Domestic slurry Hydraulics in Transport Systems - Michiel Tukker

Domestic Slurry Hydraulics for Intermitted TransportMICHIEL TUKKER - DELTARES

Kennisbijeenkomst: De toekomst van afvalwater

• Achtergrond van het project• Introductie slurry stromingen• Rheologie metingen van een domestic slurry• Resultaten• Ontwerp testopstelling• Resultaten

2

Inhoud presentatie


• 19e eeuw en verstedelijking: Afvalwater inzamelen om ziektes te voorkomen• Hergebruik als mest• De eerste “water” gebaseerde afvalwatertransportsystemen

3

Geschiedenis van afvalwater

Van eenvoudige naar complexe afvalwatertransportsystemen


Het probleem met centrale riolerings/zuiveringssystemen:• Hoog waterverbruik• Veel verlies van (her)bruikbare grondstoffen (stikstof, kalium, fosfaat)• Hoge energiekosten voor zuivering• Niet duurzaam

Er is dus een nieuw systeem nodig, gekenmerkt door:• Recycling, hergebruik van grondstoffen (Biogas, bemesting, etc) door scheiden

van de afvalstromen• Beperken van het watergebruik• Hoog rendement laag energieverbruik per m3 afval

4

Achtergrond


1. Regio Noorderhoek in Sneek (232 huishoudens),2. Hamburg (630 huishoudens).

5

Nieuw concept voor afvalwater transport


Achtergrond van het project

Bestaande onderzoeken richten zich op scheiding en zuivering

Voor een volledig beeld moet ook gekeken worden naar de inzameling en het transport.

6

New Sanitation Concept

TreatmentTransportCollectionSource Separation

Kennisbijeenkomst: De toekomst van afvalwater7

Achtergrond van het project

Slurry Transport

Fluid properties Hydraulics

Rheologie:1- Temperatuur2- Concentratie3- afval

Transport1- Verticaal / horizontaal 2- Transient flow (waterslag)3- luchtinslag/ ontgassing


Definitie: De vervorming en stroming van materiaal

8

Wat is Rheologie?

Force


Newtonian fluid: constante viscositeitNon-newtonian fluid: ????

Andere eigenschappen:• Yield stress• Shear-thickening (dilatant)• Shear thinning (pseudo-plastic)• Rheopectic or anti-thixotropic (tijdsafhankelijk)

9

Wat is rheologie


Rheologie metingen

We meten de viscositeit en oppervlaktespanning, afhankelijk van:• Temperatuur• Concentratie vuil• “leeftijd” van het monster

Analyse van resultaten• Newtonian of non Newtonian? (shear thinning fluid)?• Tijdsafhankelijk? (thixotropic fluid)?• Determination of yield stress?

10


Monstername• Afvalwater (BrW) verzameld in Sneek• Keukenafval (KW) van 3 huishoudens over 5 dagen

VoorbereidingKW van verschillende bronnen vermengd en vermalenBrW en GKW gefilterd (maasopening) 2 mm.Monsters verdund met water voor verschillende concentraties

11

Resultaten rheologie metingen


Rheologie metingen - Viscositeit


Rheologie metingen - Viscositeit

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

BrW 1.8% BrW 3% BrW 4%Fit 1.8% Fit 3% Fit 4%Moeller & Torres 3% Wu et al.(<1%) Water

Shear rate (1/s)

Shea

r st

ress

(Pa)


Rheologie metingen – Yield stress


Rheologie metingen - Temperatuur


Rheologie metingen - tijdsafhankelijkheid


Viscositeit en yield stress worden groter met grotere concentratiesViscositeit en yield stress nemen af met toenemende temperatuurGeen tijdsafhankelijkheid!

We kunnen een gecombineerd Herschel-Bulkley model gebruiken om onze slurry te beschrijven

17

Resultaten Rheologisch onderzoek


Doelstelling: Het testen van een Domestic slurry in een testopstelling met vergelijkbare schaal als prototype, waarbij het gedrag van de vloeistof onder verschillende omstandigheden kan worden bestudeerd.

