Modelowanie fluidyzacji magnetycznej żywicy jonowymiennej MIEX® w układzie oczyszczania wody

• Autorzy: Adamski W. , Mołczan M.

Warianty tytułu

EN

Modelling of magnetic field assisted fluidization of MIEX® ion exchange resin in water treatment system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono zasady procesu MIEX®DOC oraz jego rozwiązania z reaktorem o pełnym wymieszaniu i reaktorem fluidalnym o przepływie tłokowym. Badano wpływ oddziaływania magnetycznego ziaren żywicy MIEX® na jej zdolność do utrzymywania zwartej warstwy w reaktorze fluidalnym. Porównano wyniki symulacji stanu fluidalnego cząstek niemagnetycznych o określonym kształcie, wielkości i gęstości z wynikami eksperymentu z użyciem cząstek o tych samych cechach, lecz mających właściwości magnetyczne. Na tej podstawie określono parametry modelu fluidyzacji złoża jonitu o właściwościach magnetycznych. Wyznaczono wartość stałej oddziaływania magnetycznego (v_M=v_s–v_st) między ziarnami żywicy jonowymiennej, będącej różnicą między pozorną prędkością sedymentacji (gwarantującą utrzymanie konkretnej ekspansji złoża w funkcji prędkości fluidyzacji) a rzeczywistą graniczną prędkością sedymentacji ziaren jonitu (v_st=12 m/h). Wartość stałej oddziaływania magnetycznego, wynosząca 30,5 m/h, obowiązuje przy prędkości fluidyzacji poniżej wartości krytycznej (10 m/h). Opracowany model umożliwia określenie geometrii złoża żywicy w stanie fluidyzacji, której znajomość jest konieczna do analitycznego wyznaczenia sprawności procesu MIEX®DOC z wykorzystaniem modeli matematycznych.

EN

Principles of MIEX®DOC process and its technical solution with a complete-mix reactor and fluidized plug-flow reactor have been discussed. The influence of magnetic interactions between the resin grains on its ability to maintain a compact layer in the fluidized reactor was investigated. The results of fluidized state simulation for nonmagnetic particles of certain shape, size and density were compared with the experimental results received for particles of the same parameters except for being magnetic. On this basis fluidization model parameters for the resin bed with magnetic properties were determined. The magnetic interaction constant (v_M = v_s – v_st) between the ion exchange resin grains was defined as a difference between the actual terminal sedimentation velocity (allowing certain bed expansion as a function of fluidization velocity – ve) and the theoretical terminal sedimentation velocity (v_st= 12 m/h) of the resin grains. The value of constant v_M = 30.5 m/h is obligatory at the fluidization velocities below the threshold (10 m/h). The model developed enables defining the fluidized bed geometry which is necessary for analytical determination of MIEX®DOC process efficiency using mathematical models.

Słowa kluczowe

PL

usuwanie związków organicznych; wymiana jonowa; fluidyzacja żywicy; właściwości magnetyczne

EN

organics removal; ion exchange; resin fluidization; fluidization velocity; magnetic properties

