With the rise in global energy prices, as well as energy consumption being the largest source of greenhouse gas emissions, biofilm-based systems utilized for wastewater treatment, such as moving bed biofilm reactors (MBBRs), have grown in popularity for their lower energy consumption compared to conventional activated sludge processes. However, this technology requires large amounts of energy to constantly distribute and suspend its biofilm carrier within the reactor by either aerators or mechanical mixers. Many studies have been done on optimizing the aeration systems, but limited research has been focused on the mechanical mixing systems. This master’s thesis project aims to narrow the research and data gaps in MBBR mechanical mixing by conducting scaled-down experiments to study the influence of different mixer configurations on carrier’s flow fields in a reactor tank. The main objective is to determine the conditions for good carrier mixing and their energy use efficiency. Other objectives include determining the effects of scaling on carrier flow fields and whether the experimental results can be used to help develop and validate MBBR computational fluid dynamics (CFD) models. The results showed that good carrier mixing occurred in conditions where (1) mixer height was 3 cm from the bottom of the tank, had no inclinations and positioned along a long wall; (2) mixer flows could maintain their momentum; (3) sufficient length was given for mixer jet streams to develop and widen; (4) there was a dual presence of vertical flow loops and horizontal bulk flow loops; (5) 2 mixers did not result in counter- rotating flows; and (6) 2 mixers were not positioned in one corner of the tank. The effects of scaling did not impact the carrier flow fields and was determine by comparing the experimental results from this study with the results from a previous experiment that utilized a smaller tank. The results from this study could qualitatively match with the results of the CFD model. Limitations that occurred during the study when trying to define “good mixing” were also discussed. Lastly, the thesis ends with stating future work and recommendations. / Med stigande globala energipriser och en energiförbrukning som är den största källan till utsläpp av växthusgaser, har biofilmbaserade system för avloppsvattenrening, t.ex. biofilmsreaktorer med rörlig bädd (MBBR), ökat i popularitet tack vare sin lägre energiförbrukning jämfört med konventionella processer med aktivt slam. Denna teknik kräver dock stora mängder energi för att ständigt distribuera och suspendera biofilmbäraren i reaktorn med hjälp av antingen luftare eller mekaniska blandare. Många studier har gjorts för att optimera luftningssystemen, men begränsad forskning har fokuserats på de mekaniska blandningssystemen. Detta examensarbete syftar till att minska forsknings- och dataluckorna inom mekanisk blandning i MBBR genom att genomföra nedskalade experiment för att studera hur olika blandarkonfigurationer påverkar bärarens flödesfält i en reaktortank.Huvudsyftet är att fastställa villkoren för god blandning av bärare och deras energianvändningseffektivitet. Andra mål är att fastställa effekterna av skalning på bärarnas flödesfält och om de experimentella resultaten kan användas för att utveckla och validera CFD-modeller (Computational Fluid Dynamics) för MBBR. Resultaten visade att god bärarblandning inträffade under förhållanden där (1) blandarhöjden var 3 cm från tankens botten, utan lutningar och placerad längs en lång vägg; (2) blandarflöden kunde behålla sitt momentum; (3) tillräcklig längd gavs för blandarjetströmmar att utvecklas och breddas; (4) det fanns en dubbel närvaro av vertikala flödesslingor och horisontella bulkflödesslingor; (5) 2 blandare inte resulterade i motroterande flöden; och (6) 2 blandare inte placerades i ett hörn av tanken. Effekterna av skalning påverkade inte bärarens flödesfält och fastställdes genom att jämföra de experimentella resultaten från denna studie med resultaten från ett tidigare experiment som använde en mindre tank. Resultaten från denna studie kunde kvalitativt matchas med resultaten från CFD-modellen. Begränsningar som uppstod under studien när man försökte definiera "bra blandning" diskuterades också. Slutligen avslutas avhandlingen med att ange framtida arbete och rekommendationer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-330784 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Chew, Shea Nee |
| Publisher | KTH, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-MBT ; 23445 |
Page generated in 0.0027 seconds