Model studies of air-lift pump efficiency

W pracy przeanalizowano wyniki badań modelowych wydajności powietrznego podnośnika cieczy stosowanego w układach mieszania i napowietrzania wody. Zakres badań obejmował wyprowadzenie wzorów do wyznaczania charakterystyki wydajności podnośnika przy różnej wysokości podnoszenia wody (H) oraz określenie jego sprawności (η). Badania wydajności (Qw) powietrznego podnośnika cieczy wykonano przy średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d=0,04 m i pięciu wysokościach podnoszenia wody 0,45 m, 0,90 m, 1,35 m, 1,80 m oraz 2,25 m. Wykazano, że w powietrznym podnośniku cieczy natężenie przepływu powietrza (Qp) zwiększało się wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza (pp), a równocześnie natężenie przepływu wody (Qw) zwiększało się wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza i wzrostem natężenia przepływu powietrza. Ponadto im mniejsze były straty hydrauliczne podczas przepływu strumienia powietrza przez mieszacz powietrzno-wodny, tym wydajność powietrznego podnośnika cieczy była większa, przy czym wydajność ta malała wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia wody. Największą sprawność powietrzny podnośnik cieczy osiągnął przy wysokości podnoszenia wody H=0,45 m, a najmniejszą przy H=2,25 m. Sprawność powietrznego podnośnika cieczy malała wraz ze wzrostem ciśnienia powietrza, natężenia przepływu powietrza i wysokości podnoszenia wody. Wartości natężenia przepływu wody obliczone za pomocą wyprowadzonych wzorów bardzo dobrze pokrywały się z wartościami wyznaczonymi z pomiarów.Results of model capacity studies of an air-lift pump employed in water mixing and aeration systems were discussed. The studies covered derivation of equations for the pump capacity characteristics at different water heads (H) and its efficiency (η) determination. The capacity (Qw) studies were performed for the delivery pipe internal diameter of d = 0.04 m and water delivery heads of 0.45 m, 0.90 m, 1.35 m, 1.80 m and 2.25 m. The air flow rate (Qp) was demonstrated to increase with increasing air pressure (pp), while the water flow rate (Qw) increased with rise in both the air pressure and air flow rate. Additionally, the lower were the hydraulic losses generated by the air flux in the air-water mixer, the higher was the air-lift pump capacity. It decreased along with the rise in the water delivery head. The highest efficiency of the air-lift pump was reached for the water delivery head of H=0.45 m while the lawest – of H=2.25 m. The air-lift pump efficiency decreased with the increasing air pressure, air flow rate and water delivery head. The theoretical water flow rate values calculated using the derived formulas coincided very well with the measured values

Numerical model to describing the humidity distributions in ground under subsurface sewage disposal field

