Környezettechnika 1. témacsoport

Az előadások a következő témára: "Környezettechnika 1. témacsoport"— Előadás másolata:

1 Környezettechnika 1. témacsoport
Tankönyv I. 1.1 fejezet 5-7. o. 1.2 fejezet o. 1.3 fejezet o. 1.5 fejezet o. 13. C

2 1.1 Művelet, folyamat, eljárás, technológia
Művelet: fizikai Folyamat: kémiai Eljárás: célszerű egymás utániság Technológia: pontos adatok (idő, hőmérséklet, nyomás, összetétel, stb.)

3 1.1.1 Környezettechnikai műveletek, folyamatok
Mechanikai: aprítás, fajtázás, osztályozás, tömörítés, granulálás, tárolás, szilárd anyag szállítása Hidrodinamikai: ülepítés, felúsztatás, flotálás, centrifugálás, szűrés, folyadék vagy gáz szállítása Kalorikus (hőtechnikai): melegítés, hűtés, szárítás, bepárlás, lepárlás (desztilláció) Diffúziós/anyagátadási: oldás, kioldás (extrakció), stripping, adszorpció, abszorpció, fordított ozmózis, membránszűrés, szárítás, bepárlás, lepárlás (desztilláció) Kémiai folyamatok: semlegesítés, kicsapás, hidrolízis, ioncsere, oxidáció, redukció Biológiai folyamatok: aerob, anaerob

4 1.1.2 A kt. műv., elj. alk. technológiai elvek
Anyag- és energia-átadásnál: Nyitott vagy zárt rendszer Egyen-, ellen-, kereszt-, örvényáram Felület (határfelület) növelése Folyamatos, félfolyamatos, szakaszos üzemmód Ha lehet, ellenáram, nagy felület, folyamatos.

5 1.1.3 Termék és melléktermék
Gyártásfolyamat Alapanyag: Segédanyag: Energia: Termék: Melléktermék: Hulladék:

6 1.2 Mechanikai műveletek Aprítás, Rostálás Tömörítés Darabosítás
Beágyazás.

7 1.2.1 Az aprítás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami nagy darabos anyagból kisebbet csinál. a fajlagos felület növelése. A gyorsabb folyamatokért (oldódás, égés, stb.). Rideg: törés; szívós: vágás; rugalmas: hidegen. Törő, őrlő [száraz és nedves], vágó, kriogén Ld. következő oldalak Pl. hulladék anyagok: üveg, fémek, gumi, papír, a szennyvíz darabos részei.

8 1.2.1 Az aprítás Mivel? (eszközök) Golyósmalom

9 1.2.1 Az aprítás Mivel? (eszközök)
Lábhajtású (pedálos) rizs őrlő (nem szobabicikli!)

10 1.2.1 Az aprítás Mivel? (eszközök) Kétrotoros kalapácsos malom

11 1.2.1 Az aprítás Mivel? (eszközök) Vágómalmok a) nyitott forgórésszel
b) zárt forgórésszel c) hengeres zárt forgórésszel, lépcsőzetesen elhelyezett késekkel 1. forgórész vágókésekkel; 2. állókések; 3. rostaszerkezet; 4. anyagfeladás Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000

12 1.2.1 Az aprítás Mivel? (eszközök)
Description Shreads or cuts-up (commi-nution) large solids which then remain in wastewater stream. Komminutor

13 1.2.2 A rostálás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami méret szerint szétválaszt. a méret szerint szétválasztás. a kisebb és nagyobb részeket külön akarjuk felhasználni vagy kezelni. Megfelelő méretű nyílásokon való átjuttatás. Különböző rosták, sziták. Ld. következő oldal Pl. hulladék anyagok: üveg, fémek, gumi, papír, a szennyvíz darabos részei.

14 1.2.2 A rostálás Mivel? (eszközök)
Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000.

