Published January 16, 2024 | Version v1
Publication Open

Modelling sludge dewatering in treatment reed bed considering sludge deposit formation

Creators

  • 1. Curtin University Sarawak

Description

Abstract The accumulation of sludge deposits is a crucial factor in the dewatering efficiency of sludge treatment reed bed (STRB). This paper presents an improved one-dimensional process-based mathematical model to simulate the dewatering mechanism in STRBs, in which the compressible cake filtration (CCF) theory was implemented to simulate the sludge deposits accumulation on the surface of the reed bed, while the varying sludge deposit thickness was accounted for using the moving mesh method. The proposed model also included the dual porosity variably saturated flow model and the Penman–Monteith equation to describe the dewatering through gravity drainage and evapotranspiration, respectively. The results from the model were validated with experimental data from laboratory-scale STRBs treating septage. The simulation results showed that considering the sludge deposit layer as a specific flow resistance effectively avoids the overprediction of water infiltration rate in the reed bed. The predicted results showed excellent agreement with the actual data, where only five cases of the root mean square error were above 10% compared to the average effluent flux. Further, the effect of evapotranspiration was found to be insignificant within a short-term simulation. The consideration of the influence of sludge deposit formation on drainage dewatering using the CCF model and moving mesh model has delivered a more robust simulation for sludge dewatering in STRBs, and the proposed model is capable of facilitating the understanding of the interactions between the sludge dewatering in STRB with respect to the bed characteristics, hydraulic load, and solid load.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد تراكم رواسب الحمأة عاملاً حاسمًا في كفاءة نزح المياه من طبقة قصب معالجة الحمأة (STRB). تقدم هذه الورقة نموذجًا رياضيًا محسّنًا قائمًا على عملية أحادية البعد لمحاكاة آلية نزح المياه في STRBs، حيث تم تنفيذ نظرية ترشيح الكعكة القابلة للانضغاط (CCF) لمحاكاة تراكم رواسب الحمأة على سطح طبقة القصب، في حين تم حساب سمك رواسب الحمأة المتفاوتة باستخدام طريقة الشبكة المتحركة. تضمن النموذج المقترح أيضًا نموذج التدفق المزدوج المسامية المشبعة بشكل متغير ومعادلة بنمان- مونتيث لوصف نزح المياه من خلال تصريف الجاذبية والتبخر، على التوالي. تم التحقق من صحة نتائج النموذج باستخدام بيانات تجريبية من STRBs على نطاق المختبر التي تعالج الصرف الصحي. أظهرت نتائج المحاكاة أن اعتبار طبقة رواسب الحمأة مقاومة تدفق محددة يتجنب بشكل فعال التنبؤ المفرط بمعدل تسرب المياه في طبقة القصب. أظهرت النتائج المتوقعة توافقًا ممتازًا مع البيانات الفعلية، حيث كانت خمس حالات فقط من الخطأ التربيعي لمتوسط الجذر أعلى من 10 ٪ مقارنة بمتوسط تدفق النفايات السائلة. علاوة على ذلك، وجد أن تأثير التبخر والنتح ضئيل في المحاكاة قصيرة المدى. أدى النظر في تأثير تكوين رواسب الحمأة على نزح مياه الصرف باستخدام نموذج CCF ونموذج الشبكة المتحركة إلى محاكاة أكثر قوة لنزح مياه الحمأة في STRBs، والنموذج المقترح قادر على تسهيل فهم التفاعلات بين نزح مياه الحمأة في STRB فيما يتعلق بخصائص الطبقة والحمل الهيدروليكي والحمل الصلب.

Translated Description (French)

Résumé L'accumulation de dépôts de boues est un facteur crucial dans l'efficacité de déshydratation du lit de roseaux de traitement des boues (STRB). Cet article présente un modèle mathématique amélioré basé sur un processus unidimensionnel pour simuler le mécanisme de déshydratation dans les STRB, dans lequel la théorie de la filtration sur gâteau compressible (CCF) a été mise en œuvre pour simuler l'accumulation des dépôts de boues à la surface du lit de roseaux, tandis que l'épaisseur variable des dépôts de boues a été prise en compte en utilisant la méthode des mailles mobiles. Le modèle proposé comprenait également le modèle d'écoulement à double porosité à saturation variable et l'équation de Penman–Monteith pour décrire l'assèchement par drainage gravitaire et l'évapotranspiration, respectivement. Les résultats du modèle ont été validés avec des données expérimentales de STRB à l'échelle du laboratoire traitant le septage. Les résultats de la simulation ont montré que le fait de considérer la couche de dépôt de boue comme une résistance spécifique à l'écoulement évite efficacement la surestimation du taux d'infiltration d'eau dans le lit de roseaux. Les résultats prédits ont montré un excellent accord avec les données réelles, où seulement cinq cas d'erreur quadratique moyenne étaient supérieurs à 10% par rapport au flux moyen de l'effluent. De plus, l'effet de l'évapotranspiration s'est avéré insignifiant dans une simulation à court terme. La prise en compte de l'influence de la formation de dépôts de boues sur l'assèchement du drainage à l'aide du modèle CCF et du modèle à mailles mobiles a fourni une simulation plus robuste pour l'assèchement des boues dans les STRB, et le modèle proposé est capable de faciliter la compréhension des interactions entre l'assèchement des boues dans les STRB en ce qui concerne les caractéristiques du lit, la charge hydraulique et la charge solide.

