OXIGÉN HÁZTARTÁS. EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁS SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (LEBONTÁS) OXIGÉNBEVITEL O2O2.

Az előadások a következő témára: "OXIGÉN HÁZTARTÁS. EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁS SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (LEBONTÁS) OXIGÉNBEVITEL O2O2."— Előadás másolata:

1 OXIGÉN HÁZTARTÁS

2 EGYSZERŰ O 2 HÁZTARTÁS SZENNYVÍZ SZERVESANYAG (BOI 5 ) HETEROTRÓF BAKTÉRIUMOK (LEBONTÁS) OXIGÉNBEVITEL O2O2

3 MÉRLEG SZERVESANYAG (C, N) ÜLEDÉK LÉGZÉS LÉGKÖRI DIFFÚZIÓ FOTOSZINTÉZIS MELLÉKFOLYÓK Oldott oxigén egyenlet:

4 BOI O2O2 TERHELÉSO 2 BEVITEL ÜLEPEDÉS Streeter & Phelps (1925, Ohio folyó)

5 nap O 2 fogyasztás Szerves szén (C) lebontása BOI  5 BOI 5 L Oxigén fogyasztás (BOI ~ 2.7 szerves C) L – maradék oxigén igény (BOI) - többlépcsős kinetika L0L0 L 0 = BOI  1. rendű kinetika (exponen- ciális) 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))

6 Lebomlási tényező (k 1 ) Lebontási folyamatok sebességét jelzi, kinetikai állandó Dimenzió: 1/nap Hőmérsékletfüggő  = 1.04 T T limit 20C 1 Érvényesség ! Függ a szennyvíztisztítás mértékétől Technológiak 1 (T=20C)f Nincs tisztítás0.351.2 Mechanika0.21.6 Mechanika+kémiai kicsapatás0.152.0 Biológiai tiszt.0.083.2

7 Oxigén bevitel (légköri diffúzió) C < Cs C C s – telítési koncentráció Henry törvény: p = He C s p – parciális nyomás He – Henry szám f(T, P, sótartalom, stb.) T CsCs sótartalom TC s (mg/l) 014.6 1510 209 307.6

8 Oxigén bevitel (légköri diffúzió, film elmélet) C V hh Molekuláris diff. tényező (m 2 /s) Oxigén átadási tényező (m/nap) Fajlagos oxigén beviteli tény.(1/nap) Megoldás: exponenciális (D = C S - C)

9 Oxigén beviteli tényező (k 2 ) Mi befolyásolja? - Áramlás jellemzői: turbulencia - Vízmélység, sebesség - Empirikus összefüggések - Érvényesség, dimenzió és kis H!!! EPA procedúrak 2  0.1.. 100 Mérés -Helyszíni nyomjelzős kísérletek illékony gáz injektálásával (etilén, propán, propilén, kripton)

10 Folyóra Q, v L h, C h q, L szv, C szv Feltételek: permanens (Q(t), E(t)=konst), 1D (azonnali elkeveredés) Szerves C (BOI) egyenlet: Vagy:levonulási idő (utazunk a folyón) L 0 számítása (1D): azonnali elkeveredés!

11 Folyóra Oldott oxigén (inhomogén lineáris diff. egyenlet) : D = C s - C deficit Q, v L h, C h q, L szv, C szv

12 Folyóra Q, v L h, C h q, L szv, C szv L x, t* LhLh L0L0 C ChCh C0C0 Cs C min x krit, t* krit D0D0 D max

13 Kritikus hely meghatározása Minimum:  0  2  1.5 – 2 nap Hígulás: L 0, D 0  D max, C min. Szabályozás. Iteráció. Mérés! Több szennyező: szuperponálható USA – WLA döntési modell

14 Több szennyvízbevezetés Q, v L h, C h q 1, L szv 1, C szv 1 x, t* L LhLh L0L0 C ChCh C0C0 Cs C min x krit, t* krit D0D0 D max L h2 q 2, L szv 2, C szv 2 C h2 D o2