W artykule przedstawiono metody badawcze i analizę uzyskanych wyników badań rozkładu wilgotności gruntu pod drenażem rozsączającym ścieki z modelu fizycznego i modelu numerycznego. Do badań rozkładu wilgotności gruntu, w laboratorium skonstruowano model fizyczny ciągu drenażu rozsączającego, który był obiektem badań terenowych [Kalenik 2002]. Model ten składał się z dwóch niezależnych układów ramowych: statywu zbiornika gruntowego oraz łoża, po którym przesuwał się wózek z zainstalowanymi urządzeniami do pomiarów wilgotności gruntu. Wymiary bryły gruntu znajdującej się w zbiorniku gruntowym były następujące: długość – 113 cm, wysokość – 56 cm, szerokość – 5 cm. Do pomiaru wilgotności zastosowano mikrofalowy miernik, działający w oparciu o zasadę równoczesnego pomiaru zmiany amplitudy i fazy fali elektromagnetycznej, która przechodzi przez badane punkty profilu gruntowego. Zastosowana do badań metoda, jest szybka, dokładna oraz wielokrotna, ponieważ nie wymaga niszczenia struktury badanego gruntu. Do budowy modelu numerycznego zastosowano oprogramowanie opracowane przez Z. Srokę i B. Wosiewicza obejmujące trzy moduły: preprocesor (GENMESH), moduł obliczeniowy (FINENA) oraz postprocesor (IZOGRAF) [Wosiewicz, Sroka 1992]. Umożliwia on analizę dwuwymiarowego (w przekroju pionowym) ustalonego w czasie przepływu wody w gruncie. Uwzględnia on filtrację w strefie aeracji i saturacji. Badania rozkładu wilgotności gruntu wykonano dla hydraulicznego obciążenia jednostkowego drenażu rozsączającego ścieki q = 0,028 m⋅d-1. Po porównaniu rozkładu izolinii wilgotności gruntu stwierdzono, że model numeryczny w zadowalającym stopniu odzwierciedla warunki fizyczne rozsączania ścieków z drenażu rozsączającego ścieki w grunt. Przedstawiony model numeryczny można z powodzeniem stosować do symulacji rozkładu wilgotności gruntu pod drenażem rozsączającym ścieki i do obliczania maksymalnego poziomu zwierciadła wód gruntowych podczas pracy drenażu rozsączającego ścieki. Wykorzystanie modelu numerycznego na etapie projektowania drenażu rozsączającego ścieki, umożliwi dokładne rozpoznanie rozkładu wilgotności gruntu, jaki wystąpi w jego obrębie i na jaką wysokość podniesie się zwierciadło wody gruntowej pod drenażem rozsączającym ścieki. Pozwoli to na sprawdzenie, czy nie zostanie zmniejszona wymagana odległość (1,5 m) od poziomu rozsączania ścieków do najwyższego poziomu wód gruntowych w trakcie jego eksploatacji.In the article were presented, research methods and analysis of obtained research results the humidity distributions in ground under subsurface sewage disposal field from the physical model and the numerical model. To the research of the humidity of ground, in the laboratory was constructed a physical model of the subsurface sewage disposal field which was an object of area investigates. [Kalenik 2002]. This model consisted of two independent frame systems: stand of the ground tank and the bed, after which the cart moved with installed appliances to measurements of the humidity of ground. Dimensions lump of ground being in a tank of ground are the following: length – 113 cm, height – 56 cm, breadth – 5 cm. To measurement humidity apply microwave appliance, acting in support about principle simultaneous measurement change amplitude and phase wave electromagnetic, which go through examine points of the profile ground. The applied method to research, she is fast, accurate and repeated, because she doesn't require structure was destroyed of investigated ground. To construction of the numerical model was used a software worked out through Z. Srokę and B. Wosiewicza including three modules: preprocessor (GENMESH), computational module (FINENA) and postprocesor (IZOGRAF) [Wosiewicz and Sroka 1992]. He is enabling analysis two-dimensional (in a vertical section) established in the time of the flow of water in ground. He is taking into consideration the filtration in the aeration zone and saturation. Research the humidity distributions of ground were made for hydraulic load intensity subsurface sewage disposal field q = 0.028 m⋅d-1. After comparing of the line humidity distributions of ground were stated, that numerical model in sufficient step is reflecting physicals conditions distributions of sewage from subsurface sewage disposal field into ground. The introduced numerical model can successfully to apply to the simulation the humidity distributions of ground under subsurface sewage disposal field and to calculate the maximum level of the mirror of the groundwater during the work of subsurface sewage disposal field. Using the numerical model during designing subsurface sewage disposal field, will enable accurate recognizing the distributions the humidity of ground, which will set up in his range and to which the height will raise ground water level under subsurface sewage disposal field. It will permit testing whether won't stay made smaller the required distance (1.5 m) from the level distributions of sewers to highest ground water level of during his exploitation

Sewage treatment efficacy of sandy soil bed with natural clinoptiolite assist layer

