HRT-laskuri - Hydraulinen viipymäaika käsittelyjärjestelmille

Mikä on hydraulinen viipymä?

Hydraulinen viipymä (HRT) on keskimääräinen aika, jonka neste viipyy säiliössä, altaassa tai reaktorissa ennen poistumistaan. Insinöörit käyttävät sitä jäteveden selkeyttimien, ilmastusaltaiden ja talousveden sedimentointialtaiden kaltaisten käsittelyjärjestelmien mitoitukseen ja tarkistamiseen. HRT:tä kutsutaan myös viipymäajaksi tai viipymäksi.

Säiliö, jonka HRT on lyhyt, tyhjenee nopeasti. Säiliö, jonka HRT on pitkä, pitää vettä sisällään pitkään. Useimmat käsittelyprosessit, kuten laskeutus, desinfiointi ja jätteiden biologinen hajotus, tarvitsevat toimiakseen vähimmäisajan. HRT kertoo insinöörille, antaako säiliö prosessille riittävästi aikaa.

Hydraulisen viipymän kaava

HRT on säiliön tilavuus jaettuna sen läpi kulkevalla virtaamalla.

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

• HRT on hydraulinen viipymä, yleensä tunteina.
• V on säiliön tai reaktorin tilavuus, yleensä kuutiometreinä (m³).
• Q on säiliön läpi kulkeva virtaama, yleensä kuutiometreinä tunnissa (m³/h).

Kaava olettaa virtaaman pysyvän tasaisena ja säiliön tilavuuden muuttumattomana. Se antaa teoreettisen keskiarvon. Se ei ota huomioon säiliön sisäistä epätasaista virtausta, jota käsitellään jäljempänä.

Yksiköt

Tämä laskin käyttää tilavuuden yksikkönä kuutiometriä (m³), virtaaman yksikkönä kuutiometriä tunnissa (m³/h) ja tuloksen yksikkönä tunteja. Käytännössä käytetään myös muita yksiköitä:

Hydraulisen viipymän laskeminen

1. Selvitä säiliön tilavuus kuutiometreinä. Käytä tilavuutta, johon vesi todella mahtuu tulo- ja poistokohdan välillä, älä reunaan asti ulottuvaa tilavuutta.
2. Selvitä säiliön läpi kulkeva virtaama kuutiometreinä tunnissa. Käytä keskimääräistä tai mitoitusvirtaamaa.
3. Jaa tilavuus virtaamalla. Tulos on hydraulinen viipymä tunteina.

Molempien lukujen on oltava suurempia kuin nolla. Säiliöllä, jonka tilavuus on nolla, tai järjestelmällä, jossa ei ole virtaamaa, ei ole mielekästä viipymää.

Laskuesimerkki

Säiliössä on 100 m³ vettä. Vettä virtaa sen läpi 10 m³ tunnissa.

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

Vesi viipyy säiliössä keskimäärin 10 tuntia ennen poistumistaan.

Toinen esimerkki: esiselkeyttimen tilavuus on 200 m³ ja sen virtaama on 100 m³/h.

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

Kaksi tuntia osuu esiselkeyttimen suunnitteluohjeissa annettuun 1,5–2,5 tunnin vaihteluväliin.

Tyypillisiä HRT-vaihteluvälejä käsittelyjärjestelmissä

Suunnitteluohjeissa annetaan yleisille prosesseille suuntaa-antavia vaihteluvälejä. Todelliset arvot riippuvat jäteveden tai veden ominaisuuksista, paikallisista määräyksistä ja laitteistosta.

Lyhyt HRT voi jättää prosessin kesken, esimerkiksi jos kiintoaine ei ole ehtinyt laskeutua tai bakteerit hajottaa jätteitä. Pitkä HRT ei aina ole parempi. Se edellyttää suurempaa ja kalliimpaa säiliötä, ja joissakin biologisissa prosesseissa se voi näännyttää mikro-organismit, jotka tarvitsevat jatkuvasti jätettä ravinnokseen.

Miksi todellinen viipymä poikkeaa lasketusta arvosta

Kaava HRT = V/Q antaa teoreettisen keskiarvon olettaen, että vesi liikkuu säiliön läpi tasaisesti. Todelliset säiliöt toimivat harvoin näin. Yleensä kaksi vaikutusta saa todellisen viipymän poikkeamaan lasketusta arvosta.

