Simulation of the dynamic behavior of horizontal granular filters

Skouras, E. D.; Burganos, Vasilis N.; Paraskeva, Christakis Α.; Payatakes, A. C.

doi:10.1016/j.seppur.2007.02.015

Cited by 8 publications

(3 citation statements)

References 36 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…In this study, they derived a correlation for an “equivalent” single-collector efficiency η; however, their modeling approach did not account for Brownian diffusion. Also pore-network modeling approaches , have been employed to investigate depth filtration. Simulations in both regular sphere packings and the aforementioned pore networks, however, do not accurately capture the complex flow and particle transport patterns that occur in random granular filters.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Correlation for the Collector Efficiency of Brownian Particles in Clean-Bed Filtration in Sphere Packings by a Lattice-Boltzmann Method

Long

Hilpert

2009

Environ. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

In this paper, we develop a new correlation for the clean-bed filter coefficient (lambda0) for Brownian particles, for which diffusion is the main deposition mechanism. The correlation is based on numerical Lattice-Boltzmann (LB) simulations in random packings of spheres of uniform diameter. We use LB methods to solve the Navier-Stokes equation for flow and then the advection-diffusion equation for particle transport. We determine a correlation for an "equivalent" single-collector diffusion efficiency, etaD, so that we can compare our predictions to "true" single-collector correlations stemming from unit-cell modeling approaches. We compared our new correlation to experiments on the filtration of latex particles. For small particle diameters, 50 nm < dp < 300 nm, when gravity and interception are negligible, our correlation for etaD predicts measurements better than unit-cell correlations, which overestimate etaD. The good agreement suggests that the representation of three-dimensional transport pathways in porous media plays an important role when modeling transport and deposition of Brownian particles. To model larger particles, for which gravity and interception are important too, we build a correlation for the overall single-collector efficiency eta0 by adding corresponding etaG and nI terms from unit-cell correlations to our etaD model. The resulting correlation predicts experiments with latex particles of dp > 300 nm well.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Correlation for the Collector Efficiency of Brownian Particles in Clean-Bed Filtration in Sphere Packings by a Lattice-Boltzmann Method

Long

Hilpert

2009

Environ. Sci. Technol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Salt precipitation at mesoscopic scales is simulated as a bed filtration process with the implementation of a mechanistic simulator developed by the authors in a series of papers − and modified accordingly in order to emulate the salts transport and sedimentation process.…”

Section: Bed Simulationsmentioning

confidence: 99%

Flow, Transport, and Controlled Sedimentation of Salt Solutions in Porous Formations with Enhanced Structural Properties

Skouras

Sygouni

Constantinides

et al. 2016

Crystal Growth & Design

View full text Add to dashboard Cite

Scaling phenomena caused by salt precipitation in pumps and wells are a frequent problem during oil production, CO2 storage, and other underground processes. Several studies have focused on the salt precipitation in porous media, and interesting results concerning salt precipitation have been obtained in the past. Salt precipitation in porous media is a complex phenomenon since it is highly dependent on supersaturation, which is usually not homogeneous along the porous channels. In the present study the coupled solution of the spatiotemporally varied flow and mass transport during mixing and selective precipitation of specific salts in unconsolidated and loosely consolidated porous media were investigated, with a strong dependence on the prevailing conditions. Specific salt solutions mixing, transfer, and deposition rates were studied, targeting the selective enhancement of salts deposition performance to facilitate consolidation of porous formations. Computational fluid dynamics methods have been applied for the transient flow and salt transport with homogeneous or heterogeneous nucleation of crystals on the walls of pores with specific mixing geometry. During modeling of flow in pore networks, the three-dimensional character of the process was taken into account, and the evolution of mass transport and deposition was monitored. The precipitation of salts in supersaturated and unsaturated porous medium and the crystals distribution along the porous medium have been evaluated. Comparison of the simulation results with similar experiments has been performed.

show abstract

“…Ο συνδυασμός της ανάλυσης τροχιακών κλίμακας πόρου με ανάλυση δικτύων πόρων μπορεί να είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τον υπολογισμό (bottom-up) μακροσκοπικών παραμέτρων (π.χ. συντελεστές προσκόλλησης) που υπεισέρχονται στα μακροσκοπικά μοντέλα που εξομοιώνουν την κίνηση κολλοειδών σωματιδίων στη κλίμακα μίας στήλης (Burganos et al, 2001); (Skouras et al, 2007).…”