15 További szétválasztási műveletek
Minek alapján? Méret → szitálás, rostálás – ezzel ismerkedtünk meg. Alak Sűrűség Súrlódás Szín Mágnesezhetőség Rugalmasság

16 1.2.3 A tömörítés Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami laza anyagból tömöret készít. férjen el kisebb helyen. A szállítás, tárolás így olcsóbb. Sajtolás/préselés: bálázás, brikettálás. Bálázó, brikettáló (prés), tömörítő Ld. következő oldal. Pl. mezőgazdasági, erdőgazdasági hulladék anyagok: szalma, fűrészpor. Tegyünk egy virtuális látogatást egy fa brikettáló üzemben.

17 1.2.3 A tömörítés Mivel? (eszközök)
Telepített tömörítő berendezés vázlata 1. hidraulikus tömörítőegység; 2. gyűjtőtartály; 3. adagológarat; 4. konténer; 5. konténerszállító jármű Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000

18 1.2.4 A darabosítás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami porból darabosat készít. a porzás kiküszöbölése, kényelmesebb kezelés. A felhasználás így előnyösebb. Nyomás nélkül: granulálás, préselés: tablettázás, pelletálás. Granuláló, tablettázó, pelletáló Ld. következő oldal. Pl. műtrágyák, pezsgőtabletták, gyógyszerek, fűrészpor.

19 1.2.4 A darabosítás Mivel? szárítás aprítás pelletálás hűtés
száraz bio- termék nyersanyag belépés szűrő adagoló csiga hűtő pellet malom kalapács malom meleg pellet kész pellet szárítás aprítás pelletálás hűtés Pelletáló üzem

20 1.2.5 A beágyazás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
szilárd anyaggal körülvesszük a másik anyagot. elszigetelés a környezettől. Az anyag veszélyes tulajdonsága miatt. Folyékony, iszapszerű, megszilárduló anyaggal. Pl. beton, bitumen, műanyag, üveg Pl. veszélyes hulladék „ártalmatlanítási” módja.

21 Hidrodinamikai műveletek
} Ülepítés Sűrítés Felúsztatás (1.5 fejezet) Centrifugálás (1.4 fejezet) Flotálás (1.4 fejezet) Fizikai alap mindegyiknél: vü ülepedési sebesség, m/s d a szemcse (csepp) átmérője, m g a nehézségi gyorsulás (9,81 m/s2) ρs a szilárd anyag sűrűsége, kg/m3 ρf a folyadék vagy gáz sűrűsége, kg/m3 η a dinamikai viszkozitás Szűrés – rácson, szitán – szöveten – szemcsés anyagon 1.7 fej. 1.3 fejezet } 1.6 fejezet

22 Az úszás feltétele a) Ha a szilárd test sűrűsége kisebb, mint a folyadéké ρs < ρf b) ha a szilárd test sűrűsége egyenlő a folyadékéval ρs = ρf c) ha a szilárd test sűrűsége nagyobb, mint a folyadéké ρs > ρf Hogyan viszonyul egymáshoz a felhajtóerő és a test súlya? a) a test úszik, b) a test lebeg, c) a test elsüllyed. Ffelh = G NEM !!! Ffelh > G ??? Ffelh = G Ffelh < G

23 1.3.1 Ülepítés Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt. lebegőanyag-mentes víz/gáz nyerése. a könnyebb/nehezebb vagy a kisebb/nagyobb részeket külön akarjuk felhasználni vagy kezelni. Megfelelő sebességű áramlás. Irány: vízszintes, függőleges Ülepítő medencék (homokfogók, ülepítők). Ld. következő oldalak Pl. a szennyvíz szemcsés – aprószemcsés részei (homok, iszap).

