شبیه سازی عددی تغییرات فشار و سرعت جریان گازهای آلاینده دامداری‌‌ها در بستر بیوفیلتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم

2 عضو هیات علمی دانشگاه شهرکرد

3 استادیار و عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم دانشگاه شهرکرد

4 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم ، دانشگاه شهرکرد

چکیده

این پژوهش با هدف دستیابی به مقادیر تغییرات فشار استاتیکی، دینامیکی و سرعت جریان گاز برای سه سطح مقطع مختلف بیوفیلترها صورت گرفته است. عامل‌های مورد مطالعه شامل دبی جریان گاز، سطح مقطع‌های مورد مطالعه (ذوزنقه، مربعی و دایره)، موقعیت عمودی (خط مرکز بستر، خط جلو و خط عقب) در چهار محدوده ارتفاعی از کف بستر بیوفیلتر (بخش اول0 تا 75/16 سانتی‌متر، بخش دوم 75/16 تا25/29سانتی‌متر، بخش سوم 25/29 تا75/41 سانتی‌متر و بخش چهارم 75/41 تا 5/58 سانتی‌متر ) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج مربوط به مطالعه‌ی فشار و سرعت در سه سطح مقطع بیانگر کمترین مقدار میانگین فشار دینامیکی و استاتیکی در مقطع مربعی بود و میانگین سرعت به دلیل نبود گوشه‌ حاده در مقطع دایره بیشتر بود. تغییرات فشار در محدوده‌های مختلف بستر بیوفیلتر روند کاهشی را نشان داد، به نحوی که مقدار میانگین افت فشار دینامیکی و افت فشار استاتیکی در این محدوده‌ها به ترتیب برابر 9/87 و 4/44 درصد بدست آمد. این در حالی است که مقدار فشار دینامیکی در مقطع دایره‌ای بیشتر بود. در خط مرکز مقدار فشار دینامیکی بیشتر از سایر موقعیت‌ها تحت مطالعه بود، به نحوی که میانگین مقدار فشار دینامیکی در موقعیت مرکز برابر با 5-10×509/1 پاسکال، در گوشه عقبی معادل6-10×481/2  پاسکال و در موقعیت گوشه جلویی 6-10×502/2 پاسکال بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of changes in pressure and flow velocity of pollutant gases in a bio filter bed in animal husbandry

نویسندگان [English]

  • Mohammad Aliashraf 1
  • Ali Maleki 2
  • Mahdi Ghasemi Varnamkhasti 3
  • Farzad Mahdiye Broujeni 4
1 Master graduate student of Mechanical Engineering of Biosystems
2 Shahrekord University
3 Assistant professor of Mechanical Engineering of Biosystems
4 Master graduate student of Mechanical Engineering of Biosystems
چکیده [English]

This research has focused on study of changing static and dynamic pressure and velocity values in three levels of different bio filter cross sections. The studied factors included gas flow rate, cross sectional area (trapezoidal, square and circular), vertical position (bed center line, front line and rear end) in four elevation ranges from the bottom of the bio filter bed (the first part 0 to 16.75 cm, the second part 16.75 to 29.25 cm, the third part 29.25 to 41.75 cm and the fourth part was 41.75 to 58.5 cm) was examined. The results of studying the pressure and velocity in the three cross sections showed the lowest mean of dynamic and static pressure in the square section and the mean speed was higher due to the absence of the corner at the cross section. The variations of pressure in different ranges of bio filter bed showed a decreasing trend, so that the average of dynamic pressure drop and static pressure drop in these ranges were 87.9 and 44.4%, respectively. While the maximum dynamic pressure has obtained from circle section. At the locations assumed in this study, the maximum average of dynamic pressure estimated 1.509×10-5 Pa at center line. For the other locations the average dynamic pressure obtained 2.502×10-6 Pa at front line and 2.481×10-6 Pa at back line.

