Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Vízellátás Vízminőség a vízelosztó hálózatban, hidraulikai és vízminőségi modellezés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Vízellátás Vízminőség a vízelosztó hálózatban, hidraulikai és vízminőségi modellezés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék."— Előadás másolata:

1 1 Vízellátás Vízminőség a vízelosztó hálózatban, hidraulikai és vízminőségi modellezés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép EJF VICSA szakmérnöki

2 HÁLÓZAT HIDRAULIKAI ALAPOK (ISMÉTLÉS) 2

3 Bernoulli-egyenlet Csövekben, csatornákban áramló közegek áramlásának jellemzőit tárgyaljuk Állandó sűrűségű közeg Stacioner áramlás Valóságos közeg áramlása Bernoulli-egyenlet: A Bernoulli összeg az áramlás irányában csökken. Veszteséges Bernoulli-egyenlet:

4 Az áramlások jellege, hossz-menti veszteség Lamináris és turbulens áramlás csőben Lamináris áramlás esetén: ReRe krit =2320 Reynolds-szám: 4 Egyenes cső vesztesége: [-]: csősúrlódási tényező =f(Re, d/k) k: a csőfal ún. homlok-érdessége, m

5 Nikuradse-diagram 5

6 Jellemző felületi érdességi méretek 6

7 Cső érdesség tájékoztató értékei vízellátó hálózatban 7

8 Turbulens áramlás sebesség- eloszlása Szélső réteg falhoz tapad, tehát a sebesség d/2 sugárnál zérus A fal mentén vékony rétegben a sebességeloszlás a lamináris áramlásnál megismert parabolát követi A lamináris határréteg vastagsága: 8

9 A csősúrlódási tényező értékei Hidraulikailag sima cső Lamináris áramlás: Turbulens áramlás =f(Re): -Teljes Re-szám tartományra: -Blasius képlet 232010 6 : 9

10 A csősúrlódási tényező értékei Hidraulikailag átmeneti tartomány =f(Re, d/k) Haaland képlete: Prandtl-Colebrook képlete: 10

11 A csősúrlódási tényező értékei Hidraulikailag érdes cső =f(d/k) Nikuradse képlete: Moody képlete: A sima, átmeneti és az érdes cső kifejezéseit egyesíti a Coolebrook ajánlotta formula : 11

12 Nem kör keresztmetszetű csövek Tegyük fel, hogy egy l hosszúságú és d átmérőjű vezetékszakaszon ugyanakkora nyomásveszteség keletkezik, mint egy ugyancsak l hosszúságú de tetszőleges keresztmetszetű vezetékszakasz mentén A  csúsztatófeszültségből adódó erők mindkét esetben a p 1 -p 2 nyomáskülönbségből adódó erőkkel egyensúlyban vannak. A tetszőleges keresztmetszet kerülete legyen K, felülete A, így: Az előbbivel hidraulikailag egyenértékű d e átmérőjű csöveknél: A két egyenlet jobboldalán álló kifejezések egyenlők: 12

13 A csővezetéki szerelvények áramlási veszteségei (helyi veszteségek) A csővezetéki szerelvényekben keletkező nyomásveszteséget általában a következő módon számítjuk: A ζ veszteségtényező a szerelvény jellemzője, de lehetséges, hogy a Reynolds-számtól is függ. A ζ veszteségtényező értékén kívül azt is meg kell adni, hogy az melyik v átlagsebességre vonatkozik, az elem előttire, vagy az elem utánira. 13

14 Veszteségtényező változása diffúzorban 14

15 Szűkülő csőszakasz (konfúzor) 15

16 Fojtószelep veszteségtényezője a csappantyú szögállás függvényében 16

17 Csap veszteségtényezője a csappantyú szögállás függvényében 17

18 Síktolózár veszteségtényezője a relatív átáramlási keresztmetszet függvényében 18

19 Elzáró szelepek veszteségtényezői 19

20 Különböző íveltségű ívdarabok veszteségtényezője 20

21 A hirtelen keresztmetszetváltás szerelvényei Beáramló idomok jellemző megoldási formái: A. éles sarokkal:  0,5 él tompítással:  0,25 B. éles sarokkal:  él tompítással:  C.   cos  +0,2cos 2  D. a fal érdességétől függően:   0,01-0,05 21

22 Az egyenértékű csőhossz Mivel az egyenes csövek és a csőszerelvények nyomásvesztesége v 2 ·  /2-vel arányos, bármely csővezetéki elem vesztesége, egy ugyanolyan veszteséget okozó egyenes csőszakasz hosszával is kifejezhető: 22

23 1. feladat I. A. Határozza meg, hogy az alábbi ábrán vázolt ivóvizet szállító nyomócsőhálózat fővezeték „A” pontjában elhelyezett tűzcsapnál mekkora a nyomás ha a vízvezetékben szállított vízhozam 120 l/s és a cső-érdesség k=1 mm. 23 B. Ábrázolja a vezeték „A” pontra vonatkoztatott csővezetéki jelleggörbéjét ha feltételezzük hogy a csőben az áramlási sebesség 0,4-2 m/s között változik az egyes üzemállapotokban. Mekkora a nyomásdifferenciát okoznak az egyes üzemállapotok az „A” pontban?

24 1. feladat II. (Nikuradse-diagram) 24 d/k=400 Re=2.9*10 5 λ=0.026

25 1. feladat III. – B feladatrész 25 h v =26.5v 2 ∆h v ≈100 m.v.o v (m/s)h v (m) 0,44,2 0,56,6 0,69,5 0,713,0 0,817,0 0,921,5 126,5 1,132,1 1,238,2 1,344,8 1,451,9 1,559,6 1,667,8 1,776,6 1,885,9 1,995,7 2106,0

26 2. feladat Egy magas-tartályból d=500 mm átmérőjű és L=4000 m hosszúságú távvezeték Q=420 l/s vizet szállít a városi hálózatba. A szükségesnél kisebb nyomás miatt a távvezetékkel párhuzamosan egy azonos átmérőjű távvezetéket építenek ki. Hogyan alakulnak a nyomásviszonyok a vezeték építése előtt és után a települési hálózat betáplálási pontján, ha a magas-tározó mértékadó vízszintje 387 m.B.f., míg a betáplálási pont magassága 335 m.B.f. és a távvezetékek cső-érdessége k=0,4 mm. 26

27 27 d = 500 mm L= 4000 mQ=0,42 m3/s 335 m Bf. 387 m Bf. k= 0,4 mm 1. eset

28 28

29 1. eset 29

30 2. eset 30 d1=d2= 500 mm L= 4000 mQ1=Q2=0,21 m3/s 335 m Bf. 387 m Bf. k= 0,4 mm

31 31

32 32

33 3. feladat Egy víztorony tartályába a folyadékszínt állandó H magasságú. A fogyasztást q be térfogatáram betáplálásával pótoljuk. Adatok: l 1 =50 m; l 2 =l 3 =20 m; l 4 =20 m; d 1 =150 mm; d 2 =100 mm;  1 =  2 =1,2;  3 =2,5; q be =18 l/s; =1,3·10 -6 m 2 /s; ρ=1000 kg/m 3. Számítsa ki a betáplálási pontban szükséges túlnyomást, adottak az átáramlott idomok veszteségtényezői és a hálózat felépítése, valamint a csőérdességi tényező értéke k=0,1 mm! 33

34 3. feladat II Az áramlási sebesség a d 1 és d 2 átmérőjű csövekben: A betáplálás és a fogyasztás között alkalmazzuk a veszteséges Bernoulli-egyenletet: ahol az össznyomás veszteség:

35 Diagramból: amelyből a túlnyomás a betáplálási pontban: 3. feladat III Határozzuk meg λ-t számítással is! Hf: milyen magasan áll a víztoronyban a vízszint?

36 Ágvezeték hálózatok vízszállítása 36 Kirchhoff első törvénye: k: csomópontok száma w: ágak száma w=k-1 Ismerni kell: -vagy a fogyasztóknak kiadásra kerülő vízmennyiségeket - vagy a rendszerbe betáplált vízmennyiséget (k-1) db egyenlet írható fel, melyből számítható az összes ág vízszállítása A vízszállítás ismeretében számítható az ágankénti veszteség. A csomópontba érkező és a csomópontból távozó vízhozamok előjeles algebrai összege zérus

37 4. feladat Határozza meg az alábbi ágvezeték rendszerben az egyes ágak átmérőit, áramlási sebesség, vízhozam, nyomásveszteség értékeit, ha a kifolyási pontokon a minimális nyomás 0,5 bar (k=1 mm). 37 L 12 =1000 m L 23 =500 m L 24 =500 m L 45 =300 m L 56 =300 m L 57 =300 m Q 7 =3 l/s Q 2 =3 l/s Q 3 =5 l/s Q 6 =5 l/s

38 38 1. Csőátmérők meghatározása: Felveszünk: v = 1 m/s sebességet 2. k/d ;Re-szám meghatározása 3. λ értékek leolvasása 4. Veszteségmagasságok meghatározása

39 39 Ágak (w) Vízszállí tás (Q) (l/s) Cső átmérő (DN) (mm) Sebess ég (v) (m/s) d/kReλVesztes ég magass ág (hv) (m) ,911501,05*10 5 0,0349, ,99806,1*10 4 0,04413, ,021007,8*10 4 0,03910, ,021007,8*10 4 0,0396, ,99806,1*10 4 0,0448, ,90654,5*10 4 0,0479,0

40 40

41 Hálózati kialakítás koncepcionális kérdései Távlati tervezés szempontjai (25-50 éves távlat)  Település fejlődés  Kommunális vízfogyasztás változása  Ipar, mezőgazdaság fejlődése Nyomásigény  Minden üzemállapotban biztosítandó  Legmagasabb csapoló helyen is min. 1.5 bar nyomás  Magas épületek  Tűzcsapokon OTSZ szerinti nyomásigény biztosítása  Ipari vízigények egyedi nyomásigényei (legtöbbször önálló nyomásfokozással)  Nyomásövezetek kialakítása (ha a geodéziai magasságkülönbség m-nél nagyobb)  Nyomáscsökkentők 41

