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

4 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))

5 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

6 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

7 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)

8 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)

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

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

11 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

12 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

13 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 LhLh q 2, L szv 2, C szv 2

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

15 VÍZSZENNYEZÉS: Oxigén problémák

16 Streeter-Phelps (1925) 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

17 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

18 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

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

20 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)

21 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

22 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: fotoperiódus Oldott O 2 egyenletbe (R kb. 0.025 Chl-a):

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

24 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

25 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), energiaipar 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

26 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. Természetközeli (ökológiai szemléletű) mederrendezés Csobogók, kanyargós meder, hosszabb tartózkodási idő, parti zóna, gazdagabb élővilág Hipolimnion (alsó réteg) levegőztetése, cirkuláció mély tavakban Iszapkotrás, üledék eltávolítása (folyók, tavak)

27

28

29

30 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

31 Vízminőségi hatások az alkalmazott szennyvíztisztítási technológiától függően

32 Vízminőségi hatások, a szennyvíztisztítási technológia megválasztása Hígulás (befogadó/szennyvíz hozam aránya, Q/q) a vízminőségi hatás szempontjából (oxigén viszonyok) meghatározó.Hígulás (befogadó/szennyvíz hozam aránya, Q/q) a vízminőségi hatás szempontjából (oxigén viszonyok) meghatározó. Q/q < 100 esetén az oxigén viszonyok romlása várható, a befogadó érzékenysége nagymértékben nő.Q/q < 100 esetén az oxigén viszonyok romlása várható, a befogadó érzékenysége nagymértékben nő. A szennyvíztelepeken nitrifikáció előírása fontos az érzékeny befogadóknál (NH4-N → NO3-N).A szennyvíztelepeken nitrifikáció előírása fontos az érzékeny befogadóknál (NH4-N → NO3-N). A technológia előírásánál a befogadó érzékenységét figyelembe kell venni, nem minden esetben elegendő a meglévő (területi és technológiai) határértékek alkalmazása! (estenként pedig túl szigorú az előírás)A technológia előírásánál a befogadó érzékenységét figyelembe kell venni, nem minden esetben elegendő a meglévő (területi és technológiai) határértékek alkalmazása! (estenként pedig túl szigorú az előírás)