A Hódmezővásárhelyi gyökérzónás mintatelep transzport folyamatainak részletes elemzése, a műtárgy belső pontjain végzett mérések segítségével



A kutatás témája a vízszintes átfolyású gyökérzónás szennyvíztisztító rendszerekben zajló transzport folyamatok vizsgálata, és azok modellezése. A gyökérzónás szennyvíztisztítók a felszín alatti átfolyású épített wetland-ek (mocsarak) csoportjába sorolhatók. Gyökérzónás szennyvíztisztítók lehetnek függőleges vagy vízszintes átfolyásúak, valamint multistage rendszerek, mely az előző kettő kombinálásából született azok előnyeinek nagyobb hatásfokú kihasználása érdekében.

A gyökérzónás szennyvíztisztító rendszerek elve az, hogy a bevezetett szennyvíz teljes térfogatárama a műtárgy töltetén keresztül szivárog át. A töltet anyaga különböző szemcseméretű kavics, homok, zúzalék, talaj, vagy ezek keveréke lehet. A fontos az, hogy jó szivárgási tényezője legyen. Leggyakrabban frakcionált kavicsot vagy frakcionált homokot használnak [1]. A műtárgy töltetét általában valamilyen vízi-mocsári makrofita gyökerei szövik át. A beültetett növényzet általában sás, nád, gyékény, vagy káka, a hódmezővásárhelyi műtárgy sással van telepítve. A növények gyökérzete ideális esetben teljesen átszövi a szűrőtöltetet. A medence alja és oldala a gyökérzetnek ellenálló HDPE fóliával bélelt, ami megakadályozza a szennyvíz műtárgyból való kiszivárgását.
A hosszanti átfolyású műtárgyakba a szennyvíz bevezetése osztódrénen keresztül történik. Ez az áramlás irányára merőlegesen helyezkedik el a szűrőtöltetnél nagyobb szemcseméretű osztótöltetben. Az osztódrén egy perforált cső, melynek segítségével a szennyvíz a műtárgyba egyenletesen kerül bevezetésre. A tisztított víz kivezetése a gyűjtőtöltetben az osztódrénhez hasonló kialakítású gyűjtődrénen keresztül történik. A gyűjtőtöltet az osztótöltethez hasonló anyagú és frakciójú. A bevezetés a műtárgy felső harmadában, míg a kivezetés a medence fenekén történik. A töltet mélysége 0,6-1m között javasolt. A szennyvíz műtárgybeli tartózkodási ideje kb. 2-7 nap [2].
A szennyvíz tisztítása annak műtárgybeli tartózkodási ideje alatt összetett folyamatokon keresztül történik meg. A mechanikai tisztítást a töltet végzi, mely ülepítés, szűrés révén eltávolítja a vízből a lebegő és kolloidális anyagok nagy részét. A biológiai és kémiai (adszorpció, kicsapódás, bomlás) folyamatok csökkentik a szennyvízben a szervesanyag, mikroszennyezők, nehézfémek, növényi tápanyag valamint a vírusok, baktériumok mennyiségét. [3]
A hosszanti átfolyású gyökérzónás műtárgyakra nem permanens kétfázisú változó felszínű szivárgás jellemző [4]. Ez már önmagában nehezíti az áramlástani modellezést azonban a bennük zajló különféle folyamatok számos tényezője sztochasztikus jellegű. Ha az áramlástani jellemzőket, és időjárási viszonyokat vizsgáljuk, a következőket állapíthatjuk meg: hidraulikai rövidzárlatokat, és ezáltal hidraulikai hatásfok-csökkenést okoznak az eltömődési folyamatok, amelyek például a gyökérzet növekedésének, és a szennyvízzel bevezetett lebegőanyag blokkolódásának hatására alakulnak ki, továbbá okozhatja még biofilm-aktivitás következtében fellépő póruscsökkenés, valamint téli időszakban a töltetfagyás is. A töltet mechanikai tömörödése, a kémiai kiválások a töltetben, és a képződött gázbuborékok blokkolódása szintén torzító hatással van az áramlásra.
Az eltömődési folyamatok közül kiemeljük a biofilm-aktivitás áramlástani torzító hatását. A töltet pórusainak egy része a biofilm-aktivitás következtében eltömődik, ezáltal a szennyvíz a kisebb ellenállás irányába haladva új utakat keres. Az eltömődött részek szervesanyag-ellátottsága így csökken, a biofilm-réteg elkezd leépülni. Ezzel szemben az új áramlási pályák a nagyobb terhelés miatt előbb-utóbb eltömődnek, ezzel egyidőben a régi pályák az aktivitás-csökkenés következtében újra megnyílnak [5].

A medence nem megfelelő alakja és egyéb konstrukciós problémák szintén kedvezőtlenül befolyásolhatják az áramlási viszonyokat (holtterek, egyenlőtlen sebességeloszlás). Többek között a porozitástól függ a szivárgási tényező, az inaktív pórusrendszer aránya befolyásolja a tartózkodási időt, az osztó-és gyűjtődrén kialakításának pontatlanságai miatt a szennyvíz be-, és elvezetés nem tökéletes, így az áramlási pályák jelentősen torzulhatnak.
A másik fontos tényező a hidraulikai terhelés változékonysága. Ezt legfőképpen a befolyó térfogatáram, valamint a párolgás (evapotranszspiráció), és a csapadék mennyisége határozza meg. A párolgás következtében egyes esetekben akár 88%-os vízveszteség, míg heves esőzések hatására rövid időre akár 100%-os hidraulikai terhelés növekmény is előfordulhat adott idő alatt, mely jelentős hígulást illetve töményedést eredményezhet [6].