42 Vízellátó hálózat vezeték típusai Fővezeték, távvezeték  Ellátási biztonság Vízhiány nagy károkat okoz (tüzi víz, kórházak, erőművek, stb..) Vízhiány nem okoz jelentős károkat  Gazdaságossági szempontok  147/2010 Korm.r. szerint a fővezetékek létesítésének tervezésekor vizsgálni kell a kettős betáplálás lehetőségét Gerinc vezetékek: elosztó hálózat fővezetékei Elosztó vezetékek:  Feladatuk a fogyasztók részére történő szétosztás  Megkülönböztetünk elsőrendű, másodrendű, stb.. elosztó vezetékeket 42

43 Vízellátó hálózat típusai I. 43 Elágazó rendszer:  Előnyei: Legrövidebb csőhossz  Hátrányai: Alacsony üzembiztonság Csővégek környezetében  jelentős nyomásingadozás  pangó vizek alakulhatnak ki Összekacsolt rendszer:  Előnyei: Nagyobb üzembiztonság az elosztó hálózatban Mérsékelhető a pangó víz probléma  Hátrányai: A fővezeték törése komoly ellátási gondokat okozhat

44 Vízellátó hálózat típusai II. Körvezetékes rendszer:  Előnyei: Legkisebbek a vízellátási zavarok Nincs pangó víz probléma Nyomásingadozás a legkisebb mértékű  Hátrányai: Legmagasabb kivitelezési költség Alacsony vízfogyasztásnál kis vízsebességek 44

45 Vízellátó hálózat kialakítás néhány szempontja 30/2008 (XII.31) KvVM r. figyelembe vétele:  Körvezetékes rendszert kell kialakítani, kivéve ha műszakilag nem lehetséges, illetve gazdaságilag nem indokolt.  Koncentrált ivóvízhasználat esetén (pl. városszéli lakótelep, kórház) kétoldali vízellátást kell biztosítani. Fővezeték mindig összeköti a tározó(ka)t és a szivattyús betáplálás(oka)t. Fővezetékre általában közvetlenül csak a nagyfogyasztók köthetőek. Fő elosztó vezetékek a nagy vízigényű területeken haladjanak keresztül. Elosztó vezetékeket minden vízellátásba bevont közterületi sávban vezetni kell. Az optimális hálózatkialakításhoz szükséges a vízigények területi eloszlását szemléltető helyszínrajz előállítása 45

46 Hálózat hidraulikai számítások feladata Hidraulikai számításokkal az alábbiak meghatározása szükséges:  Vezeték átmérők meghatározása  Hálózati szakaszok mértékadó szállító vízszállításának meghatározása  Áramlási sebességeket (maximális és minimális értékek)  Hálózati nyomás maximális és minimális értékét  Ezekkel összefüggésben: Magas tározó magassági helyzetét Hálózati szivattyúk kiválasztását 46

47 A hálózat hidraulikai számítások jellege A méretezés ellenőrző jellegű, iteratív folyamat. Először célszerű a fővezetéket és a magas tározót közelítőleg méretezni. Majd ez alapján becsülhetőek az ellátó hálózat átmérői. A rendszert először egy üzemállapotra kell méretezni. Ezt követi a különböző üzemállapotokban a hálózat viselkedésének ellenőrzése. 47 Kiindulási adatok felvétele (csőátmérő, tározó magasság) Ellenőrző hidraulikai számítások (sebességek, hálózati veszteségek, nyomásviszonyok)

48 Hálózathidraulikai alapfogalmak Ág (szakasz): Két csomópont közötti szakasz Csomópont:  Kettőnél több ág találkozásánál  Átmérő váltásnál  Nagyfogyasztó leágazásánál  (anyag váltásnál) Gyűrű (hurok): ágak önmagukba záródó sorozata 48

49 A hálózat hidraulikai terhelései A vízigény számítás és a vízigények területi eloszlásának ismeretében ki kell osztani a hálózat hidraulikai elemeire eső vízfogyasztásokat A kis fogyasztókat hálózati ágak mentén egyenletesen kiadottnak tekintjük (területegységre, vagy hosszra fajlagosított fogyasztás) A nagy fogyasztók vízigényét csomópontban adjuk ki a hálózatból (koncentrált fogyasztás) Vízszállítás meghatározásának alapelve: Egy ág vízszállítása megegyezik az ág végén lévő csomópontban átadott vízmennyiség és az ág hossza mentén elfogyasztásra kerülő vízmennyiség összegével. 49

50 Súrlódási veszteség számítása Közismert kiindulási képletek:  Hossz-menti veszteség:  Ellenállási tényező Colebrook-White szerint: 50 Az ivóvíz hálózatokat általában hidraulikai szempontból hosszú csővezetékként értelmezzük.

51 Hossz-menti veszteség egyszerűsített számítása Valóságban a vezeték hossza mentén változik a vízhozam → változik a sebesség → változik a λ → kettős iterációt igénylő egyenletrendszer Kézi számításoknál egyszerűsítések tehetők (többféle módszer lehetséges) λ=állandó feltételezésével, adott hosszúságú ágra: 51

52 Az egyszerűsítés hibájának mértéke 52 D=100 mm-es csőátmérő és v=1,0 m/s-hoz tartozó állandó λ feltételezésével elkövetett hiba mértéke Reális hálózati cső- érdesség: k=0, mm Azoknál a vezetékeknél ahol Q bizonytalansága jelentős (ellátó vezetékek), ez a módszer használható! Ahol Q bizonytalansága kisebb mértékű (fővezetékek, távvezetékek) pontos, iteratív számítás szükséges

53 Ágvezeték hálózatok vízszállítása 53 Kirchhoff első törvénye: k: csomópontok száma w: ágak száma w=k-1 Ismerni kell: -vagy a fogyasztóknak kiadásra kerülő vízmennyiségeket - vagy a rendszerbe betáplált vízmennyiséget (k-1) db egyenlet írható fel, melyből számítható az összes ág vízszállítása A vízszállítás ismeretében számítható az ágankénti veszteség. A csomópontba érkező és a csomópontból távozó vízhozamok előjeles algebrai összege zérus

54 Átvágásos módszer Körvezetékes hálózathoz a kezdeti csőátmérők felvételére alkalmazható gyors kézi számítási eljárás 54

55 Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása I. 55 Kirchhoff első törvénye: Kirchhoff második törvénye: A gyűrűt bármely helyen ketté osztva a nyomásveszteségek előjeles algebrai összeg zérus Ha a gyűrű körüljárási iránya megegyezik az áramlási iránnyal akkor h v -t pozitív, ha ellentétes akkor negatív előjelűnek tekintjük!

56 Körvezeték hálózatok (gyűrűk) vízszállítása II. Az egyenletrendszer iterációval megoldható! 56 k: csomópontok száma w: ágak száma → w=k-1 m: gyűrűk száma → m=w-k+1 k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra) m db egyenlet írható fel (minden gyűrűre) Kétféle megoldási módszer használatos: - veszteség kiegyenlítés (Cross-módszer) - hozam kiegyenlítés Felírható egyenletek száma: N=k-1+m+k-1=k-1+w-k+1+k-1=2w Ismeretlenek száma: 2w - ágankénti vízszállítás: w - ágankénti veszteség: w k-1 db egyenlet írható fel (minden ágra)

57 Egyenletrendszer megoldása Cross- módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) I. 1. lépés: felvesszük önkényesen az egyes ágakban kialakuló vízhozamokat, úgy hogy csomóponti feltétel teljesüljön. 2. lépés: A gyűrű feltétel ebben az esetben nem teljesül. Ezért ∆Q mennyiséggel a vízhozamokat korrigálni kell! 57 Végezzük el a négyzetre emelést és ∆Q 2 tagokat hanyagoljuk el: Ebből ∆Q-t kifejezve:

58 Egyenletrendszer megoldása Cross-módszerrel (veszteség kiegyenlítés módszere) II. 3. lépés: ∆Q vízhozamokkal javítva a gyűrű ágait a gyűrűben a kiegyenlítést elvégezzük → Ez azonban elmozdítja a csatlakozó gyűrű(k) kiegyenlítettségét 4. lépés: 1-3 lépések az összes gyűrűn végig számítandóak. Az iterációt addig kell ismételni míg az összes gyűrű kiegyelítődik 5. lépés: sebességek ellenőrzése, csőátmérők korrekciója Az 5. lépés után az egész folyamat elölről kezdődik, és ez még csak egy üzemállapot vizsgálata volt 58

59 Egyenletrendszer megoldása hozam kiegyenlítés módszerével 1. lépés: csomóponti nyomások felvétele gyűrűfeltétel fenntartásával. 2. lépés: Az ágak vízszállításának számítása. Csomóponti feltétel nem teljesül. 3. lépés: vízhozamok algebrai összegének számítása. 4. lépés: Veszteségek korrigálása. Korrekciós tag: 59

60 1. feladat I. Az alábbi ábra egy egyszerű körvezeték adatit tartalmazza:  A. Számítandó az 1-es és 2-es jelű csővezeték vízszállítása ha Q=40 l/s és a helyi veszteségek elhanyagolhatóak. A cső- érdesség k=1 mm.  B. Mekkora hibát vétünk, ha 1 m/s sebességhez tartozó λ értékkel számolunk? 60

61 1. feladat II. 61 Kezdeti érték felvétel Kiindulási adatok (1-es ág):Kiindulási adatok (2-es ág): Q 1 (l/s)10(felvéve)Q 2 (l/s)-30(felvéve) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)1.27v 2 (m/s)-0.42 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75 1. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág): 1. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λ jobb oldalbal oldalλ jobb oldalbal oldal

62 1. feladat III. 62 Nagykörös iteráció 1. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)3.18h v2 (m)-0.06 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|3.18h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.06h v2 (m) ∆Q (l/s)-4.94 Q 1 (l/s)5.06Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.64v 2 (m/s)-0.49 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

