Badania modelowe rozprzestrzeniania się butylohydroksytoluenu (BHT) migrującego z rur polietylenowych (PE-HD) do wody

Widomski, M.; Kowalska, B.; Kowalski, D.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania modelowe rozprzestrzeniania się butylohydroksytoluenu (BHT) migrującego z rur polietylenowych (PE-HD) do wody

Autorzy

Widomski M. , Kowalska B. , Kowalski D.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Model investigations into the propagation of butylated hydroxytoluene (BHT) migrating from high density polyethylene pipes (HDPE) to water

Języki publikacji

Abstrakty

Rury wykonane z polietylenu wysokiej gęstości (PE-HD) są szeroko stosowane do budowy sieci i instalacji wodociągowych. Migracja stosowanych w ich produkcji związków organicznych (zwłaszcza przeciwutleniaczy) ze ścianek przewodów może pogarszać jakość wody wodociągowej. W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych i numerycznych rozprzestrzeniania się butylowanego hydroksytoluenu (BHT) w wodzie, migrującego ze ścianek przewodu z PE-HD. Badania zostały przeprowadzone w zamkniętym układzie laboratoryjnym, w którym krążyła woda ze stałą prędkością przez 72 h. Pomiar zawartości BHT w wodzie wykonano metodą spektometrii mas, natomiast obliczenia modelowe przeprowadzono stosując komercyjny program Fluent (Ansys Inc.), wykorzystując niezbędne dane wejściowe oraz warunki początkowe i brzegowe. Zaobserwowano wyraźny wzrost zawartości BHT w cyrkulującej wodzie, wynikający z migracji tego przeciwutleniacza ze ścianek przewodu z PE-HD do płynącej w nim wody. Uzyskane wyniki obliczeń modelowych zawartości BHT w wodzie wykazały dobrą zgodność z wartościami pomierzonymi w układzie badawczym.

Pipes made of high density polyethylene (HDPE) are widely applied in drinking water distribution systems and household installations. However, the organic com-pounds used for pipe production (especially antioxidants) may migrate from the pipe walls and thus affect the quality of tap water. This paper presents the results of laboratory tests and numerical computations visualizing the propagation of the antioxidant BHT that migrates from the HDPE pipe into the water. Our laboratory test was conducted using a closed-loop setup, where water circulated in the pipe interior with a constant flow velocity for 72 hours. BHT concentration in the water was measured by mass spectrometry, while numerical modeling was carried out using the commercial software Fluent (Ansys Inc.), supported by the input data required, and also the initial and boundary conditions. A noticeable increase was observed in the BHT content of the circulating water, which is attributable to the migration of the antioxidant from the HDPE pipe wall into the flowing water. The values obtained from numerical modeling of BHT concentration in the water were in good agreement with those measured in the laboratory setup.

Słowa kluczowe

woda wodociągowa przeciwutleniacz butylohydroksytoluen modelowanie numeryczne dynamika płynów

tap water antioxidant butylated hydroxytoluene numerical modelling computational fluid dynamics CFD

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2012

Tom

Vol. 34, nr 3

Strony

33--37

Opis fizyczny

Bibliogr. 36 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Widomski M.

autor

Kowalska B.

autor

Kowalski D.

Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Wodociągów i Kanalizacji, ul. Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin, m.widomski@wis.pol