15 Streeter-Phelps (1925) oxigén modell Továbbfejlesztések: 1.Nitrifikáció egyszerűsítve 2.Speciális eset: anaerob szakasz számítása 3.Szervesanyag oldott és ülepedő frakciók különválasztása 4.Üledék oxigén igénye 5.Nitrifikáció részletesebben 6.Fotoszintézis, légzés Szervesanyag lebomlás egyenlete (L: BOI ∞ ) Oldott oxigén egyenlete (C: O 2 )

16 Streeter-Phelps (1925) Továbbfejlesztések

17 VÍZSZENNYEZÉS: Oxigén problémák

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36 Példa: Szennyvízbevezetés hatása a befogadó oldott oxigén koncentrációjára (1 D, permanens) Települési szennyvíz jellemzői:LEÉ 120 000 BOI 5 koncentráció: 600 mg/l Kjeldahl N: 120 * 4.57 = 548 mg/l q = 120 000 * 0.1 = 12000 m 3 /nap = 0.14 m 3 /s Befogadó vízfolyás jellemzői:Háttér koncentrációk: L h = 5 mg/l, C h = 8 mg/l T = 25 C, v = 0.5 m/s, Q = 15 m 3 /s, Cs = 8.4 mg/l k 1 = 0.42 1/nap, k 2 = 0.7 1/nap Kezdeti értékek: L 0 = 16.6 mg/l, D 0 = 0.47 mg/l Kritikus hely: t krit = 1.9 nap, x krit = 82 km C min = 3.6 mg/l Hígulás szerepe

37 Streeter-Phelps (1925) oxigén modell Továbbfejlesztések: 1.Nitrifikáció egyszerűsítve 2.Speciális eset: anaerob szakasz számítása 3.Szervesanyag oldott és ülepedő frakciók különválasztása 4.Üledék oxigén igénye 5.Nitrifikáció részletesebben 6.Fotoszintézis, légzés Szervesanyag lebomlás egyenlete (L: BOI ∞ ) Oldott oxigén egyenlete (C: O 2 )

38 Nitrifikáció egyszerűsítve 5 20 nap BOI BOI C BOI N Kjeldahl N (Szerves N, NH4-N) - L N --> mérés Két lépés: Nitrosomonas 2NH 4 + + 3O 2  2NO 2 - + 2H 2 O + 4H + Nitrobacter2NO 2 - + O 2  2NO 3 - 3.43 g O 2 1.14g O 2  : 4.57 g O 2 L N =4.57Kjeldahl N (N BOI -- kevés?) Feltételek: - Nitrifikáló (aerob autotróf) baktériumok, - Lúgos környezet (pH > 6), - Oxigén jelenléte, oldott oxigén > 1-2 mg/l, - Toxikus anyagok gátolják! Tisztított szvíz? - Legegyszerűbb leírás: BOI = C BOI + N BOI

39 Nitrifikáció Leíró egyenletek (CBOI, NBOI, DO): 1 2 Egyszerű N forgalom 1 2 3 Ülepedés Denitrifikáció Növényi asszimiláció Hidrolízis, ammonifi- káció Nitrifikáció O2O2O2O2 N1 – szerves N, N2 – NH4-N N3 – NO2-N, NO3-N N1N1 N2N2 N3N3 Oldott O 2 egyenletbe: - k 23 4.57 N 2

40 Szervesanyag oldott és ülepedő frakciók különválasztása L p = f p Lpartikulált L d = f d Loldott t L0L0 ülepedés biológiai oxidáció

41 Üledék oxigén igénye Okok: -szennyvíz ülepedő részecskéi iszapréteget képeznek -elhalt növények, falevelek felhalmozódása -alga ülepedés -magas szervesanyag tartalmú üledék (iszap): -felső részében aerob, alsó részében anaerob lebomlási folyamatok  oxigén elvonása a vízből -lebomlás  CO 2, CH 4, H 2 S képződés -gázképződés  felszálló buborékok, iszap flotációja -esztétikai problémák Közelítés: konstans (?) megoszló terhelés (S) „SOD” S (g O 2 / m 2,nap) ÜledékS (gO 2 /m 2,nap) Települési szennyvíz(iszap) bevezetés környezetében 2-100 (4) Szennyvízbevezetés alatti szakaszon 1-2 (1.5) Homokos üledék0.2-1 (0.5) Árapályos folyamtorkolati iszap0.05-0.1 (0.07)

