Atık suların fiziksel arıtımında kullanılan ızgara tesislerinin hidrodinamik davranışlarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Analysis of the hydrodynamic behaviors of screen plants used in the physical treatment of waste water by computational fluid dynamics
Yazar: NAGEHAN ŞAHİN
Danışman: DR. RAHİM ŞİBİL
Gümüşhane Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Atık su arıtma = Waste water treatment ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Hidrodinamik model = Hydrodynamic model ; Hidrolik = Hydraulics ; Hidrolik modelleme = Hydraulic modelling ; Izgara = Grid ; Kentsel atık sular = Municipal waste waters ; Türbülans modelleri = Turbulence models

Özet:
Atık suların arıtılmasında genel olarak fiziksel, kimyasal ve biyolojik arıtma olmak üzere üç yöntem izlenir. Bu çalışmada atık suların fiziksel arıtma yöntemlerinden biri olan mekanik atık su arıtma tesislerinden ızgaralar ve yaklaşım kanalındaki akışın hidrolik davranışları, seçilen tam ölçekli bir tesiste Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) kullanılarak analiz edilmiştir. Tam ölçekli tesis olarak seçilen Gümüşhane Atık Su Arıtma Tesisi'nde gerçekleştirilen deneysel çalışmalar ile birlikte HAD analizleri doğrulanmıştır. Tesisin geometrik özelliklerine uygun şekilde oluşturulan model Standart k-ɛ, Gerçekleşebilir (Realizable) k-ɛ ve Renormalizasyon Grubu k-ɛ (RNG k-ɛ) türbülans modeli olmak üzere üç farklı türbülans modeli kullanılarak, HAD ile analiz edilmiştir. Yapılan analiz sonucunda elde edilen atık su hızının çeşitli noktalardaki ve farklı türbülans modellerine sahip değerleri ile tesiste aynı noktalarda ölçülen atık su hız değerleri karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda tespit edilen zayıf yönlerin iyileştirilmesi adına yeni ve özgün bir model tasarlanıp analiz edilmiştir. Deneysel çalışmalar sıvı akışının karakteristik davranışları için yaygın olarak kullanılmakta olan Acoustik Doppler Velocimeter (ADV) aletiyle yapılmıştır. Literatürde açıkça boşluğu görülen atık su arıtma tesislerindeki fiziksel arıtım yöntemlerinden ızgara tesislerinin HAD ile modellenmesi/ incelenmesi/ analiz edilmesi üzerine gerçekleştirilen bu çalışma neticesinde oluşturulan özgün modele ait yaklaşım kanalındaki düşük hızlar artırılmış ve homojen akış elde edilmiştir.

Abstract:
In the treatment of wastewater, there are three methods which are physical, chemical and biological treatment. In this study, the hydraulic characteristic of the flow in the upstream channel and throughout screens, which are one of the physical treatment methods of wastewater, were examined with the experimental validation in a selected full-scale facility with the help of the Computational Fluid Dynamics (CFD) and the weaknesses of the facility were determined and an original model with different geometry is designed to eliminate these weaknesses.
Gümüşhane Wastewater Treatment Plant was selected as a full-scale facility. The model, which was formed in accordance with the geometric properties of the plant, was analyzed by CFD using different turbulence models that are Standard k-ɛ, Renormalization Group (RNG) k-ɛ and Gerçekleşebilir (Realizable) k-ɛ model. As a result of the analysis, the values of the wastewater velocity calculated at various points and with different turbulence models and the wastewater velocities taken from the same points in the facility were compared. A new model was designed and analyzed the weaknesses determined as a result of the comparison. Experimental studies have been performed with Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) which is widely used for characteristic behavior of fluid flow. As a result of this study conducted on the modelling/examining/analyzing of the screen plants from the physical treatment methods in the wastewater treatment plants, which are clearly seen gap in the literature, low speeds in the approach channel of the original model were increased and homogeneous flow was obtained.