Vízellátás és szennyvízkezelés
Dr. Török Sándor (2011)
Szent István Egyetem
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.
Ismertesse a „gázos” kút fogalmát!
A levegőben a metán milyen térfogat-százaléka okoz robbanást?
A levegőztetés milyen eljárásokkal valósítható meg?
Rajzolja le a szórórózsás levegőztetést!
A különböző nyomású levegő milyen berendezésekkel állítható elő?
Milyen módszereket ismer az agresszív szén-dioxid eltávolítására?
Milyen vegyi folyamat játszódik le, ha a CO2-tartalmú vizet oltott mésszel kezeljük?
Mi a szerepe a rácsoknak, illetve a gerebeknek?
Rajzolja le és ismertesse a folyamatos tisztítású nyílt dobszűrőt!
Rajzolja le és ismertesse a vákuum dobszűrőt!
Rajzolja le és ismertesse a szalagszűrőt!
Rajzolja le és ismertesse a szűrőprést!
Vezesse le a Stokes-féle ülepedési sebességet!
Hogyan csoportosíthatók az ülepítők?
Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt láncos kotróval!
Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt karos kotróval!
Rajzolja le és ismertesse a „Dorr”- ülepítőt!
Ismertesse a hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezését!