Application of numerical modeling in quantitative assessment of BHT dispersion in PE-HD pipes

• Autorzy: Musz A. , Kowalska B.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0012

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie modelowania numerycznego w ilościowej ocenie transportu BHT w przewodach PE-HD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

PE-HD water pipes are exposed to adverse environmental conditions, both during production and their subsequent use in the civil engineering. Several organic compounds migrating into water may lead to deterioration of water quality, especially its taste and odour. Commonly used antioxidant BHT and its products of degradation are leached into water as a result of degradation of the PE-HD pipes material. This paper presents the results of laboratory tests of BHT concentration changes in water circulating in the PE-HD close loop pipe of 30 m length as well as of numerical studies based on data obtained by the laboratory measurements. Numerical calculations were performed using the commercial software Fluent, Ansys Inc., based on the computational fluid dynamics (CFD) principles. The analysis of water samples confirmed the migration of the antioxidant from the pipe material into the water. The results of numerical analysis gave good agreement with the measured values.

PL

Przewody wodociągowe wykonane z PE-HD narażone są na wpływ niekorzystnych warunków zewnętrznych zarówno na etapie produkcji, jak i ich późniejszego wykorzystania w budownictwie. Związki organiczne migrujące do wody mogą powodować zmianę jej właściwości organoleptycznych, pogorszenie smaku i zapachu. W wyniku degradacji materiału przewodów do wody wymywany jest m.in. powszechnie stosowany przeciwutleniacz BHT lub produkty jego degradacji. W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych zmian stężenia BHT w wodzie krążącej w przewodach z PE-HD oraz badań numerycznych. Obliczenia numeryczne wykonano z wykorzystaniem komercyjnego programu Fluent, Ansys Inc., bazującego na obliczeniowej dynamice płynów (CFD). Analiza próbek wody potwierdziła migrację przeciwutleniacza z materiału rury do wody. Wyniki analiz numerycznych dały dobrą zgodność z wartościami pomierzonymi.

Słowa kluczowe

EN

antioxidants migration; BHT; PE-HD pipe; numerical modelling

PL

migracja przeciwutleniaczy; BHT; rura PE-HD; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 2
• Strony: 219--229
• Opis fizyczny: Bibliogr. 57 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Musz A.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, Poland, phone [phone]

autor

Kowalska B.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, Poland, phone [phone]

