Geri Dön

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

  1. Tez No: 796949
  2. Yazar: EMRE KÖKEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURDAN BÜYÜKKAMACI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 141

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

  1. Numerical simulations of eutrophication processes in İzmir Bay with a coupled three dimensional eco-hydrodynamic model

    Üç boyutlu bütünleşik eko-hidrodinamik model ile İzmir Körfezi'nde ötrofiksyon sürecinin sayısal benzeşimleri

    ÖZGE YELEKÇİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Deniz BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fiziksel Oşinografi Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. BETTİNA FACH SALİHOĞLU

    DR. VALERİA IBELLO

  2. Hydrodynamics of Canal İstanbul and its impact on the Bosphorus and northern marmara sea

    Kanal İstanbul'un hidrodinamiği ve İstanbul Boğazı ve Kuzey Marmara Denizi üzerine etkisi

    ŞEHRİBAN SAÇU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Deniz Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TARKAN ERDİK

  3. CaCO3 çökelmesinin çatlaklı ortamda akış davranışına etkilerinin incelenmesi

    Investigation of CaCO3 precipitation's impact on flow behavior in fractured models

    EDA AY DİLSİZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM METİN MIHÇAKAN

  4. Darpa suboff formunun lineer hidrodinamik katsayıları üzerindeki ölçek etkisi

    Scale effects on the linear hydrodynamic coefficients of darpa suboff

    FURKAN KIYÇAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER KEMAL KINACI

  5. Numerical simulation of free surface flows at fish passages

    Balık geçitlerindeki serbest yüzeyli akımın sayısal benzetimi

    KEREM ÖZKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. METE KÖKEN