VÍZFOLYÁSOK OXIGÉN HÁZTARTÁSA

SZENNYVÍZ HATÁSA (EMISSZIÓ – IMMISSZIÓ) BOI 5 emisszió nő, BOI 5 koncentráció nő, oldott O 2 koncentráció csökken (és fordítva) O 2 fontos vízminőségi indikátor (szerves anyag tartalom) JELLEMZŐ O 2 ÉRTÉKEK nyers szennyvíz: O mg/l telítési koncentráció “tiszta” vízben (Henry törvény): ~ 10 mg/l (20 °C ) halak megóvása, szaporodása:  6 mg/l eltérő érzékenység: ivadék kora, halfajok (pl. pisztráng 6-7 mg/l, ponty 4 mg/l), szerveződési szintek Vízhasználatok: szabványban meghatározva (eltérő vízhasználatok…) integrált osztályozás (több paraméterrel, BOI, KOI, oldott O 2 )

ANYAGMÉRLEG SZERVESANYAG (C, N) ÜLEDÉK LÉGZÉS LÉGKÖRI DIFFÚZIÓ FOTOSZINTÉZIS MELLÉKFOLYÓK V dC/dt = Be – Ki + O 2diff – C lebomlás – Nitrifikáció – Üledék + Fotoszintézis – Légzés ± Mellékfolyók MELLÉKFOLYÓK

EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁS SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (LEBONTÁS) LÉGKÖRI OXIGÉNBEVITEL Oldott O 2 KÉTVÁLTOZÓS TRANSZPORT (BOI és O 2 )! CO 2

Szerves C lebomlása (mineralizáció) nap O 2 fogyasztás BOI  5 BOI 5 Maradék O2 igény Szerves C mennyiség: oxigén fogyasztásban kifejezve (BOI – Biokémiai Oxigén Igény) ~ 2.7 szerves C L – maradék oxigén igény (szerves anyag mennyisége) L0L0 L 0 =BOI  1. rendű kinetika L=L 0 exp(-k 1 t) BOI 5 = BOI  - BOI  exp(-k 1 5)= BOI  (1-exp(-k 1 5)) BOI=L 0 - L 0 exp(-k 1 t)=L 0 (1-exp(-k 1 t)) L, BOI

Lebomlási tényező (k 1 ) Lebontási folyamatok sebességét jelzi, kinetikai állandó Dimenzió: 1/nap Hőmérsékletfüggő  = 1.04 (1.06) T k1k1 20C 1 Érvényesség! Függ a szennyvíztisztítás mértékétől Biológiai tiszt Mechanika+kémiai kicsapás Mechanika Nincs tisztítás fk 1 (T=20C)Technológia

Nitrifikáció (egyszerű megközelítés) 5 20 nap BOI CBOI NBOI Kjeldahl N (Szerves N, NH4-N, NO2) 2 lépés: Nitrosomonas2NH O 2  2NO H 2 O + 4H + Nitrobacter2NO O 2  2NO g O g O 2  4.57 g O 2 NBOI = 4.57 KjeldahlN Feltételek: Nitrifikáló (obligát aerob autotróf) baktériumok, Nem savas környezet (pH>6), Oxigén jelenléte, oldott oxigén > 1-2 mg/l, Toxikus anyagok gátolják! Legegyszerűbb leírás: BOI = CBOI + NBOI (együtt kezeljük)

Oxigén bevitel (légköri diffúzió) C < Csdiffúzió a légkörből, C tart a telítési szinthez C Cs – telítési koncentráció (adott T-n) Henry törvény: p = He Cs p – parciális nyomás He – Henry szám f (T, P, sótartalom, stb.) T Cs sótartalom C s (mg/l)T (°C) Nyári meleg, hőszennyezés!

Oxigén bevitel (légköri diffúzió) – határfelületi filmen át C V hh D mol : Molekuláris diff. tényező (m 2 /s) Oxigén átadási tényező (m/nap) Fajlagos oxigén beviteli tényező (1/nap)

Oxigén beviteli tényező (k 2 ) Mi befolyásolja? Vízmélység Áramlás jellemzői (sebesség, turbulencia,...) Empíriák Érvényesség, dimenzió!!! EPA procedúrak 2  /nap (nomogram-sorozat) Mérés Helyszíni nyomjelzős kísérletek illékony gáz injektálásával (etilén, propán, propilén, kripton)

Folyóra Q, v Lh, Ch q, Lszv, Cszv Feltételek: permanens (Q(t), E(t)=konst), 1D (csak hosszirányú változás) Szervesanyag (L): Vagy:Levonulási idő (utazunk a folyón), felt.: v(t) = const. L 0 számítása (1D): Azonnali elkeveredés !!!

