Considerations of impact of Venturi effect on mesophilic digestion

• Autorzy: Machnicka A. , Grübel K. , Mirota K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0039

Warianty tytułu

PL

Rozważania nad wpływem efektu venturiego na fermentację mezofilową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Hydrodynamic cavitation caused by the Venturi effect is one of the most promising methods of sewage sludge pre-treatment. This study has been carried out to investigate the effect of hydrodynamic cavitation on disintegration of activated sludge foam and mesophilic fermentation. Cavitation was generated in standard Venturi tube with the diameter ratio β = d0/d1 = 0.30, working at σ = 0.249. Detailed Computational Fluid Design (CFD) analysis in class of k-∈ model of internal flow has been presented. Obtained analytical investigation results confirmed the effect of strong disruption of microorganism cells and release of free organic substance into the liquid phase. After a short (30 minutes) pre-treatment, chemical oxygen demand increased by 8.63 times while Müller’s disintegration degree was 50%. Moreover, undertaken mesophilic digestion trials brought significant improvement in biogas production.

PL

Kawitacja hydrodynamiczna będąca efektem Venturiego jest jednym z obiecujących sposobów wstępnej obróbki osadów ściekowych. Badania przeprowadzono w celu wykazania wpływu kawitacji hydrodynamicznej na proces dezintegracji piany osadu czynnego i fermentacji mezofilowej. Kawitacja została wygenerowana w standardowej zwężce Venturiego o stosunku średnicy β = d0/d1 = 0,30, pracującej przy σ = 0,249. Szczegółowa analiza Computational Fluid Design (CFD) została przedstawiona w klasie k-Î modelu przepływu wewnętrznego. Uzyskane wyniki analiz potwierdzają efekt silnej destrukcji komórek mikroorganizmów i uwalniania substancji organicznej do fazy płynnej. Po zastosowanej zaledwie 30-minutowej obróbce wstępnej chemiczne zapotrzebowanie tlenu wzrosło 8,63 razy, podczas gdy stopień dezintegracji Müllera wyniósł 50%. Przeprowadzone prace dotyczące fermentacji mezofilowej potwierdziły znaczną poprawę produkcji biogazu.

Słowa kluczowe

EN

hydrodynamic cavitation; Venturi effect; activated sludge foam; mesophilic fermentation

PL

kawitacja hydrodynamiczna; efekt Venturiego; piana osadu czynnego; fermentacja mezofilowa

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 4
• Strony: 645--658
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Machnicka A.

• Faculty of Materials, Civil and Environmental Engineering, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-300 Bielsko-Biała, Poland

autor

Grübel K.

• Faculty of Materials, Civil and Environmental Engineering, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-300 Bielsko-Biała, Poland

autor

Mirota K.

• Faculty of Mechanical Engineering and Computer Sciences, University of Bielsko-Biala, ul. Willowa 2, 43-300 Bielsko-Biała, Poland

Bibliografia

• [1] Müller J. Disintegration as key-step in sewage sludge treatment. Water Sci Technol. 2000;41:123-139.
• [2] Wang F, Lu S, Ji M. Ultrason Sonochem. 2006;13:334-338. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2005.04.008.
• [3] Panico JA, Esposito G, Pirozzi F, Piet NL, Lens PNL. Appl Energy. 2014;123:143-156. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.02.035.
• [4] Suschka J, Machnicka A, Grűbel K. Arch Environ Prot. 2007;33:55-65.
• [5] Grűbel K, Machnicka A, Suschka J. Ecol Chem Eng S. 2009;16:359-367. www.tchie.uni.opole.pl/freeECE/S_16_3/GrubelMachnicka_16(3).pdf.
• [6] Vichare NP, Gogate PR, Pandit AB. Chem Eng Technol. 2000;23:683-690. DOI: 10.1002/1521-4125(200008)23:8<683.
• [7] Kumar PS, Pandit AB. Chem Eng Technol. 1999;22:1017-1027. DOI: 10.1002/(SICI)1521-4125(199912)22:12<1017.
• [8] Kumar PS, Kumar M S, Pandit AB. Chem Eng Sci. 2000;55:1633-1639. DOI: 10.1016/S0009-2509(99)00435-2.
• [9] Karassik IJ, Messina JP, Cooper P, Heald ChC. Pump Handbook. 4th ed. New York: McGraw-Hill; 2008.
• [10] Landau LD, Lifshitz EM. Course of Theoretical Physics. Fluid Mechanics. 2nd ed. Oxford: Elsevier; 2010.
• [11] Brennen ChE. Fundamentals of Multiphase Flow. New York: Cambridge University Press; 2005.
• [12] Brennen ChE. Cavitation and Bubble Dynamics. New York: Oxford University Press; 1995.
• [13] Gogate PR, Pandit AB. Ultrason Sonochem. 2005;12:21-27. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2004.03.007.
• [14] Arrojo S, Benito Y. Ultrason Sonochem. 2008;15:203-211. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2007.03.007.
• [15] Park SH, Suh HK, Lee CS. Energy Fuels. 2008;22:605-613. DOI: 10.1021/ef7003305.
• [16] Sou A, Hosokawa S, Tomiyama A. Int J Heat Mass Transfer. 2007;50:3575-3582. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.12.033.
• [17] Bird RB, Stewart WE, Lightfoot EN. Transport Phenomena. 2nd ed. New York: John Wiley&Sons; 2002.
• [18] Chung TJ. Computational Fluid Dynamics. Cambridge: Cambridge University Press; 2002.
• [19] Drikakis D, Geurts BJ. Turbulent Flow Computation. New York: Kluwer Academic Publishers; 2004.
• [20] Mohammadi B, Pironneau O. Analysis of the K-epsilon Turbulence Model. Chichester: John Wiley&Sons; 1994.
• [21] Barre S, Rolland J, Boitel G, Goncalves E, Patella RF. Eur J Mech B/Fluids. 2009;28:444-464. DOI: 10.1016/j.euromechflu.2008.09.001.
• [22] Wanga G, Senocakb I, Shyyb W, Ikohagic T, Cao S. Prog Aero Sci. 2001;37:551-581. DOI: 10.1016/S0376-0421(01)00014-8.
• [23] Rice EW, Baird RB, Eaton AD, Clesceri LS. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22nd ed. Washington: American Public Health Association; 2012.