalanítás, a levegőztetés, a durva szűrés és az ülepítés technológiájával, valamint berendezéseivel.

Ezeket a technológiákat általában a vízkezelési folyamat elején alkalmazzuk. A durva szűrés és az ülepítés különösen fontos szerepet játszik felszíni vízkivétel esetén.

Az ülepítők méretezéséhez megismertük a Stokes-féle ülepedési sebesség levezetését.

  1. Ismertesse a „gázos” kút fogalmát!

  2. A levegőben a metán milyen térfogat-százaléka okoz robbanást?

  3. A levegőztetés milyen eljárásokkal valósítható meg?

  4. Rajzolja le a szórórózsás levegőztetést!

  5. A különböző nyomású levegő milyen berendezésekkel állítható elő?

  6. Milyen módszereket ismer az agresszív szén-dioxid eltávolítására?

  7. Milyen vegyi folyamat játszódik le, ha a CO2-tartalmú vizet oltott mésszel kezeljük?

  8. Mi a szerepe a rácsoknak, illetve a gerebeknek?

  9. Rajzolja le és ismertesse a folyamatos tisztítású nyílt dobszűrőt!

  10. Rajzolja le és ismertesse a vákuum dobszűrőt!

  11. Rajzolja le és ismertesse a szalagszűrőt!

  12. Rajzolja le és ismertesse a szűrőprést!

  13. Vezesse le a Stokes-féle ülepedési sebességet!

  14. Hogyan csoportosíthatók az ülepítők?

  15. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt láncos kotróval!

  16. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt karos kotróval!

  17. Rajzolja le és ismertesse a „Dorr”- ülepítőt!

  18. Ismertesse a hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezését!