Galériás vízbeszerzés
Az épített galériás vízbeszerzés helye a vízellátásban
Az AGM Beton Zrt. kutatás-fejlesztési projekttel igazolt szabadalmának rövid szakmai összegzése
Társaságunk a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból biztosított támogatásból, kutatás-fejlesztési projektet valósított meg, a „Vállalatok K+F+I tevékenységének támogatása” pályázati felhívás keretében. Ebben a dokumentumban ennek a munkának az eredményeit foglaljuk össze.
A víz életünk nélkülözhetetlen feltétele. Az ivóvíz megléte, vagy hiánya meghatározó tényezője társadalmaink fejlődésének vagy hanyatlásának. A vezetékes vízellátás teljeskörű kiépítése, a biztonságos vízellátás megteremtése a modern társadalom alapja, biztosítása ugyanakkor a klímaváltozás és egyéb folyamatok következtében egyre nagyobb kihívást jelent, a vízbázisok megőrzése egyre több kockázatot rejt magában.
A vezetékes ivóvízellátás lehetséges forrásai között a legáltalánosabb forrás a felszíni vizek tisztításával, fertőtlenítésével előállított ivóvíz. A másik legáltalánosabban használt vízforrás a kutakból kinyert víz, ami általában fertőtlenítés után, tisztítás nélkül is már ivóvíz minőséget biztosít. A harmadik gyakran alkalmazott forrás a forrásvíz és a bányászat során kinyert karsztvíz, ami a fertőtlenítést követően, tisztítás nélkül is a hálózatba vezethető. A fertőtlenítés minden országban kötelezően előírt feladat, a víz okozta járványok kizárása érdekében.
Vízforrások összehasonlítása, gazdasági és minőségi szempontból
Felszíni vízbeszerzés
A felszíni vizek tisztításával előállított ivóvíz beruházásigénye nagy. Az üzemeltetés költséges és vegyszerigényes, automatikus üzem mellett is folyamatos szakfelügyeletet igényel. A vízbeszerzés helye sérülékeny.
Különösen folyóvíz esetén előfordulhat a szolgáltatás kényszerű, ideiglenes szüneteltetése is pl. olajszennyezés esetén. Az előállított
ivóvíz minősége, hőmérséklete változó, íz és szaganyagok előfordulhatnak. A kútvízzel és a karsztvízzel történő összehasonlításban mind minőségileg, mind beruházásigényét tekintve
a harmadik helyen áll. Előnye, hogy nagy vízigényeket is ki tud szolgálni.
Parti szűrésű vízbeszerzés
Ebben az esetben a kitermelhető, rendszerint egy folyó felől, jó utánpótlású vízkészlet, kavicsos homokrétegben áll rendelkezésre. A vízkészlet megcsapolására kutak szolgálnak, úgymint csőkút, aknakút, csáposkút vagy galéria.
A felszíni víztisztítással és a természetes szűréssel nyert ivóvíz előállításának folyamatait összehasonlítva levonható az a következtetés, hogy a természetes szűrés kisebb beruházási költséggel jár, üzemeltetése olcsó, gyakorlatilag
a szivattyúzás energiaköltségére szorítkozik, minősége jó vagy nagyon jó.
A folyamat akkor kedvező, ha a lebontási folyamat során marad oldott oxigén, és a folyamat aerob marad. Természetesen a folyamat során a biológiai tisztulás mellett a szuszpendált anyagok is kiszűrésre kerülnek. Ideális esetben – vagyis a víz felől érkező szervesanyagok mennyisége és az oldott oxigén egyensúlya esetén – marad oxigén a lebontási folyamat végén is.
Csáposkút
A csáposkút a vízzáró agyagig lesüllyesztett vasbeton aknából, és az aknából a természetes vízadó rétegbe vízszintesen kisajtolt 5–6 db szűrőzött csápból áll.
A csápok átmérője a technológia miatt maximum 200 mm belső átmérőjű, korrózióálló anyagból gyártott hídszűrő, vagy réselt acélcső lehet. A méret korlátozott, mert nagyobb átmérő esetén a sajtolás során betörő vízmennyiség ellehetetleníti a központi aknából indított sajtolást.