63 1. feladat IV kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1- es ág): 2. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2- es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal Nagykörös iteráció 2. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.82h v2 (m)-0.08 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.82h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.08h v2 (m) ∆Q (l/s)-2.31 Q 1 (l/s)2.75Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.35v 2 (m/s)-0.53 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

64 1. feladat V kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág): 3. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldal bal oldalλjobb oldalbal oldal Nagykörös iteráció 3. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.25h v2 (m)-0.09 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.25h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.09h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.88 Q 1 (l/s)1.86Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.24v 2 (m/s)-0.54 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

65 1. feladat VI kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):4. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal Nagykörös iteráció 4. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.12h v2 (m)-0.10 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.12h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.16 Q 1 (l/s)1.70Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v 2 (m/s)-0.54 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

66 1. feladat VII kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):5. kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal Nagykörös iteráció 5. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.10h v2 (m)-0.10 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.10h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)0.00 Q 1 (l/s)1.71Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v 2 (m/s)-0.54 Re Re k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

67 1. feladat VIII. (A feladatrész vége) 67 Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.86 l/s Q 1 =1.70 l/s Q 1 =1.71 l/s Q 2 =-30 l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s

68 1. feladat IX. – B feladatrész v=1 m/s feltételezésével fixáljuk λ-t mindkét csőátmérőre 68 Kezdeti érték felvétel Kiindulási adatok (1-es ág):Kiindulási adatok (2-es ág): Q 1 (l/s)10(felvéve)Q 2 (l/s)-30(felvéve) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)1.27v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.42v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75 Kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (1-es ág):Kiskörös iteráció Colebrook-White képlet alapján (2-es ág): λjobb oldalbal oldalλjobb oldalbal oldal

69 1. feladat X. 69 Nagykörös iteráció 1. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)3.18h v2 (m)-0.06 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|3.18h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.06h v2 (m) ∆Q (l/s)-4.94 Q 1 (l/s)5.06Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.64v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.49v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

70 1. feladat XI. 70 Nagykörös iteráció 2. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.82h v2 (m)-0.08 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.82h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.08h v2 (m) ∆Q (l/s)-2.31 Q 1 (l/s)2.75Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.35v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.53v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

71 1. feladat XII. 71 Nagykörös iteráció 3. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.24h v2 (m)-0.09 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.24h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.09h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.87 Q 1 (l/s)1.88Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.24v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

72 1. feladat XIII. 72 Nagykörös iteráció 4. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.11h v2 (m)-0.10 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.11h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)-0.14 Q 1 (l/s)1.74Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

73 1. feladat XIV. 73 Nagykörös iteráció 5. lépése Hosszmenti veszteség az 1-es ágonHosszmenti veszteség az 2-es ágon C1C C2C h v1 (m)0.10h v2 (m)-0.10 C 1 *Q C 2 *Q C 1 *Q 1 *|Q1|0.10h v1 (m)C 2 *Q 2 *|Q2|-0.10h v2 (m) ∆Q (l/s)0.01 Q 1 (l/s)1.75Q 2 (l/s) d 1 (mm)100d 2 (mm)300 v 1 (m/s)0.22v1 (λ)1v 2 (m/s)-0.54v1 (λ)1 Re Re1 (λ)100000Re Re1 (λ) k (mm)1 1 l 1 (m)100l 2 (m)75

74 1. feladat XV. 74 Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.86 l/s Q 1 =1.70 l/s Q 1 =1.71 l/s Q 2 =-30 l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s „A” Q 1 =10 l/s Q 1 =5.06 l/s Q 1 =2.75 l/s Q 1 =1.88 l/s Q 1 =1.74 l/s Q 1 =1.75 l/s „B” Q 2 =-30 l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s Q 2 = l/s „B”

75 2. feladat I. 75

76 2. feladat II. 76

77 2. feladat III. 77

78 2. feladat IV. 78

79 Nyomás hossz-szelvény és vízellátó hálózat 79

80 Mértékadó sebességek a csőhálózatban Ajánlott sebességek az elosztó hálózatban: 0,6 - 0,8 m/s Ajánlott sebességek a főelosztó és fővezeték hálózatban: 0,8 – 1,8 m/s Maximális sebesség a főnyomócsövekben: 2 m/s Maximális sebesség max. tűzoltás és fogyasztás esetén az elosztó hálózatban: 3 m/s Minimális áramlási sebesség: 0,4 m/s 80

81 Mértékadó üzemállapotok és vezetéktípus kapcsolata 81

82 Szivattyú választás és csőhálózat hidraulika kapcsolata I. 82 Vezetéki jelleggörbe Csőhálózati jelleggörbe

83 HÁLÓZAT HIDRAULIKAI MODELLEZÉS 83

84 Hálózat hidraulikai modellezés céljai Tervezés  Új rendszer  Rekonstrukció  Bővítés Ellenőrzés  Jelenlegi állapot  Terhelés változások  Jövőbeni állapotok Korszerű döntéstámogatási módszer  Üzemirányításra  Rekonstrukciós tervezésre  Díjstratégiára 84

85 Modellezési módok  Permanens modell (időben állandó, stacioner állapot) más néven statikus modell  Nem-permanens modell (instacioner állapot) más néven dinamikus 85

86 Koncepció Bemeneti adatok  Topológia: Hálózati elemek helye (magassági és helyszínrajzi) Csőszakaszok geometriai adatai  Hálózati elemek hidraulikai tulajdonságai Vezetékek hidraulikai jellemzői Szivattyúk jelleggörbéi, üzemrendje Speciális szerelvények helye és hidraulikai jellemzői (visszacsapó, tolózár, stb..) Tározók vízszintjei  Fogyasztási adatok Eredmények A hálózat bármely pontján  Térfogat áram  Sebesség  Nyomás 86

87 Hidraulikai modell elemei Ágak: (a belépő és a kilépő vízhozam azonos)  Csőszakasz (két csomópont közötti szakasz átmérő váltás nélkül)  Elzáró és szabályozó szerelvények  Szivattyúk Csomópontok: (vízmennyiség változás, vízkivétel vagy töltés lehetséges)  Csőszakaszok elágazásai  Vízkivételi helyek  Tározók  Kifolyók (nyomás és kifolyó térfogatáram között egyértelmű kapcsolat van) 87

88 Modell matematikai leírása Hidraulikai modellt egy irányított gráfként írjuk le  Ágak: gráf élei  Csomópontok: gráf csúcsai A technológiai elemek hidraulikai tulajdonságait az ágegyenletek tartalmazzák A térfogatáram akkor pozitív ha a víz az ág kezdőpontjától a végpontja felé halad. Ágegyenletek: nyomváltozás leírására szolgál a térfogatáram függvényében 88 i-dik ág nyomásveszteség – ág-térfogatáram függvénye

89 Fiktív ág alkalmazása I. Mi a teendő, ha a ∆pi(Qi) függvény ágegyenlettel egyértelműen nem írható le?  Pont nyomását állandó szinten tartja (pl. tározó állandó vízszintje)  A pont a nyomástól függő mértékű vizet enged kii a környezetbe, vagy táplál be (pl. kifolyó). Fiktív ág bevezetése szükséges! Így ágegyenlettel definiálhatók ezek a rendszerelemek is. Fiktív ág felvételének menete:  Fiktív pont felvétele (vagy rögzített p 0 -nyomást rendelünk hozzá, vagy 0 nyomást de akkor túlnyomással számolunk!)  Fiktív pontokat és a kiválasztott objektumokat fiktív ággal kell összekötni  Az áramlási irány kivélnél a fiktív pont felé, míg betáplálásnál a fiktív ponttól mutat. 89

90 Fiktív ág alkalmazása II. 90 Hidraulikai rendszer: Modell: Fiktív gráfágak egyenletei: a: ∆p=p 4 -p 0 =ρgH 4 b: ∆p=p 5 -p 0 =ρgH 5 + cQΙQΙ c: ∆p=p 1 -p 0 =-ρgH 1

91 Csőszakasz figyelembe vétele Valóságban a vezeték hossza mentén változik a vízhozam → változik a sebesség → változik a λ → kettős iterációt igénylő egyenletrendszer Kézi számításoknál egyszerűsítések tehetők (többféle módszer lehetséges) λ=állandó feltételezésével, adott hosszúságú ágra: 91 Előjel tartás!!! Ágegyenlet: Helyi veszteségek az egyenletbe egyszerűen beépíthetők!

92 Szivattyúk figyelembe vétele 92 Szivattyú hidraulikai modellje: ∆p*=p N -p S A szivattyú ágegyenlete, a nyomásemelkedés függvény (-1)-szerese, mivel az ágegyenlet nyomásveszteség függvény: ∆p=p S –p N =∆p* A jelleggörbe bevitele másodfokú parabolával lehetséges (csak Q 0 ≤Q tartomány! Labilis ág kerüléses!) ∆p*=a 0 -a 2 Q 2 ahol a 0 =∆p max (Q 0 )

93 Visszacsapó szelep figyelembe vétele A visszacsapó szelep modellje: Csak egyirányú áramlás megengedett Matematikailag a helyi veszteség tényező irreálisan magas számértékével érjük el: Ha Q≥0 akkor ∆p=ξ 1 *v 2 *ρ/2 Ha Q≤0 akkor ∆p=ξ 2 *v 2 *ρ/2 és ξ 2 →∞ 93

94 Medencék figyelembe vétele 94

95 Kifolyó figyelembe vétele 95

96 Vízhozam kiosztása csomópontokra Probléma felvetés: ellátó vezetékszakaszon minden vízbekötés után változik a vízhozam → a vízbekötések kiosztására általában nincs mód (modell egyszerűsítés) Egyszerűsítés: állandó Q feltételezése az ellátó vezeték hossza mentén. Kétféle megoldási mód lehetséges: 1)Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget (Q 1 ) az ág végén koncentráltan adjuk ki 2)Az ág mentén elfogyasztott vízmennyiséget 50%-50% arányban szétosztjuk az ág két végén 96

97 Vízhozam kiosztása csomópontokra II. Q: az ágon átvezetésre kerülő vízhozam Q 1 : az ág mentén elfogyasztásra kerülő vízhozam h: valós veszteségmagasság h’: számított veszteség magasság az ág végére koncentrált Q 1 esetén h”: számított veszteség magasság az ág mindkét végére szétosztott Q 1 esetén 97 - Q/Q 1 >5 felett mindkét módszer pontos - h”/h minden esetben pontosabb eredményt ad, mint h’/h → hálózati veszteség számítására Q+0,5Q 1 vízhozam értékkel célszerű számolni!

