8.17. REAKTORTEREK - jól át kell-e keverni?
A szennyvízhálózat is egy biológiai reaktortér. Erről a szaghatás kapcsán érzékletesen is meggyőződhetünk. A hálózatnak azonban ez elsődleges célja a szennyvíz elvezetése, amely nem mindig történik gravitációsan. A szennyvízátemelők nemcsak továbbítják a szennyvizet, hanem speciális járókerekek segítségével homogenizálják is azt. A macerátorokat ugyan a dugulások elkerülése érdekében építik be, de ezek is dezintegrálnak. Más szavakkal aprítják a szárazanyagtartalmat. A hálózatban – a reaktortérben így egyre nagyobb felület áll rendelkezésre a baktériumok elszaporodásához, letelepedéséhez. A szennyvíztisztítás, vele az iszap energiatartalmának merülése már a hálózaton elindul. Felületesen szemlélve a dolgot, a folyamat beindulásához a jó átkeverés segített.
A szennyvíztelepen műtárgyak sora áll rendelkezésre ahhoz, hogy a célul kitűzött feladat – a szennyvíz és iszap hasznosítása – megvalósulhasson. Mostanra értek meg a feltételek ahhoz, hogy a műtárgyak optimális működésének beállítását áramlástechnikai modellezés segíti. A reaktorterekben uralkodó sebességkép, koncentrációeloszlás alapján vizuális kép is alkotható a viszonyokról. A műtárgyakat érdemes két nagy csoportba sorolni:
-
A biológiai reaktorok – eleveniszapos medencék, rothasztótornyok - a biokémiai reakciók terei. Célzottan itt történik a víz tisztulását eredményező tápanyag-lebontás.
-
A kisegítő műtárgyakban – homokfogók, ülepítők, víztelenítők, stb. – is van biológiai aktivitás, azonban az elvárt célok itt merőben mások, mint fázisszétválasztás, vegyszerbekeverés, sűrítés, stb.
Miért az elválasztás? Milyen különbséget jelent ez a hidraulikai modellezés során ? A kérdések megválaszolásához induljunk ki konkrét modellezési eredményekből.
Homokfogók levegőztetése a homokleválasztása hatásfokának növelése érdekében történik. Túlságosan nagy légbefúvás üzemeltetési problémákat okoz. A légbefúvás helyes mértékének megállapítása áramlástani szimulációval lehetséges.

Forrás: Patziger: Közepes és kis szennyvíztisztítók üzemeltetése
8.17‑1. ábra
A levegőztetett homokfogó áramlástani szimulációja
A három különböző levegőbefúvási-intenzitás eltérő áramlási viszonyokhoz vezet (lásd 8.17-1. ábrát). A homok hatékony leülepedése optimális fenéksebesség mellett jön létre, amelyet a szimuláció segítségével látványosan be lehet mutatni.
Hasonlóképpen szimulálható az eleveniszapos medencetér is. A lóversenypálya alakú medencében (leürített állapotában lásd 8.17-2. ábrát) oxikus és anoxikus térrészek periódikusan váltják egymást. A folyadék mozgását a keverés és a légbefúvás együtt okozza.

Forrás: Patziger: Közepes és kis szennyvíztisztítók üzemeltetése
8.17‑2. ábra
A leürített lóversenypálya alakú medence a keveréssel és levegőztetéssel
Az áramlástani modellezéssel részletesen megmutatható a kialakuló áramláskép (lásd 8.17-3. ábra). Megmutathatók a holtterek, a kifejlődő örvények és megállapításra kerül, hogy a medencetérfogat nem lesz teljes egészében kihasznált. Az átkeverés nem kellően homogén. Jó átkeveréssel a problémákon úrrá lehetünk.

Forrás: Patziger: Közepes és kis szennyvíztisztítók üzemeltetése
8.17‑3. ábra
A lóversenypálya alakú medence áramlási képe
A térben kialakuló áramlási sebesség nagysága szimuláció szerint többnyire 0,1-0,2 m/s között mozog, amely „szűrős” mértékegységben 360-720 m/h sebességet jelent. Csak emlékeztetőül a gyorsszűrőkben használt szűrési sebesség 15 m/h, amely a lamináris tartomány határa volt.
A klasszikus szűrésnél a szűrő- vagy a biofilmhordozó közeg áll. A konvektív sebesség azonos a szűrési sebességgel. Biológia csak akkor alakul ki, ha a Pe-szám kellően alacsony.
A lóversenypálya alakú medencében kialakuló áramlási sebesség nem azonos a konvektív sebességgel, amelyet a mozgó biofilmet hordozó flokkulum és az ugyancsak mozgó szubsztrátot szállító víz között értelmezünk. Ha a kétfázisú áramlásban a folyadék és a szárazanyagtartalom tartósan együtt mozog, akkor a köztük mérhető relatív sebesség zérus vagy alacsony és van elegendő idő a diffúziós mozgás (a konduktív áramlás) kifejlődésére.
Miután az eleveniszapos és fixfilmes rendszerek között érdemi hatékonyság különbség van a fixfilmes elrendezés javára, ezért azt kell gondolni, hogy az átlagos konvektív sebesség esetünkben nagy lehet.
A biológiai reaktorterek szimulációja akkor volna igazán használható, ha a térben a Pe-szám eloszlást volna képes kiszámolni, a modellezés célja a Pe-szám minimalizálásában testesülne meg. A holttér- és örvénymentes áramlás még nem garantálja a minden térrészben egyenletesen alacsony Pe-számot.
A szűrőágyas megoldásoknál ez a probléma nem merül fel.