Section: αριθμητικά μοντέλαunclassified

Βελτιστοποίηση Των Ιδιοτήτων Νανορευστών Για Την Αποδοτική Επιτόπια Αποκατάσταση Ρυπασμένων Υπογείων Εδαφών

Τερζή¹

View full text Add to dashboard Cite

Αιωρήματα νανοσωματιδίων σιδήρου μηδενικού σθένους (nZVI) χρησιμοποιούνται συνήθως για την επί τόπια απορρύπανση εδαφών ρυπασμένων με χλωριωμένους διαλύτες. Μια ποικιλία υδατικών αιωρημάτων νανοσωματιδίων (nanofluids) σιδήρου μηδενικού σθένους (nZVI) παρασκευάσθηκε με τεχνικές υγρής χημείας χρησιμοποιώντας την καρβοξυ-μεθυλο-κυτταρίνη (CMC) ως σταθεροποιητή / επικάλυψη. Για την ενίσχυση της σταθερότητας και του μήκους διείσδυσης εντός του πορώδους μέσου, το νανοσύνθετο, CMC-coated nZVI ενθυλακώθηκε σε λιποσωμικές συστάσεις. Τα λιποσώματα μπορούν να θεωρηθούν ως οχήματα για την ασφαλή διανομή του nZVI σε υδρόφοβους ρύπους μέσω της ελεγχόμενης διάσπασης των μεμβρανών σε διεπιφάνειες υδατικής / ελαϊκής φάσης. Η σταθερότητα και η μακροζωία των αιωρημάτων αξιολογήθηκε με φυσικοχημικές μεθόδους χαρακτηρισμού, ενώ η αντιδραστικότητα τους αξιολογήθηκε ως προς την ικανότητα αποχλωρίωσης του τετραχλωροαιθυλενίου (PCE) σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Για τη μέτρηση της συγκέντρωσης του διαλυμένου PCE σε συνάρτηση με το χρόνο αντίδρασης χρησιμοποιήθηκε GC-ECD. Για την αξιολόγηση της κινητικότητας, της μακροζωίας και της αντιδραστικότητας των αιωρημάτων nZVI (nanofluids) υπό συνθήκες ροής, πραγματοποιήθηκαν πειράματα ροής σε ένα δίκτυο πόρων χαραγμένο σε γυάλινο δοκίμιο για τρεις τύπους αιωρημάτων : (i) CMC - coated nZVI, (ii) CMC - coated nZVI ενθυλακωμένο σε λιποσώματα, (iii) μίγμα CMC - coated nZVI και κενών λιποσωμάτων. Οι μεταβατικές καμπύλες διέλευσης (breakthrough curves) της συγκέντρωσης του nZVI στην έξοδο του γυαλιού μετρήθηκαν με φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης. Οι καμπύλες μεταβατικής απόκρισης της συγκέντρωσης των λιπιδίων μετρήθηκαν με φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Η παρατηρούμενη συμπεριφορά ερμηνεύτηκε με μέτρηση (ζ-Nanosizer) της χρονικής διακύμανσης της κατανομής μεγέθους σωματιδίων στα αιωρήματα που συλλέγονται στην εκροή. Τα CMC-coated nZVI ήταν πάντα πολύ ευκίνητα, σταθερά, και ανιχνεύσιμα στην εκροή. Ένα κλάσμα των λιποσωμάτων ανιχνεύτηκε στην εκροή, όταν διοχετεύθηκαν CMC - coated nZVI ενθυλακωμένα σε λιποσώματα και καθόλου στην περίπτωση των αναμιγμένων με κενά λιποσώματα. Δεδομένου ότι καθαρά λιποσώματα διήλθαν εύκολα μέσα από το πορώδες μέσο, φαίνεται ότι η συνύπαρξη τους με CMC-coated nZVI αλλάζει τη κινητικότητα τους, παρεμποδίζοντας τη διέλευση τους και ευνοώντας την παγίδευση τους. Έκπλυση του δικτύου των πόρων με νερό, κινητοποίησε τόσο τα λιποσώματα όσο και όποιο υπολειπόμενο ποσό σιδήρου που είχε εγκλωβιστεί στους πόρους. Στο ίδιο δίκτυο πόρων μετρήθηκε η ικανότητα των nZVI για την απορρύπανση γαγγλίων (πηγαίας φάσης) PCE. Σε κορεσμένο γυάλινο δοκίμιο με διάσπαρτα γάγγλια PCE εισήχθησαν : (i) νερό, (ii) διάλυμα CMC, (iii) CMC - coated nZVI. Η ικανότητα απορρύπανσης των nZVI