6. Fogalmak bevezetése az elemzési metodika kidolgozásához
6.1. Terhelést és élettartamot is kifejez ő egységesített fogalomrendszer bevezetése
6.1.1.Az „élettartam klórterhelés” fogalmának bevezetése és számítása
Az üzemszerű tisztítási műveletek (visszamosás és levegőztetés) ellenére is szükség van hatékonyabb eljárásokra a szűrőlepény eltávolítása, és a szerves szennyeződés vegyi lebontása érdekében. Alapesetben (hatékony előtisztítás, normál szennyezettség, mérsékelt égövi telepítés) megközelítőleg egyhónapos ciklusidővel kis koncentrációjú (~500 ppm) nátrium-hypokloritos kezelés szükséges, normál üzemi hőfok alkalmazása, viszont leállított üzemvitel mellett. (karbantartó tisztítás - K) Az alacsony koncentráció azonban meghaladja az üzemszerű szűrésnél elfogadható értéket, így a szerkezetre már fokozott roncsoló hatással van a közel félórás kezelés, tehát élettartamot csökkentő tényezőként tartjuk számon.
Az előzőnél még hatékonyabb karbantartó tisztítást végeznek, amikor az üzemvitelből való kivétel mellett évente egyszer magas hőmérsékleten, nagy aktívklór koncentráció (~1000 ppm) mellett körülbelül egy napos időtartammal avatkoznak be. Az előzőeknél természetesen sokkal nagyobb öregítő hatást okozva a membránok szerkezetének. (felújító tisztítás - F)
A két hatás a membránok élete során kumulálódik, ezért a klór okozta élettartam csökkentő hatás a működés és a karbantartási folymat alatt elszenvedett dózissal fejezhető ki, és mint öregítő faktor a klórterhelés számértékkel jól jellemezhető, azaz:
(
ppmh)
konc(
ppm)
idő( )
hLCl = ⋅ {31}
Mivel a beavatkozások hőmérséklete, klórkoncentrációja eltérő sebességgel degradálja a polimerek anyagát, az elemzéseknél a későbbiekben figyelembe veendő számszerű tényezőre az „élettartam-klórterhelés” (LCltotal) kifejezést vezetnénk be. A pontosság miatt célszerű az alábbi összefüggésekbe lehetőség szerint a normál üzemben előforduló esetleges klór-adagolásokat, a hőmérsékleteket és az öregítést elősegítő hatásokat is figyelembe venni. [2.
tézis] A normál üzemi klórterhelést olyan technológiáknál lehet elképzelni, mint pl.
• ipari víztisztításnál, ahol már a mikroorganizmusok alacsony mennyisége sem fogadható el a szűrés után, vagy
• a lakosságnak szánt ivóvíz szűrésénél, ahol a tisztítási és az azt követő rövid felhasználási időszakban is meg kell tartani a biológiai tisztaságát.
F K
O
total LCl LCl LCl
LCl = + + , [ppmh] {32}
vagyis kifejtve
F F F K
K K
total T cc t T cc t T cc t
LCl =
∑
0 *⋅ 0⋅ 0 +∑
*⋅ ⋅ +∑
*⋅ ⋅ [ppmh] {33}ahol a jelölések jelentése:
jelölés mértékegység jelentés
„LCl” [ppmh] élettartam-klórterhelés
„T*” [-] hőmérsékleti faktor, amely magasabb hőmérsékletnél magasabb értéket kap, de az egyes beavatkozás típusoknál egységesíthető
„cc” [ppm] a kezelésfajtánál alkalmazott Cl koncentráció értékek
„t” [h] az egyes beavatkozás típusok összegzett ideje, ameddig az adott állapotjelzőkkel illetett közeg hatott a szerkezetre
„O” – indexként a normál üzemet jelöli, amikor Cl-t adagoltak a nyersvízhez.
„K” – indexként a karbantartási beavatkozást jelöli, leállított üzem, kiszerelt kazetta, kevés Cl, kis hőmérséklet
„F” – indexként a helyreállító beavatkozást jelöli, leállított üzem, kiszerelt kazetta, magas Cl tartalom, magas hőmérséklet
A tényleges számításhoz jól becsült időtartamokat kell megadni, ami a legegyszerűbb esetben az ismert üzemeltetési szokásokból, K és F ciklusok általában alkalmazott gyakoriságából és hosszából, és ezek normál üzemhez mért arányából kiszámítható. Vagyis a megközelít leg
6.1.2.Az „egyenértékű működési idő” fogalma és meghatározásának modellje
Az irodalmi áttekintésben (3.2.3 fejezet) már megemlítésre került az az elképzelésünk, hogy az élettartamadatok összemérhetőségének érdekében a különböző környezetben tartózkodó egyedeket az őket ért igénybevételek szempontjából közös vonatkoztatási alaphoz képest nézzük. Ezt ott az egyenértékű működési idő fogalmának bevezetésével a kopásintenzitásra meg is tettük. Ebben a részben a szűrőmembránokra konkretizáljuk a jelentését és lehetséges számszerű megadását.