98 Csomóponti fogyasztások gyakorlati meghatározása Hibás kiosztás → hibás hidraulikai következtetések Hálózati struktúra egyszerűsítése  Maximális átmérő ¼-énél kisebb vezetékek elhagyása Egyszerűbb, áttekinthetőbb modell Könnyebb kezelés Kisebb gépidő  Nem mindig előnyös megoldás! Fogyasztások koncentrálása a csomópontokra  Mérési adatok alapján  Becsült fajlagos vízigények alapján 98

99 Csomóponti fogyasztások meghatározása mérési adatok alapján Legalább órai bontású fogyasztás mérési helyek általában a hálózaton:  Kiemelt nagyfogyasztók  Nyomásfokozók (zónahatárokon) Zóna-vízmérleg F(t)=B(t)-T(t)±M(t)  F(t): ismeretlen fogyasztások az adott időpillanatban (hálózati veszteség is!)  T(t): ismert fogyasztások az adott időpillanatban  B(t): mért betáplálások összege a zónában az adott időpillanatban  M(t): medencék időegység alatti térfogat változása F(t) kiosztása a csomópontokra a csomóponti- jellemzők alapján történik 99

100 Csomóponti jellemzők meghatározása Terhelő lakos-szám és egyéb fogyasztó meghatározás Csőkeresztmetszeti viszonyszám-meghatározás (vizet csőkeresztmetszet arányában osztjuk szét) Becsült fajlagos vízigények alapján történő meghatározás  Terület egységre eső fogyasztás  Egységnyi vezetékhosszra eső fogyasztás  Ingatlanra eső fogyasztás  Tényleges vízóra leolvasások (félévi gyakoriság!!!) 100

101 További modellezési bizonytalanságok Modellezett csőátmérő – tényleges csőátmérő (lerakódások, hibás adatok) Modellezett – tényleges csőhosszak (bizonytalan nyomvonal, ismeretlen átkötések) Modellbe bevitt magasságok – tényleges magasságok (geodéziai hibák) Adatbeviteli hibák Modellezett cső-érdesség – tényleges cső- érdesség 101

102 Statikus modellezés Ismert adatok:  Gráf minden ágára az ágegyenlet felíráshoz szükséges paramétereket (geometriai adatok, veszteség tényezők, jelleggörbék, vízszintek, stb..)  Csomóponti hidraulikai terheléseket  Egyetlen pont nyomásszintjét Eredmények:  Ágak térfogat áram adatai  Ágak nyomás adatai A gráf ágainak száma: NA=NN+NC-1  NA: ágak száma  NN: csomópontok száma  NC: független hurkok száma Az ismeretlen száma 2NA, mert minden ágra p,Q értékpárt keresünk! Az egyenletek száma:  NA db ágegyenlet  NN-1 csomópontra felírható kontinuitási egyenlet (Kirchoff I. törvénye)  NC független hurokegyenlet (Kirchoff II. törvénye) Így: NA+NN-1+NC=2NA, tehát az egyenletrendszer megoldható! 102

103 Egyenletrendszer megoldása NA: nemlineáris ágegyenletek NN-1: lineáris többváltozós egyenletek NC: nemlineáris hurokegyenletek Legismertebb eljárások: - Hozamkiegyenlítés módszere - Veszteség kiegyenlítés módszere (Cross-módszer) Az elmúlt évben különböző eljárások alakultak ki az iteráció gyorsítására (kisebb lépésszám, gépidő). A módszer alapja általában a Newton-Raphson módszer. 103 Az egyenletrendszer csak iterációval oldható meg!

104 Dinamikus modellezés Hosszabb időtávú elemzés, nem permanens állapotban Általában a fogyasztásokhoz és a szivattyúzásokhoz időfüggvényeket rendelünk (menetgörbék) Fel kell venni a kezdeti időpillanatra jellemző medence szinteket 104

105 Modellezéssel megoldható feladatok Meglévő hálózat esetén (KALIBRÁCIÓ!!!)  Hálózat hidraulikai ellenőrzése  Zárási, javítási munkák hatásának vizsgálata  Hálózatrekonstrukció megalapozása  Hálózat öblítés megtervezése  Tüzivíz ellátás optimálása  Csőtörés-szimuláció  Pangó hálózatrészek felderítése  Vízminőség változások elemzése  Diszpécser szakmai támogatása  Stb... Tervezés  Új hálózat tervezése  Hálózat bővítés  Rekonstrukciós terv megalapozása  Stb… 105

106 VÍZMINŐSÉG A VÍZELOSZTÓ HÁLÓZATBAN 106

107 107 Vízminősítési alapfogalmak Főbb paraméter csoportok:  Fizikai paraméterek  Kémiai paraméterek  Biológiai paraméterek  Mikrobiológiai paraméterek Biológiai vízminősítés szerinti csoportosítás:  Halobitás (szervetlen kémiai tulajdonságok összessége)  Szaprobitás (szerves anyag termelő képesség)  Trofitás (szerves anyag lebontó képesség)  Toxicitás (mérgező képesség) Fizikai paraméterek:  Hőmérséklet  Sűrűség, viszkozitás  Oldóképesség  Átlátszóság, zavarosság  Lebegő anyag tartalom  Fajl. vezetőképesség  Szín  Szag  Stb..

108 108 Néhány fontosabb kémiai paraméter pH Nitrogén-vegyületek (ÖN, Szerves-N, Kjeldahl-N, NO 3 -N, NO 2 - N, NH 4 -N) Foszfor-vegyületek (ÖP, PO 4 -P) Szerves anyagok (TOC, KOI, BOI5) Fémek, nehézfémek (Vas, Mangán, Króm, Réz, Ólom, Higany, Nikkel, stb..) Toxikus és egyéb olajszármazékok (policiklikus aromás szénhidrogének, fenolok, stb..) Peszticidek (különböző rovarirtók, féreg és csigairtók, növekedés-szabályzók, stb..) Klór vegyületek és klórszármazékok (Klorid-ion, Klorit, Kötött aktív klór, Klorit, Vinil-klorid, összes trihalo-metán, stb..) Radioaktivitás (összes indikatív dózis, Radon, Trícium, stb..)

109 109 Néhány fontosabb biológiai, mikrobiológiai paraméter, ökológiai vízminősítés Biológiai és mikrobiológiai paraméterek: Férgek Algák Gombák Fonalas baktériumok Telepszám Entherococcusok E.coli Coliform Stb.. Ökológiai vízminősítés: Élővizek minősítésére alkalmazott módszer Az EU 2000/60/EK Vízkeret Irányelve alapján a hazai minősítési rendszer kidolgozás alatt áll. Vízellátási szempontból nincs jelentősége

110 110 Ivóvíz minősítés I. Az ivóvíz minőségének követelményeit a 201/2001. (X.25) Korm. r. és az azt módosító 47/2005.(III.11.) Korm. r. tartalmazza. A 201/2001. (X.25) Korm. r. „A” mikrobiológiai vízminőségi jellemzői: Az ivóvíz fekáliás illetve kórokozó baktériumokat nem tartalmazhat! Enterális baktériumok: életfeltételeiket az ember bélrendszerében találják meg. Patogén baktériumok: egyéb kór és betegség hordozók.

111 111 Ivóvíz minősítés II. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „B” Kémiai vízminőségi jellemzői

112 Ivóvíz minősítés III. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „C” Indikátor vízminőségi jellemzői Vízminőségi jellemző Határérték Egység Megjegyzés Alumínium 200 μg/l Ammónium 0,50 mg/l 1. megjegyzés Klorid 250 mg/l 1. és 2. megjegyzés Clostridium perfringens (spórákkal együtt) 0 szám/100 ml 3. megjegyzés Szín A fogyasztók számára elfogadható és nincs szokatlan változás Vezetőképesség 2500 μS cm-1 20 °C-on 2. megjegyzés pH ≥6,5 és ≤9,5 2. és 4. megjegyzés Vas* 200 μg/l Mangán* 50 μg/l Szag A fogyasztó számára elfogadható és nincs szokatlan változás Permanganát index (KOIps) 5,0 mg/l O2 1. megjegyzés Szulfát 250 mg/l 2. megjegyzés Nátrium 200 mg/l Íz A fogyasztó számára elfogadható és nincs szokatlan változás Telepszám 22 °C és 37 °C-on Nincs szokatlan változás szám/ml 5. és 6. megjegyzés Coliform baktériumok 0 szám/100 ml 7. megjegyzés Pseudomonas aeruginosa 0 szám/100 ml 5. megjegyzés Összes szerves szén (TOC) Nincs szokatlan változás 9. megjegyzés Zavarosság A fogyasztó számára elfogadható és nincs szokatlan változás 10. megjegyzés Keménység min. 50 max. 350 mg/l CaO 11. megjegyzés Fenolindex 20 μg/l 12. megjegyzés Olajszármazékok 50 μg/l 12. megjegyzés RADIOAKTIVITÁS Trícium 100 Bq/l 13. és 14. megjegyzés Összes indikatív dózis 0,10 mSv/év 14. és 15. megjegyzés 112

113 Ivóvíz minősítés IV. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján „D” Szennyezésjelző vízminőségi jellemzők és határértékek Vízminőségi jellemző Határérték Egység permanganát-index KOIps 3,5 mg/l ammónium 0,20 mg/l nitrit 0,10 mg/l klorid 100 mg/l „E” Biológiai vízminőségi jellemzők és határértékek Vízminőségi jellemzők Határértékek Egység üledék 0,10 ml/l véglények 0 szám/l férgek 0 szám/l baktériumok 0 szám/l gombák 0 szám/l vas- és mangánbaktéri umok szám/l egyéb baktériumok 102 szám/l algák és cianobaktériu mok 104 szám/l 113

