Applicability of computational fluid dynamics to simulate ozonation processes

• Edgar Quiñones Bolaños ^[1] ; Javier Trujillo Ocampo ^[1] ; Luis Cortés Rodríguez ^[1]
  1. [1] Universidad de Cartagena

     Universidad de Cartagena

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería y desarrollo: revista de la División de Ingeniería de la Universidad del Norte, ISSN 0122-3461, Nº. 24, 2008 (Ejemplar dedicado a: Julio - Diciembre), págs. 107-126
• Idioma: inglés
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    ResumenEste artículo presenta un novedoso modelo matemático que integra los principios de la dinámica de fluidos computacional, la cinética del ozono y las teorías de inactivación microbiana del ozono para pronosticar la desinfección del agua en columnas de burbujas. El modelo se describe mediante las ecuaciones de Navier- Stokes que caracterizan la hidrodinámica de la mezcla agua-aire y dos ecuaciones de transporte usadas para rastrear los micro-organismos y el ozono dentro de la columna de burbujas. La aplicabilidad del modelo fue demostrada comparando resultados numéricos obtenidos con el modelo contra datos experimentales obtenidos de ensayos realizados en una planta de ozono construida a escala piloto. Se obtuvo una excelente correlación en términos del ozono disuelto y el grado de inactivación de microorganismos sin la necesidad de asumir predeterminados patrones de recirculación del agua o de dispersión del ozono. También se pudo confirmar que en algunos casos, la presencia de zonas muertas o de recirculación podría afectar el tiempo de contacto efectivo para que la desinfección ocurra. Esto sugiere que existe una gran oportunidad, en la práctica, para mejorar la eficiencia de los reactores de desinfección del agua con ozono. La etapa siguiente de esta investigación es confirmar los pronósticos numéricos del modelo con contornos reales del proceso de inactivación.

  • English

    AbstractThis paper presents an integrated mathematical model based on the principle of computational fluid dynamics along with the kinetics of ozone decay and microbial inactivation to predict the performance of ozone disinfection in fine bubble column contactors. The model can be represented using a mixture two-phase flow model to simulate the hydrodynamics of the water flow and using two transport equations to track the concentration profiles of ozone and microorganisms along the height of the column, respectively. The applicability of this model was then demonstrated by comparing the simulated ozone concentrations with experimental measurements obtained from a pilot scale fine bubble column. Excellent agreement was obtained in terms of the dissolved ozone and the degree of microorganism inactivation without any pre-assumption about flow backmixing or dispersion level. It was also confirmed that in some cases, the presence of dead space or short-circulation could greatly affect the effective contact time for the dinfection to occur. This suggests that the great opportunity may exist to improve the efficiency of ozonation contactors in practice. The future work of this investigation is to confirm the numerical prediction of inactivation contour diagrams.