Wat willen we allemaal testen?• Luchtinslag (CAPWAT effecten?)• Discontinue stroming • Horizontaal, verticaal, diagonaal

18

Ontwerp testopstelling

Water/klei mengsel

CDA inlet


Testopstelling met horizontale en vertikale delen en leidingen onder een hoekLange leidingen ivm stabilisatie tijd van de slurry

P1-P7 Absolute drukopnemerPp1&2 Absolute drukopemer (tbv pomp)dP1-dP4 drukverschil metingEMF1&2 Debiet meting

19


P1 P2 dP1

dP2

dP3dP4

P3

P4

P5

P6

P7

Pp2Pp1


We kunnen niet met echt (ingedikt) afvalwater stromen in onze faciliteiten ivm ARBO eisen

Dus: alternatieve vloeistof met vergelijkbare eigenschappen

Kaolitisch klei, verdund met Water (0 – 20% klei)

20

De vloeistof

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000

1

2

3

4

5

6

GKW 6% GKW 11% Fit 6%Fit 11%

Shear rate (1/s)

She

ar s

tress

(Pa)

0 100 200 300 400 500 6000

1

2

3

4

5

6

7

30% 22% 20% 10% 5%

Shear rate [1/s]

She

ar s

tress

[Pa]


Met behulp van Wanda wordt de Systeemkarakteristiek uitgerekend, op basis

van de rheologische parametersPomp: Xylem: NP 3153 SH 3~272

21

Pomp selectie en appendages

D-SHIT w anda model_slurry_Xylem_10degr v01-00

D:\boekhout\Documents\Projecten\1208046_DSHIT project\Wanda model Xylem pomp\D-SHIT w anda model_slurry_Xylem_10degr v01-00.w ds 2016 Mrt 21 15:49 - 4.3

H P1 at 100% (2915 rpm) H P1 at 50% (1458 rpm) H P1 at 75% (2186 rpm)Systeem regelklep (15% open) System 1140kg p m3 System w ater

Discharge (m3/h)12011511010510095908580757065605550454035302520151050

Hei

ght (

m)

605856545250484644424038363432302826242220181614121086420


Daarmee zijn we er nog niet:• Reservoir• Leiding materiaal: PVC, DN100, PN10• Ondersteuning• Drukmeetpunten• Bochten (90°, 45°, 10°, 2°)• Kleppen?• Menging in de tank?• Waterslag?• Toevoegen van klei?

22


40m40m

25m15m

V1

V3

V4

5m


• 180 m PVC leiding• Stroomsnelheid 0 – 2,5 m/s (voor de slurry)• 9 drukopnemers, 1 drukverschilopnemer• Luchtinjectie punten• 2 debietmeters

23

Testopstelling


• Water (0% klei) metingen afgerond• Water-lucht metingen afgerond (CAPWAT)

Komende maanden:• Water/klei (0-20%) aanmaken• Stromen met water/klei mengsel• Stromen met water/klei/lucht• Experimenteren met geavanceerde

meettechnieken

24

Eerste resultaten testopstelling


De opstelling staat op dit moment in de Zout-zouthal, u kunt deze zien tijdens de rondleiding.

Opstelling is helaas alleen te zien vanaf de ballustrade (ivm veiligheid mogen we niet op de begane grond)

25

Rondleiding

ContactgegevensORGANISATIE: DELTARES

SPREKER: MICHIEL TUKKER

E-MAILADRES: [email protected]

WEBSITE: DELTARES.NL

Date post:	24-Jan-2017
Category:	Technology
Upload:	xylem-water-solutions-benelux
View:	42 times
Download:	0 times

Domestic slurry Hydraulics in Transport Systems - Michiel Tukker

Technology