Model matematyczny procesu koagulacji/flotacji ciśnieniowej (DAF) oparty na prawie zachowania pędu

• Autorzy: Rybachuk Yurii , Jodłowski Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2019.1.7

Warianty tytułu

EN

Mathematical model of the coagulation/dissolved air flotation (DAF) process based on the conservation of momentum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Uruchomienie nowych instalacji flotacji ciśnieniowej (DAF) i optymalizacja już istniejących instalacji tego rodzaju wymaga przeprowadzenia szeregu badań laboratoryjnych i pilotowych. Takie badania są kosztowne i pracochłonne. Wykorzystując zasady modelowania matematycznego, można zminimalizować zarówno koszty, jak i czas prowadzenia badań. W niniejszej pracy przedstawiono propozycję wykorzystania opracowanego modelu matematycznego procesu DAF w oparciu o prawo zachowania pędu (impulsu) i równania Naviera-Stokesa. Model pozwala opisać relacje kinetyczne pomiędzy strumieniem wody, pęcherzykami powietrza i agregatami powstającymi w wyniku koagulacji zanieczyszczeń wód powierzchniowych. Model uwzględnia wymianę impulsów między różnymi fazami w wyniku przepływu laminarnego i turbulentnego. Opracowany model posłużył do przygotowania symulacyjnego programu komputerowego. W celu sprawdzenia aplikacyjności modelu przeprowadzono testy laboratoryjne w warunkach statycznych, których wyniki wykazały przydatność modelu do analizy skuteczności usuwania fazy stałej z wody w procesie koagulacja//flotacja ciśnieniowa wykorzystywanym w uzdatnianiu wód powierzchniowych.

EN

The launch of new pressure flotation installations (DAF) and the optimization of existing installations of this type requires a number of laboratory and pilot plant tests. Such studies are expensive and labor-intensive. Using the principles of computer modelling it would be possible to minimize both costs and time of conducting research. This paper presents a proposal to use the developed mathematical model of the DAF process based on the law of conservation of momentum (impulse) and the Navier-Stokes equation. The model allows to describe the kinetic relations between the water stream, air bubbles and aggregates arising as a result of coagulation of surface water pollution. The model takes into account the exchange of impulses between different phases as a result of laminar and turbulent flow. The developed model was used to prepare a simulation computer program. In order to check the applicability of the model, laboratory tests were carried out under static conditions, the results of which demonstrated the suitability of the model for analyzing the effectiveness of solid phase removal from water in the coagulation/dissolved air flotation process used in surface water treatment.

Słowa kluczowe

PL

uzdatnianie wód powierzchniowych; koagulacja; flokulacja; flotacja ciśnieniowa; modelowanie komputerowe

EN

surface water treatment; coagulation; flocculation; dissolved air flotation; computer modelling

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 22, nr 1
• Strony: 75--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il. kolor., rys.

Twórcy

autor

Rybachuk Yurii

• Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, al. Politechniki 6, 90-924 Łódź

autor

Jodłowski Andrzej

• Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, al. Politechniki 6, 90-924 Łódź

Bibliografia

• [1] Crossley I., Valade M., A review of the technological developments of dissolved air flotation, J. Wat. Supply Res. Techn. - AQUA 2006, 55, 7, 8, 479-491.
• [2] Feke D., Schowalter W., The influence of Brownian diffusion on binary flow-induced collision rates in colloidal dispersion, J. Coll. Inter. Sci. 1985, 106, 1, 203-214.
• [3] Heinanen J., Jokela P., Ala-Peijari T., Use of dissolved air flotation in potable water reatment in Finland, Wat. Sci. Tech. 1995, 31, 3-4, 225-238.
• [4] Edzwald J., Principles and applications of dissolved air flotation, Wat. Sci. Tech. 1995, 31, 3-4, 1-23.
• [5] Edzwald J., Dissolved air flotation and me, Wat. Res. 2010, 44, 2077-2106.
• [6] Fukushi K., Tambo N., Matsui Y., A kinetic model for dissolved air flotation in water and wastewater treatment, Wat. Sci. Tech. 1995, 31, 3-4, 37-47.
• [7] Leito F., Bueno C., Da Róz A., Ziemath E., Oliviera Jr. O., Theoretical models for surface forces and adhesion and their measurement using atomic force microscopy, Int. J. Mol. Sci. 2012, 13, 12773-12856.
• [8] Rybachuk Y., Jodłowski A., Computer simulation of the aggregates formation during flocculation process, E3S Web of Conferences, 2018, 44, https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184400154
• [9] Haarhoff J., Steinbach S., A model for the prediction of the air composition in pressure saturators, Wat. Res. 1996, 30, 12, 3074-3082.
• [10] Haarhoff J., Steinbach S., A comprehensive method for measuring the air transfer efficiency of pressure saturators, Wat. Res. 1997, 31, 5, 981-990.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).