Olaj a csapadékvízben: hogyan választja le az olajfogó?

Egy hosszú, száraz hét után végre esik. A parkoló tócsáin szivárványos foltok úsznak, a víz pedig a lefolyórácsokon át eltűnik valahol. A szivárvány nem a víz színe, hanem egy vékony olajréteg optikai játéka: a hártya felső és alsó felületéről visszaverődő fény hullámai bizonyos színeknél erősítik, másoknál gyengítik egymást. Egészen vékony olajhártya is elég ehhez – ezért látunk ilyen foltot akkor is, ha a vízben valójában kevés olaj van.

A kérdés az, mi történik ezzel az olajjal, mielőtt a csapadékvíz egy patakba, tóba vagy a talajba jutna.

Honnan jön az olaj?

Utakon, parkolókban, benzinkutaknál és műhelyek udvarán több forrásból is kerül szénhidrogén a burkolatra: járművekből csöpögő motorolaj és üzemanyag, tankoláskor kifröccsenő benzin és gázolaj, kenőanyagok, és apró balesetek nyomai. Száraz időben ezek a felületen gyűlnek, majd az első nagyobb eső lemossa őket. Ezért a csapadékvíz minősége erősen függ attól, mennyi ideig nem esett előtte, milyen a forgalom, és milyen a terület használata.

Az olaj a vízben többféle formában lehet jelen, és ez döntő a leválasztás szempontjából:

• Szabad olaj: nagyobb cseppek és összefüggő hártya, amely a felszínre úszik.
• Diszpergált olaj: apró cseppek, amelyek csak lassan emelkednek fel.
• Emulgeált olaj: mosószerek vagy más felületaktív anyagok által stabilizált, nagyon finom cseppek, amelyek gyakorlatilag nem válnak szét maguktól.
• Oldott és szilárd részecskékhez kötött szénhidrogének, amelyek a hordalékkal együtt mozognak.

A gravitáció munkája: a Stokes-törvény

Az olajfogó legegyszerűbb változata egy ülepítő-fölöző akna. A legtöbb ásványolajtermék sűrűsége kisebb a vízénél, ezért a nyugodt vízben az olajcseppek felfelé úsznak. Hogy milyen gyorsan, azt egy kis gömb alakú cseppre a Stokes-törvény adja meg: az emelkedési sebesség arányos a sűrűségkülönbséggel és a csepp sugarának négyzetével, és fordítottan arányos a víz viszkozitásával.

Számoljunk egy példát. Legyen a víz és az olaj sűrűségkülönbsége 150 kg/m³, a víz viszkozitása 0,001 Pa·s. Egy 0,1 milliméter átmérőjű csepp ekkor nagyjából 0,8 mm/s sebességgel emelkedik – óránként közel 3 métert. Egy 0,01 milliméteres csepp viszont, mivel a sugara tizedakkora, százszor lassabban: óránként csak körülbelül 3 centimétert.

Ebből érthető a tervezés alapelve: a víznek elég ideig kell nyugodtan tartózkodnia az aknában ahhoz, hogy a cseppek felérjenek, és a nagy esők hirtelen vízhozama se mossa ki a már összegyűlt olajat. A legapróbb cseppekkel viszont a puszta várakozás nem bír el.

A koaleszcencia: a kis cseppekből nagyot

Itt jön a koaleszcens betét. Ez egy olajkedvelő (oleofil) anyagból – például műanyag szálakból vagy hálóból – készült szűrőszerű elem, amelyen a víz átfolyik. Az apró olajcseppek megtapadnak a szálakon, ott összeérnek és összeolvadnak, majd nagyobb cseppként leválnak. A Stokes-törvény szerint pedig a nagyobb csepp sokkal gyorsabban emelkedik. A koaleszcens betét tehát nem „kiszűri” az olajat, hanem segít neki gyorsabban fölúszni.

A korszerű olajfogók általában több egységből állnak: elöl egy iszapfogó, ahol a homok és a hordalék leülepszik, utána a leválasztó tér a koaleszcens betéttel, a kifolyásnál pedig sokszor egy automatikus úszós elzáró. Ennek úszója úgy van kiegyensúlyozva, hogy a vízen még ússzon, az olajon viszont már nem. Ahogy a felgyűlt olajréteg vastagszik, az olaj és a víz határa lejjebb kerül, az úszó vele süllyed, és végül lezárja a kifolyót. Így a túltelt berendezés nem engedi tovább az összegyűjtött olajat – szép példája annak, hogyan lehet egy sűrűségkülönbségből szelepet csinálni.