24 1.3.2 Az ülepítés műtárgyai: ülepítők
Fajtái Működés szerint: rothadásmentes, friss vizű oldómedencék Feladat szerint: elő- közbenső utóülepítő Átfolyás szerint: vízszintes függőleges Iszapkezelés szerint: egyszintes kétszintes hosszanti sugárirányú

25 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) Homokfogó egyszerűsített vázlata
Szikra Csaba (BMGE Épületenergetikai és Épületgépészeti Tsz.): Vízellátás – csatornázás (e-jegyzet)

26 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak)
Légbefúvásos homokfogó lengőrostás homokkihordóval Barótfi István: Környezettechnika (internet)

27 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak)
Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)

28 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak)
Vízszintes átfolyású homokfogó lengőrostás homokkihordóval (Dorr-típus) Barótfi István: Környezettechnika (internet)

29 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak)
Függőleges átfolyású homokfogó (Blunk-féle)

30 1.3.1 Ülepítő részek, fogalmak
befolyás (víz bevezetés) kotró bukóél csordulóvályú iszap zsomp iszap elvezetés Fogalmak: Hidraulikus (felületi) terhelés Hasznos térfogat Hidraulikus hatásfok

31 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) bukóél csordulóvályú iszap zsomp
Hosszanti átfolyású ülepítő (lipcsei medence) Barótfi István: Környezettechnika (internet)

32 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) bukóél csordulóvályú iszap zsomp
Vízszintes, sugárirányú átfolyású ülepítő (Dorr-ülepítő) Barótfi István: Környezettechnika (internet)

33 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) bukóél csordulóvályú iszap zsomp
Vízszintes, sugárirányú átfolyású ülepítő (Dorr-ülepítő)

34 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) bukóél(ek) csorduló-vályú
iszap zsomp Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)

35 1.3.1 Ülepítés Mivel? (műtárgyak) bukóél csordulóvályú iszap zsomp
Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)

36 1.3.1 Ülepítés Számítási feladat
Mennyi az ülepedési sebessége a d = 0,3 mm átmérőjű, ρs = 2700 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása η = 10–3 Pa·s. A nehézségi gyorsulás g = 9,81 m/s2. vü = 0,0834 m/s ≈ 83 mm/s

37 1.3.1 Ülepítés Számítási feladat
Mekkora az átmérője a vü = 0,3 m/s ülepedési sebességű, ρs = 2700 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása 10–3 Pa·s. A nehézségi gyorsulás g = 9,81 m/s2. d = 5,69·10–4 m ≈ 0,57 mm

38 1.3.1 Ülepítő méretezés B A számítás alapja L H
B az ülepítő szélessége vf vü v

39 1.3.1 Ülepítő méretezés Légbefúvásos homokfogót méretezünk.
Adatok: csúcs-vízhozam Qmax = 720 m3/h tartózkodási idő t = 2,5 min hidraulikai hatásfok η = 90 % a medence szélessége B = 2 m a medence mélysége H = 4 m Feladatok: a) Milyen előnyei vannak a levegő befúvásnak a homok- fogóba ? b) Mekkora a homokfogó hasznos térfogata? c) Mekkora a homokfogó teljes térfogata? d) Mennyi legyen a medence felülete? e) Hány m legyen a medence hossza? 30 m3 33,3 m3 8,33 m2 4,17 m

40 1.3.1 Ülepítő méretezés Egy homokfogóra Q = 2000 m3/h szennyvíz érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,2 mm átmérőjű homokszemcséket, ame-lyek ülepedési sebessége vü = 82 m/h. Az átfolyás sebes-sége v = 0,3 m/s. A medence mélysége H = 1,1 m. Számítsa ki a homokfogó A) szükséges felületét (A), B) függőleges keresztmetszetét (Ak), C) szélességét (B), hosszát és (L) térfogatát (V), D) a felületi hidraulikus terhelését és E) a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 24,4 m2 1,85 m2 Ak = B·H A = B·L V = L·B·H = B = 1,68 m L = 14,5 m 26,8 m3 82  m3/(m2·h) 48 s = 0,8 min

41 1.3.4 Ülepítés – Howard porkamra
Ülepedési sebesség: η = viszkozitás ρg = a gáz sűrűsége A por útja