Az ilyen módon kalkulált élettartam adat ismerete terméktervezési és üzemeltetés-tervezési előnnyel jár, valamint összehasonlíthatóvá teszi az akár különböző környezetben üzemelő egyedek élettartamait.
A szűrőmembránok élettartamát viszonylag kevés, jól elkülöníthető, szabályos ciklusokként megjelenő, és ezért jól számszerűsíthető igénybevételi szakasz határozza meg. Ezen szakaszokban halmozódó károsodások építik le a szerkezetét, vagy egyéb módon hozzák közelebb a végső tönkremenetel idejét. Egy víztisztító telepen beszerelt szűrőkazettákra és benne a membránok sokaságára azonos környezeti feltételek és igénybevételi sajátosságok (igénybevételi arculat 40. ábra) jellemzőek.
Ezen szakaszok:
• Szűrési-visszamosási ciklusokból álló, közel azonos igénybevételi szakasz, téli üzemi viszonyok mellett.
• Szűrési-visszamosási ciklusokból álló, közel azonos igénybevételi szakasz, nyári üzemi viszonyok mellett.
• A fenti üzemi körülmények mindegyike bizonyos esetekben, ivóvízbe tápláláskor enyhe klóradagolással (1-2 ppm)
• Pihentetés közbeni levegőztetésre jellemző igénybevételi szakasz.
• K (karbantartási) periódusok, alacsonynak számító hőmérséklet mellett, alacsony (de a normál üzemhez képest emelt, kb. 500 ppm) koncentrációjú klórtartalom, áramlásmentes viszonyok mellett, 2-5 órás időtartam.
• F (felújítási) periódusok, magasnak számító hőmérséklet mellett, magas (kb. 1000 ppm) koncentrációjú klórtartalom, áramlásmentes viszonyok mellett, 20-30 órás időtartamig.
Ezen felsorolás szerint ötféle igénybevételi szakasz váltakozása tölti ki a szűrők élettartamát. A szakaszok rendszeres előfordulási gyakorisága és időtartamai alapján kiszámítható az egyes szakaszok mennyiségi aránya.
Egy-egy szakaszra az egyenértékű üzemidő megadása a 3.2.3 fejezet alapján, az alábbi módon válik általánosan számíthatóvá:
f
t – az üzemelési időszak hossza, amelyen belül a súlyozó faktorok azonosnak tekinthetők [h]
a – a hidrodinamikai terhelés mértéke szerinti faktor egy
referenciaterheléshez viszonyítva, az igénybevételi szakaszban, százalékos jelentésű, de számszerűen egyet meghaladó arányskálán. Kísérletekkel pontosítható szubjektív skála. [-]
b – a hőmérséklet, és az ebből eredő viszkozitás-növekedés, és a kicsapódási hajlam hőfüggése miatti eltérő terhelés szerinti faktor egy
referenciaterheléshez viszonyítva, az igénybevételi szakaszban pl.:
százalékos jelentésű, de számszerűen egyet meghaladó arányskálán. [-]
Kísérletekkel pontosítható szubjektív skála.
cl – a klórtartalom miatti károsítás mértéke szerinti faktor az igénybevételi szakaszban, egy objektív skálán. A faktor a természetes mértékegységben [mill.ppmh] kifejezhető Cl koncentráció értékeinek arányát mutatja egy gyakorlati minimum Cl terheléshez viszonyítva. A teljesen klórmentes üzemelés esetén ez tehát minimálisan 1-et érhet el.
d – a tartós eltömődési hajlam szerinti faktor az igénybevételi szakaszban, ami a tönkremenetelt gyorsíthatja (1-et meghaladó), vagy akár lassíthatja (0-1-ig) szubjektív skálán [-]
e – az adott környezetre jellemző, a vízben kicsapódni képes anyagok telítettségével összefüggő faktor (1-et meghaladó), ami a tönkremenetelt gyorsíthatja. Egy objektív keménységi számértékből konvertálhatóan. [-]
f – eddig ismeretlen okból számításba vehető faktor az igénybevételi szakaszban, ami a tönkremenetelt gyorsíthatja pl.: százalékos jelentésű, de számszerűen egyet meghaladóértékű egy arányskálán értékelve.
