تأثیر جریان ناشی از تغییر دانسیته بر روی عملکرد مخازن ته شینی آب و ارایه راهکارهایی جهت حذف آثار منفی آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار منابع آب، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

2 مسوول مکاتبات): کارشناس ارشد، منابع آب، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

چکیده

زمینه و هدف: جریان­های ناشی از تغییر دانسیته در تمام مخازن ته­نشینی جدا از شکل­شان رخ می­دهند ولی دلیل به وجود آمدنشان می­تواند متفاوت باشد. هدف از این تحقیق بررسی آثار منفی ناشی از این جریان­ها در مخازن ته نشینی  و ارایه راه­کاری جهت کاهش این اثر می­باشد.
 روش بررسی: در این تحقیق یک پایلوت مخزن ته­نشینی مستطیلی با مقیاس20∕ 1  از جنس Plexiglass با ضخامت 10 میلی­متر بر اساس قانون مدل فرود ساخته شد. سه خروجی لجن در کف حوض، یک بافل ورودی متحرک، یک سرریز مثلثی، یک بافل میانی متحرک و دو بافل جانبی در آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت.
یافته ها : تغییر چگالی در آزمایشات به کمک تغییر دمای محتویات درون حوض ته­نشینی انجام گرفت این جریان­ها سبب آشفتگی درون حوض­های ته نشینی شده و باعث افزایش کل جامدات معلق در خروجی و کاهش5 الی 25 درصدی راندمان حذف جامدات معلق در دو اختلاف دمای متفاوت ورودی و محتویات درون مخزن که این اختلاف دما به ترتیب 2/2 و 8/6 درجه سانتی­گراد ته­نشینی گردیدند. محدوده تغییرات غلظت در آزمایشات 100 تا 300 میلی گرم بر لیتر می­باشد. از دو نوع بافل میانی و جانبی جهت کاهش اثر منفی این جریان­ها استفاده گردید.
نتیجه گیری: نتایج استفاده از بافل میانی و جانبی به ترتیب 20 و 23 درصد افزایش کارایی حوض ته­نشینی در حذف کل مواد معلق بود

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره هجدهم، ویژه نامه شماره2، پاییز 1395

 

تأثیر جریان ناشی از تغییر دانسیته بر روی عملکرد مخازن ته­نشینی آب و

 ارایه راه­کارهایی جهت حذف آثار منفی آن

 

سید مصطفی خضری [1]

فرانک میرفتاح [2]*

f.mirfattah@yahoo.com

تاریخ دریافت: 10/07/89

تاریخ پذیرش:25/01/90

 

چکیده

زمینه و هدف: جریان­های ناشی از تغییر دانسیته در تمام مخازن ته­نشینی جدا از شکل­شان رخ می­دهند ولی دلیل به وجود آمدنشان می­تواند متفاوت باشد. هدف از این تحقیق بررسی آثار منفی ناشی از این جریان­ها در مخازن ته نشینی  و ارایه راه­کاری جهت کاهش این اثر می­باشد.

 روش بررسی: در این تحقیق یک پایلوت مخزن ته­نشینی مستطیلی با مقیاس20∕ 1  از جنس Plexiglass با ضخامت 10 میلی­متر بر اساس قانون مدل فرود ساخته شد. سه خروجی لجن در کف حوض، یک بافل ورودی متحرک، یک سرریز مثلثی، یک بافل میانی متحرک و دو بافل جانبی در آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت.

یافته ها : تغییر چگالی در آزمایشات به کمک تغییر دمای محتویات درون حوض ته­نشینی انجام گرفت این جریان­ها سبب آشفتگی درون حوض­های ته نشینی شده و باعث افزایش کل جامدات معلق در خروجی و کاهش5 الی 25 درصدی راندمان حذف جامدات معلق در دو اختلاف دمای متفاوت ورودی و محتویات درون مخزن که این اختلاف دما به ترتیب 2/2 و 8/6 درجه سانتی­گراد ته­نشینی گردیدند. محدوده تغییرات غلظت در آزمایشات 100 تا 300 میلی گرم بر لیتر می­باشد. از دو نوع بافل میانی و جانبی جهت کاهش اثر منفی این جریان­ها استفاده گردید.

نتیجه گیری: نتایج استفاده از بافل میانی و جانبی به ترتیب 20 و 23 درصد افزایش کارایی حوض ته­نشینی در حذف کل مواد معلق بود.