114 Ivóvíz minősítés V. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján Ivóvíz:  nem tartalmaz olyan mennyiségben vagy koncentrációban mikroorganizmust, parazitát, kémiai vagy fizikai anyagot, amely az emberi egészségre veszélyt jelenthet  megfelel az 1. számú melléklet „A” és „B” „C” „D” „E” vízminőségi követelményeknek Kifogásolt minőségű ivóvíz: Ha a szolgáltatott víz az 1. számú melléklet „A” és „B” részében meghatározott határértékeknek megfelel, azonban az 1. számú melléklet „C”, „D” és/vagy „E” részében előírt valamely határértéknek nem felel meg, akkor kifogásolt minőségű ivóvíznek kell tekinteni.  Az víz sűrűbb mintavételezés mellett szolgáltatható  Szennyezés lehetséges okait javasolt feltárni 114

115 Vizsgálandó vízminőségi jellemzők a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján 115 I.Mindig ellenőrizendő paraméterek II.Speciális esetekben vizsgálandó paraméterek III.Speciális esetekben ritkábban vizsgálandó paraméterek

116 Minimális vizsgálati gyakoriság vízellátó hálózat a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján 116

117 Az ivóvizek termelése, szállítása, vezetése, tárolása, kezelése során használatos hagyományos anyagok listája a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján Korlátozás nélkül alkalmazhatóak saválló acél acél öntöttvas beton vasbeton homok kavics márványzúzalék zeolit mészkő égetett, oltott mész kerámiatermék (üveg, porcelán, kőedény) alumínium 99,9%-os. Bizonyos feltételek esetén alkalmazhatóak vörösréz bronz sárgaréz horganyozott vas alumíniumötvözetek alumínium-szulfát nátrium-aluminát egyéb szervetlen alumíniumvegyületek vas (III)-klorid vas (II)-szulfát aktivált kovasav kovasav szóda nátrium-hidroxid kálium-permanganát nátrium-klorit. 117

118 Vízminőség változás a hálózatban I. A vízhálózatban betáplált kifogástalan minőségű víz a fogyasztási helyen nem biztos hogy kifogástalan minőségű lesz! Víz szállítása során a vízminőség módosul. A vízvezeték hálózat reaktorként értelmezhető, melyben számos vízminőséget befolyásoló folyamat zajlik le. A vízhálózat üzemeltetés jelentős egészségügyi kockázattal jár A vízminőség ellenőrzése és megfelelő szinten tartása az egyik legkiemeltebben kezelendő üzemeltetési feladat 118

119 Vízminőség változás a hálózatban II. – Néhány lehetséges folyamat Fertőtlenítőszer fogyása a szerves és szervetlen vegyületekkel történő reakciók miatt Fertőtlenítőszer és egyes anyagokból keletkező melléktermékek:  Íz és szaganyagok  THM Csövek belső korróziója Eltérő minőségű vizek hálózatbeli keveredése, mely kémiai instabilitást okoz Biofilm képződése a csőfalon Üledék a hálózatban Csőtörések, egyéb külső szennyeződések, befertőződések Elégtelen nyersvíz kezelés, technológiai meghibásodások Víz pangása ágvezetékekben vagy tározóban Oldott oxigén kimerülése, hidrogén-szulfid képződése Megnövekedett zavarosság Réz beoldódás Stb… 119

120 Vízminőségi kockázat A vízminőségi kockázat az egész rendszerben fennáll A lehetséges kockázatok bemutatására „termelési diagram”-ot célszerű készíteni Kockázat elemzés valószínűség elméleti alapokon történik Vízminőségi kockázat lehet:  Kémiai kockázat  Mikrobiológiai kockázat 120

121 Mikrobiológiai kockázat I. Mikrobiológiai kockázat okozói lehetnek:  Baktériumok  Vírusok  Protozoonok Az okozott betegség lehet:  Súlyos  Enyhe lefutású  Tünetmenetes, vagy nem vízeredetűnek tulajdonított Kockázati tényező lehet:  Belélegzés  Bőrkontaktus  Víz elfogyasztása Fer tőzés forrása lehet:  Nyersvíz  Elégtelen kezelés  Hálózati befertőződés 121 A vízeredetű fertőzések száma becslések szerint akár 3-4- szer nagyobb mint a nyilvántartott!

122 Mikrobiológiai kockázat II. Sok az ismeretlen fertőzési eset Sok az ismeretlen mikroba Vannak fertőtlenítésre rezisztens törzsek A hálózat üzemeltetésre vonatkozóan nincsenek kiforrott mikrobiológiai kockázat csökkentő stratégiák Jelenleg alkalmazott indikátorok (zavarosság, coliformok, maradék fertőtlenítő szer) nem alkalmasak a vírusok, protozoonok, mikrobiális toxinok, allergének közegészségügyi kockázatának kimutatására. 122

123 Kémiai kockázat I. Fertőtlenítési melléktermékek kockázata (THM, stb..) Korróziós melléktermékek Maradék fertőtlenítő szerek:  Klór (határérték van rá)  Kloramin (határérték van rá)  Klór-dioxid (határérték van rá) Fertőtlenítőszer melléktermékek lehetnek:  Mutagének (genetikai kárososdást okozó)  Rákkeltők  Teratogének (embrióban vagy magzatban káros hatású)  Neurotoxikusak 123

124 Kémiai kockázat II. Problémák:  Számos fertőtlenítési melléktermék toxikológiai hatása ismeretlen  Számos fertőtelnítési melléktermék nincs vizsgálva epidemiológiai szmepontból  Az állatkisérletek dózisai jóval magasabbak mint a vízhálózati expozíció  Nem kiforrottak a kockázat modellezési, kiértékelési módszerek  Egyes fertőtlenítési melléktermékek egymásra hatatása az emberi szervezetben is csak részlegesen ismert  A különböző fertőtlenítő szerek okozta kockázatok összehasonlítására nincs megfelelő módszer 124

125 Mikrobiológiai és kémiai kockázat közös kérdései Azonnali és hosszú távú hatások (pl. rák) Mikrobiológiai – fertőtlenítési melléktermék kockázat dilemmája Az ivóvíz mint komplex keverék együttes toxicitása hogyan határozható meg????? 125

126 Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás I. – Korróziós folyamatok Ivóvíz korrozív jellegének okai:  Kis pH  Agresszív szénsav tartalom  Magas szabad aktív klór tartalom Következmény:  Vas, ólom, rézcsövek korróziója  Korróziós lerakódások a csőfalon Víztartási képesség romlás Baktérium telepek kialakulásának elősegítése Csőstatikai problémák  Fém-ionok kerülnek a szállított vízbe 126

127 Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás II. – Vízben lévő anyagok oxidációja Vízben lévő anyagok a vízben lévő szabad klór és oldott oxigén hatására oxidálódnak  Reduktív vegyületek (pl. vas, mangán)  Szerves anyagok (THM-vegyületek) Vas, mangán csapadékokból lerakódások keletkeznek a csőfalon → baktérium telepek keletkezésének elősegítése 127

128 Biofilm képződés a csővezetékben I. A biofilm képződés sebessége függ (többek között):  Szabad aktív klór szinttől  Asszimiálható szénforrástól (AOC)  Egyéb tápanyagok jelenlététől  Hőmérséklettől  Tartózkodási időtől  Áramlási sebességtől Biofilm vastagsága: 1 – 1000 μm Szabad aktív klór koncentráció nem szünteti meg, csak mérsékli a biofilm aktivitást! A biofilm az aktív klór fogyását okozza a hálózatban. A klóros fertőtlenítés hatása erősen függ a biofilm vastagságától. A biofilm bizonyos patogének, vírusok, protozoonok számára élettérként, tározóként funkciónál a vezetékekben A biofilm növeli a fertőtlenítéssel szembeni rezisztenciát a hálózatban 128

129 Biofilm képződés a csővezetékben II. 129

130 Baktériumok inaktiválási lehetőségei Hiperklórozás  Magas aktív klórszint (akár 4 mg/l)  Magas kontaktidő (akár 1 óra) Hőkezelés (60-80 C°) Ózonizálás (1-2 mg/l) UV sugárzás Réz és ezüst ionok alkalmazása 130

131 Indikátor mikroorganizmusok – Coliform csoport Patogén baktériumok izolálásának problémái:  A patogének megjelenése időszakos  Koncentrációjuk kicsi – Nagymennyiségű víz átvizsgálása szükséges  A lakósság elfogyasztja a vizet, mire kimutatásra kerül  Ritka mintavételezés hamis képet adhat  Gyorsan elpusztulnak – gyors analízis szükséges Egyszerűbb eljárás: fekáliás eredetű indikátor baktériumok jelenlétének ellenőrzése – coliform csoport Megfelelően tisztított vízben talált indikátor baktérium csak a fekáliás eredetű szennyezettség valószínűségét indikálja!!! Problémák:  A Coliformok csak a betegséget okozó bélbaktériumok jelenlétének valószínűségét mutatják ki  A víz okozta betegségprofil ma már ennél jóval szélesebb (vírusok, protozoonok, egyéb baktériumok) 131

132 Vírusok az ivóvízellátásban Többféle vírus ismert mely rezisztens a hálózatban alkalmazott szabad aktív klór szintre A vírusok életben maradását a hálózatban számos tényező befolyásolja:  Vírus fajtája  Alga aktivitás  Bakteriális aktivitás  Hőmérséklet (Inaktiválódásuk gyors 50 °C felett)  pH  Szuszpendált anyagok (vírusok számára védelmet nyújtanak)  UV  Szerves vegyületek (felületükön adszorbeálódnak) Problémák:  Alacsony egyedszám – detektálásuk szinte lehetetlen, ezért először koncentrálni kell a vírusokat  Transzmissziós folyamatok szinte követhetetlenek 132

