Вивчення дисперсії кишкової палички в сегре

Вивчення дисперсії кишкової палички в сегре

кишкової

у разі несправності станції

Аналіз початкового стану нашої місцевості виявив істотну проблему - якість води. Річки Сегре та Ангуст вважаються хорошими хімічними якостями. З іншого боку, біологічна якість створює проблему. Як видно з результатів випробувань, рівні кишкових ентерококів, а також кишкової палички класифікують воду у поганому біологічному стані. Що стосується Ангуста, то забруднення, ймовірно, відбувається через скиди з очисної споруди Font Romeu, розташованої вище за течією. З іншого боку, для Segre не існує жодної очисної станції. Тому ми зосередимося на скидах із майбутньої станції, щоб побачити, як стоки розсіюються у річці. Таким чином, ми побачимо вплив швидкості скидання стічних вод зі станції, впливу річкового потоку, а також впливу концентрації в стоках. Ми вирішили використовувати програмне забезпечення ANSYS Fluent, яке дозволить нам змоделювати наший скид у річку Сегре .

1. Позиціонування проблеми

ANSYS Fluent - це програмне забезпечення для цифрового моделювання. Це дозволяє фізично моделювати потік, турбулентність, теплообмін або навіть реакції. Це програмне забезпечення вимагає використання геометрії, яка потім з’єднується. Тому ми спочатку визначимо геометрію нашої річки, а також приплив стоків у неї. Потім ми виконаємо сітку геометрії.

Ширина річки - 2 метри, глибина - близько 50 см. Ми будемо стежити за еволюцією концентрацій бактерій. Ми зробили вибір 2D-моделювання, щоб спростити проблему. Таким чином, ми вирішили змоделювати ділянку річки горизонтально, а не вертикально, оскільки вважали, що швидкість седиментації незначна щодо течії. Розрахунок швидкості осідання дає:

При d діаметр частинок (в м), а ρ f і ρ p - щільність рідини та частинок (кг/м 3).

Отримуємо Us (бактерії) = 0,55 мм/с

Потік річки 0,3 м 3/с, тому ми можемо нехтувати швидкістю седиментації перед потоком річки (урівіер = 0,2 м/с)

Режим стоку річок:

Для встановлення режиму течії річки ми розрахували число Рейнольдса. Ми вважали, що вода тече в півциліндрі діаметром 2м.

- ρ щільність в кг/м 3

- u швидкість в м/с

- d діаметр у метрах

- μ в'язкість в Пуазейлі

Re = 1000 * 0,2 * 2/0,001 = 400000 Таким чином, режим турбулентний. Тому нам доведеться використовувати модель турбулентного потоку, що вільно рухається.

2.Геометрія та сітка

  • Геометрія

Отже, геометрія, яка представлятиме ділянку річки, буде прямокутником шириною 2 м і довжиною 200 м. Довжину можна регулювати залежно від результатів, які ми отримуємо, щоб спостерігати, де забруднюючі речовини розбавляються та однорідно диспергуються. На додаток до цього, ви повинні знати більше про це.

Зображення вище ілюструє використану геометрію. Ми розмістили дві точки на 20 м на початку прямокутника, щоб зобразити скид відходів з очисних споруд у річку. Ці 20 м необхідні для встановлення режиму течії вздовж потоку.

  • Сітка

Потім сітка виконується під DesignModeler. Ми знаємо, що понад 20 000 меш обчислення важкі і, перш за все, дуже трудомісткі. Тому ми вирішили зачепити кожен метр і розділили прямокутник на 3 частини:

- уздовж 3 частини розрізані на 20 поділів.

- Перша частина вгору за течією розділена на 20 меш для того, щоб мати розрахунок кожного метра.

- Площа закачування стічних вод очисних споруд становить 20 см. Його розрізають на 4 стібка.

- Нижча частина розділена на 100 відділів.