42 Anaerob szakasz számítása 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: x1x1 L1L1 3. Anaerob szakasz vége: x 2 x2x2 L2L2 x2x2

43 Fotoszintézis, légzés 6CO 2 + 6H 2 0  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Napfény, glükóz Fotoszintézis (P mgO 2 /m 3,nap) 6CO 2 + 6H 2 0  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Légzés (R mgO 2 /m 3,nap) Sötétben t (h) P, R 24 t (h) O2O2 24 Cs túltelítettség CC t1t1 t2t2 PaPa PmPm Napi átlagos O 2 termelés Pm mérésből: fotoperiódus R, P számításból: alga egyenlet (Klorofill-a * a = P) Oldott O 2 egyenletbe

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

45 AZ OXIGÉN HÁZTARTÁS SZÁMÍTÁS LÉPÉSEI 1.Egy vagy több szennyező? C, N, P, üledék? 2.Modell kiválasztása 3.Alapadatok. Specifikus vonások (pl. kis H)? 4.Elkeveredés? Permanens? Kritikus tervezési állapot? 5.Hol van/lehet a kritikus hely? 6.Hasonló esetek, példák? 7.Paraméterek. Irodalom. Mérés? 8.Számítás 9.Érzékenység

46 Szabályozás: oxigén háztartás javítása Emisszió csökkentése: Szennyvíztisztítás Települési (kommunális szennyvíz) – BOI, kN Ipari szennyvíz: élelmiszeripar (konzervgyár, vágóhíd, húsüzem, cukorgyár, szeszipar stb – BOI,KOI, kN), vegyipar (műtrágyagyártás – NH4), papírgyártás (KOI) Technológia Rel. költségekTisztítási hatásfok (%)N formák (%) BerÜzemBOIÖNÖPNH 4 NO 3 Mechanika1.0 305151000 M + Kicsapatás1.091.55515751000 Nagyterhelésű biológia1.401.79215251000 Kisterhelésű biológia1.702.0951530595 Nagyterhelésű Bio + P1.452.09225901000 Kisterhelésű Bio + P1.752.39525955 NB +P +részleges N1.952.49560955 NB + P + teljes N2.403.09585950100

47 Vízminőségi hatások különböző hígulási viszonyok esetén az alkalmazott tisztítási technológia függvényében

48 1990 2003 2015

49 HÍGULÁSI ARÁNY (2003) Dilution (Q/q)

50 HÍGULÁSI ARÁNY (2015)

51 Szabályozás: oxigén háztartás javítása Emisszió csökkentése: Csatornázás, rákötés a meglévő rendszerre - illegális szennyvízbevezetések felszámolása Házi szennyvíztisztítók (oldómedence, szikkasztás) Állattartó telepek – BOI, NH4 Megfelelő trágyatárolás Hígtrágyás állattartás  almos trágyázás, mezőgazadasági felhasználás (újrahasznosítás) Öntisztulás, oxigén bevitel fokozása: Fenéklépcső, fenékküszöb, szűkület, bukó stb. (hosszirányú átjárhatóság korlátozása miatt ökológiai szempontból nem jó) Természetközeli (ökológiai szemléletű) mederrendezés Csobogók, kanyargós meder, hosszabb tartózkodási idő, parti zóna megléte, gazdagabb élővilág Hipolimnion (alsó réteg) levegőztetése, cirkuláció (csak mély tavakban) Iszapkotrás, üledék eltávolítása (folyók, tavak)

52

53

54

55

56

57 Kombinált partvédelem elhabolás ellen Árnyékolt meder

58 Függőleges vonalvezetés, fenéklépcső Függőleges vonalvezetés, surrantó