Kísérletekkel pontosítható szubjektív skála. A faktor a tönkremenetelt gyorsíthatja (1-et meghaladó faktor), vagy akár lassíthatja (0,1 - 1-ig) szubjektív skálán. [-]
A gyakorlati vizsgálatoknál az egyedre terhelést jelentő károsodási idő – vagy másként öregítési idő – a fogalom bevezetésével nem csak az élettartam során elviselt összes klórterhelés (LCl) megadásával, hanem más öregítő faktorok figyelembevételével is lehetségessé válik.
A kutatást lehetővé tevő cég esetében – és így a dolgozatban végzett tényleges méréseknél – a fent leírt üzemi változóknál és az ezekből számolható faktoroknál kevesebb állt a rendelkezésünkre, így a számítási mód is némiképp módosult. Az elvileg megállapított összefüggést tehát célszerű mindig az adatszerzési és -kezelési sajátosságokra aktualizálni a használhatóság érdekében. [3. tézis]
6.1.3.Az „igénybevételi arculat” fogalmának bevezetése
A pontosan a vevői igényekre szabott termékeket a legjobb esetben is csak egyedi gyártással lehet megvalósítani, de ilyenkor is feltételezni kell, hogy az igények a későbbiekben már változatlanok lesznek. Bizonyos módosításokra talán lehetőség nyílik, de generális változásokat
módosított paraméterekkel, opcionálisan választható megoldásokkal a sorozatgyártás termékei és hozzá kapcsolódó szolgáltatások is segíthetik a vevői igényhez való közeledést.
Viszont óhatatlanul fellép az a jelenség, hogy egy általánosan elképzelt igénybevehetőségre tervezett egyed a valós igénybevételi környezetbe kerülve kissé eltérő teljesítményt nyújt. Még ha bírja is a konkrétan kialakuló hatásokat és szinergiákat, más üzemi paramétereket és élettartamot produkál, mint egy másik környezetben üzemelő társa. Ebből következően a várható élettartam, vagy a szükséges karbantartási beavatkozások tervezésénél minél pontosabban célszerű megadni az igénybevételek minőségi és mennyiségi jellemzőit. Erre a nagyon soktényezős változóra, amely az igénybevételi környezetet pontosan leírja, bevezethetjük az igénybevételi arculat kifejezést. Bár a teljességre törekvő megadásakor számokkal és szavakkal leírható jellemzés is szükséges lenne, a matematikai kezelést csak egy arányskálán számszerűsíthető, esetleg két (igen–nem, 0–1) vagy három (–1 – 0 – +1) logikai értékkel adott paraméterekkel tudjuk megvalósítani.
Az igénybevételi arculat általános elemei az alábbi kategóriákba sorolhatóak. A diagram az igénybevételek további lebontását is segíti.
Valószínűsíthető
„K.O. tényezők”
valószínűsíthető (külső tényezőkhöz kötődő) igénybevételek tervezett
(funkcióhoz kötődő) igénybevételek
valószínűsíthető együttállások
Az installált egyedre vonatkozó tényleges igénybevételi arculat
40. ábra Az igénybevételi arculat általános kategóriái
A nyilvántartás alapján kiválasztunk olyan paramétereket, amelyek az élettartam szempontjából meghatározó jelentőségűek, így ezeket az elterjedt szóhasználat szerint „KO” paramétereknek neveztük el. A kiválasztás történhet korrelációs elemzések sorozatán keresztül, vagy a minőségügyi gyakorlatban kedvelt, ésszerűen koreografált csoportmunkát feltételező, szakemberek szubjektív döntéseiből konszenzusként kapott döntésekkel.
Az igénybevételi arculat logikusan egy adott helyen üzemelő egyedek halmazára értelmezhető, hiszen az igénybevételeket nagyban befolyásolják az alábbi tényezők:
• földrajzi adottságok, mint pl. a szűrendő közeg átlagos hőmérséklete és az ebből következő viszkozitás, vagy a betáplált vizek keménysége
• a szennyvíz származásával összefüggő jellege, azaz milyen arányban van jelen a csapadékvíz, kommunális szennyvíz, vagy a speciális szennyezőanyaggal jellemezhető ipari szennyvíz stb.
• az alkalmazott technológia, vagyis a membránszűrés műveletét megelőző vízkezelési lépések, pl. mekkora a bennmaradó lebegőanyag-tartalom, kívánnak-e klórt alkalmazni,
• milyen fluxus-igényt támasztanak az elemekkel szemben, és milyen a működésre jellemző nyomásváltozási időfüggvények szintje és lefutása
Az igénybevételi arculat meghatározásának és a további feldolgozásoknak a módszerét a 7.5 fejezetben követhetjük nyomon.