Малюнок нижче ілюструє зроблену сітку:

На збільшеній частині ми бачимо, що сітка допрацьована на рівні зони впорскування, щоб мати регулярні та точні розрахунки для цієї зони.

3.Моделювання

Оскільки це моделювання має на меті вивчити розподіл бактерій E.Coli у річці, ми обрали для вивчення вплив параметрів, наведених нижче:

1) Річковий потік

2) Швидкість скидання стічних вод

3) Концентрація в кишковій паличці

4) Нахил труби відводу станції

Протягом усієї проблеми ми працювали з такими параметрами:

Ділянка річки: 1,57 м² Трів’єр = 6 ° С

Відсік труби відводу станції: 3,14,10 -2 м² Течія = 10 ° С

У випадках 1,2 та 4 ми підтримували постійну концентрацію бактерій E.Coli.

  • Гіпотези:

- Суміш складається з двох складових: води та бактерій E.Coli

- річка пряма і не має перешкод

- потік річки та розрядний потік станції постійні

Масовий відсоток у кишкової палички:

Середня концентрація E.Coli у сегре протягом 4 проведених аналізів становить 4000 КУО/100 мл. Ми вибрали концентрацію 400000 UFC/100 мл для скиду стічних вод, щоб представити випадок дисфункції ПСОВ.

Маса бактерії E.Coli становить 10 -12 г.

Отже, масовий відсоток E.Coli становить 4,10 -7 г * 100%/1000 г = 4,10 -8% або 4,10 -10 для масової частки в річці.

Подібним чином, при концентрації E.Coli 400000 КУО/100 мл отримують 4,10 -6%, тобто 4,10 -8 для масової частки у стоках.

3.1. Вплив річкового потоку

У таблиці нижче наведені різні вивчені випадки:

Перший рядок цієї таблиці представляє наш референтний стан для всього моделювання. Це відповідає потоку без розливу, і скид є середньорічним скидом. Швидкість скидання відповідає максимальній роботі станції в періоди туристичної натовпу в 2030 році, тобто з 12000 екв/жителів.

  • Результати:

Легенда: Еволюція масової частки в E.Coli (у масовій частці * 10 -2) відповідно до положення (у метрах). Зображення 4 відповідає розпорошенню шлейфу E.Coli у річці з параметрами випадку 1. Зображення 1, 2 та 3 відповідають випадкам 1,2 та 3.

Наведена нижче крива показує результат для моделювання випадку 2bis, тобто в період низької витрати. Не вдалося збільшити масштаб для графіку.

Легенда: Еволюція масової частки E.Coli (у масовій частці * 10 -2) відповідно до положення (у метрах)

  • Інтерпретація результатів:

Ми виявили, що чим нижче швидкість потоку, тим швидше концентрація E.Coli гомогенізується до рівня 1E-8 E.Coli як масова частка. Дійсно, через 150 м концентрація є однорідною для випадку 1, тоді як це не так у випадках 2 і 3, коли через 200 м вона все ще відрізняється на кожному зрізі. Тим не менше, вона має тенденцію гомогенізуватися швидше через 2, ніж через 3. Отже, можна сказати, що коли річковий потік є середнім, забруднення є більш концентрованим і швидко гомогенізується нижче за течією скиду від станції. У разі повені кишкова паличка не встигає розійтися по ширині річки і швидше змивається течією. Це явище набагато помітніше, коли повінь є значною, як це спостерігається у випадку 100-річної повені. Насправді, коли швидкість потоку велика, енергія, яку забезпечують вихори, велика, і тому швидше гомогенізує концентрацію. Тому ми можемо виділити тут роль очищення, яку відіграють повені.

У випадку періоду малого потоку ми виявляємо, що масова частка E.Coli гомогенізується з перших 50 метрів, навіть швидше, ніж у випадку середнього потоку. У цьому випадку особливо виділено явище концентрації. Рейнольдс значно нижчий, турбулентність також.