Przeprowadzono badania modelowe oczyszczania ścieków w piaskowym złożu gruntowym z warstwą naturalnego klinoptylolitu o miąższości 0,10 m i 0,20 m. Stwierdzono, że w zakresie podstawowych wskaźników jakościowych (zawiesiny ogólne, BZT5 , ChZT, azot, fosor), ścieki oczyszczone w takich złożach spełniały polskie zalecenia dotyczące zasad wprowadzania ścieków do gruntu. Wykazano, że lepszą skutecznością oczyszczania ścieków charakteryzowało się złoże gruntowe z warstwą klinoptylolitu o miąższości 0,20 m, w porównaniu do złoża 0,10 m. Zastosowanie w piaskowym złożu gruntowym warstwy wspomagającej uformowanej z naturalnego klinoptylolitu o miąższości 0,20 m poprawiło skuteczność usuwania zawiesin ogólnych (śr. 3,5%), BZT5 (śr. 9%), ChZT (śr. 11%), azotu ogólnego (śr. 8%) i fosforu ogólnego (śr. 59%) w stosunku do złoża z warstwą wspomagającą 0,10 m. Badania potwierdziły, że naturalny klinoptylolit może być wykorzystywany do wspomagania usuwania związków azotu i fosforu ze ścieków z zastosowaniem drenażu rozsączającego. Bardzo dobra skuteczność usuwania zawiesin ogólnych ze ścieków w badanych złożach gruntowych może jednak prowadzić do szybkiej kolmatacji złoża pod drenażem rozsączającym. Z tego względu należy tak projektować osadniki gnilne, aby mogły zatrzymać jak najwięcej zawiesin ogólnych (np. osadniki kilkukomorowe zamiast jednokomorowych).Model studies on sewage treatment in a sand bed with natural clinoptiolite assist layer of 0.1 and 0.2 m were carried out. It was observed that with regard to the basic quality parameters (total suspended solids, BOD5 , COD, nitrogen, phosphorus), the effluent complied with the Polish sewage discharge standards. The sandy soil bed with natural clinoptiolite assist layer of 0.20 m was demonstrated to be more effective in sewage treatment when compared to 0.10 m bed. Application of the assist layer of 0.2 m clinoptiolite in the sand bed improved removal efficacy of total suspended solids (av. 3.5%), BOD5 (av. 9%), COD (av. 11%), total nitrogen (av. 8%) and total phosphorus (av. 59%) when compared to the bed with 0.10m assist layer. Studies confirmed that natural clinoptiolite may be used to assist nitrogen and phosphorus removal from sewage via subsurface sewage disposal drains. However, very good efficacy of total suspended solid removal from sewage in the tested soil beds may lead to bed colmatation under subsurface sewage drain field. Therefore, settling tanks should be designed so that they could retain the greatest possible amount of total suspended solids (e.g. multi-chamber tanks instead of one-chamber tanks)

Model studies of sand and water flow rate in an air lift pump

Analysis of results from a study on sand (Qz) and water (Qw) flow rate in an air lift pump was presented as well as the methodology of empirical formulas derivation to calculate those parameters. A comparative analysis of the values of sand and water flow rate from direct measurements and the calculated values was carried out. The scope of laboratory research encompassed derivation of the aforementioned empirical formulas to calculate water and sand flow rate for the plastic air lift pump with internal diameter of the delivery pipe d = 0.04 m, at fixed sand-water mix delivery heads of 0.40 m, 0.80 m and 1.20 m. Dimensional analysis and multiple regression were applied to derive the formulas. It was established that the water and sand flow rate decreased along with the increase of the delivery head, and the values of water flow rate were smaller than those of the sand flow rate. It was demonstrated that the air pressure in such devices cannot be lower than 110 kPa or exceed 175 kPa as at higher pressure values the sand and water flow rate started to fall. The values of sand and water flow rates calculated by the derived formulas coincided very well with the values determined by direct measurements using the 1:1 scale laboratory model.Przedstawiono analizę wyników badań strumienia objętości piasku (Qz) i wody (Qw) w podnośniku powietrznym oraz omówiono metody wyznaczania wzorów empirycznych do obliczania wartości tych parametrów. Przeprowadzono analizę porównawczą wartości strumienia objętości piasku i wody wyznaczonych w bezpośrednich pomiarach z wartościami obliczonymi za pomocą wzorów empirycznych. Zakres badań laboratoryjnych obejmował wyprowadzenie wzorów do obliczania wartości strumienia objętości piasku i wody w powietrznym podnośniku z tworzywa sztucznego o średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d=0,04 m, przy zadanych wysokościach podnoszenia mieszaniny piasku i wody równych 0,40 m, 0,80 m i 1,20 m. Do wyznaczenia wzorów empirycznych do obliczania wartości strumienia objętości piasku i wody zastosowano analizę wymiarową i metodę regresji wielokrotnej. W przypadku badanej konstrukcji podnośnika powietrznego stwierdzono, że wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia mieszaniny piasku i wody strumień objętości piasku i wody malał, a wartości strumienia objętości wody były mniejsze od wartości strumienia objętości piasku. Wykazano, że w urządzeniu tego typu ciśnienie powietrza nie może być mniejsze niż 110 kPa i nie powinno przekraczać 175 kPa, ponieważ przy wyższych wartościach ciśnienia powietrza strumień objętości piasku i wody zaczynał maleć. Wartości strumienia objętości piasku i wody obliczone za pomocą wyprowadzonych wzorów bardzo dobrze pokrywały się (korelowały?) z wartościami wyznaczonymi w pomiarach bezpośrednich na modelu laboratoryjnym w skali 1:1

