تحلیل هیدرودینامیکی فرایند تصفیة پساب پالایشگاهی در یک راکتور UASB با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله علمی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکدة مهندسی شیمی

چکیده

امروزه با گسترش صنعت، پساب‌های مخرب محیط زیست فراوانی تولید می‌شود. در میان روش‌های تصفیة پساب، به روش‌های بی‌هوازی به دلیل مزایای فراوان توجه بسیاری شده است. در بین سیستم‌های بی‌هوازی، راکتور بی‌هوازی جریان بالارو در این زمینه قابلیت‌های بسیاری دارد. در این تحقیق، با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی، هیدرودینامیک راکتور سه فازی مطالعه شده است. نتایج اولیة این تحقیق نشان داد که هندسة سه‌بعدی بیوراکتور نسبت به دو‌بعدی آن با دقت بیشتری رفتار هیدرودینامیکی فازها در فرایند تصفیة پساب را پیش‌بینی می‌کند. بنابراین راکتور سه‌بعدی مبنای شبیه‌سازی‌ها قرار گرفت. برهم‌کنش فازها بر اساس مدل اولرین بررسی و برای اعتبارسنجی مدل شبیه‌سازی شد، سپس نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده است. درصد کاهش COD و میزان تولید بیوگاز همخوانی خوبی با نتایج آزمایش دارد. بررسی نتایج عددی در ارتفاع‌های مختلف راکتور نشان می‌دهد که کانالیزه‌شدن جریان در ارتفاع 20-40 سانتی‌متری مشهود است و وجود گرانول در این راکتور سبب به‌وجود‌آمدن یک الگوی نامنظم جریان می‌شود. همچنین افزایش زمان ماند در راکتور به تولید بیشتر بیوگاز و در نتیجه کاهش بیشتر COD منجر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hydrodynamics Investigation of Refinery Effluent Treatment in a UASB Reactor Using CFD Technique

نویسندگان [English]

  • Reza Heidari
  • Seyyed Mohammad Mousavi
  • Arezou Jafari
  • Seyed Omid Rastegar
Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Tarbiat Modares University,
چکیده [English]

Nowadays, with the industry development, a lot of waste is produced damaging the environment. Among wastewater treatment methods, anaerobic techniques have been highly regarded due to numerous advantages. In anaerobic systems, upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor has many features. In this study using computational fluid dynamics techniques, three-phase reactor hydrodynamics in two and three dimensions have been studied. Initial results showed that the geometry of three-dimensional compared to its two-dimensional, more accurately predict hydrodynamics behavior in the process of wastewater treatment, so simulations were conducted based on a three-dimensional reactor. Interaction between phases was surveyed based on Eulerian model and for validation of the simulation model, the numerical results were compared with experimental data. COD removal and biogas production rates agree well with the results of the experiments. Evaluating numerical results show that the channel flow at heights of 20-40 cm occurs and presence of granules in the reactor causes an irregular pattern flow. Increasing residence time in the reactor lead to greater production of biogas and thus further reduction of the COD was occurred.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational Fluid Dynamics
  • eulerian model
  • upflow anaerobic Sludge blanket
  • Wastewater treatment
  • Biogas
                Vazquez, D., Quintero, R., (2004), “Petroleum biotechnology developments and perspectives”, mexico: Elsevier,.

[2]           Field, Sd., Marks, Re., Wojtanowics, Ak., (1991), “Advanced biological treatment and separation of hazardous constituents from petrochemical sludges”, Journal of Hazardous Materials,Elsevier,Vol.28 ,No.2, pp.101-113.

[3]           Seghezzo. L,(1998), A Review: “The anaerobic treatment of sewage in UASB and EGSB reactors”, Bioresourcetechnology, Vol.65 ,No.3, pp.175-190.

[4]           Puyol, D., Mohedano, A.F., Sanz, J.L., Rodriguez, J.J, (2009) “Comparison of UASB and EGSB performance on the anaerobic biodegradation of 2,4-dichlorophenol”, Chemosphere, Vol.76 , NO.9, pp.1192–1198.

[5]           Lim J.S,(2006), “Comparisons between the UASB and the EGSB reactor”.

[6]           Tli. J., HengYeoh,G.,(2008),  “Computational fluid dynamics a practical approach”, USA: Elsevier.

[7]           Craig, KJ., Nieuwoudt, MN., Niemand, LJ., (2013), “CFD Simulation Of Anaerobic Digester With Variable Sewage Sludge Rheology”, Water Research,Vol.47, No.13,pp.4485-4497.

[8]      رستگار، ا.، (1390) " بهینه سازی عوامل موثر در فرایند تصفیه بیولوژیکی پساپ پالایشگاه ها با اسفاده از سامانه ترکیبی بیوراکتورهای بی هوازی جریان بالارو بستر اکنده"، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس.          

[9]           Patel, G.N.,(2010), “CFD Simulation of Two-Phase And Three-Phase Flows In Internal-Loop Airlift Reactors, Master’s thesis, Department of Mathematics and Physics”, Lappeenranta University of Technology.

[10]          Duangkhamchan, W., Ronsse, F., Dewettinck, K., (2011), “CFD study of solids concentration in a fluidized-bed coater with variation of atomization air pressure”, Powder Technology, Vol.212, No.1, pp.103-114.

[11]      هاشم آبادی،ح.، دهنوی،م.ع.، (1390)، "شبیه سازی جریان‌های چند فازی با نرم افزار FLUENT"، انتشارات اندیشه سرا، چاپ اول.

 [12]        Ranade. K., Vivek. V., (2002), “Computational flow modeling for chemical reactor engineering”, San Diego, California : Academic Press.

[13]         FLUENT 6.3 User’s Guide,(2006),  FLUENT Inc..

[14]         Elghobashi S.E., Abouarab T.W., (1983), “A 2-Equation Turbulence Model For 2-Phase Flows”, Physics of Fluids.Vol.26, No.4, pp.931–8.

[15]         Wang, X.,Ding, J., Ren,N., Liu, B., (2009), “CFD simulation of an expanded granular sludge bed (EGSB) reactor for biohydrogen production”, International Journal of Hydrogen Energy,Vol34, No.24, pp. 9686–9695.

[16]         Yu L., Hai-Lou X., Shu-Fang Y., Joo H., (2003), “Mechanisms and models for anaerobic granulation in upflow anaerobic sludge blanket reactor”, Water Research, Vol.37, No.3, pp.661–673, 2003.

[17]         Ren,TT., Mu, Y., Ni, BJ., Yu, HQ., (2009), “Hydrodynamics Of  Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors” , AICHE Journal,Vol.55, No.2, pp1124-37.

[18]       Narnoli, S., Mehrotra, I., (1997), “Sludge Blanket of UASB Reactor: Mathematical Simulation, Pergamon”, Vol.31, No.4, pp.715-26.