133 Vírusok túlélése a vízkezelés során Vannak ózon és klór rezisztens vírusok Vírusok pehelybe épülése növeli a túlélés esélyeit, ugyanakkor a koaguláció erősen csökkenti a vírusok koncentrációját Fertőtlenítési dózis és kontakt idő növelés csökkenti a túlélés esélyeit (akár 6 mg/l aktív klórszint + 30 perc kontaktidő) Koaguláció + ülepítés + gyorsszűrés együttes vírus eltávolítási hatékonysága: 98,4-99,7% 133

134 Paraziták az ivóvízellátásban I. Paraziták lehetnek:  Protozoonok: egysejtű állati paraziták, véglények  Platyhelminthes: laposférgek  Namethelminthes: hengeres férgek  Arthropda: ízeltlábúak Ivóvíz ellátásban leggyakoribb bélbetegséget okozó protozoa fajok :  Entamobea histolyca  Giardia lambia  Cryptosprodium parvum  Cyclospora cayetanensis Protozoonok kétféle alakja:  Trophozoit: vegetatív forma. A ptotoozon megfelelő életkörülmények között van. Táplálkozik, mozog, szaporodik.  Cysta: ellenálló forma.A sejt ektoplasmájából ellenálló sejt képződik.  Encystálódás: a trophozoit cystavá alakul.  Excystálódás: a cysta újból működő sejtté alakul  Gazda szervezet: az az élőlény, melyben a parazita élősködik 134

135 Paraziták az ivóvízellátásban II. Protoozonok mérete: 2 – 80 μm Számos betegség okozói lehetnek:  Emésztési problémák  Idegrendszeri betegségek  Immun rendszer legyenglése  Tályog  Stb… Protoozonok rosszul tűrik:  Kiszáradást  60 C° feletti hőmérsékletet Vegyszerekkel szembeni rezisztenciájuk magas, különösen cysta alakban! Ivóvíz hálózatban akár több hónapig is életben maradnak! Kimutatások nehézkes:  Kis egyedszám  Akár több 100 l víz is vizsgálata is szükséges 135

136 Gombák a vízhálózatban Gombák kedvezőtlen hatásai:  Fertőtlenítő szer hatékonyságát csökkentik  Biofilmben megtelepedhetnek  Allergéneket illetve mikotoxinokat termelnek  Élelmiszer fertőződését okozhatják  Íz és szaganyagokat termelhetnek  Immunrendszer gyengítő hatásuk lehet Forrásaik:  Felszíni vízkivételek  Csőtörések (talaj kontaktus)  Tározókban légtér-vízfelület kontaktus közben Probléma: spórák hosszabb ideig ellenállhatnak a klórnak 136

137 Toxinok az ivóvízben Forrás: általában hipertróf állapotú felszíni vizek (pl. kékalga toxin produkció) – felszíni vízkivételek esetében jelenthet veszélyt Tisztítási cél: alga sejtek eltávolítása az eltávolítás során, úgy hogy a toxinok kijutása elkerülhető legyen Toxinok: lassan lebomló szerves vegyületek Veszélyesek a vízi ökoszisztéma egyes elemeire, állatokra, emberre 137

138 Gerinctelenek a vízhálózatban Legjellemzőbb szervezetek a vízhálózatban:  Fonalférgek  Laposférgek  Atkák  Rovarlárvák Kedvezőtlen hatásaik:  Íz és szagproblémákat okozhatnak  Vizet elszínezhetik illetve zavarosságot okozhatnak  Házi csap- és egyéb szűrőket eltömhetik  Korokozó baktériumokat szállíthatnak, illetve védelmet nyújtanak nekik  Klór hatékonyságát csökkentik  Szerves anyag terhelést jelentenek a vízelosztó rendszer számára Egyedszámuk függ (többek között):  Aktív klór koncentrációtól  Áramlási sebességtől  Évszakok  Csőrendszer állapota 138

139 Ivóvíz biológiai stabilitása Elsősorban BOM (biodegradable organic matter) vegyületek mennyiségétől függ  BDOC: Biodegradable Dissolved Organic Carbon  AOC: Assimilable organic carbon Nitrogén és foszfor limitáló tényező lehet BOM komponensek eltávolítási módszerei:  Ózonizálás  Biológiai szűrés  Biológiai aktív szén szűrés  Koaguláció Mikrobiológiai problémák elkerülése a hálózatban: AOC <100μg/l és BDOC <300μg/l Minél alacsonyabb a BOM vegyületek jelenléte annál kisebb mértékűek a mikrobiológiai problémák a hálózaton 139

140 140 Fertőtlenítés klórral I. A klór-gáz vízben oldódik és disszociál az alábbi egyenletek szerint. A disszociáció mértéke függ a pH-tól és a hőmérséklettől. Az OCl - (hipoklorit-ion), HOCl (hipoklóros sav), és a Cl 2 -gáz baktericid hatásúak. A HOCl jobb hatásfokú fertőtlenítő szer. Cél a pH semleges vagy savas pH-n tartása, mert akkor képződik a legnagyobb mennyiségben HOCl. A fertőtlenítési hatásfok a reagenssel való kontaktidővel, illetve a reagens dózis növelésével nő.

141 141 Fertőtlenítés klórral II. Maradék aktív klór – adagolt klór közötti kapcsolat: 1-es görbe: nincsenek a vízben redukáló vegyületek: maradék és aktív klór értéka azonos 2-es görbe: nitrogén vegyületek nélküli redukáló vegyületek vannak jelen a vízben: maradék klór kevesebb mint az adagolt klór

142 142 Fertőtlenítés klórral III. Ha a vízben ammónia (NH 3 ) vagy ammónium-ion (NH 4 + ) is jelen van, akkor a klórozás hatására klóraminok keletkeznek. A ammónia és az ammónium-ion a vízben disszociál: A klóraminok keletkezésének reakcióegyenletei: Monokklóramin keletkezése: Diklóramin keletkezése: Triklóramin keletkezése:

143 143 Fertőtlenítés klórral IV. – Törésponti klórozás

144 Klór és klóraminok a vízelosztó rendszerben Elegendő fertőtlenítőszer biztosítása esetén:  Az áramló vízben lévő baktériumok inaktiválódnak  A biofilmről leváló baktériumok inaktiválódnak  A hálózat csőfalán lévő biofilm aktivitás korlátozott  A csőfalon történő mikrobiális aktivitás ellenére a fogyasztókat nem érik kellemetlen mikrobiológiai hatások Klóramin (kötött klór) előnyei a klórral szemben:  Kevesebb fertőtlenítési melléktermék keletkezik  Stabilabb fertőtlenítőszer – hosszabb ideig gátolja a mikrobiális szaporodást  Biofilmbe mélyebben hatol, így az inaktiválás hatékonyabb Klóramin hátrányai a klórral szemben:  Áramló vízben kevésbé hatékony mint a klór  „hypo-szag” Általában klór és klóramin együttesen van jelen a hálózatban 144

145 Klórfogyás a vízelosztó rendszerben Klór fogyasztók a hálózatban:  Reduktív vegyületek  Szerves vegyületek  Élő szervezetek. biofilm 145

146 Fertőtlenítési melléktermékek a hálózatban Fertőtlenítési melléktermékek:  Trihalometánok (THM)  Haloecetsavak (HAA)  Haloacetonitrilek (HAN)  Haloketonok (HK)  Klórpikrin  Klórhidrát  Cianogén-klorid Keletkezésük: huminanyagok, fulvinanyagok és aminosavak klórral történő reakciójakor képződnek 146

147 Nitrifikáció a hálózatban Hátrányai:  Klóramin koncentráció csökken  Heterotróf baktérium populáció nő  Nitrit- és nitrát-ionok keletkeznek  Csökken a pH és a lúgosság  Csökken az oldott oxigén koncentráció Magas ammónium koncentráció esetén alternatív fertőtlenítőszer: klór-dioxid Nitrifikáció szabályozása:  maradék szabad klór biztosításával  tartózkodási idő csökkentése  rendszeres öblítési program  klórsokk alkalmazása 147

148 Radon a vízellátásban Rákkeltő hatás Magas radon koncentráció az alábbi típusokban jelentkezhet:  Forrásvizek  Ásványvizek  Langyos és hévizek Magas radon koncentráció valószínűsége nő, ha a vízkivétel az alábbi rétegekből történik:  Uránium bányászat meddőhányói közelében  Foszfát bányászat meddőhányói közelében  Kristályos alaphegységi képződmények (gránit)  Vulkanikus képződmények érc telérei Eltávolítási módok:  Levegőztetés  RO-berendezés  Adszorpció  Mész-szóda lágyítás 148

149 Egyéb speciális szennyezők Peszticidek (növényvédő szer származékok) – hagyományos vízkezelési és fertőtlenítő eljárások kismértékben távolítják el Hormonok – potenciális egészségügyi veszély, kevés ismeretanyag Ólom – régi vízvezeték rendszerknél 149

150 Műanyag vezetékek, bevonatok és tömítések vízminőségi hatásai A műanyag vízellátó csövekből szerves vagy szervetlen segédanyagok oldódhatnak ki. A biofilmben lévő mikroorganizmusok része képes a cső egyes segédanyagait biológiailag bontani. A biofilm aktivitás egyes műanyagokon kiemelkedő lehet, mely alapvetően az anyagban található segédanyagok típusától függ. (pl: utólagos csőbélelés fóliával) Vízminőség rontó hatásuk ma is vitatott és kutatott. Műanyagok hosszú-távú viselkedése megkérdőjelezhető. Íz és szagvegyületek megjelenése a műanyag csövekben jellemző. Egyes oldószerek és szerves vegyületek képesek áthatolni a műanyag csöveken – ipari területeken, üzemanyag töltő állomásokon kockázatosabb műanyag csövek alkalmazása. 150

151 Tárolók és vízminőség Tárolók jelentékenyen befolyásolják a szolgáltatott víz korát! Tároló elhelyezés optimalizálása vízminőségi szempontból Üzemoptimalizálás vízminőségi szempontból Tárolókban lezajló vízminőség változások (nagy tartózkodási idejű reaktor) 151

