Peculiarities of calculating the value of the air bubble surface renewal coefficient

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The resource intensity of biological wastewater treatment is reduced by increasing the energy efficiency of the pneumatic aeration systems used in the aeration tank. Modernisation of the aeration process is possible with the development of an adequate mathematical model describing the process of mass transfer from air bubble to water the oxygen required for biological oxidation of wastewater pollutants. The analysis of the LewisWhitman two-film theory, Higbee's penetration theory, and P. W. Dankwerts' theory of deformed bubble surface renewal describing the process of mass transfer of air oxygen into water showed the peculiarities of their application to gas-liquid systems. The factor of renewal of deformed surface of air bubbles is of great importance for describing the processes of mass transfer of air oxygen to water when using pneumatic aeration system in aeration tanks. In turbulent flow at continuous renewal of interfacial surface created by air bubbles, there is intensification of mass transfer process due to turbulent diffusion, which is reflected in calculated mathematical dependences. The use of mathematical dependences determining the rate of mass transfer of air oxygen to water through the deformable surface of bubbles formed in the aeration volume of the aeration tank will make it possible to take into account the change in their shape. This will increase the accuracy of determining the values of technological characteristics of pneumatic aeration systems.

About the authors

S. Yu. Andreev

Penza State University of Architecture and Construction

L. V. Belova

Industrial University of Tyumen

References

  1. Fick, A. On liquid diffusion / A. Fick. – London : Taylor & Francis, 1855. – 39 p. – Текст : непосредственный.
  2. Noyes, A. A. The rate of solution of solid substances in their own solutions / A. A. Noyes, W. R. Whitney. – doi: 10.1021/ja02086a003. – Текст : непосредственный // Journal of the American Chemical Society. – 1897. – Vol. 19, No. 12. – P. 930–934.
  3. Nernst, W. Theorie der Reaktionsgeschwindigkeit in heterogenen Systemen / W. Nernst. – doi: 10.1515/zpch1904-4704. – Текст : непосредственный // Zeitschrift für Physikalische Chemie. – 1904. – Vol. 47U, No. 1. – P. 52–55.
  4. Lewis, W. K. Principles of Gas Absorption / W. K. Lewis, W. G. Whitman. – doi: 10.1021/ie50180a002. – Текст : непосредственный // Industrial & Engineering Chemistry. – 1924. – Vol. 16, No. 12. – P. 1215–1220.
  5. Higbie, R. The rate of absorption of a pure gas into a still liquid during short periods of exposure / R. Higbie. – Текст : непосредственный // AIChE Journal. – 1935. – Vol. 31. – P. 365–389.
  6. Попкович, Г. С. Системы аэрации сточных вод / Г. С. Попкович, Б. Н. Репин. – Москва : Стройиздат, 1986. – 133 с. – Текст : непосредственный.
  7. Pan, Yu. A new approach to estimating oxygen off-gas fraction and dynamic alpha factor in aeration systems using hybrid machine learning and mechanistic models / Yu. Pan, M. Dagnew. – doi: 10.1016/j.jwpe.2022.102924. – Текст : электронный // Journal of Water Process Engineering. – 2022. – No. 48, 102924. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714422003683 (дата обращения: 23.10.2023).
  8. Modelling oxygen transfer using dynamic alpha factors / L.-M. Jiang, M. Garrido-Baserba, D. Nolasco. – doi: 10.1016/j.watres.2017.07.032. – Текст : электронный // Water Research. – 2017. – No. 124. – Р. 139–148. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313541730605X (дата обращения: 23.10.2023).
  9. Danckwerts, P. V. Significance of liquid-film coefficients in gas absorption / P. V. Danckwerts. – Текст : непосредственный // Industrial & Engineering Chemistry. – 1951. – Vol. 43, No. 6. – P. 1460–1467.
  10. Кишиневский, М. Х. Исследование теплои массообмена / М. Х. Кишиневский, Т. С. Корниенко. – Кишинев : Картя молдовеняскэ, 1967. – 16 c. – Текст : непосредственный.
  11. Andreev, S. Y. Evaluating the patterns of air bubble rise in water-air mixtures used in natural and waste water treatment processes / S. Y. Andreev, I. A. Garkina, M. I. Yakhkind. – doi: 10.1088/1757-899X/687/6/066054. – Текст : электронный // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety. – Chelyabinsk : Institute of Physics Publishing, 2019. – Vol. 687, 6. – P. 066054.
  12. Deryagin, B. V. Kinetic theory of the flotation of small particles / B. V. Deryagin, S. S. Dukhin, N. N. Rulev. – doi: 10.1070/RC1982V051N01ABEH002791. – Текст : непосредственный // Russian Chemical Reviews. – 1982. – No. 51. – P. 92–118.
  13. Okazaki, S. The velocity of ascending air bubbles in aqueous solution of a surface active substance and the life of the bubble on the same solution / S. Okazaki. – Текст : непосредственный // Bulletin of the Chemical Society of Japan. – 1964. – No. 37. – P. 144–150.
  14. Мешенгиссер, Ю. М. Теоретическое обоснование и разработка новых полимерных аэраторов для биологической очистки сточных вод : специальность 05.23.04 «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов» : автореферат диссертации на соискание доктора технических наук / Ю. М. Мешенгиссер. – Москва : НИИ ВОДГЕО, 2005. – 48 с. – Текст : непосредственный.
  15. Худенко, Б. М. Аэраторы для очистки сточных вод / Б. М. Худенко, Е. А. Шпирт. – Москва : Стройиздат, 1973. – 112 с. – Текст : непосредственный.
  16. Брагинский, Л. Н. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод / Л. Н. Брагинский, М. А. Евилевич, В. И. Бегачев. – Ленинград : Химия, 1980. – 144 с. – Текст : непосредственный.
  17. Караичев, И. Е. Совершенствование методов расчета аэрации водных объектов : специальность 05.23.16 «Гидравлика и инженерная гидрология» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / И. Е. Караичев. – Москва, 2019. – 23 с.
  18. Horvath, I. R. A surface renewal model for unsteady-state mass transfer using the generalized Danckwerts age distribution function / I. R. Horvath, S. G. Chatterjee. – doi: 10.1098/rsos.172423. – Текст : электронный // The Royal Society Publishing. – 2018. – No. 5. – URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.172423 (дата обращения: 23.10.2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».