Bibliografia

1. C. ANSELME, K. N’GUYEN, A. BRUCHET, J. MALLEVIALLE: Characterization of low molecular weight products desorbed from polyethylene tubing. Science of Total Environment 1985, Vol. 47, pp. 371–384.
2. D. BROCCA, E. ARVIN, H. MOSBAK: Identification of organic compounds migrating from polyethylene pipelines into drinking water. Water Research 2002, Vol. 36, No. 15, pp. 3675–3680.
3. L. SCHWEITZER, P. TOMBOULIAN, K. ATASI, T. CHEN, D. KHIARI: Utility quick test for analyzing materials for drinking water distribution systems for effect on taste-and-odor. Water Science and Technology 2004, Vol. 49, pp. 75–80.
4. A. KOCH: Gas Chromatographic Methods for Detecting the Release of Organic Compounds from Polymeric Materials in Contact with Drinking Water. Hygiene-Institut des Ruhrgebiets, Gelsenkirchen 2004.
5. M. DENBERG, E. ARVIN, O. HASSAGER: Modeling of the release of organic compounds from polyethylene pipes to water. Journal of Water Supply: Research and Technology – AQUA 2007, Vol. 56, pp. 435–443.
6. M. J. LETHOLA, I. T. MIETTINEN: Microbiology, chemistry and biofilm development in a pilot drinking water distribution system with copper and plastic pipes. Water Research 2004, Vol. 38, pp. 3769–3779.
7. P. TOMBOULIAN, L. SCHWEITZER, K. MULLIN, J. WILSON, D. KHIARI: Materials used in drinking water distribution systems: Contribution to taste-and-odor. Water Science and Technology 2004, Vol. 49, pp. 219–226.
8. T.H. HEIM, A.M. DIETRICH: Sensory aspects and water quality impacts of chlorinated and chloraminated drinking water in contact with HDPE and cPVC pipe. Water Research 2007, Vol. 41, No. 4, pp. 757–764.
9. B. KOŁWZAN: Zastosowanie czujników biologicznych (biosensorów) do oceny jakości wody. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 4, ss. 3–14.
10. J. COMYN: Polymer Permeability. Elsevier, Amsterdam 1985.
11. J.A. BRYDSON: Plastic Materials. 6th ed. Butterworth Heinemann, Oxford 1995.
12. B. KOŁWZAN: Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawania i funkcjonowania. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 4, ss. 3–14.
13. D. BERRY, C. XI, L. BASKIN: Microbial ecology of drinking water distribution systems. Current Opinion in Biotechnology 2006, Vol. 17, pp. 297–302.
14. H. ORTIZ-VAZQUEZ, J. SHIN, H. SOTO-VALDEZ, R. AURAS: Release of butylated hydroxytoluene (BHT) from poly(lactic acid) films. Polymer Testing 2011, Vol. 30, pp. 463–471.
15. E. FRIES, W. PUTTMANN: Monitoring of the antioxidant BHT and its metabolite BHT-CHO in German river water and ground water. The Science of the Total Environment 2004, Vol. 319, pp. 269–282.
16. BHT: The versatile antioxidant for today and tomorrow. Sherwin-Williams Company, Bull. Ox. 12, Cleveland OH, 1992.
17. G.R. MUNAVALLI, M.S. MOHAN KUMAR: Water quality parameter estimation in a distribution system under dynamic state. Water Research 2005, Vol. 39, No. 18, 4287–4298.
18. T.M. WALSKI, D.C. CHASE, D.A. SAVIC: Water Distribution Modeling. Heastad Press, Waterbury, Conn 2001.
19. A. KOTOWSKI, A. PAWLAK, P. WÓJTOWICZ: Modelowanie miejskiego systemu zaopatrzenia w wodę na przykładzie osiedla mieszkaniowego Baranówka w Rzeszowie. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 2, ss. 43–48.
20. U. OLSIŃSKA, K. SKIBIŃSKA: Modelowanie zmian jakości wody w systemie dystrybucji. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 2, ss. 34–40.
21. I. ZIMOCH: Modelowanie zmian zawartości trójhalometanów w wodzie wodociągowej. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 3, ss. 35–42.
22. A. MUSZ, B. KOWALSKA, M.K. WIDOMSKI: Some issues concerning the problems of water quality modeling in distribution systems. Ecological Chemistry and Engineering S 2009, Vol. 16, No. S2, pp. 175–182.
23. J. ŚWIETLIK, U. RACZYK-STANISŁAWIAK, T. LASKOWSKI, J. NAWROCKI: Badania modelowe migracji wybranych pierwiastków z żeliwa i stali do wody na skutek korozji przewodów wodociągowych. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 3, ss. 71–76.
24. A.S. AL-OMARI, M. HANIF CHAUDHRY A. FELLOW: Unsteady-state inverse chlorine modeling in pipe networks. Journal of Hydraulic Engineering 2001, Vol. 127, No. 8, pp. 669–677.
25. N.B. HALLAM, J. WEST, C.J. FORSTER, I. SPENCER: The decay of chlorine associated with the pipe wall in distribution systems. Water Research 2002, Vol. 36, No. 14, pp. 3479–3488.
26. G.I. MUTOTI, J.D. DIETZ, J. AREVALO, J. S. TAYLOR: Combined chlorine dissipation: Pipe material, water quality, and hydraulic effects. Journal American Water Works Association 2007, Vol. 99, No. 10, pp. 96–106.
27. R. FARMER, R. PIKE, G. CHENG: CFD analyses of complex flows. Computers and Chemical Engineering 2005, Vol. 29, pp. 2386–2403.
28. T. NORTON, D.W. SUN: Computational fluid dynamics (CFD) as an effective and efficient design and analysis tool for the food industry: A review. Trends in Food Science & Technology 2006, Vol. 17, pp. 600–620.
29. S.X. LIU, M. PENG: Verification of mass transfer simulation with CFD using highly accurate solutions. Computers and Electronics in Agriculture 2005, Vol. 49, pp. 309–314.
30. H. MOHAMMADI, F. BAHRAMIAN: Boundary conditions in simulation of stenosed coronary arteries. Cardiovascular Engineering 2009, Vol. 9, No. 3, pp. 83–91.
31. L. MA, P.J. ASHWORTH, J.L. BEST, L. ELLIOTT, D.B. INGHAM, L.J. WHITCOMBE: Computational fluid dynamics and the physical modelling of an upland urban river. Geomorphology 2002, Vol. 44, pp. 375–391.
32. P. WESSELING: Principles of Computational Fluid Mechanics. Springer Series in Computational Mathematics, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 2000.
33. Ansys Fluent UDF Manual. Ansys Inc., 2009.
34. B.E. LAUNDER, D.B. SPALDING: The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 1974, Vol. 3, No. 2, pp. 269–289.
35. G. COMINI, S. DEL GIUDICE: A (k-epsilon) model of turbulent flow. Numerical Heat Transfer 1985, Vol. 8, No. 2, pp. 133-147.
36. M.K. WIDOMSKI, B. KOWALSKA, D. KOWALSKI, M. KWIETNIEWSKI, J. CZERWIŃSKI: Modelling the concentration of antioxidant BHT migrating from polyethylene pipe to water. Proceedings of Urban Water Systems Conference (URBAN WATER 2012), New Forest Campus, 2012.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0051-0005