Pool scrubbing systems for aerosol removal : experimental analysis on bubble characteristics and modeling

The removal of fine and ultrafine toxic particulate from gaseous streams is important in several energy-engineering applications. Among the removal mechanisms the pool scrubbing allows the removal of particles by bubbling the gas inside a liquid pool (usually water). This method is used in nuclear engineering as a safety system to reduce the dispersion of radioactive aerosols to the environment due to a serious accident in a nuclear reactor, but can also be used for example as a filtering system to purify polluted gas streams like combustion fumes created by boilers or steam generators fuelled by coal or biomass. In the last decades of the twentieth century, many studies have been conducted on the pool scrubbing, regarding both bubbles fluid dynamics and particle removal mechanisms inside the bubble. The work presented, which is inserted in PASSAM European project joined by RSE S.p.A (where the internship was conducted), has as its target to perform an analysis of data obtained during experimental campaign performed on a facility that reproduces in a small scale a pool scrubbing plant with a single injection nozzle and the creation of a simplified model to describe the evolution of the bubbles inside the pool. This model is the first step needed in order to create a model to describe aerosol removal. Tests were performed using demineralized water as liquid, air as gas, by varying the diameter of the nozzle and the gas flow at the inlet. The work includes, after an analysis of the state of the art pool scrubbing and possible applications, a detailed analysis of the data obtained during the experimental campaign and the proposal of a new model to describe bubbles inside the pool. In conclusion, results and possible improvements will be discussed.

La rimozione di particolato tossico fine ed ultrafine disperso in correnti gassose trova largo impiego in molte applicazioni dell’ingegneria energetica. Tra i metodi di abbattimento più comuni è il pool scrubbing, che prevede l’abbattimento della concentrazione di particolato tramite gorgogliamento in una piscina di liquido (generalmente acqua). Tale metodo è utilizzato nel campo dell’ingegneria nucleare come sistema di sicurezza per ridurre la dispersione di aerosol radioattivi in ambiente in seguito a un grave incidente al reattore nucleare, ma può essere usato anche ad esempio come sistema di filtraggio per purificare correnti gassose inquinate come i fumi di caldaie o generatori di vapore alimentati a carbone o biomassa. Negli ultimi decenni del XX secolo sono stati condotti numerosi studi sul pool scrubbing, riguardanti sia la fluidodinamica delle bolle sia i meccanismi di abbattimento delle particelle all’interno delle bolle. Il lavoro presentato, inserito nel progetto europeo PASSAM, di cui RSE S.p.A è Partner ed ente presso cui è stato svolto lo stage, ha come obiettivo l’analisi di dati ricavati dalla campagna sperimentale condotta su un impianto che riproduca su piccola scala un impianto di pool scrubbing dotato di un singolo ugello e la creazione di un modello semplificato che migliori la descrizione dell’evoluzione delle bolle all’interno della piscina. Tale modello costituisce la base per la creazione di un successivo modello di abbattimento di aerosol. I test sono stati eseguiti utilizzando acqua demineralizzata come liquido, aria come gas, variando il diametro dell’ugello e la portata di gas in ingresso. La struttura del lavoro prevede, dopo una analisi sullo stato dell’arte del pool scrubbing e sulle possibili applicazioni, una dettagliata analisi dei dati ottenuti durante la campagna sperimentale e la proposta del nuovo modello di evoluzione delle bolle all’interno della piscina. In conclusione verranno mostrati i risultati ottenuti e i possibili miglioramenti.