Oldott oxigén: D = Cs-C deficit, felt.: Cs(t) = const. Q, v Lh, Ch q, Lszv, Cszv

Folyóra Q, v Lh, Ch q, Lszv, Cszv L x, t* Lh L0L0 C x, t* Ch C0C0 Cs C min x krit, t* krit D0D0 D max BOI ÉS O 2 HOSSZ-SZELVÉNY

Kritikus hely meghatározása Minimum:  0  2  1.5 – 2 nap Hígulás szerepe: L 0, D 0  D max, C min !!! Több szennyező: szuperponálható! (lin. leíró egyenletek) Szabályozáskor iterációs számítások (eltáv. hatásfok, lebomlási tényező)

Több szennyvízbevezetés Q, v Lh, Ch q 1, Lszv 1, Cszv 1 x, t* L Lh L0L0 C Ch C0C0 Cs C min x krit, t* krit D0D0 D max Lh 2 q 2, Lszv 2, Cszv 2 Ch 2 L 02 D 02 Szuperponálás!

Anaerob szakasz számítása (eddigiek aerobra voltak igazak!) Nagy terhelés Időszakos vagy állandósult anaerob állapot Anaerob lebomlás, gázképződés, fémek visszaoldódása C t* L x1x1 1. Anaerob szakasz kezdete: x 1 (C ~ 0) 2. Anaerob szakasz (dC/dt = 0, C = 0): x1x1 L1L1 3. Anaerob szakasz vége: x 2 x2x2 L2L2 x2x2 Lineáris fv.

O 2 BEVITEL Streeter & Phelps (1925, Ohio folyó) BOI O2O2 TERHELÉS Tervezés: kisvízi permanens vízhozamra Vízhozam időbeli változásának hatásai (t* kr, D max )

ÖKOLÓGIAI HATÁSOK

Streeter-Phelps (1925) Továbbfejlesztések: 1.Szervesanyag oldott és ülepedő frakciók különválasztása 2.Üledék oxigén igénye 3.Nitrifikáció – részletes vizsgálat 4.Fotoszintézis, légzés Részletes oxigénháztartás vizsgálata

Szervesanyag oldott és ülepedő frakciók különválasztása L p = f p L partikulált (ülepedés) L d = f d L oldott (biológiai lebomlás) t L0L0 ülepedés Biológiai oxidáció Az O 2 egyenlet kiegészítése: dC/dt = - k d L

Üledék oxigén igénye Okok: -szennyvíz ülepedő részecskéi iszapréteget képeznek -elhalt állatok, növények, falevelek felhalmozódása -plankton (alga) ülepedés Magas szervesanyag tartalmú üledék (iszap): -felső rész: aerob lebomlás  oxigén elvonása a pórusvízből, CO 2 képződés nagy koncentráció gradiens  O 2 diffúzió a víztérből a pórusvízbe -alsó rész: folyamatos O 2 hiány, anaerob lebomlás  CH 4, H 2 S képződés -gázképződés  felszálló buborékok, iszap flotációja -esztétikai problémák Közelítés: konstans megoszló terhelés – SOD (g O 2 / m 2,nap) (0.07)Árapályos folyamtorkolati iszap (0.5)Homokos fenék 1-2 (1.5)Szennyvízbevezetés alatti szakaszon (4)Települési szennyvíz(iszap) bevezetés környezetében S (gO 2 /m 2,nap)Üledék Az O 2 egyenlet kiegészítése:

Nitrifikáció-részletes vizsgálat 1 2 Egyszerű (TN) N forgalom N1 N2 N3 Ülepedés Denitrifikáció Növényi asszimiláció Hidrolízis, ammonifi- káció Nitrifikáció O2O2O2O2 N1 – szerves N, N2 – NH4-N N3 – NO2-N, NO3-N N1N1 N2N2 N3N3 O 2 egyenlet kiegészítése : dC/dt = -k N 2 O 2 egyenlet kiegészítése: dC/dt = -k N L N L N = 4.57 TKN

Fotoszintézis, légzés 6CO 2 + 6H 2 0  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Napfény, klorofill Fotoszintézis (P mgO 2 /m 3,nap) Légzés (R mgO 2 /m 3,nap) t (h) P 24 t (h) O2O2 24 Cs túltelítettség CC t1t1 t2t2 Pa Pm Napi átlagos O 2 termelés: fotoperiódus O 2 egyenlet kiegészítése: Mérés: „sötét-világos palack” módszer Számítás: fv (Chl-a tartalom, fény) Vízinövények respirációja Ra

ALAP DIFFERENCIÁL EGYENLETEK Szerves lebomlás Nitrifikáció Oldott O 2 koncentráció változása

Oxigén vonal (ill. összes oldott oxigén deficit) számítása Deficit kezdeti értéke Szerves C lebontás Nitrifikáció Üledék oxigén igénye Fotoszintézis Vízinövényzet légzése Oxigénkoncentráció