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 36, nr 4
• Strony: 9--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Adamski W.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, wyb. S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Mołczan M.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, wyb. S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. B.E. WATT, R.L. MALCOLM, M.H.B. HAYES, N.W.E. CLARK, J.K. CHAPMAN: Chemistry and potential mutagenicity of humic substances in water from different waters-heads in Britain and Ireland. Water Research 1996, Vol. 30, No. 6, pp. 1502–1516.
• 2. S.D. RICHARDSON: Disinfection by-products and other emerging contaminants in drinking water. Trends in Analytical Chemistry 2003, Vol. 22, No. 10, pp. 666–684.
• 3. G.W. van LOON, S.J. DUFFY: Environmental Chemistry. A global perspective (Chapter 12: Organic matter in water). Oxford University Press, Oxford 2005, pp. 254–272.
• 4. Q. ZHANGA, B. LIUB, Y. LIUC: Effect of ozone on algal organic matters as precursors for disinfection by-products production. Environmental Technology 2014, Vol. 35, pp. 1753–1759.
• 5. C.J. JOHNSON, P.C. SINGER: Impact of a magnetic ion exchange resin on ozone demand and bromate formation during water treatment. Water Research 2004, Vol. 38, No. 17, pp. 3738–3750.
• 6. M. SLUNJSKI, K. CADDE, B. O’LEARY, J. TATTERSALL: MIEX® resin water treatment process. Proc. of conf. 'Aquatech', Amsterdam 2000.
• 7. A.M. KARPIŃSKA, R.A.R. BOAVENTURA, V.J.P. VILAR, A. BIŁYK, M. MOŁCZAN: Applicability of MIEX®DOC process for organic removal from NOM laden water. Environmental Science and Pollution Research 2013, Vol. 20, No. 6, pp. 3890–3899.
• 8. M. MOŁCZAN, M. SZLACHTA: Anion exchange pretreatment for the removal of natural organic matter from humic reach water. Water Science and Technology: Water Supply 2011, Vol. 11, No. 6, pp. 699–710.
• 9. M. SLUNJSKI, M. BOURKE, H. NGUYEN, M. BALLARD, J. MORRAN, D. BURSILL: MIEX®DOC Process – A New Ion Exchange Process. Orica Watercare, 1999.
• 10. B. SANI, E. BASILE, C. LUBELLO, L. ROSSI: Effects of pre-treatment with magnetic ion exchange resins on coagulation/flocculation process. Water Science & Technology 2008, Vol. 57, No. 1, pp. 57–64.
• 11. R. ZHANG, S. VIGNESWARAN, H. NGO, H. NGUYEN: Fluidized bed magnetic ion exchange (MIEX®) as pre-treatment process for a submerged membrane reactor in wastewater treatment and reuse. Desalination 2008, Vol. 227, No. 1–3, pp. 85–93.
• 12. T.V. NGUYEN, R. ZHANG, S. VIGNESWARAN, H.H. NGO, J. KANDASAMY, P. MATHES: Removal of organic matter from effluents by Magnetic Ion Exchange (MIEX®). Desalination 2011, Vol. 276, No. 1–3, pp. 96–102.
• 13. R. HAUSMANN, C. HOFFMANN, M. FRANZREB, W.H. HÖLL: Mass transfer rates in a liquid magnetically stabilized fluidized bed of magnetic ion-exchange particles. Chemical Engineering Science 2000, Vol. 55, No. 8, pp. 1477–1482.
• 14. G. TCHOBANOGLOUS, E. SCHROEDER: Water Quality. Addison-Wesley Publishing Company, Reading (MA) 1987.
• 15. W. ADAMSKI: Modelowanie systemów oczyszczania wód. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.
• 16. G.M. FAIR, J.C. GEYER: Water and Wastewater Engineering – Water Purification and Wastewater Treatment and Disposal. John Wiley and Sons, New York 1968.
• 17. T.H. BOYER, C.T. MILLER, P.C. SINGER: Modeling the removal of dissolved organic carbon by ion exchange in a completely mixed flow reactor. Water Research 2008, Vol. 42, No. 8–9, pp. 1897–1906.
• 18. H. STEINHAUS: Mathematical Snapshots. 3rd ed. New York, Dover 1999, pp. 202–203.
• 19. C.A. ROGERS: The packing of equal spheres. Proceedings of the London Mathematical Society 1958, Vol. 3–8, No. 4, pp. 609–620.
• 20. M. MOŁCZAN: Wpływ zjawiska pęcznienia na pomiar dawki żywicy jonowymiennej MIEX® (Influence of swelling phenomenon on MIEX® ion exchange resin dose accuracy). Ochrona Środowiska 2013, vol. 35, nr 2, ss. 9–13.