Bibliografia

• [1] Kwietniewski M. Rurociągi polietylenowe w wodociągach i kanalizacji - rozwój rynku w Polsce i niezawodność funkcjonowania. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. 2004;3:78-82.
• [2] Castagnetti D, Mammano GS, Dragoni E. Polym Test. 2011;30:277-285. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2010.12.001.
• [3] Hassinen J, Lundback M, Ifwarson M, Gedde UW. Polym Degrad Stabil. 2004;84:261-267. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.02.009.
• [4] Thörnblom K, Palmlöf M, Hjertberg T. Polym Degrad Stabil. 2011;96(10):1751-1760. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.07.023.
• [5] Haider N, Karlsson SJ. Appl Polym Sci. 2002;85:974-988. DOI: 10.1002/app.10432.
• [6] Brocca D, Arvin E, Mosback H. Water Res. 2002;36:3675-3680. DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00084-2.
• [7] Marcato B, Guerr AS, Vianello M, Scalia S. Int J Pharmaceut. 2003;257:217-225. DOI: 10.1016/S0378-5173(03)00143-1.
• [8] Tomboulian P, Schweitzer L, Mullin K, Wilson J, Khiari D. Materials used in drinking water distribution systems: contribution to taste-and-odor. Water Sci Technol. 2004;49:219-226.
• [9] Gather R, Muller H. Plastic additives in polyolefin additive analysis. J Liq Chromatogr. 1993;16:1625-1638.
• [10] Marcato B, Vianello M. J Chromatogr A. 2000;869:285-300. DOI: 10.1016/S0021-9673(99)00940-1.
• [11] Farmer R, Pike R, Cheng G. Comput Chem Eng. 2005;29: 2386-2403. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2005.05.022.
• [12] Łużny W. Wstęp do nauki o polimerach. Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Techniczne AGH; 1999.
• [13] Ritter A, Michel E, Schmid M, Affolter S. Pol Test. 2005;24:498-506. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2004.11.012.
• [14] Pospíšil J. Chemical and photochemical behaviour of phenolic antioxidants in polymer stabilization - a state of the art report, Part I. Polym Degrad Stabil. 1993;40(2):217-232.
• [15] Vulic I, Vitarelli G, Zenner JM. Polym Degrad Stabil. 2002;78:27-34. DOI: 10.1016/S0141-3910(02)00115-5.
• [16] Pinto AM. Quantitative Analysis of Antioxidants from High Density Polyethylene (HDPE) by off-line Supercritical Fluid Extraction Coupled High Performance Liquid Chromatography. Blacksburg, Virginia: Master of Science in Chemistry; 1997.
• [17] Denberg M, Arvin E, Hassager O. J Water Supply: Res T - AQUA. 2007;56:435-443. DOI: 10.2166/aqua.2007.020.
• [18] Koch A. Gas Chromatographic Methods for Detecting the Release of Organic Compounds from Polymeric Materials in Contact with Drinking Water. Gelsenkirchen, Germany: Hygiene-Institut des Ruhrgebiets; 2004.
• [19] Schweitzer L, Tomboulian P, Atasi K, Chen T, Khiari D. Utility quick test for analyzing materials for drinking water distribution systems for effect on taste-and-odor. Water Sci Technol. 2004;49:75-80.
• [20] Lehtola MJ, Miettinen IT, Keina¨nen MM, Kekki T, Laine O, Hirvonen A, et al. Water Res. 2004;38(17):3769-3779. DOI: 10.1016/j.watres.2004.06.024.
• [21] Heim TH, Dietrich AM. Water Res. 2007;41:757-764. DOI: 10.1016/j.watres.2006.11.028.
• [22] Skjevrak I, Due A, Gjerstad KO, Herikstad H. Water Res. 2003;37:1912-1920. DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00576-6.
• [23] Mikami N, Gomi H, Miyamoto J. Studies on degradation of 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (BHT) in the environment. Part-I: degradation of 14C-BHT in soil. Chemosphere. 1979;5:305-310.
• [24] Matsuo M, Mihara K, Okuno M, Ohkawa H, Miyamoto J. Food Chem Toxicol. 1984;22:345-354. DOI: 10.1016/0278-6915(84)90362-4.
• [25] Fernandez-Alvarez M, Lores M, Jover E, Garcia-Jares C, Bayona JM, Llommpart M. J Chromatogr A. 2009;1216:8969-8978. DOI: 10.1016/j.chroma.2009.10.047.
