پديد آورنده :
سيدشريفي، محسن
عنوان :
شبيه سازي عددي و مطالعه ي آزمايشگاهي انتقال اكسيژن در سيستم هاي هوادهي ديفيوزري
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مهندسي محيط زيست
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 99ص. : مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مسعود طاهريون، محمدرضا چمني
استاد مشاور :
ميلاد امين زاده
توصيفگر ها :
هوادهي , انتقال اكسيژن , تصفيه ي فاضلاب , ديفيوزر , حباب
استاد داور :
علي دهنوي، محمدنويد مقيم
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/06/25
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/06/25
چكيده فارسي :
1 چکیده هوادهی نقشی اساسی در تصفیهی بیولوژیکی و فیزیکی آب و فاضالب ایفا میکند در این فرآیند میکروارگانیزمها با مصرف اکسیژن ترکیبات آلی محلول و نامحلول در فاضالب را به جرم سلولی بیومس تبدیل میکنند جرم سلولی مازاد تولیدشده از پساب تصفیهشده جدا شده و پساب تصفیهشده به خارج از تصفیهخانه تخلیه میشود اکسیژن جز گازهای کممحلول در آب است و به دلیل نرخ اندک انتقال جرم آن اکسیژن انتقال یافته از سطح مشترک طبیعی آب و هوا کافی نبوده و برای جوابگویی به نیازهای تصفیهی هوازی فاضالب بایستی فرآیند هوادهی انجام شود هوادههای دیفیوزری به دلیل مزایای متعددی منجمله عملکرد باالی اکسیژنرسانی از دههی 3891 بهبعد توسعه و استفاده گستردهای یافتهاست با این وجود فرآیند هوادهی بسیار هزینهبر بوده به گونهای که بیش از 37 انرژی موردنیاز واحد تصفیهخانه در این فرآیند مصرف میشود بههمین دلیل طراحی مطلوب و صحیح سیستمهای هوادهی و بهینهسازی انتقال اکسیژن برای بهبود بهرهوری انرژی و کاهش هزینهها بسیار با اهمیت است راندمان انتقال اکسیژن بستگی به فاکتورهای هندسی و دینامیکی متعددی همچون ابعاد و هندسه مخزن و دیفیوزر دبی هوای ورودی و قطر حباب دارد علیرغم وجود مطالعات تجربی متعدد در زمینه پیشبینی کیفیت انتقال اکسیژن و باتوجه به اینکه در این مطالعات تعداد مشخصی از پارامترها مطالعه و بررسی شدهاند این نیاز احساس میشود که تا حدامکان تمامی پارامترهای اثرگذار باهم بررسی و مطالعه شوند بههمین دلیل طراحی بهینه و مفهومی سیستمهای هوادهی دیفیوزری هنوز هم براساس مطالعات محدود دستورالعملهای کلی و تجربی اپراتورها و پیمانکاران انجام میشود با پیشرفت نرمافزارهای دینامیک سیاالت محاسباتی CFD و افزایش قدرت پردازش رایانهها مطالعهی جریانهای حبابی و انتقال جرم اکسیژن امکانپذیر شده است اما در مطالعات معدودی که در این زمینه انجام شده بهدلیل محدودیتها و سادهسازیهای بیش از اندازه در مدلسازی تولید حبابها و شبیهسازی رفتار آنها مدلسازیهای مذکور دارای دقت و صحت کافی نیستند در پژوهش پیشرو هدف اصلی مطالعه و بررسی اثر تمامی پارامترهای اثرگذار بر انتقال اکسیژن و ارائهی یک رابطهی بیبعد برای پیشبینی انتقال اکسیژن و طراحی سیستمهای هوادهی دیفیوزری است در این پژوهش هدف اصلی از شبیهسازی عددی ارائهی یک مدلسازی دقیق و جامع برای تولید و پراکندگی حبابها براساس مدل قدرتمند موازنهی جمعیت Population balance و مدلسازی انتقال جرم اکسیژن براساس مدل انتقال جرم دوفازی استاندارد تئوری دو الیهی مقاوم است در این مطالعه ابتدا پارامترهای هندسی و دینامیکی اثرگذار بر انتقال جرم اکسیژن تعیینشده و با استفاده از آنالیز ابعادی این پارامترها به یکدیگر مرتبطشده و گروههای بیبعد محاسبه شدند در مرحلهی بعد مشاهدات آزمایشگاهی با استفاده از پردازش تصویر و مشاهدات عددی با استخراج کانتورهای مختلف شرح دادهشدند کانتورهای غلظت اکسیژن محلول نشاندهندهی کمتر بودن غلظت اکسیژن در کف مخزن و بیشتر بودن میزان آن در باالی مخزن است در ادامه اثر هریک از متغیرهای تعیینکننده بر انتقال اکسیژن اندازهگیری و ارزیابی شدند که نتایج بهدست آمده نشاندهندهی اثرات مثبت افزایش دبی هوا عمق قرارگیری دیفیوزر و قطر دیفیوزر بر ضریب انتقال اکسیژن است از سوی دیگر کاهش عرض مخزن و قطر حباب تاثیر بسیار قابلتوجهای بر افزایش ضریب انتقال اکسیژن داشتند درنهایت از دادههای آزمایشگاهی و عددی بهدست آمده برای برازش یک رابطهی بیبعد مناسب برای پیشبینی انتقال جرم اکسیژن استفاده شد پس از استخراج رابطهی نهایی دقت آن با دادههای اندازهگیری شدهی آزمایشگاهی و عددی سنجیدهشد که نشاندهندهی دقت مناسب رابطهی پیشنهادی است برای این رابطه ضریب همبستگی 69 3 محاسبهشده و اکثر دادهها در محدودهی خطای 20 قرار گرفتند از رابطهی پیشنهادی ارائهشده میتوان برای طراحی بهینه سیستمهای هوادهی دیفیوزری و بهینهسازی انتقال اکسیژن استفاده کرد کلمات کلیدی هوادهی انتقال اکسیژن تصفیهی فاضالب دیفیوزر حباب
چكيده انگليسي :