3.2. Вплив швидкості скидання станції

Різні вивчені випадки зведені в таблиці нижче:

Зміна швидкості скидання дозволяє вивчити різницю навантажень на очисних спорудах. Тому це дозволяє нам побачити вплив зміни чисельності населення на 4 муніципалітети.

  • Результати:

Легенда: Еволюція масової частки E.Coli (у масовій частці * 10 -2) відповідно до положення (у метрах).

  • Інтерпретація результатів:

Ми не спостерігаємо жодної суттєвої різниці між випадками 4, 5 та 6. З іншого боку, випадок 7 та випадок 1 (посилання), які близькі, вирізняються серед інших. Концентрація, як правило, швидше гомогенізується, коли швидкість скидання більша (випадки 1 і 7). Цей результат має сенс, оскільки ми відкидаємо все швидше і швидше із збільшенням чисельності населення. Тому спостерігається ефект концентрації на виході з очисних споруд, коли кількість населення збільшується, як показано в цій таблиці:

Коли потік сильніший, кількість вихідних бактерій стає більшою. Таким чином, вони поступово розходяться однорідно. З іншого боку, коли швидкість потоку нижча, бактерії розсіюються, як тільки вони виходять. Тому концентрація гомогенізується далі.

3.3 Вплив концентрації кишкової палички

У цій частині ми вивчали вплив концентрації кишкової палички в річці на їх дисперсію. У випадку 8 ми припустили, що спочатку у річці не було E.Coli. У випадку 9 ми зменшили концентрацію кишкової палички у стоках, взявши початкову масову частку 4 E -9. Річкові потоки та скиди залишаються такими ж, як у випадку 1.

  • Результати:

Легенда : Еволюція масової частки E.Coli (у масовій частці * 10 -2) відповідно до положення (у метрах).

  • Інтерпретація результатів:

Єдиною помітною різницею між випадком 8 та випадком 1 є різниця у концентрації, особливо у річці в перші кілька метрів, яка обов’язково дорівнює нулю, отже, різниця в кривих. Середня масова частка після 200 м однакова. Випадок 9 показує нам, що через 200 м з меншою концентрацією та з тими самими витратами, що і у випадку 1, логічно виявляється нижча концентрація. Отже очевидно, що, відкидаючи стоки, менш концентровані в бактеріях, ми виявляємо меншу концентрацію в річці. Ми зазначаємо, що незалежно від концентрації E.Coli у наших 3 випадках, гомогенізація є практично однаковою і що вміст бактерій не відіграє важливої ​​ролі в їх дисперсії. Розсіювання, ймовірно, зазнає більших наслідків, залежно від інших складових випуску. Останні мають різну щільність і в'язкість.

3.4. Вплив нахилу напірної труби: варіація

кут вектора швидкості

Для моделювання впливу нахилу випускної труби очисних споруд ми варіювали кут вектора швидкості. У таблиці нижче наведені різні кути вивчення:

  • Результати:

Легенда : Еволюція масової частки в E.Coli (у масовій частці * 10 -2) відповідно до положення (у метрах). Зліва направо та знизу вгору випадки 10, 11, 12 та 1.

  • Інтерпретація результатів:

Ці результати показують, що чим більший кут вектора швидкості, тим більше забруднювачів розподіляється по ширині в руслі річки. Крім того, коли кут більше 45 °, масова частка гомогенізується при 1 E -8, тоді як для кута при 22,5 ° вона трохи менше. Крім того, чим менший кут, тим легше переміщувати бактерії вздовж горизонтальної складової. Ви повинні знати, що ми розглядаємо гладкі стіни на нашій моделі, що не надто реалістично, в річці дисперсія буде важливішою через тривимірні вихори, що стосуються турбулентності.

Результати

У наведеній нижче таблиці наведено параметри еталонного стану, який відповідає всьому нашому дослідженню випадку 1.

у таблиці нижче наведені результати, отримані для вивчених випадків. На початку таблиці параметр, який відрізняється від еталонного стану своїм значенням та одиницею виміру.