152 Víz szennyezéseinek eredete Hibás csőkapcsolatok Csőrepedések Csőtörések javításakor Tisztított vízben maradó anyagok Diffúzió a csőfalon keresztül Csőanyagból történő beoldódás Házi berendezésekből történő visszaáramlás Szándékos szennyezés Víz szállítása közben történő átalakulások  Keveredés más vizekkel  Kémiai reakciók  Mikrobiológiai aktivitás 152

153 Vízminőség romlás elleni védekezés víztisztítási igényei Tisztított vízben minimalizálni kell a baktériumok számára hasznosítható tápanyagokat Megfelelő mennyiségű (0,2-0,5 mg/l) szabad aktív klór biztosítandó a kezelt vízben Minimális reduktív anyagot tartalmazzon a víz Csőkorróziót okozó víz-tulajdonságok a vízkezelés során mérsékelve legyenek 153

154 Vízhálózat tisztítási, kezelési módok Öblítés Levegő injektálás Habszivacsos csőtisztítás Csőgörényezés Vízsugaras csőtisztítás Sóoldattal történő áztatás Klór sokk alkalmazása 154

155 VÍZMINŐSÉGI MODELLEZÉS 155

156 Vízminőségi modellezés célja Vízminőség változás elemzése Klór-fogyás modellezése Vízkor meghatározás Különböző típusú vizek hálózatban történő elkeveredésének vizsgálata Konzervatív nyomjelző anyag transzport vizsgálat 156

157 Vízminőségi modell és hidraulikai modell kapcsolata Vízminőségi modellezést mindig hidraulikai modellezés előzi meg Rossz hidraulikai modell kalibráció, rossz vízminőségi következtetéseket von maga után! A vízminőségi modell a hidraulikai modellből nyeri minden ágra vonatkozóan az áramlási sebességeket és irányokat A vízminőségi modellek általában kvázi-dinamikusak (sebességek elemzési időléptéken belül konstansak, de a vízminőség közben is változik) 157

158 Vízminőségi modellezés főbb elemei Vízminőség változás csőben Keveredés a csomópontokban Keveredés és vízminőség változás a tározókban 158

159 Vízminőség változás a csőben 159

160 Keveredés a csomópontokban 160 Tökéletes azonnali elkeveredés feltételezésével: i: csomópontba csatlakozó cső, k:csomópont sorszáma I k : a k csomópontba csatlakozó csövek összessége L j : a j-dik cső hossza Q j : vízhozam a j-dik csőben Q k,ext: k csomópontba belépő külső vízhozam C k,ext: k csomópontba belépő víz koncentrációja C i/x=0: koncentráció az i-dik cső elején C i/x=L : koncentráció az i-dik cső végén

161 Keveredés és lebomlás a víztározókban Tökéletesen elkevert reaktor feltételezésével  V s : tározó térfogata  C s : koncentráció a reaktorban  I s : a reaktorba befolyó csövek összessége  O s : a reaktorból kilépő csövek összessége 161

162 Reakciók-kinetika I. A lebontási együttható általános egyenlete k: reakció konstans n: reakció kitevő 162

163 Reakció-kinetika II. – reaktoron belüli lebontás Határkoncentráció bevezetésével (C L ): ha: n>0 és k b >0 ha: n>0 és k b < 0 Ebből kifejezhetők a jól ismert lebontási/növekedési kinetikák: Első rendű lebomlás (C L =0, n=1, k <0 ) Elsőrendű növekedés (C L >0, n=1, k >0 ) Másodrendű lebontás (C L 0, n=2, k <0) Michealis-Menton lebontási kinetika (C L >0, n <0, k <0 ) 163

164 Reakció-kinetika III. - Klór fogyás modellezése a reaktorban Michealis-Menton kinetika fgyelembe vételével (Koechling 1998):  UVA: UV-abszorbancia értéke 254 nm-en  DOC: oldott szerves szén (mg/l) A kalkulált k-tényezők 20 C°-ra vonatkoznak, átszámítások más hőmérsékletre: 164

165 Reakció-kinetika IV. - Csőfal menti reakciók leírása Egyes reakció típusok a falon felhalmozódott anyagok és az áramló víz között zajlik le (pl. korróziós lerakódás, biofilm) Ezért a falfelület aránya az össz csőtérfogathoz képest lényeges paraméter A fal és az áramló folyadék közötti átviteli koefficiens leginkább a Re- számtól és a molekuláris diffúziótól függ Elsőrendű reakció kinetika esetén a csőfal-menti lebontási együttható: k w : a fal-menti lebontási konstans, k f az átviteli tényező, R a cső sugara 165

166 Reakció-kinetika V.: Az átviteli tényező meghatározása Ahol D a molekuláris diffúziós együttható, d a csőátmérő Sh az ún. Sherwood-szám, mely: Ahol Sc az ún. Schmidt-szám (kinematikai viszkozitás és a vizsgált kémiai vegyület diffuziviásának hányadosa) 166

167 Vízminőségi modell megoldása Szükséges rögzíteni a kezdeti érték feltételeket: t=0-ban minden helyen a kezdeti koncentráció Szükséges ismerni a külső anyagáramokat minden időpillantra, minden csomópontra (C k,ext és Q k,ext ) Ismerni kell a hidraulikai körülményeket a teljes rendszerre (kalibrált hidraulikai modellből) 167

168 MODELLEZÉS EPANET-BEN 168

169 Mire való az EPANET? Nyomott ivóvízvezeték hálózatok modellezése:  Hidraulikai modellezés  Vízminőségi modellezés  Vízkor meghatározás  Nyomjelző anyag terjedés modellezése Csak a hidraulikai modellezéssel foglalkozunk 169

170 EPANET hidraulikai modell elemei I. Limitálatlan méretű hálózati struktúra felépíthető a modellben Hossz-menti veszteség számítására 3-féle módszer választható:  Hazen-Williams  Darcy-Weisbach (javasolt)  Chezy-Manning Tartalmazza az idomok, szerelvények veszteség értékének számítását, és spec. szerelvények modellbe történő beépítését (pl. nyomáscsökkentő, visszacsapó szelep, stb..) 170

171 EPANET hidraulikai modell elemei II. Alkalmas konstans vagy változó szivattyúzás modellezésére Számítja a szivattyúzási energia igényt és energia költséget Bármilyen alakú víztározó kialakítható a modellben Csomópontonként időben változó vízigények definiálhatók Modellezhető a vizsgált kifolyási pontokon a nyomásfüggő kifolyási vízhozam (pl. öntözőfej, tűzcsap). Modellezhetőek különböző rendszerüzemeltetési stratégiák:  Szintszabályzással  Időbeni szabályozással  Komplex szabályozással 171

172 EPANET modell felépítésének lépései 1. lépés: hálózat geometria bevitele 2. lépés: a hálózati elemek adatainak megadása 3. lépés: hálózat üzemeltetési információk megadása 4. lépés: elemzési módszer megadása 5. lépés: modell futtatás 6. lépés: futtatási eredmények értékelése 172

173 Kezdeti lépések I. 1. Új projekt kezdése: File/New 2. Projekt sorszám beállítása: Project/Defaults/ID Labels/ID Increments: érték beállítása 1-re 3. Projektben használt mértékegység és számítási módszer beállítása: Project/Defaults/Hydarulics/ -Flow units: CMH (m 3 /h, Pa, m) -Headloss formula: D-W (Darcy-Weisbach) 173

174 Kezdeti lépések II. – térkép és rajzolási alapbeállítások 4.Méret és mértékegység: View/Dimensions  Itt megadhatóak a térkép bal alsó és jobb felső sarkának koordinátái  Map units: meter 5.Jelölési mód beállítása: View/Options/Notation  Display node: ID  Display link: ID 6.Auto Lenght :On (a koordináták alapján automatikusan számolja a program a vezeték hosszakat) Project – Defaults – Properties – Auto Lenght 174

175 Hálózat topológiai modell építése I. 175

176 Hálózat topológiai modell építése II. Az ikonok segítségével felépíthető a hálózati topológia struktúrája: 1. lépés: mélytározó helyének megadása 2. lépés: csomópontok helyének megadása 3. lépés: magas tározó helyének megadása 4. lépés: tározók és csomópontok összekötése csővezetékekkel 5. lépés: szivattyú helyének megadása: szivattyú ikon bekapcsolása után arra a két csomópontra kell klikkelni amelyek között a szivattyú el fog helyezkedni 6. lépés: főbb elemek elnevezéseinek feliratozása 176 Megjegyzések: -Objektumok törlése: kijelölés + delete gomb -Kilépés az aktuális funkcióból: jobb egérgomb -Törtvonalú csővezeték is rajzolható két csomópont között

177 Hálózat topológiai modell építése III. A megrajzolt objektumok bármelyike kijelölés után a bal egér gomb lenyomva tartásával mozgatható Vezetékekre többlet töréspontok beszúrhatóak: a vezeték kijelölése után, poligon kijelölési ikon (2), majd jobb egérgomb: Add vertex. Csomópontok adatainak megadása: (jobb egér gomb + properties) -X és Y koordináta bevihető -Elevation: magasság 177

178 Hálózat topológiai modell építése IV. Tározók adatainak megadása  Mélytározó: Total Head: vízszint abszolút magassága a tározóban  Magastározó: Elevation: a magastározó fenekének abszolút magassága Min., max. level: minimális és maximális vízszintek a magastározó fenekétől Initial level: vízszint a magastározóban a szimuláció kezdetén Diamater: Henger alakú víztorony feltételezése esetén a víztorony átmérője. (Megadható bármilyen alakú víztorony a térfogat változási függvény megadásával: Volume Curve) Tipp: mivel a mélytározót a program végtelen nagy térfogattal értelmezi, ezért célszerű magas-tározót definiálni a mélytározó helyén. 178

179 Hálózat topológiai modell építése V. Szivattyú adatainak megadása (Q-H görbe megadása)  Minden szivattyúhoz kapcsolandó egy Q-H görbe: Browser menüben – Curves kiválasztása. Itt meg kell adni a Q-H görbét, majd a görbe számát be kell írni a szivattyú adatainál (properties) a „Pump Curve” ablakba. 179