ποσοτικοποιήθηκε με οπτική παρακολούθηση του ρυθμού απώλειας μάζας των γαγγλίων PCE που είναι παγιδευμένα στο γυάλινο δίκτυο πόρων κατά τη διάρκεια της συνεχούς έγχυσης των παραπάνω αιωρημάτων. Διαπιστώθηκε ότι η παρουσία των υδρόφιλων καρβοξυλικών ομάδων του CMC και η προσρόφηση του στις διεπιφάνειες PCE/νερού μεταβάλει τη διαβροχή κάνοντας το πορώδες μέσο ελαιοδιαβρεκτό. Από την άλλη πλευρά, η παρουσία του nZVΙ καθιστά το πορώδες μέσο πιο υδατοδιαβρεκτό, με αποτέλεσμα, σε συνάρτηση με τη τοπική συγκέντρωση CMC και nZVI να είναι πολύ πιθανή η δημιουργία συνθηκών κλασματικής διαβροχής. Η απορρύπανση των γαγγλίων PCE ακολούθησε ένα πρότυπο μη ομοιόμορφης αποσάθρωσης των διεπιφανειών που βρίσκονται, ανάντη της ροής κατά τη διεύθυνση ροής του nZVI προς τα γάγγλια του PCE. O ρυθμός απορρύπανσης ήταν συγκρίσιμος με τον ρυθμό διαλυτοποίησης και μπορεί να ερμηνευτεί ως: (1) Διεργασία 2 σταδίων αποτελούμενη από (α) επαυξημένη και χωρικά μη ομοιόμορφη διαλυτοποίηση του PCE και (β) γρήγορη αποχλωρίωση του διαλυμένου PCE από τα nZVI. (2) Απευθείας αποχλωρίωση των γαγγλίων PCE από τα nZVI που εναποτίθενται στις διεπιφάνειες PCE/νερού. Προκειμένου να αξιολογηθεί η κινητικότητα και αντιδραστικότητα των CMC-coated nZVI σε πραγματικά πορώδη μέσα πραγματοποιήθηκαν πειράματα διέλευσης σε στήλη πυριτικής άμμου ομοιόμορφης κοκκομετρίας και διαπιστώθηκε ότι μόνο ένα μικρό ποσοστό του σιδήρου απομένει στο πορώδες μέσο μετά την έκπλυση. Η διοχέτευση του CMC–coated nZVI σε στήλη εδάφους που περιείχε PCE σε υπολειπόμενο κορεσμό είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του κορεσμού κατά ~32 %, με το μεγαλύτερο ποσοστό της μείωσης του κορεσμού του PCE (>99 %) να οφείλεται στην αντίδραση του nZVI είτε με διαλυτοποιημένο ή με αδιάλυτο (NAPL) PCE. Η διοχέτευση nZVI σε πορώδη μέσα και η αλληλεπίδραση τους με την υδατική/ελαϊκή/στερεά φάση εξομοιώθηκε μακροσκοπικά ως διεργασία συναγωγής-διασποράς λαμβάνοντας υπόψιν: τη προσκόλληση / αποκόλληση των νανοσωματιδίων στα τοιχώματα των πόρων, τον ρυθμό διαλυτοποίησης του PCE καθώς επίσης και αντιδράσεις 1ης τάξης των nZVI με διαλυμένο και αδιάλυτο PCE. Με τη βοήθεια του εξομοιωτή πραγματοποιήθηκε μη γραμμική εκτίμηση των παραμέτρων του μοντέλου με προσαρμογή της καμπύλης διέλευσης του νανοσιδήρου και της χρονικής μεταβολής του κορεσμού PCE που μετρήθηκαν στο γυάλινο δοκίμιο.

show abstract

Simulation of the dynamic behavior of horizontal granular filters

Cited by 8 publications

References 36 publications

A Correlation for the Collector Efficiency of Brownian Particles in Clean-Bed Filtration in Sphere Packings by a Lattice-Boltzmann Method

A Correlation for the Collector Efficiency of Brownian Particles in Clean-Bed Filtration in Sphere Packings by a Lattice-Boltzmann Method

Flow, Transport, and Controlled Sedimentation of Salt Solutions in Porous Formations with Enhanced Structural Properties

Βελτιστοποίηση Των Ιδιοτήτων Νανορευστών Για Την Αποδοτική Επιτόπια Αποκατάσταση Ρυπασμένων Υπογείων Εδαφών

Contact Info

Product

Resources

About