Translated Description (Spanish)

Resumen La acumulación de depósitos de lodo es un factor crucial en la eficiencia de deshidratación del lecho de láminas de tratamiento de lodos (STRB). Este documento presenta un modelo matemático unidimensional mejorado basado en procesos para simular el mecanismo de deshidratación en STRB, en el que se implementó la teoría de filtración de torta compresible (CCF) para simular la acumulación de depósitos de lodo en la superficie del lecho de láminas, mientras que el espesor variable del depósito de lodo se contabilizó utilizando el método de malla móvil. El modelo propuesto también incluyó el modelo de flujo saturado variable de porosidad dual y la ecuación de Penman–Monteith para describir la deshidratación a través del drenaje por gravedad y la evapotranspiración, respectivamente. Los resultados del modelo se validaron con datos experimentales de STRB a escala de laboratorio que tratan el tabique. Los resultados de la simulación mostraron que considerar la capa de depósito de lodo como una resistencia específica al flujo evita efectivamente la sobrepredicción de la tasa de infiltración de agua en el lecho de láminas. Los resultados predichos mostraron una excelente concordancia con los datos reales, donde solo cinco casos del error cuadrático medio estaban por encima del 10% en comparación con el flujo medio de efluentes. Además, se encontró que el efecto de la evapotranspiración era insignificante dentro de una simulación a corto plazo. La consideración de la influencia de la formación de depósitos de lodos en la deshidratación de drenaje utilizando el modelo CCF y el modelo de malla móvil ha proporcionado una simulación más robusta para la deshidratación de lodos en STRB, y el modelo propuesto es capaz de facilitar la comprensión de las interacciones entre la deshidratación de lodos en STRB con respecto a las características del lecho, la carga hidráulica y la carga sólida.

Files

s40808-023-01930-z.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c6c4c525d281fde7db0535e26c13885a
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نمذجة نزح المياه من الحمأة في طبقة قصب المعالجة مع الأخذ في الاعتبار تكوين رواسب الحمأة
Translated title (French)
Modélisation de la déshydratation des boues dans le lit de roseaux de traitement en tenant compte de la formation de dépôts de boues
Translated title (Spanish)
Modelado de la deshidratación de lodos en el lecho de láminas de tratamiento teniendo en cuenta la formación de depósitos de lodos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390906289
DOI
10.1007/s40808-023-01930-z

Is supplement to
https://openalex.org/W4255762508 (Other)
https://openalex.org/W2475466250 (Other)
https://openalex.org/W2093503865 (Other)
https://openalex.org/W2061967398 (Other)
https://openalex.org/W2033082675 (Other)
https://openalex.org/W2015152570 (Other)
https://openalex.org/W2015111284 (Other)
https://openalex.org/W1990722023 (Other)
https://openalex.org/W1972161079 (Other)
https://openalex.org/W1551112428 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1984006044
  • https://openalex.org/W2007006809
  • https://openalex.org/W2026609453
  • https://openalex.org/W2043891295
  • https://openalex.org/W2069736264
  • https://openalex.org/W2360160650
  • https://openalex.org/W2518635243
  • https://openalex.org/W2590192567
  • https://openalex.org/W2886338077
  • https://openalex.org/W2896892724
  • https://openalex.org/W2913817913
  • https://openalex.org/W2928809794
  • https://openalex.org/W2930601570
  • https://openalex.org/W2962551100
  • https://openalex.org/W2969982715
  • https://openalex.org/W2982600235
  • https://openalex.org/W3035736621
  • https://openalex.org/W3048636684
  • https://openalex.org/W3093788295
  • https://openalex.org/W3105632546
  • https://openalex.org/W3122975118
  • https://openalex.org/W3160704238
  • https://openalex.org/W4205645980
  • https://openalex.org/W4225146316
  • https://openalex.org/W4239068033
  • https://openalex.org/W4282822670
  • https://openalex.org/W4285557946
  • https://openalex.org/W4319265130
  • https://openalex.org/W4366987704
  • https://openalex.org/W4382023094
  • https://openalex.org/W4388472006