A gyökérzetnek komoly áramlástorzító hatása van. Megállapították, hogy a gyökérzet tömegének 70%-a a töltet felső 30%-ban található meg [7]. Ezáltal egy vertikális rétegződés alakul ki: a felső rétegekben az áramlás lassú, kanyargós, jelentős mértékű visszakeveredés figyelhető meg, míg az alsóbb rétegekben a terhelés miatt egy gyorsabb kényszer-áramlás alakul ki. A transzport folyamatok vizsgálatakor tehát a diszperzió és a konvekció mellett az előbb említett folyamatokat is figyelembe kell venni.
Elsősorban ezeknek a folyamatoknak az áramlásokra való hatásai miatt van szükség a jelenlegi módszereknél precízebb tervezhetőséghez egy olyan modell létrehozására, mely jobban leírja a műtárgyban zajló azon folyamatokat, melyek jelentős arányú sztochasztikus jellegük miatt mindmáig csak részlegesen ismertek számunkra. 30 éves tudományos kutatás után is találgatások övezik a műtárgy belsejében zajló áramlásokat, a holtterek és visszakeveredések jelenlétét, és valószínű helyzetüket.
A konzervatív nyomjelző anyag transzport vizsgálatok igen elterjedtek a reaktorok áramlástani viszonyainak feltárására. A módszer alapelve az, hogy a reaktor bevezetési szelvényébe konzervatív nyomjelző anyagot juttatunk, majd mérjük a reaktor kifolyási szelvényében, esetleg a műtárgy belső pontjain a konzervatív nyomjelző anyag koncentráció időbeni alakulását majd ezt az idő függvényében ábrázoljuk, a kapott pontokra való függvényillesztéssel megkaphatjuk azt a görbét, mely a legjobban közelíti a mérési eredmények értékeit.
Kutatási munkánk igazolta, hogy a hagyományos modellezéshez használt függvény típusok nem megfelelő pontosságúak hosszanti átfolyású gyökérzónás műtárgyak esetén.  Ezért új függvénytípusok keresése vált szükségessé. Az öt legjobb illeszkedést a Fatigue Life, a Frechet, a LogNormál, az Inverz Gauss, és Pearson5 eloszlások mutatták. A kutatásunk során egy Maple környezetben egyedileg fejlesztett illesztési eljárást használtunk, mely a fent említett függvényeket illesztette rá a mérési eredményekre, majd az R2 érték segítségével vizsgálta az illesztés pontosságát. Az így kapott eredményeket értékelve azt tapasztaltuk, hogy a várakozásnak megfelelően ezek a függvények jobban közelítik a valóságot a nemzetközi szinten napjainkig publikált modelleknél. A leginkább illeszkedő eloszlás függvény típus is kiválasztásra került.
A kutatás eredményei nemzetközileg is áttörő jelentőségűek, tervezési modellek finomítására és továbbfejlesztésére használhatók fel.
A további kutatás elsősorban egy egyedi fejlesztésű osztott konvektív-diszperzív modell segítségével az illesztések finomítása lesz.

A Hódmezővásárhelyi gyökérzónás szennyvíztisztító telep /Dittrich Ernő/



[1] Dittrich E. (2006a): A gyökérzónás szennyvíztisztítás hazai tapasztalatai és elterjedésének lehetőségei. Maszesz hírcsatorna 2006 Március-Április 10-20.o. www.maszesz.hu
[2] Crites R. W. (1994): Design Criteria and Practice for Constucted Wetlands. Water Sci. and Techn. 29(4): 1-6. 1994
[3] Jobbágy S.(1995): Környezetkímélő és természet-közeli szennyvíztisztítási eljárások alkalmazásainak, elterjedésének lehetőségei Magyarországon. Környezetfejlesztési és Területfejlesztési Minisztérium, Budapest, 1995.
[4] Dittrich E. (2006c): Experiences on hydraulic performance of sub-surface flow constructed wetlands. Pollack Periodica Vol. 1. No. 1. pp. 53-66. Akadémiai kiadó, Budapest, 2006. http://www.akademiai.com/content/r634420523j5n382/?p=192abbeede67440484876d0b9703a338&pi=2
[5] Laber J., Winter K. J., Goetz D. (2003): The impact of sewage composition on the soil clogging phenomena of vertical flow constructed wetlands. Water Sci. and Techn. 48(05): 9-14, 2003.
[6] Netter R. (1994): Flow Characteristics of Planted Soil Filter. Wat. Sci. Tech. Vol.29.(4) pp 36-44.
[7] Breen P. F., Chick A.J. (1995): Rootzone Dynamics in Constructed Wetlands receiving Wastewater: a Comparison of Vertical and Horizontal Format Systems. Water Science and Technology page 281-289, Vol. 32 No.3.




Magas ammónium és szerves anyag tartalmú rétegvizek kezelésének vizsgálata az ivóvízellátásban


Kutatásunk célja olyan technológia, módszer kifejlesztése, mely segítségével a lehető legjobb hatásfokú ammónium és szerves anyag eltávolítást lehet elérni. Ennek jelentősége, hogy a vízelosztó rendszerben bekövetkezhető másodlagos vízminőség-romlás mértéke csökkenthető, esetleg elkerülhető, megelőzhető


Biogáz felhasználása a belső égésű motorokban


Mi a biogáz? Gázkeverék és kirothadt iszap keletkezik az iszaprothasztás végtermékeként, ezt a gázkeveréket nevezzük biogáznak. Rövidebb megfogalmazás szerint a biogáz a mikrobiális fermentáció (erjedés) egyik végterméke.


Pécsi-víz és környéke vízrendszerének komplex hasznosítása


Cikkem témája egy koncepció bemutatása, mely a Pécsi-víz menti vízjárta területeinek komplex vízgazdálkodási célú hasznosítására tesz kísérletet.