• [26] Ortiz-Vazquez H, Shin J, Soto-Valdez H, Auras R. Polym Test. 2011;30:463-471. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2011.03.006.
• [27] Fries E, Puttmann W. Sci Total Environ. 2004;319:269-282. DOI: 10.1016/S0048-9697(03)00447-9.
• [28] BHT: The versatile antioxidant for today and tomorrow. Sher-win-Williams Company, Bull. Ox. 12, Cleveland: 1992.
• [29] Rossman LA, Boulos PF, Altman T. J Water Res Plan Man. 1993;119(5):505-517. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9496(1993)119:5(505).
• [30] Kowalska B, Musz A, Kowalski D. Water quality modeling in a part of a real distribution system. Case studies. Polish J Environ Stud. 2009;18(3A):169-175.
• [31] Zimoch I. Modelowanie zmian zawartości trójhalometanów w wodzie wodociągowej. Ochr Środow. 2011;33(3):35-42.
• [32] Farmer R, Pike R, Cheng G. Comput Chem Eng. 2005;29:2386-2403. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2005.05.022.
• [33] Widomski M, Kowalska B, Musz A. Ecol Chem Eng A. 2013;1(20):99-108. DOI: 10.2428/ecea.2013.20(01)011.
• [34] Farmer R, Pike R, Cheng G. Comput Chem Eng. 2005;29:2386-2403. DOI:10.1016/j.compchemeng.2005.05.022.
• [35] Dufresne M, Vazquez J, Terfous A, Ghenaim A, Poulet JB. Comput Fluids. 2009;38:1042-1049. DOI: 10.1016/j.compfluid.2008.01.011.
• [36] Rauen WB, Lin B, Falconer RA, Teixeira EC. Chem Eng J. 2008;137:550-560. DOI: 10.1016/j.cej.2007.05.011.
• [37] Ho J. Water Sci Technol. 2011;63(12):3020-3026. DOI: 10.2166/wst.2011.638.
• [38] LeMoullec Y, Gentric C, Potier O, Leclerc JP. Chem Eng Sci. 2010;65:343-350. DOI: 10.1016/j.ces.2009.06.035.
• [39] Chen J, Deng B, Kim ChN. Chem Eng Sci. 2011;66:4983-4990. DOI: 10.1016/j.ces.2011.06.043.
• [40] Ahmad AL, Lau KK, Bakar A, Shukor A. Comput Chem Eng. 2005;29:2087-2095. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2005.06.001.
• [41] Norton T, Sun DW. Trends Food Sci Tech. 2006;17:600-620. DOI: 10.1016/j.tifs.2006.05.004.
• [42] Mohammadi H, Bahramian F. Cardiovasc Eng. 2009;9(3):83-91. DOI: 10.1007/s10558-009-9078-z.
• [43] Ma L, Ashworth PJ, Best JL, Elliott L, Ingham DB, Whitcombe LJ. Geomorphology. 2002;44:375-391. DOI: 10.1016/S0169-555X(01)00184-2.
• [44] Liu SX, Peng M. Comput Electron Agr. 2005;49:309-314. DOI: 10.1016/j.compag.2005.05.003.
• [45] Janowska J, Widomski MK, Iwanek M, Musz A. Environ Eng IV. 2013:41-49. DOI: 10.1201/b14894-8.
• [46] Widomski MK, Kowalska B, Kowalski D. Badania modelowe rozprzestrzeniania się butylohydroksytoulenu (BHT) migrującego z rury polietylenowej (PE-HD) do wody. Ochr Środow. 2012;3(34):33-37.
• [47] Craft TJ, Gant SE, Iacovides H, Launder BE. Numer Heat Tr, Part B. 2004;45:301-318. DOI: 10.1080/10407790490277931.
• [48] Choi YD, Iacovides H, Launder BE. J Fluid Eng. 1989;111:59-68. DOI: 10.1115/1.3243600.
• [49] Wesseling P. Principles of Computational Fluid Mechanics. Springer Series in Computational Mathematics 2000;29:167-188.
• [50] Ansys Fluent CFD Manual, 2009.
• [51] Widomski M, Kowalska B, Kowalski D, Czerwiński J, Kwietniewski M. Urban Water. 2012:49-62. DOI: 10.2495/UW120051.
• [52] Launder BE, Sharma BI. Letters in Heat and Mass Transfer. 1974;1(2):131-137. DOI: 10.1016/0094-4548(74)90150-7.
• [53] Puzyrewski R, Sawicki JM. Podstawy mechaniki płynów i hydrauliki. Wyd. III. Warszawa: Wyd Nauk PWN; 2000.
• [54] Bardina JE, Huang PG, Coakley TJ. Turbulence Modeling Validation, Testing, and Development, Moffett Field, California: NASA Technical Memorandum 1997.
• [55] Dong W, Gijsman P. Polym Degrad Stabil. 2010;95:955-959. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.03.020.
• [56] Saulov DN, Watanabe S, Yin J, Klimenko DA, Hooman K, Feng B, et al. Energies. 2014;7:1899-1916. DOI: 10.3390/en7041899.
• [57] Telenta M, Duhovnik J, Kosel F, Šajn V. J Wind Eng Ind Aerod. 2014;124:99-108. DOI: 10.1016/j.jweia.2013.11.010.