42 1.3.1 Ülepítés – Howard porkamra
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– lemezekkel: porkihordó csiga

43 1.3.1 Porkamra méretezés Lemezes porleválasztóban pörkgáz piritpor tartalmát csökkentjük a 18 µm szemcseméretű por leválasztásával. ρs = 4000 kg/m3; ρg = 0,6 kg/m3; η = 3,4*10-5 kg/(m·s); L = 4,1 m; B = 2,8 m; H = 4,2 m; Q = 1,4 m3/s a) Számítsa ki a piritpor ülepedési sebességét! b) Mennyi a tartózkodási idő? t = L·B·H/Q = c) Milyen távolságra helyezzük el a porkamra lemezeit? h = t·vü = d) Hány darab lemezt kell elhelyezni? 2,08·10–2 m/s 34,4 s 0,715 m ≈ 0,7 m 5 db

44 Ld. következő oldalak, illetve később.
1.3.3 Sűrítés Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt. Az iszap/por koncentráció növelése. a kisebb mennyiségű iszap már könnyebben szűrhető, centrifugálható; por kisebb berendezésben, gyorsabban ülepíthető. Megfelelő sebességű vízszintes áramlás, gravitációs, flotációs, dinamikus. Pálcás sűrítők. Ld. következő oldalak, illetve később. Pl. a szennyvíziszap sűrítése, gáz portartalmának növelése

45 1.3.3 Sűrítés

46 1.3.3 Por-sűrítés Résgyűrűs porleválasztó
A résgyűrűkön tiszta, pormentes levegő távozik, a por a készülék tetején kijön. A kimenő keresztmetszet a bemenőnek kb. 1/10 része, így a kijövő gáz 10-szer nagyobb porkoncentrációjú, mint a bemenő. Előleválasztóként alkalmazzák drágább készülék (pl. ciklon) előtt, hogy abból kisebb kapacitású elég legyen.

47 1.5.1 Felúsztatás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt. kettős – tiszta (zsír- és olajmentes) víz nyerése, – a zsír, illetve olaj felhasználható. a zsíros, olajos vízbe nehezebben jut be a levegő oxigénje és fogyasztja is az oldott oxigént. Megfelelő sebességű vízszintes áramlás, gravitáció. Felúsztató, benzin-, zsír- és olajfogó műtárgyak. Ld. következő oldal Pl. a szennyvíz felúszó anyagainak eltávolítása.

48 1.5.1 Felúsztatás – benzinfogó

49 1.5.1 Felúsztatás – számolási feladat
Egy felúsztató medencébe Q = 1500 m3/h szennyvíz érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,5 mm átmérőjű zsír- és olajcseppeket, amelyek felúszási sebessége 50 m/h. Az átfolyás sebessége v = 0,3 m/s. A medence mélysége H = 1,1 m. Számítsa ki a felúsztató A) szükséges felületét, B) függőleges keresztmetszetét, C) szélességét, hosszát és térfogatát, D) a felületi hidraulikus terhelését és E) a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 30 m2 1,39 m2 Ak = B·H A = B·L V = L·B·H = B = 1,26 m L = 23,8 m 33,0 m3 50  m3/(m2·h) 79,3 s = 1,32 min

50 1.5.2 Flotálás – elmélete A szemcse ülepedne, együtt felszállnak.
Ha találkoznak, és a buborék rátapad a szemcsére, Feltétele: apoláris, a víz által nem nedvesített anyag. a buborék felszállna.

51 1.5.2 Flotálás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
művelet, ami nedvesedési tulajdonság szerint szétválaszt. könnyű anyagok felúszásának elősegítése. gyorsabb folyamat, kisebb műtárgy. Atmoszférikus, nyomás alatti, csökkentett nyomású (a levegő oldhatósága nyomásfüggő). Flotáló műtárgyak. Ld. következő oldalak Pl. a szennyvíz szerves anyagainak (zsír, olaj, részben az iszap) eltávolítása, iszap sűrítése.