Experimental investigations of interface valve flow capacity in the RoeVac type vacuum sewage system

The results of investigations of an interface valve flow capacity in a vacuum sewage system have been presented. The investigations were carried out in an experimental vacuum sewage system installation, built in a laboratory. The flow of liquid and air through the interface valve was measured for three opening times: 6, 9, 12 s. Based on the obtained results, nomograms were carried out to determine the coefficient f and the interface valve flow capacity. The nomograms may be used in design processes and in exploitation of the RoeVac type vacuum sewage system

Investigations of hydraulic flow conditions of a vacuum sewage system

Głównym celem badań było przeanalizowanie hydraulicznych warunków pracy sieci kanalizacji podciśnieniowej, która nastręczała dużo problemów w trakcie jej eksploatacji, i zaproponowanie działań naprawczych, żeby je wyeliminować. Zakres badań obejmował sieć kanalizacji podciśnieniowej, wybudowaną w miejscowości Starawieś w pobliżu Warszawy. W artykule przedstawiono analizę uzyskanych wyników badań zmian podciśnienia na długości zbiorczego rurociągu podciśnieniowego o średnicy 225 mm w warunkach technicznej eksploatacji sieci kanalizacji podciśnieniowej. Urządzenia do pomiaru podciśnienia rozmieszczono w sześciu wyznaczonych punktach (studzienkach żelbetowych z zaworami opróżniającymi typu ISEKI) na długości zbiorczego rurociągu podciśnieniowego. Rozmieszczone na długości rurociągu urządzenia pomiarowe przez kilka dni mierzyły co minutę, w sposób ciągły, zmiany podciśnienia. Zmiana podciśnienia w sieci zależy od częstotliwości otwierania się zaworów opróżniających i podciśnienia w zbiorniku podciśnieniowym [Kalenik 2015]. Żeby zawory opróżniające mogły się otwierać, podciśnienie w rurociągach kanalizacji podciśnieniowej nie może być mniejsze niż –20 kPa [Kalenik 2014b]. Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła na określenie przyczyn nieprawidłowego działania sieci kanalizacji podciśnieniowej. Główną przyczyną problemów było niezgodne z projektem wybudowanie przejść zbiorczego rurociągu podciśnieniowego pod drogą krajową 62. Po przebudowaniu przejść rurociągu pod drogą zgodnie z projektem i prawidłowym wyregulowaniu nastaw długości czasu otwarcia zaworów opróżniających badana sieć kanalizacji podciśnieniowej zaczęła pracować prawidłowo.The main aim of the investigations was to analyze hydraulic flow conditions of a vacuum sewage system making a lot of problems during its exploitation and to propose corrective action which should be taken to eliminate these problems. The scope of the investigations encompassed a vacuum sewage system built in a village Starawieś nearby Warsaw. The paper presents the analysis of the obtained results of the investigations of negative pressure changes along the length of the vacuum collector pipeline with diameter of 225 mm, in conditions of technical exploitation of the vacuum sewage system. Negative pressure measuring devices were distributed in six determined points (ferroconcrete wells with ISEKI interface valves) along the length of the vacuum collector pipeline. The measuring devices measured pressure changes every minute, by 24 hours per day, for several days. Changes of the negative pressure in vacuum sewage systems depend on the frequency of opening of interface valves and on the negative pressure in a vacuum container. In order to let the interface valves open, the negative pressure in vacuum sewage pipelines cannot be lower than -20 kPa. The analysis of the obtained results of the investigations allowed to define the causes of malfunctioning of the vacuum sewage system. The main cause of the problems was that the passages of the vacuum collector pipeline under the national road No. 62 were built contrary to the design. After reconstruction of the aforementioned passages according to the design and after proper adjustment of opening times of the emptying valves, the tested vacuum sewage system operated properly