Mit jelentenek az osztályok?

Az olajfogók tervezését és vizsgálatát Európában az EN 858 szabványsorozat írja le, amelyet Magyarországon MSZ EN 858-1 és -2 jelzettel vettek át. A szabvány két osztályt különböztet meg a kifolyó víz megengedett maradék olajtartalma alapján: az I. osztályú berendezésnél ez legfeljebb 5 mg/l, a II. osztályúnál legfeljebb 100 mg/l. Az I. osztályt jellemzően koaleszcens betéttel érik el.

Fontos azonban tudni, hogy ezeket az értékeket szabványos vizsgálati körülmények között mérik. A valóságban az eredmény attól függ, hogy a berendezés méretezése megfelel-e a tényleges vízhozamnak, rendszeresen ürítik-e, és milyen formában érkezik az olaj. Az emulgeált olajjal a gravitációs és koaleszcens leválasztók alig boldogulnak, ezért az olyan vizeket, amelyekben sok a mosószer, általában külön kell kezelni.

Magyarországon a felszíni vizekbe vezetett szennyvizek kibocsátási határértékeinek keretét a 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet adja. Hogy egy konkrét parkolóban vagy telephelyen kell-e olajfogó, milyen osztályú és mekkora, azt az adott létesítmény engedélyezése során, a befogadó és a terület használata alapján határozzák meg – erre nincs egyetlen, mindenhol érvényes szám.

A szorbensek: amikor az olajat fel kell itatni

A szorbensek olyan anyagok, amelyek az olajat megkötik, a vizet viszont lehetőleg taszítják. A legismertebbek a polipropilén szálakból készült párnák, kötegek és kendők: a polipropilén víztaszító, de olajjal jól nedvesedik. A kutatások természetes és hulladék alapú szorbenseket is vizsgálnak, a módosított cellulóztól a zeolitig. A teljesítményüket jellemzően azzal mérik, hogy egy gramm szorbens hány gramm olajat képes felvenni, és mennyi vizet szív fel közben.

Szorbenseket olajfogókban kiegészítő szűrőként, kármentéskor felitatásra, valamint lefolyókba helyezhető betétekben is használnak. Hatékonyságuk „attól függ”: a telítődött szorbens már nem köt, ezért cserélni kell, a használt anyag pedig maga is veszélyes hulladékká válik.

Kísérlet otthon: Egy befőttesüvegbe öntsünk vizet és egy evőkanál étolajat, zárjuk le, és rázzuk fel erősen. Stopperrel mérjük, mennyi idő alatt válik szét újra. Most ismételjük meg egy csepp mosogatószerrel: a keverék sokkal tovább marad zavaros. Végül tegyünk a felszínre egy darab polipropilén vliest (sok olcsó bevásárlótáska ilyen anyagból készül) és mellé egy vattakorongot: figyeljük meg, melyik szívja magába inkább az olajat, és melyik a vizet.

Magyar kutatási szál

Olajos vizek tisztításával magyar egyetemeken is foglalkoznak, igaz, nem kifejezetten a parkolók csapadékvizével. A Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Karának Folyamatmérnöki Intézetében például évek óta kutatják a membránszűrést – mikro-, ultra- és nanoszűrést, illetve fordított ozmózist –, többek között olajtartalmú ipari szennyvizek tisztítására, és azt is vizsgálták, hogyan javíthatja a hatékonyságot különféle előkezelés. Ez az olajfogónál finomabb, de drágább és energiaigényesebb út: ott jöhet szóba, ahol a gravitációs leválasztás már nem elég.

Mi lett belőle?

Az olajleválasztás bevett, működő technológia: az olajfogó ma a vízelvezetés megszokott eleme benzinkutaknál, parkolókban, szervizek udvarán. A fejlődés iránya nem a forradalmi új elv, hanem a jobb anyagok – tartósabb koaleszcens betétek, szelektívebb szorbensek – és a karbantartás megbízhatósága. A legjobb olajfogó is csak annyit ér, amennyiszer ürítik: egy elhanyagolt berendezés egy nagy esőnél épp azt engedheti tovább, amit addig összegyűjtött.