52 13. C órái szeptember – októberben
H Bevezetés, követelmények Cs Alapfogalmak, műveletek, folyamatok Sz Aprítás, rostálás Cs Tömörítés, darabosítás, beágyazás Sz Hidrodinamikai műveletek: ülepítés Cs Ülepítő berendezések, számítási feladat Sz Számítási feladatok, porkamra Cs Sűrítés, felúsztatás, flotálás Ellenőrző kérdések kiadása (internet) Sz Ismétlés Cs 1. témazáró dolgozat Sz A dolgozat eredménye, 1. havijegy Új tananyag: szűrés

53 1.5.2 Flotálás

54 1.5.2 Flotálás Flotáló tartály, tejipar, Kuntej

55 1.5.2 Flotálás

56 VÉGE ismétlés és DOLGOZAT ( án)

57 Gyakorlás Számítási feladat
Mennyi az ülepedési sebessége a d = 0,2 mm átmérőjű, ρs = 2500 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása η = 10–3 Pa·s. A nehézségi gyorsulás g = 9,81 m/s2. vü = 0,0327 m/s ≈ 33 mm/s

58 Gyakorlás Számítási feladat
Mekkora az átmérője a vü = 0,25 m/s ülepedési sebességű, ρs = 1800 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása 10–3 Pa·s. A nehézségi gyorsulás g = 9,81 m/s2. d = 7,57·10–4 m ≈ 0,76 mm

59 Gyakorlás Légbefúvásos homokfogót méretezünk.
Adatok: csúcs-vízhozam Qmax = 840 m3/h tartózkodási idő t = 3 min hidraulikai hatásfok η = 90 % a medence szélessége B = 2 m a medence mélysége H = 4 m Feladatok: a) Milyen előnyei vannak a levegő befúvásnak a homok- fogóba ? b) Mekkora a homokfogó hasznos térfogata? c) Mekkora a homokfogó teljes térfogata? d) Mennyi legyen a medence felülete? e) Hány m legyen a medence hossza? 42 m3 46,7 m3 11,7 m2 5,85 m

60 Gyakorlás Egy felúsztató medencébe Q = 1800 m3/h szennyvíz érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,4 mm átmérőjű zsír- és olajcseppeket, amelyek felúszási sebessége 30 m/h. Az átfolyás sebessége v = 0,25 m/s. A medence mélysége H = 1,25 m. Számítsa ki a felúsztató A) szükséges felületét, B) függőleges keresztmetszetét, C) szélességét, hosszát és térfogatát, D) a felületi hidraulikus terhelését és E) a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 60 m2 2,00 m2 Ak = B·H A = B·L V = L·B·H = B = 1,60 m L = 37,5 m 75,0 m3 30  m3/(m2·h) 150 s = 2,50 min

61 Gyakorlás Lemezes porleválasztó d = 15 µm szemcseméretű port választunk le. ρs = 3100 kg/m3; ρg = 0,9 kg/m3; η = 2,4*10-5 kg/(m·s); L = 5,0 m; B = 2,2 m; H = 3,2 m; Q = 1,4 m3/s a) Számítsa ki a por ülepedési sebességét! b) Mennyi a tartózkodási idő? t = L·B·H/Q = c) Milyen távolságra helyezzük el a porkamra lemezeit? h = t·vü = d) Hány darab lemezt kell elhelyezni? 1,58·10–2 m/s 25,1 s 0,397 m ≈ 0,4 m 7 db

62 Szín szerinti szétválasztás

63 Alak szerinti szétválasztás
Gyommagvak: többnyire gömbölyűek Gabonamagvak: többnyire hosszúkásak A hosszúkás magvak hamarabb kiesnek, a gömbölyűek magasabbra jutnak.

64 Mágnesezhetőség szerinti szétválasztás
Az alapelv A megvalósítás