180 Hálózat topológiai modell építése VI. Ágak adatainak megadása (ágra klikkelve jobb egérgomb és properties parancs):  Start node: ág kezdő pont  End node: vég pont  Lenght: hossz (Ha az „Auto Lenght” funkció be van kapcsolva, akkor automatikusan számolódik a hossz. De manuálisan is megadható.)  Diameter: csőátmérő (mm-ben és belső átmérőt kell megadni)  Roughness: csőérdesség 180

181 Ellenőrző futtatás A hálózati adatok és geometria bevitele után érdemes egy gyors ellenőrző futtatást végezni: Project – Run Analysis paranccsal (vagy futtatás (run) ikonnal). Ha sikeres a futtatás, akkor az eddig bevitt adatokban nincs futtatást akadályozó hiba. Futtatást követő üzenetek:  „ Run succesfully”: sikeres futtatás  „Run unsuccesfully” sikertelen futtatás, ilyenkor a hibák okát is kiírja a program (Status Report) 181

182 Eredmények áttekintése, ellenőrzése I. Browser menü Map fül alatt kiválasztható számos opció, melyek feltüntetésre kerülnek színkódosan a helyszínrajzon (a színkód módosítható tetszés szerint):  Nodes: Pressure (nyomás) Demand (vízigény)  Links: Flow (vízhozam) Velocity (áramlási sebesség) Unit headloss (fajlagos áramlási veszteség) Az elemekre kétszer kattintva a „Properties” felugró ablakban megtekinthetőek az adott objektumra vonatkozó számítási eredmények A Project – Summary és a Project – Defaults parancsokkal előhívhatóak a modell főbb adatai, beállításai 182

183 Eredmények áttekintése, ellenőrzése II. Report menü – Table parancs vagy „Table” ikon segítségével előhívható a számítási eredményeket összefoglaló táblázat áganként (links) illetve csomópontonként (nodes) 183

184 Időben változó modell felépítése Időparaméterek beállítása: Data Browser – Options – Times  Total Duration: futtatási időtartam (24 h)  Hydraulic Time Step: hidraulikai számítások időlépcsője (1 h)  Pattern Time Step : fogyasztási menetgörbe időlépcsője  Pattern Time Start : fogyasztási menetgörbe kezdeti időpontja  Reporting Time Step: Kiértékelés időlépcsője  Reporting Time Start: Kiértékelés kezdeti időpontja 184

185 Vízigények megadása Definiálhatók fogyasztási menetgörbék (pl. ipari, csúcsfogyasztás, tűzeset, stb...), Menete: Browser – Patterns – „Add” ikon.  Az előugró ablakban minden órához be kell írni a napi fogyasztás adott órára eső százalékos értékét, mértékegység nélküli számban kifejezve. (pl: 3,2%=0,032)  Annyi menetgörbe definiálandó, amennyi az üzemállapotok vizsgálatához szükséges.  Ez után minden csomópontnál megadható (jobb egérgomb – Properties) a definiált menetgörbe száma (Demand Pattern), és a csomópont napi átlag fogyasztása (Base Demand)  Tipp: Ha pl. egy csomópontban tűzesetet akarunk szimulálni, akkor célszerű azt is a csomóponti napi fogyasztás százalékában megadni. 185

186 Szivattyúzási menetgörbe megadása A szivattyúzási menetgörbét a fogyasztási menetgörbével azonos módon kell definiálni. Annyi a különbség, hogy a Multiplier értékeinek 0-t (nincs szivattyúzás) vagy 1-et (van szivattyúzás) kell megadni. Ezt követően a szivattyú ikonján jobb egérgomb és Properties parancs, majd Pattern ablakban meg kell adni a menetgörbe sorszámát. Tipp: A szivattyú adatainál meg kell hogy legyen adva a Q-H görbe száma (Pump Curve) is! Tipp: minden nagyobb adatbevitel után érdemes lefuttatni a szimulációt és átgondolni a kapott eredményeket. 186

187 Időben változó eredmények áttekintése Browser – Map alatt állítható az idő (Time) a megadott időperióduson belül, a megadott időlépcső szerint A „Time” tábla alatti ikonokkal a rendszer szimulációja lefuttatható a teljes periódusra Közben bármelyik vizsgált komponensre át lehet állítani a térkép megjelenítését. A térképen kérhető a folyásirány feltüntetése (View – Options – Flow Arrows) Az idő függvényében bármely csomópont illetve szakasz bármely számítási paraméterére vonatkozóan függvények készíttethetők (Report – Graph parancs, vagy „Graph” ikon) Táblázat is készíthető bármely egységre vonatkozóan (Report - Table parancs, vagy „Table” ikon”). A programban lehetőség van mért adatok alapján történő modell kalibrációra is (Project – Calibration Data) 187

188 Plusz gyakorlati tanácsok I. Háttér térkép bevitele:  Beilleszthető kiterjesztések: bmp, emf, wmf  Javasolt wmf kiterjesztést használni  View - Backdrop Load (háttér betöltése) Unload (háttér leválasztása) Align (a modell hálózat mozgatható vele a háttérkép fölé) Show/Hide (láthatóság ki-,bekapcsolása) Objektumok keresésére a View – Find parancs vagy a „Find” ikon ad módot. Kiválaszthatók bizonyos feltételeknek megfelelő objektumok View – Query paranccsal. Fontos hogy előtte legyen beállítva a Browser – Map – ben a vizsgált időpont. 188

189 Plusz gyakorlati tanácsok II. Report – Full paranccsal készíthető külön fájlba egy, összegző jelentés mely minden fontosabb modellezési adatot tartalmaz. A kapott fájl Jegyzettömbbel megnyitható. Edit – Copy to paranccsal a képernyőn kijelölt elemek adat vagy wmf formátumban kimenthetőek. Adatok importálhatóak és exportálhatóak egy inp kiterjesztésű fájl elkészítésével. Érdemes meglévő exportált anyag átalakításával dolgozni! 189

190 Hidraulikai ellenőrzés céljai Hidraulikai ellenőrzés céljai lehetnek:  Szivattyú üzem optimalizálás Szivattyú rekonstrukció Váltás frekvencia szabályozású rendszerre Szivattyú üzemrend optimalizálás  Tározás optimalizálása Tározási időtartam Szivattyú vezérlési szintek Tározó töltővezeték fojtása  Vezérlési rendszer fejlesztése  Üzemrend optimalizálás  Nyomásviszonyok felülvizsgálata  Vízsebességek felülvizsgálata  Vízminőség javítás  Rendszer terhelésváltozásaiból eredő vártozások előrejelzése 190

191 Hidraulikai ellenőrzés menete Meglévő hálózat topológia bevitele (vonalvezetés, átmérők, csőanyagok, csomópontok magasságai, tározó térfogatok, vízszintek, szivattyú üzemrend, nyomásövezetek) Víztermelési adatok bevitele Fogyasztási adatok bevitele Kiegészítő mérési eredmények bevitele (valós szivattyú ki-be kapcsolási időpontok, betáplált vízhozam, nyomásviszonyok a hálózat mért pontjain, térfogatáramok a hálózat mért pontjain, stb…) Permanens modell felépítése átlag üzemi adatokkal. Nem permanens modell felépítése. Nem permanens modell kalibrálása. Modell pontosságának ellenőrzése. Érzékenység vizsgálat. Üzem szimuláció. Elemzési célú futtatások 191

192 Választható tározó keveredési modell változatok Tökéletesen elkevert reaktor Belépő zóna + elkeveredési zóna 192 Vízszintes csőreaktor Függőleges csőreaktor

193 Vízminőségi modellezés Csomópontoknál megadható a kezdeti vízminőség és a belépő víz minősége Tározóknál megadható:  Lebontási együttható (itt el lehet térni a globális értéktől)  Keveredési mód  Keveredési arány  Kezdeti vízminőség  Belépő víz minősége Globális lebontási kinetika típus és konstansok a DATA- OPTIONS-Reactions menü alatt adhatók meg. Számítható:  Vízkor  Klórszint  THM  Fluoreszcens anyag koncentráció 193

194 194 Felhasznált irodalom I. Hegedűs János: Parazitológia az ivóvíz ellátásban. Környezetügyi Műszaki Gazdasági Tájékoztató. Környezetgazdálkodási Intézet Budapest Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás közegészségügyi ismeretei. Vízügyi Múzeum, Levéltár és Könyvgyűjtemény, Budapest. Öllős Géza: Vízminőség-változás a vízelosztó rendszerben. Közlekedési Dokumentációs Kft. Budapest Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás. Alkalmazott hidraulika. Tankönyvkiadó, Budapest, Buzás Kálmán: Települések vízellátása. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest, Mátyus Sándor: Vízellátás. FVM Zrt Öllős Géza: Víztisztítás-üzemeltetés. Egri nyomda Kft.

195 195 Felhasznált irodalom II. W.Bohl: Műszaki áramlástan. Műszaki Könyvkiadó Budapest Dr. Haszpra Ottó: Hidraulika I. Műegyetem Kiadó Budapest Lewis A. Rossman: EPANET 2 – Users Manual. USEPA EPA/600/R-00/057. September Dombay Gábor: Epanet 2 segédlet. Oktatási segédanyag, EJF György István (szerk): Vízügyi létesítmények kézikönyve. Műszaki könyvkiadó Budapest1974. Darabos Péter – Mészáros Pál: Közművek. Digitális jegyzet. Budapest Török László: Vízellátás (szakmérnöki) oktatási segédanyag. Bozóky-Szezsich-Kovács-Illés: Vízellátás-csatornázás tervezési segédlet. Műegyetem kiadó, Budapest, Györei Lászlóné: Közműépítés II. Példatár. Nemzeti tankönyvkiadó, Budapest. Görözdi – Major – Zsuffa: Vízgazdálkodás példatár. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1983.

196 196 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!


Letölteni ppt "1 Vízellátás Vízminőség a vízelosztó hálózatban, hidraulikai és vízminőségi modellezés Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék."

Hasonló előadás


Google Hirdetések