Fılter backwash hydraulıcs: an ınvestıgatıon on porous and non-spherıcal medıa - Hunce, Selda Yiğit (My University, 2016)
FİLTRE GERİ YIKAMA HİDROLİĞİ: KÜRESEL OLMAYAN VE GÖZENEKLİ YATAKLARIN İNCELENMESİ Sıvı katı akışkanlaşma Çevre Mühendisliği’nde kullanılan birçok proses ve işlemde yer almaktadır. Granül filtre yataklarının akışkanlaşma sırasındaki genişlemesi bu uygulamalara önemli bir örnektir. Bu çalışmanın amacı, farklı filtre malzemeleri içeren akışkan granüler yatakların genişlemesini incelemektir. Yeknesak ve yeknesak olmayan küresel ve küresel olmayan yataklarda genişleme araştırılacaktır. Bu çalışmada, farklı boyut ve yoğunluk değerlerine sahip küreler ve küresel olmayan (gözenekli ve gözeneksiz) malzemeler, deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar analiz edilmiştir. Akışkanlaşma deneyleri yirmi farklı küresel malzeme (6 cam, 6 selüloz asetat, 4 delrin, 1 PVC ve 3 plastik), otuz üç farklı ikili küresel malzeme karışımı, dört farklı küresel olmayan gözeneksiz malzemenin (kum, garnet, perlit ve kırık cam) yirmi elenmiş fraksiyonu ve küresel olmayan üç farklı gözenekli malzemenin (zeolit, aktif karbon, antrasit) on beş elenmiş fraksiyonu ile oluşturulan uniform yataklar ile yürütülmüştür. Parçacıkların özelliklerini belirlemek için yoğunluk, eşdeğer çap ve küresellik ölçümleri uygulanmıştır. Küresel olmayan malzemeler için geçirgenlik deneyleri gözenekliliğin küresellik üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla farklı porozite değerlerinde gerçekleştirildi. Küresel parçacıkların akışkanlaştırma deneylerinin bulguları, Garside ve Al-Dibouni (1977) ve Akgiray ve Soyer (2006) denklemlerinin, küresel parçacıkların yatak genişlemelerinin tahmini için en güvenilir korelasyonlar olduğunu ortaya koymaktadır. Garside ve Al-Dibouni (1977) ve Akgiray ve Soyer (2006) korelasyonları için tahmin edilen yatak gözenekliliğinde yüzde hata değerleri sırasıyla 1.97 ve 2.07 olarak bulunmuştur. Richardson ve Zaki (1954) ve Wen ve Yu (1966) tarafından önerilen iyi bilinen denklemler yatak gözenekliliği tahmini için sırasıyla % 6.96 ve % 6.93 hata değerlerine sahiptir. Seri model, ikili küresel malzeme karışımlarının akışkan yatak genişlemesinin tahmininde en güvenilir sonuçları sağlamaktadır. Gözenekli filtre malzemelerinin hidrolik yoğunluğunu, parçacıkların gözeneklerindeki su dikkate alınarak ölçmek için yeni bir deney tekniği önerilmiştir. Bu malzemeler için dört farklı yoğunluk ölçüm yöntemi değerlendirilmiştir. Sonuçlar, standart koni testinin, bu çalışmada ele alınan uygulama tipleri için en uygun yöntem olduğunu, diğer basit yöntemlerin kullanılmasının çeşitli derecelerde hata oluşturduğunu göstermektedir. Çalışmanın önemli bir bulgusu, incelenen gözenekli malzemelerden oluşturulan akışkan yatakların genişleme verisi Soyer ve Akgiray (2009)’ın sadece gözenekli olmayan malzemeleri test ederek geliştirdiği korelasyonunun tahminleriyle mükemmel bir uyum içerisinde olmasıdır.

FILTER BACKWASH HYDRAULICS: AN INVESTIGATION ON POROUS AND NON-SPHERICAL MEDIA Liquid-solid fluidization is involved in many of the processes and operations in Environmental Engineering. The expansion of granular medium filter beds during backwashing is a significant example among these applications. The objective of this study is to investigate the overall expansion of fluidized granular beds containing different types of filter materials. Expansion of uniform and non-uniform spherical and non-spherical beds have been studied. In this study, both spheres with different size and density values, and non-spherical (porous and non-porous) materials have been studied experimentally and the results have been analyzed. The fluidization experiments were conducted on uniform beds comprised of twenty different spherical particles (6 glass, 6 cellulose acetate, 4 delrin, 1 PVC and 3 plastics), thirty three different binary mixtures of spherical particles, twenty sieved fractions of four different non-spherical non-porous materials (sand, garnet, perlite and crushed glass) and fifteen sieved fractions of non-spherical porous materials (zeolite, activated carbon and anthracite). Density, equivalent diameter and sphericity measurements were employed to characterize the particles. Sphericity values were determined using fixed bed headloss data and calculated for each non-spherical materials used in this work. Permeability experiments for non-spherical particles were performed in different porosity values to determine the effect of porosity on sphericity. The findings of the fluidization experiments of spherical particles reveal that Garside and Al-Dibouni (1977) and Akgiray and Soyer (2006) equations are the most reliable correlations for the prediction of bed expansion of spherical particles. The percent error values on predicted bed porosity for Garside and Al-Dibouni (1977) and Akgiray and Soyer (2006) correlations are found as 1.97 and 2.07, respectively. The well known equations proposed by Richardson and Zaki (1954) and Wen and Yu (1966) have error results as 6.96% and 6.93% based on porosity, respectively. Serial model provides the most reliable results for the prediction of fluidized bed expansion of binary mixtures of spheres. A new experimental technique has been proposed to measure hydraulic density of porous filter materials considering the water in the pores of particles. Four different density measurement methods (skeletal, soak and strain, Le Chatelier and cone test) were evaluated for these materials. The results show that the standard cone test is the most suitable method for the type of applications considered in this work whereas the use of other simpler methods leads to varying degrees of error. An important finding of this work is that the fluidized-bed expansion data of the porous media studied here are in excellent agreement with the predictions of the correlation that Soyer and Akgiray (2009) developed by testing non-porous materials only.
Keywords: Çevre mühendisliği; Çevresel yönler; Filtre malzemeleri