HRT Beregner - Hydraulisk Opholdstid for Behandlingssystemer

Hvad er hydraulisk opholdstid?

Hydraulisk opholdstid (HRT) er den gennemsnitlige tid, en væske opholder sig i en tank, et bassin eller en reaktor, før den løber ud. Ingeniører bruger den til at dimensionere og kontrollere renseanlæg som spildevandssedimenteringstanke, beluftningsbassiner og sedimentationstanke til drikkevand. HRT kaldes også tilbageholdelsestid eller opholdstid.

En tank med kort HRT tømmes hurtigt. En tank med lang HRT holder på vandet i lang tid. De fleste renseprocesser, f.eks. bundfældning, desinfektion eller biologisk nedbrydning af affald, kræver en vis minimumstid for at fungere. HRT fortæller en ingeniør, om en tank giver processen tilstrækkelig tid.

Formel for hydraulisk opholdstid

HRT er lig med tankens volumen divideret med gennemstrømningen.

$\text{HRT} = \frac{V}{Q}$

• HRT er den hydrauliske opholdstid, normalt angivet i timer.
• V er tankens eller reaktorens volumen, normalt angivet i kubikmeter (m³).
• Q er gennemstrømningen gennem tanken, normalt angivet i kubikmeter pr. time (m³/h).

Formlen forudsætter en konstant gennemstrømning og et fast tankvolumen. Den giver et teoretisk gennemsnit. Den tager ikke højde for ujævn strømning inde i tanken, hvilket behandles nedenfor.

Enheder

Denne beregner bruger kubikmeter (m³) for volumen, kubikmeter pr. time (m³/h) for gennemstrømning og timer for resultatet. Andre enheder er almindelige i praksis:

Sådan beregnes hydraulisk opholdstid

1. Find tankens volumen i kubikmeter. Brug det volumen, der faktisk indeholder vand mellem indløbet og udløbet, ikke volumenet op til kanten.
2. Find gennemstrømningen gennem tanken i kubikmeter pr. time. Brug den gennemsnitlige gennemstrømning eller dimensioneringsgennemstrømningen.
3. Divider volumenet med gennemstrømningen. Resultatet er den hydrauliske opholdstid i timer.

Begge tal skal være større end nul. En tank uden volumen eller et system uden gennemstrømning har ingen meningsfuld opholdstid.

Gennemregnet eksempel

En tank indeholder 100 m³ vand. Vandet strømmer gennem den med 10 m³ pr. time.

$\text{HRT} = \frac{100 \text{ m}^3}{10 \text{ m}^3/\text{h}} = 10 \text{ timer}$

Vandet opholder sig i gennemsnit 10 timer i tanken, før det løber ud.

Andet eksempel: En primær sedimentationstank indeholder 200 m³ og modtager en gennemstrømning på 100 m³/h.

$\text{HRT} = \frac{200 \text{ m}^3}{100 \text{ m}^3/\text{h}} = 2 \text{ timer}$

To timer ligger inden for det interval på 1,5 til 2,5 timer, som dimensioneringsmanualer angiver for en primær sedimentationstank.

Typiske HRT-intervaller i renseanlæg

Dimensioneringsmanualer angiver omtrentlige intervaller for almindelige processer. De faktiske værdier afhænger af det specifikke spildevand eller den specifikke vandkilde, lokale regler og udstyret.

En kort HRT kan medføre, at en proces ikke bliver fuldført, f.eks. at faste stoffer ikke er bundfældet, eller at bakterier ikke har nedbrudt affaldet. En lang HRT er ikke altid bedre. Den kræver en større og dyrere tank, og i nogle biologiske processer kan den udsulte de mikroorganismer, der har brug for en konstant tilførsel af affald at leve af.

Hvorfor den faktiske opholdstid afviger fra den beregnede værdi

Formlen HRT = V/Q giver et teoretisk gennemsnit under antagelse af, at vandet bevæger sig jævnt gennem tanken. Virkelige tanke fungerer sjældent sådan. To effekter får normalt den faktiske opholdstid til at afvige fra den beregnede.

Kortslutning opstår, når en del af vandet finder en direkte vej fra indløbet til udløbet og forlader tanken meget hurtigere end gennemsnittet. Forkert placering af indløb og udløb er den sædvanlige årsag.

Døde zoner er hjørner eller områder med lav gennemstrømning, hvor vandet bliver fanget og næsten ikke bevæger sig. Dette vand tæller med i tankens volumen, men udfører kun meget lidt nyttigt arbejde.

Tilsammen betyder disse effekter, at den sande gennemsnitlige opholdstid i en dårligt dimensioneret tank kan være betydeligt lavere end den beregnede HRT. Ingeniører korrigerer for dette med ledeplader, der tvinger vandet til at følge en længere vej, eller de måler den faktiske opholdstid med et tracerforsøg: Et farve- eller saltsporstof tilsættes ved indløbet, og koncentrationen måles ved udløbet over tid for at kortlægge, hvor længe vandet faktisk opholder sig i tanken.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er hydraulisk opholdstid med en enkel forklaring? Det er den gennemsnitlige tid, vand eller spildevand opholder sig i en tank, før det løber ud, beregnet som tankens volumen divideret med gennemstrømningen.

Hvad er forskellen mellem HRT og SRT? HRT måler, hvor længe væsken opholder sig i en tank. Slamopholdstiden (SRT), også kaldet slamalder, måler, hvor længe de faste partikler eller mikroorganismer opholder sig i systemet. I et aktivslamanlæg kan de to tider være meget forskellige, fordi fast stof ofte recirkuleres tilbage til tanken, mens væsken fortsætter med at strømme igennem.

Hvad sker der, hvis HRT er for kort? Processen i tanken bliver muligvis ikke afsluttet. I en sedimentationstank når faste stoffer måske ikke at bundfælde, før vandet løber ud. I en biologisk tank har mikroorganismerne måske ikke tid nok til at nedbryde affaldet, og langsomt voksende bakterier kan blive skyllet ud hurtigere, end de formerer sig.

Kan den hydrauliske opholdstid være for lang? Ja. En tank, der er langt større end nødvendigt, koster mere at bygge og kræver mere energi at drive i beluftede systemer. I nogle biologiske processer kan en meget lang HRT også forringe ydelsen, når organismerne løber tør for føde.

Ændrer temperaturen den hydrauliske opholdstid? Temperaturen ændrer ikke den beregnede HRT, eftersom den kun afhænger af volumen og gennemstrømning. Den ændrer derimod, hvor meget der opnås i løbet af en given opholdstid, fordi biologiske og kemiske reaktioner generelt forløber langsommere i koldt vand.

Hvordan måles den faktiske opholdstid i en eksisterende tank? Ingeniører udfører en sporingstest. En kendt mængde sporstof, f.eks. et farvestof eller salt, tilsættes ved indløbet, og koncentrationen ved udløbet følges over tid. Den resulterende kurve viser, hvordan opholdstiden faktisk er fordelt blandt det vand, der passerer gennem tanken, og kan afsløre kortslutningsstrømning eller døde zoner, som den simple formel ikke viser.

Referencer

• Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5. udgave. McGraw-Hill Education, 2014.
• U.S. Environmental Protection Agency. Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, EPA 832-R-04-001, 2004.
• Crittenden, J. C., et al. MWH's Water Treatment: Principles and Design, 3. udgave. John Wiley & Sons, 2012.