Моделирование переноса частиц в одноламповом ультрафиолетовом реакторе по обеззараживанию воды

10 июня 2010

Очистка воды   одно из важнейших мероприятий по обеспечению жизнедеятельности любого населенного пункта. Широко известно, что одним из самых распространенных способов улучшения качества воды является фильтрация. Однако, механическое очищение лишь способствует отсеиванию крупно- и средне-дисперсных примесей в то время, как многие суб- и около-микронные переносчики заболеваний не могут быть эффективно остановлены стандартным фильтром.Традиционно обеззараживание воды производится классическими химическими методами (хлорирование, озонирование), основной идеей которых является добавление химического агента, который создает неблагоприятную для микроорганизмов среду. Очевидно, что растворение химических добавок в воде, наряду с обеззараживанием, ухудшает ее качество и, следовательно, негативно влияет на здоровье потребителей, особенно людей, страдающих хроническими заболеваниями.Существуют альтернативные технологии обеззараживания, основанные на облучении воды фотонами с энергией, достаточной для уничтожения болезнетворных организмов. Более того, в настоящее время данное ноу-хау используется в совокупности с кавитационной обработкой ("холодным кипением") воды, которая интенсифицирует процесс обеззараживания за счет импульсного увеличения турбулентных градиентов давления, температуры и скорости в системе.Оба метода, химический и радиационный, подразумевают, что микроорганизмы находятся в губительной для них среде в течение определенного времени до тех пор, пока большая их часть не погибнет. Как известно, проточные системы также обладают определенной временной характеристикой, которая в некоторых источниках упоминается как "резидентное время", и грубо может быть оценено как отношение объема системы к объемному расходу через нее.Таким образом, микроорганизмы должны находится под воздействием по времени не меньше, чем резидентное время системы. Данное утверждение справедливо для классической прямоточной системы. Однако, при наличии ряда патрубков в реакторе-обеззараживателе, а также самого излучателя, возможен неравномерный перенос микроорганизмов. В этом случае остро встает вопрос о кинетике переноса бактерий в системе с комплексной геометрией.

Очевидно, что такую кинетику невозможно предсказать аналитически. Данная работа, выполненная CFDgroup численно, генерирует трехмерные координаты частиц-носителей в ультрафиолетовом реакторе-обеззараживателе "Лазурь" с коаксиальном расположением ультрафиолетового излучателя.

Для выполнения заказа была создана трехмерная модель установки в полную величину, которая впоследствии была дискретизирована. На полученной решетке были решены уравнения Навье-Стокса и модели турбулентности "к-эпсилон". Перенос частиц моделировался по методу Лагранжа, описанному в нашей другой работе.

 

Траектории частиц, приведенные на рисунке, позволяют заключить о комплексном режиме течения в реакторе и их значительном турбулентном разбросе. Применение фотометрического модуля, разработанного ЗАО "Сварог", к полученным данным о траекториях позволило точно предсказать кинетику обеззараживания (гибели) микроорганизмов по всему объему реактора. Полученные результаты были в хорошем соответствии с экспериментальными данными, а также аналитическими расчетами по перепадам давлений.