Evaluation of transport mechanism of contaminant particles in small water systems in Poland

• Autorzy: Hofman A. , Sowiński J. , Dziubiński M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/eces-2015-0023

Warianty tytułu

PL

Ocena występowania mechanizmów transportu osadów w małych systemach wodociągowych w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The change in water quality in small water systems is strongly affected by sediment particles. Their transport, deposition and re-suspension due to variability in water demand has a significant impact on the change in water quality. Two significant mechanism of deposit transport and deposition i.e. turbophoresis and turbulent diffusion have been described in the literature. The paper presents the mechanisms of turbophoresis and turbulent diffusion. These phenomena have an impact on the quality of water in small water systems. The aim of the study is to propose procedures of identifying areas of mechanism of particle movement and their accumulation in small water system networks. Simulation of the flow of small water-pipe network at Niewiesz was used for the study. That water pipeline is situated in the central Poland. Many rural areas in Poland have a similar architecture. Modeling of movement of contaminant in close wall areas in pipelines is presented. The article presents the discussion concerning the areas where the mechanisms of turbophoresis and turbulent diffusion occur in the transport of solid particles in water supply systems. The relations between deposition and transporting of particles in turbulent flows depend on a number of parameters, including: particle size, localization of particles in the pipe (at given time), as well as the turbulence of flow. These parameters change depending on the water demand. The type of these changes depends on pipe diameters, material from which the pipes and the fittings are made, water demand and initial quality of water.

PL

Na zmianę jakości wody w sieciach wodociągowych wpływają cząstki osadów obecnych w przewodach. Ich transport, osadzanie i ponowne wprowadzanie powodowane są zmiennością zapotrzebowania na wodę, mają więc znaczny wpływ na zmianę jakości wody. W literaturze zostały opisane dwa mechanizmy transportu i depozycji cząstek - turboforeza oraz turbulentna dyfuzja. Artykuł prezentuje występowanie obszarów mechanizmów turboforezy i turbulentnej dyfuzji na przykładzie małych sieci wodociągowych. Wymienione zjawiska mają wpływ na zmianę jakości wody w systemach wodociągowych. Celem pracy było zaproponowanie procedury identyfikacji mechanizmów transportu cząstek oraz ich akumulacji w małych sieciach wodociągowych. W tym celu wykorzystano symulacje małej sieci wodociągowej w miejscowości Niewiesz. Wodociąg ten umiejscowiony jest w centralnej części Polski. Jest to układ wodociągu typowy dla zabudowy wiejskiej. Artykuł prezentuje mechanizm turbulentnej dyfuzji oraz turboforezy, a także modelowanie transportu cząstek w obszarach przyściennych rur wodociągowych. Związek pomiędzy depozycją i transportem zależny jest od wielu parametrów: rozmiaru cząstki, aktualnego miejsca przebywania cząstki (w danej chwili) w przewodzie oraz od turbulencji przepływu. Parametry te ulegają zmianie na skutek zmian w poborze wody. Rodzaj tych zmian zależy od średnicy rury, materiału rury i armatury, zapotrzebowania na wodę oraz jakości początkowej wody.

Słowa kluczowe

EN

turbophoresis; turbulent diffusion; water contaminant; EPANET

PL

turboforeza; turbulentna dyfuzja; zanieczyszczenia w wodzie; EPANET

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 3
• Strony: 411--423
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hofman A.

• Department of Chemical Engineering, Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland, phone [phone], fax [phone]

autor

Sowiński J.

• Department of Chemical Engineering, Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland, phone [phone], fax [phone]

autor

Dziubiński M.

• Department of Chemical Engineering, Faculty of Process and Environmental Engineering, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, Poland, phone [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] van Thienen P, Vreeburg JHG, Blokker EJM. Radial transport processes as a precursor to particle deposition in drinking water distribution system. Water Res. 2011;45:1807-1817. DOI:10.1016/j.watres.2010.11.034.
• [2] Vreeburg JHG, Boxall JB. Discolouration in potable water distribution systems: review. Water Res. 2007;41:519-529. DOI: 10.1016/j.watres.2006.09.028.
• [3] Vreeburg JHG, Scjippers D, Verberk JQJC, van Dijk JC. Impact of particles on sediment accumulation in a drinking water distribution system. Water Res. 2008;42:4233-4242. DOI:10.1016/j.watres.2008.05.024.
• [4] Young J, Leeming A. A theory of particle deposition In turbulent pipe flow. J Fluid Mech. 1997;340:129-159. DOI: 10.1017/S0022112097005284.
• [5] Guha A. A unified Eulerian theory of turbulent deposition to smooth and rough surfaces. J Aero Sci. 1997;28(8):1517-1537. DOI: 10.1016/S0021-8502(97)00028-1.
• [6] Zanoun E, Durst F. Evaluating the law of the wall in two-dimensional fully developed turbulent pipe flows. Phys Fluids. 2003;15(10):3079-3088. DOI: 10.1063/1.1608010.
• [7] Zanoun E, Durst F, Bayoumy O, Al-Salaymeh A. Wall skin friction and mean velocity profiles for fully developed turbulent pipe flows. Exp Therm Fluid Sci. 2007;32:249-261. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2007.04.002.
• [8] Zhu HP, Zhou ZY, Yang RY, Yu AB. Discrete particle simulation of particulate systems: theoretical developments. Chem Eng Sci. 2007;62:3378-3396. DOI: 10.1016/j.ces.2006.12.089.
• [9] Zou XY, Cheng H, Zhang CL, Zhao YZ. Effects of the Magnus and Saffman forces on saltation trajectories of sand grain. Geomorphology. 2007;90:11-22. DOI: 10.1016/j.geomorph.2007.01.006.
• [10] Rubinow SI, Keller JB. The transverse force on spinning sphere moving in a viscous fluid. J Fluid Mech. 1961;11:447-459. DOI: 10.1017/S0022112061000640.
• [11] Saffman PG. The lift of on small sphere in a slow shear flow. J Fluid Mech. 1965;22(2):385-400. DOI: 10.1017/S0022112065000824.
• [12] Saffman PG. Corrigendum to "The lift on a small sphere in a slow shear flow". J Fluid Mech. 1968;31,624-624. DOI: 10.1017/S0022112068999990.
• [13] Odar F. Verification of proposed equation for calculation of forces on a sphere accelerating in a viscous fluid. J Fluid Mech. 1966;25:591-592. DOI: 10.1017/S0022112066000272.
• [14] Odar F, Hamilton W. Forces on sphere accelerating in a viscous fluid. J Fluid Mech. 1964;18(2):302-314. DOI: 10.1017/S0022112064000210.
• [15] Li A, Ahmadi G. Dispersion and deposition of spherical particles form point sources in a turbulent channel flow. Aero Sci Techn. 1992;16:209-226. DOI: 10.1080/02786829208959550.
• [16] Guha A. Transport and deposition of particles in turbulent and laminar flow. Ann Rev Fluid Mech. 2008;40:311-341. DOI: 10.1146/annurev.fluid.40.111406.102220.
• [17] Tian L, Ahmadi G. Particle deposition in turbulent flows - comparisons of different model predictions. J Aero Sci. 2007;38:377-397. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2006.12.003.
• [18] Hinds WC. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. New York: Wiley; 1984.
• [19] Rossman LA. EpaNet 2 Users Manual, Water Supply and Water Division National Risk Management Research Cincinnati, OH 45268, Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency 2000. EPA/600/R-00/057.