Oikovirtaus syntyy, kun osa vedestä löytää suoran reitin tulokohdasta poistokohtaan ja poistuu paljon keskimääräistä nopeammin. Tavallinen syy on tulo- ja poistokohdan huono sijoittelu.

Kuolleet alueet ovat nurkkia tai vähäisen virtaaman alueita, joihin vesi jää loukkuun ja liikkuu vain vähän. Tämä vesi lasketaan mukaan säiliön tilavuuteen, mutta se ei juuri edistä käsittelyä.

Yhdessä nämä vaikutukset tarkoittavat, että huonosti suunnitellun säiliön todellinen keskimääräinen viipymä voi olla selvästi laskettua HRT:tä lyhyempi. Insinöörit korjaavat tätä käyttämällä ohjauslevyjä, jotka pakottavat veden kulkemaan pidempää reittiä, tai mittaamalla todellisen viipymän merkkiainekokeella: tulovirtaan lisätään väriainetta tai suolamerkkiainetta, ja sen pitoisuus mitataan poistokohdassa ajan kuluessa, jotta voidaan määrittää, kuinka kauan vesi todellisuudessa viipyy.

Usein kysyttyä

Mikä hydraulinen viipymä on yksinkertaisesti ilmaistuna? Se on keskimääräinen aika, jonka vesi tai jätevesi viipyy säiliössä ennen poistumistaan. Se lasketaan jakamalla säiliön tilavuus virtaamalla.

Mikä on HRT:n ja SRT:n ero? HRT mittaa, kuinka kauan neste viipyy säiliössä. Kiintoaineen viipymäaika (SRT), jota kutsutaan myös lieteiäksi, mittaa, kuinka kauan kiintoainehiukkaset tai mikro-organismit pysyvät järjestelmässä. Aktiivilietelaitoksessa nämä ajat voivat olla hyvin erilaiset, koska kiintoainetta kierrätetään usein takaisin säiliöön samalla kun neste virtaa sen läpi.

Mitä tapahtuu, jos HRT on liian lyhyt? Säiliössä tapahtuva prosessi ei ehkä ehdi loppuun. Selkeyttimessä kiintoaine ei ehkä ehdi laskeutua ennen veden poistumista. Biologisessa säiliössä mikro-organismeilla ei ehkä ole riittävästi aikaa hajottaa jätteitä, ja hitaasti kasvavat bakteerit voivat huuhtoutua pois nopeammin kuin ne lisääntyvät.

Voiko hydraulinen viipymä olla liian pitkä? Kyllä. Tarpeettoman suuren säiliön rakentaminen maksaa enemmän, ja ilmastetuissa järjestelmissä myös sen käyttö kuluttaa enemmän energiaa. Joissakin biologisissa prosesseissa hyvin pitkä HRT voi lisäksi heikentää suorituskykyä, kun eliöiltä loppuu ravinto.

Muuttuuko hydraulinen viipymä lämpötilan mukaan? Lämpötila ei muuta laskettua HRT:tä, koska se riippuu vain tilavuudesta ja virtaamasta. Se vaikuttaa kuitenkin siihen, kuinka paljon tietyllä viipymällä saadaan aikaan, koska biologiset ja kemialliset reaktiot hidastuvat yleensä kylmemmässä vedessä.

Miten todellinen viipymä mitataan olemassa olevasta säiliöstä? Insinöörit tekevät merkkiainekokeen. Tulokohtaan lisätään tunnettu määrä merkkiainetta, kuten väriainetta tai suolaa, ja sen pitoisuutta poistokohdassa seurataan ajan kuluessa. Saatava käyrä osoittaa, miten viipymä todellisuudessa jakautuu säiliön läpi kulkevan veden kesken, ja sen avulla voidaan havaita oikovirtaus tai kuolleet alueet, joita yksinkertainen kaava ei paljasta.

Lähteet

• Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5. painos. McGraw-Hill Education, 2014.
• Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto. Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, EPA 832-R-04-001, 2004.
• Crittenden, J. C. ym. MWH's Water Treatment: Principles and Design, 3. painos. John Wiley & Sons, 2012.