Eksperymentalne badania wydajności powietrznego podnośnika

This paper presents analysis of results of investigations of flow rate of sand (Qs) and water (Qw) in an air lift pump. The investigations were performed on an air lift pump test rig, constructed in a laboratory on a scale of 1:1. The paper describes the construction and working principle of this air lift pump test rig and presents a methodology of derivation of empirical formulas for calculation of sand and water flow rate. A comparative analysis of the values of the sand and water flow rate obtained in direct measurements with analogical values of flow rate calculated with use of the derived empirical formulas was carried out. The research scope encompassed the derivation of the aforementioned empirical formulas in the PVC air lift pump with the internal diameter of the discharge pipe d = 0.03 m by the fixed sand-water mix delivery heads H: 0.40 m, 0.80 m, 1.20 m. To derive the empirical formulas for calculation of the sand and water flow rate, dimensional analysis and multiple regression was applied. In the air lift pump being tested, the water and sand flow rate felt along with the rise in the delivery head and the water flow rate was higher than the sand flow rate. Air pressure in such devices cannot be lower than 110 kPa and cannot exceed 150 kPa as for higher values of air pressure the sand and water flow rate starts to fall. The values of the sand and water flow rate calculated with use of the derived formulas coincide very well with the values determined from the direct measurements.W artykule przedstawiono analizę wyników badań natężenia przepływu piasku (Qs) i wody (Qw) w podnośniku powietrznym. Badania wykonywano na wybudowanym w laboratorium w skali 1:1 stanowisku do badania podnośnika powietrznego. W artykule przedstawiono budowę i zasadę działania stanowiska badawczego oraz omówiono metodykę wyznaczenia empirycznych wzorów do obliczania natężenia przepływu piasku i wody. Przeprowadzono analizę porównawczą wartości natężenia przepływu piasku i wody wyznaczonych z bezpośrednich pomiarów z wartościami obliczonymi za pomocą wyznaczonych empirycznych wzorów. Zakres badań obejmował wyprowadzenie wzorów do obliczania natężenia przepływu piasku i wody w podnośniku powietrznym z tworzywa sztucznego PVC o średnicy wewnętrznej rurociągu tłocznego d = 0,03 m, przy zadanej wysokości podnoszenia mieszaniny piasku i wody H: 0,40 m, 0,80 m, 1,20 m. Do wyznaczenia empirycznych wzorów do obliczania natężenia przepływu piasku i wody zastosowano analizę wymiarową i metodę regresji wielokrotnej. W badanej konstrukcji podnośnika powietrznego wraz ze wzrostem wysokości podnoszenia mieszaniny piasku i wody, natężenie przepływu piasku i wody malało, a wartości natężenia przepływu wody były większe w stosunku do wartości natężenia przepływu piasku. W badanym urządzeniu ciśnienie powietrza nie może być mniejsze niż 110 kPa i nie powinno przekraczać 150 kPa, ponieważ przy wyższych ciśnieniach powietrza natężenie przepływu piasku i wody zaczynało spadać. Wartości natężenia przepływu piasku i wody obliczone za pomocą wyprowadzonych wzorów, bardzo dobrze pokrywały się z wartościami wyznaczonymi z bezpośrednich pomiarów