Simulation of the hydrodynamics in wastewater treatment plants using computational fluid dynamics (CFD) tools
Atıksu arıtma tesislerindeki hidrodinamiğin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) araçları kullanarak simülasyonu
- Tez No: 796949
- Danışmanlar: PROF. DR. NURDAN BÜYÜKKAMACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atık su arıtma, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Waste water treatment, Computational fluid dynamics (HAD)
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Atıksu arıtma sistemlerinde etkili kirletici giderimi ve arıtma süreci verimi için uygun hidrodinamik koşullar çok önemlidir. Ancak geçmişte hidrodinamiği optimize etmek etkili analiz araçlarının olmaması sebebiyle bu sorun görmezden gelindiğinden arıtma üniteleri daha büyük tasarlanıyor ve bu da düşük enerji verimliliğine neden oluyordu. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) araçları bu soruna etkili bir çözüm olarak ortaya çıkmış ve mühendislerin arıtma süreçlerindeki akışkan davranışını ve hareketini simüle ve analiz etmelerine imkan sağlamıştır. Hidrodinamiğin optimize edilmesi enerji ihtiyacı ve işletme maliyetlerinin azaltılmasının yanı sıra arıtma veriminin iyileştirilmesinde önemli rol üstlenmektedir; bu da dünyanın karşı karşıya olduğu enerji krizi ile birlikte artan temiz su ve enerji talebi sebebiyle giderek daha önemli hale gelmektedir. Bu tez, aktif çamur sistemi ve son çökeltim havuzlarına odaklanarak atıksu arıtma tesislerinde hidrodinamiğin optimizasyonu için HAD araçları kullanmanın faydalarını araştırmaktadır. Araştırmalar için bir atıksu arıtma tesisi pilot olarak seçilmiştir. Çalışmada, tesisteki havalandırma havuzlarından birinin ve buna bağlı son çökeltim havuzunun kuruya alınabileceğini ortaya konmuştur. Havalandırma havuzundaki karıştırıcıları optimize etmek için yapılan HAD simülasyonları karıştırıcı hızının azaltılmasının proses verimliliğini artırdığı ve enerji tüketimini azalttığını ortaya koymuştur. Ayrıca, son çökeltim havuzundaki kısa devre ve çamur battaniyesinin deformasyonu gibi hidrodinamik sorunları teşhis etmek ve azaltmak için de CFD araçları kullanılmıştır. Tezde üç buluşa imza atılmıştır: Salyangoz ve spiral şekilli çekme boruları ile özgün tasarıma haiz deflektör. Bunlar hidrodinamik koşulları iyileştirirken ve çamur deşarj hızını arttırmaktadır. Tesis için önerilen tedbirler deşarj limitlerini sağlarken biyolojik prosesler için gerekli enerji ve işletme maliyetlerini neredeyse yarı yarıya azalttığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Proper hydrodynamics is crucial in wastewater treatment systems for efficient pollutant removal and treatment process performance. Optimizing hydrodynamics has been a challenge in the past due to the lack of effective analysis tools, resulting in oversized treatment plants and poor energy efficiency. However, Computational Fluid Dynamics (CFD) tools have emerged as an effective solution to this challenge, enabling engineers to simulate and analyze fluid behavior and motion in treatment processes. Optimizing hydrodynamics can minimize energy input, reduce operating costs, and improve treatment performance, which is increasingly important as the world faces an energy crisis and growing demand for clean water and energy. The dissertation investigates the benefits of using CFD to optimize hydrodynamics in wastewater treatment facilities, with a focus on the activated sludge system and secondary clarifiers. A pilot plant for wastewater treatment was used for the investigations. The study revealed that one of the aeration tanks and its clarifier could be left idle. CFD simulations were used to optimize mixer configurations in the aeration tanks, and it was found that reducing the mixer speed improves process efficiency and decreases energy consumption. Besides, CFD tools were used to diagnose and mitigate hydrodynamic problems, such as short-circuiting and sludge blanket deformation, in clarifiers. The dissertation resulted in three main inventions: snail- and spiral-shaped draw-off pipes and a novel deflector, which enhance hydrodynamic conditions and increase sludge discharge capacity. The proposed measures were found to reduce almost half of the energy and operational costs of biological processes while meeting discharge limits.
Benzer Tezler
- Tam ölçekli havalandırma havuzlarının verimliliğini artırmaya yönelik hidrolik ve hidrodinamik özelliklerinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of hydraulic and hydrodynamic properties of full scale aeration tanks to increase their efficiency
DAMLA YILMAZ ÇELİK
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EGEMEN ARAS
DOÇ. DR. BRUñO FRAGA
- Diesel motorları yakıt püskürtme sistemlerinin dinamik simülasyonu
Başlık çevirisi yok
İRFAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT
- New algorithms and techniques for microprocessor-controlled PWM induction drives
Başlık çevirisi yok
OSMAN KÜKRER
Doktora
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. BÜLENT ERTAN
- Barajların hacim-verim ilişkisi üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
MEHMET KILIÇARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
İnşaat MühendisliğiÇukurova Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TEFARUK HAKTANIR