Az általában 25 m hosszúságban kisajtolt csápok pontszerű megcsapolást végeznek a partszakasz közelében. Hosszabb csápok esetén a tapasztalat szerint a vízhozam már nem nő. A kitermelhető vízmennyiség a vízadó rétegtől függően 4000 m3/nap, nagyon kedvező réteg esetén 5000 m3/nap.
Egy kis fizika – a lassú szűrés elve
A folyók melletti teraszkavics rétegeket megcsapoló partiszűrés során viszonylag lassú a szűrési sebesség, általában nem haladja meg a 2 cm/perc sebességet. A lassú szűrésnél a folyó felőli beszivárgási oldalon megvalósul a biológiai szűrés, vagyis a beszivárgási felületet borító víztérben az algák, a szemcsés közegben a baktériumok tevékenysége jellemző. A szivárgó vízből oldott oxigén és szerves táplálék jut a baktériumokhoz. Az oldott O2 aerob környezetet biztosít a baktériumoknak, amik a szerves anyagokat lebontják, mineralizálják.
A megcsapoló műtárgyak közül kiemelkedő lehetőséget kínál a galéria, amelynek legújabb megvalósulási formája az épített szűrőrétegű galéria. Ez a megoldás jelentősen megnöveli a partszakaszból kitermelhető víz mennyiségét. Ebben az esetben is a víztisztítás a természetes szűrés elvén megy végbe. A lecsapoló műtárgyból kiszivattyúzott víz ivóvíz minőségű, a kötelező fertőtlenítés után a hálózatba adható.
Az AGM Beton Zrt. javaslata az ivóvízbeszerzésre – a természetes szűrésre alapozott, épített szűrőrétegű galériás vízbeszerzés
Az ivóvíz ellátás legfejlettebb műszaki megoldást nyújtó, leginkább környezettudatos két technológiája
a csáposkút és az épített galéria. Mindkét eljárás alapelve a természetes biológiai szűrés. Az eredményben azonban jelentős különbség mutatkozik, melynek oka a két eljárás eltérő technológiai részleteiben rejlik.
Az épített szűrőrétegű galéria esetében vízzáró szádolással, a szádlemezeket a vízzáró agyagrétegig verve, a vízigénynek megfelelő hosszúságban, vízmentes munkagödör készül. A szivattyúkat befogadó vasbeton akna középre kerül elhelyezésre. A szűrőcső –, hogy az áramlási veszteség ne okozzon visszaduzzasztást –, a galéria hosszához és a vízhozamhoz igazodó, tetszőleges átmérőjű hídszűrő.
- az épített szűrőrétegű galéria szélessége 4,5 m volt;
- az ø35 cm-es szűrőcső köré 3,0 m átmérőjű, 8/16 szemcseméretű kavicsréteg került. Így olyan hézagtérfogattal rendelkező réteget építettünk, ami a kitermelendő víz áramlása során a veszteséget minimalizálta, az áramlás sebessége azonban jelentősen megnőtt.
- A 8/16-os frakciójú belső kavicsréteg – az úgynevezett puffer zóna – köré a természetes homokos kavics „megtámasztása” érdekében két rétegben 4/8-as és 0,5/4-es szemcseméretű kavics, illetve homokréteg került. Ez a külső támasztó réteg megakadályozta, hogy az eredeti természetes talajból meginduló anyagmozgás elérje a puffer zónát.
Az épített szűrőréteggel azt értük el, hogy a természetes (termett) homokos kavicsréteg „K” szivárgási tényezője nem a hídszűrő „d” átmérőjének megfelelő felületről, hanem a pufferzóna külső, „D” átmérőjének megfelelő felületről fogadja a termett homokos kavicsréteg változatlan nagyságú „K” szivárgási tényezője által meghatározott vízmennyiséget. Ennek köszönhetően a vízmennyiség közel D/d arányban növekszik! Ebből következően pedig az épített szűrőrétegű galéria által a partszakaszból kitermelhető vízmennyiség jelentősen megnő! A megnövekedett vízmennyiség csökkenti a kitermelt víz fajlagos költségét.