کلیدواژه‌ها [English]

  • simulation
  • Gas Flow
  • Pressure
  • Cross section
  • Dynamic pressure
Ardjmand, M., Safekordi, A. & Farjadfard S. (2005) Simulation of bio filter used for removal of air contaminants.  International journal of environment science technology. 2(1), 69-82.
Atia, A., Kozyra, K. H. & Amrani, M. (2008) Ammonia and hydrogen sulfide emission from livestock production. Alberta agriculture. Food and royal development. 227-240.
Damari, B., Ahmadi Pishkuhi, M. & Abdollahi, Z. (2015) Policy Brief for Reducing Contaminants and Residual Pesticides in Iran's Agricultural Crops. Community Health. 2(4),256-65 (in Farsi).
Farjah, A. & Haidariyan, M. (2010) Hydrogen sulphide removal by surface bio filter. Journal of Biotechnology and Applied Microbiology. 1(1), 117-101 (In Farsi)
Hosseinzadeh Ajarlou, H. (2011) Modeling and simulation of biological filter for the removal of organic pollutants. Oil, Gas, and Energy,2, 19-27. (In Farsi)
Iranpour, R, Cox, H. H. J., Deshusses, M. A. & Schroder, E. D. (2005). Literature review of air pollution control bio filters and bio trickling filters for odor and volatile organic compound removal. Enviromental process. 24(3), 254-267.
Jani,  F. & Dadvar, M.  (2008) Bio filter network modeling in purifying gas streams infused with aromatic compounds Iranian Chemical Engineering Journal, 6, 34
Jiang, X. & Tay, J. H. (2011) Removal mechanisms of H2S using exhausted carbon in bio filtration. Journal of Hazadous materials. 185,1543-1549.
Keshavarzi, H.,  Turkian, A., Azimi, A. & Mehrdadi, N. (2008) Treatment of industrial pollutants by biofiltration. International Journal of Engineering, University of Elmo Sanat. 19(9), 81-75 (In Farsi)
Lebrero, R., Lopez, J. C., Lehtinen, L. & Perez, R. (2015) Exploring the potential of fungi for methane abatement: performance evaluation of a fungal-bacterial. Chemoapher. 144, 97-106.
Maia, G. D. N., Day, V. G. B., Gates, R. S., & Taraba J. L. (2011) Ammonia bio filtration and nitrous oxide generation during the start-up of gas-phase compost bio filters. Atmospheric Environment 46, 659-664.
Masoudinejad, M., Leili, M., Adibzadeh, A. & Khatibi, M. (2008). Effect of filler materials on bio filter columns on air hydrogen sulfide. Journal of Pazhohandeh. 13(5), 415-405 (In Farsi).
Meena, V., Rajendran, L., Kumar, S. & JansiRani, P. G. (2015) Mathematical modeling of gas phase and biofilm phase biofilter performance. Egyption Journal of Basic and Applied Sciences. 156,102-114.
Mehrara, F., Talaei, M. & Assadollahi, M. A. (2011) The Mathematical modeling of bio filter performance in hydrogen sulfide removal from airflow. Journal of Health System Research. 7 (2), 247-256 (in Farsi).
Rabbani, K. A., Challes, W.& Kayaalp, A. (2015) Pilot-scale bio filter for the simultaneous removal of hydrogen sulphide and ammonia at a waste water treatment. Biochemical Engineering Journal.107, 1-10.
Rahimi, A. & Sami, S. (2013) Mathematical modeling of hydrogen sulfide gas removal in a bio filter.  Environmental Sciences and Technology, 15(58), 31-41 (in Farsi).
Schwarz, B. (2001) Studies in bio filtration for cleanup of landfill gas. Chemical Engineering Fac. USC. Ph.D. Thesis.
Seifi, A. (1998) Hydrogen sulfide removal by biofiltration. Master's thesis for chemistry-biotechnology. Tarbiyat Modares University (in Farsi).
Shareefdeen, Z. & Singh, A. (2005) Biotechnology for odor and pollution control. Springer Berlin.
Taghipour, H., Shah Mansouri, M., Bina, B. & Mohadahian H. (2010). Biological survey of ammonia gas and hydrogen sulphide blend from influenced gas flow using bio filter system with hard plastic compact bed and compost. Application of chemistry in the environment. 1(4), 58-49. (In Farsi)
Vedova, L. D. (2008) Bio filtration of industrial waste gases in trickling-bed bioreactors. Ph.D. Dissertation. University a deli studies di pad ova. Italy.
Wylie, V.L. (1985) Fluid Mechanics, 8th Ed., McGraw- Hill, New York.