011 Numerical and experimental investigation of oxygen transfer in diffused aeration systems Seyed Mohsen SeyedSharifi M seyed@cv iut ac ir Data of Submission July 2 2019 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisors Masoud Taheriyoun Taheriyoun@cc iut ac irSupervisors Mohammad Reza Chamani mchamani@cc iut ac irAdvisor Milad Aminzadeh m aminzadeh@cc iut ac irAbstractAeration is an important step in water and wastewater treatment processes in which microorganisms break down soluble and insoluble organic constituents and produce biomass The excess biomass sludge produced each day is processed and removed and the treatedeffluent discharged out of the plant Because of the low solubility of oxygen and the consequentlow rate of oxygen transfer required oxygen for the aerobic treatment does not enter the basinthrough normal surface air liquid interface highlighting the need for aeration systems Diffusedaerators have been extensively developed and used since 1980s due to several advantages mostimportantly high oxygenation performance However aeration process can account for up to70 of total energy consumption of a wastewater treatment plant Therefore the proper designof aeration systems and optimizing oxygen transfer can reduce energy consumption andoperation costs as well as guarantee a reliable and efficient treatment Oxygen transfer efficiency depends on many geometric and dynamic factors such as geometryof the tank and diffusers inlet air flow rate and bubble diameter There are numerous empiricalstudies that predict the oxygen transfer process often with focusing on a certain number ofparameters while investigations show that effective parameters must be consideredconcurrently Accordingly conceptual design and process control of the aeration systems arestill based on general empirical guidelines and operators experience With the development and expansion of the computational fluid dynamics tools CFD studyof bubbly flows and oxygen mass transfer has become more convenient and accurate However due to over simplifications and some restrictions in modeling of bubbles and their behavior insome studies they look inadequate and incomplete The current research is aimed at studying the effects of all parameters affecting oxygen transferand thus proposing a correlation to predict oxygen transfer and design diffused aeration systems In this research the main objective of using CFD is to provide a comprehensive and accuratemeans for modeling bubble generation and dispersion based on a robust population balancemodel and modeling oxygen mass transfer based on the standard two phase mass transfer modelknown as two film theory Governing parameters in the oxygen transfer process were determined We then useddimensional analysis to introduce dimensional groups Afterwards the laboratory observationsand numerical results were analyzed based on image processing to obtain various flow andconcentration contours The contours of dissolved oxygen concentration indicated that the DOconcentration is lower at the bottom of the tank Accordingly the effect of each parameter onoxygen mass transfer was measured and evaluated The results revealed that increase in the airflow rate diffuser submergence depth and diffuser diameter have positive effects on oxygentransfer coefficient On the other side decreasing the tank width and bubble diametersignificantly increase oxygen transfer coefficient Finally obtained experimental and numericaldata were fitted to reach a correlation predicting the oxygen mass transfer coefficient Theobtained correlation was evaluated by the measured experimental and numerical data Thecorrelation coefficient was calculated as 0 96 and most data were within the error range of 20 The proposed equation offers a practical means to design the diffused aeration systemsand optimize the oxygen transfer Keywords Aeration Oxygen transfer Wastewater treatment Diffuser ae
استاد راهنما :
مسعود طاهريون، محمدرضا چمني
استاد مشاور :
ميلاد امين زاده
استاد داور :
علي دهنوي، محمدنويد مقيم