A K+F projektünk keretében megépített kísérleti műtárgy egyik oldalán épített szűrőrétegű galériát készítettünk, míg a másik oldalán ugyanazon feltételekkel az eredeti, természetes összletű közegben került elhelyezésre a hídszűrő.
Az összehasonlító szivattyúzás során a D/d aránynak megfelelően, a vízhozam
az épített szűrőrétegű oldalon több mint tízszerese volt a másik oldali hozamnak.
Összehasonlítás
- A jelentős vízhozam-növekedés csökkenti az ivóvíz beszerzés 1 m3-re eső beruházási költségét.
- A természetes biológiai szűréssel kitermelt víz minősége jó, az üzemeltetés költsége jelentősen csökken.
Tapasztalatok
- A felületnövekedéssel egyenes arányba nőtt a kitermelhető vízmennyiség.
- A galéria központi aknája leszívásának hatására mértük a figyelőkutak szintjét. Ebből megállapítható a galéria telepítésének optimális távolsága a vízadó folyótól vagy állóvíztől.
- A pufferzóna szemszerkezete biztosítja, hogy leszívás során anyagmozgás nincs.
- Időszakos karbantartás, hozamnövelő beavatkozás – ami a csáposkutak csápjainál és a termett talajba fektetett galériánál is szükséges – az épített szűrőrétegű galéria esetében szükségtelen.
- A leszívás növelése esetén a termett talajba fektetett szűrőcső homokol, az épített szűrőrétegű galéria nem.
- A Dunavíz hőmérséklete a megcsapolásnál, 5°C, az aknában 11,3°C. Az észlelőkutakban nyomon követhető a szivárgó víz hőmérsékletének változása.
Minőséggel kapcsolatos észlelések
- A kémiai vizsgálat alapján mindkét oldalon azonosan ivóvízminőségű vizet kaptunk.
- A bakteriológiai vizsgálatok szerint is ivóvíz minőségű a kitermelt víz.
| Beruházási költség [%] | Üzemeltetési költség [%] | Vízminőség | Ivóvíz várható ára [Ft/m3] | |
|---|---|---|---|---|
| Felszíni vízbeszerzés | 100 | 100 | elfogadható | cca. 250 |
| Természetes szűrésű vízbeszerzés csáposkút | 110–120 | 30 | jó | cca. 80 |
| épített galéria | 20–25 | 20 | jó | cca. 30 |
Összegzés
Az AGM Beton Zrt. sikeresen befejezte a „Nagy szűrőfelületű, épített szűrőrétegű galériás vízbeszerzési technológia fejlesztése”
című KFI_16-1-2017-0515 azonosítószámú kutatás-fejlesztési projektjét. A projekt a Nemzeti Kutatási
Fejlesztési és Innovációs Alap finanszírozásával, 410 millió forint vissza nem térítendő támogatásból
valósult meg, 2018. április 27. és 2020. december 31. között.
A projekt eredményei alapján elmondhatjuk, hogy az épített szűrőrétegű galériás vízbeszerzésre kifejlesztett technológia alkalmazásával az ivóvízellátás biztonsága növekszik. Az új technológia olyan területeken is hatékonyan alkalmazható nagy mennyiségű víz kitermelésére, ahol egy hagyományos, parti szűrésű vízbázison üzemeltetett csápos kút már nem működik.
A projekt eredményeképpen legfőbb hosszútávú célkitűzésünk, hogy a lakossági ivóvíz ellátás keretében növeljük az épített szűrőrétegű galériás vízbeszerzés arányát, mivel az nemcsak biztonságos, de a leggazdaságosabb megoldás is egyben, nem utolsó sorban pedig minden elemében a leginkább környezetkímélő technológia.
Az épített szűrőrétegű galériás vízbeszerzés az AGM Beton Zrt. munkatársainak szabadalma, így az eljárás szabadalmi oltalom alatt áll.