واژه­های کلیدی: جریان­های چگال، بافل میانی، بافل جانبی، حوض ته­نشینی مستطیلی و سرریز مثلثی.

 

 

J.Env. Sci. Tech., Vol 18, No.2, Autumn 2016

 

 

 

 

 


Effect of Current Induced by Density Cahnges on Performance of

Sedimentation Tanks and Proposing Solutions to Eliminate its Negative Impacts

 

Seyed Mostafa Khezri[3]

Faranak Mirfattah [4]*

f.mirfattah@yahoo.com

 

Abstract

Background and Objective: The objective of this study is to evaluate the disadvantages of density in sedimentation tanks and suggest sollutions to eliminate those disadvantages.

Method: In this study, a 1:20–scale rectangular sedimentation tank, with thickness of 10 mm, was used as a pilot. The pilot was made up of plexiglass according to the Frod model. Three draw_offs in the bottom of the tank, two withdraw baffles, one intermediate baffle, one inlet baffle and effluent weir configurations were used in the experiments. Turbulence was formed by density of current and then lighter suspended solids went toward effluent weir.

Results: The turbulence cused by currents lead to increase of suspended solids at effluent and decrease of the sedimentation tank efficiency. The proposed sollution for prohibition of those disadvantages is the use of baffles in different positions.

Conclusion: The results indicated increases of 20% for using intermediate baffle and 23% for using withdrawal baffles within 2.2-6.8 °C temperature difference between entering current and sedimentation tank contests with suspended solid concentrations of 100- 300 mg/lit.

Keywords: Density current, intermediate and withdrawal baffles, rectangular sedimentation tank, triangular weir.

 

مقدمه

 

ته نشینی و زلال­سازی در عملیات تصفیه ی آب آشامیدنی غالباً به صورت مترادف به کار برده می­شود اگرچه تفاوت ظریفی در تشریح این دو عبارت وجود دارد اما هردوی آن­ها دلالت بر جداسازی فیزیکی مواد جامد از آب دارد (1). زلال­سازی از اینرو دارای اهمیت است که رابطه مستقیمی با کیفیت خروجی پساب در جداسازی جامدات بیولوژیکی از جریان خروجی دارد و ته­نشینی بیش­تر روی جداسازی جامدات معلق از آب خروجی تاکید دارد. در تهیه آب آشامیدنی تقریباً تمام جامداتی که باید حذف شوند سنگین­تر از آب هستند. از این­رو  ته نشین سازی در اثر نیروی گرانشی به عنوان متداول­ترین روش برای جداسازی به شمار می‌رود (1). همان­طور که می‌دانیم ابتدایی ترین فرضیه‌ها در طراحی و بهره برداری حوض‌های ته­نشینی این می‌باشد که جریان­های گردشی درون حوضچه اتفاق نمی‌افتد و همواره سرعت افقی یکسان می‌باشد بنابراین به وجود آوردن شرایط بهینه برای دست یافتن به این فرضیات، توجه به طراحی و بهره­برداری حوضچه ته­نشینی می‌باشد (2و3). یک فاکتور مهم که سبب دور شدن از شرایط بهینه می‌گردد، وجود جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته می‌باشد. این جریان‌ها زمانی شکل می‌گیرند که ورودی‌های با دانسیته بیش­تر به سمت کف حوضچه می‌روند و سبب ایجاد سرعت نسبتاً بالا و آشفتگی جت مانند می‌شوند. این آشفتگی‌ها یا جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته، در جهت افقی حرکت می‌کنند و ذرات جامد سبکتر را برداشته و سبب اتصال کوتاه[5] در حجم اصلی مخزن می‌شوند‌؛ سپس آنها را به سمت بالای دیواره‌ی حوضچه حرکت می‌دهند و جامدات سبک­تر را به سمت خروجی می‌برند که از تأثیرات آن، افزایش چشم­گیر در TSS و کاهش شدید در زمان ماند می‌شود (4و5). از جمله کارهای که در این زمینه روی جریان­های ناشی از تغییر دانسیته توسط افراد مختلف انجام گرفته است که در هر کدام به نوعی تأثیر به وجود آمدن جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته بر روی کارایی حوضچه‌های ته­نشینی بررسی گردیده است. به عنوان مثال: امیر تائبی هرندی در سال 1379(2000 میلادی) آزمایشی روی فاضلابی با چگالی های متفاوت در حوض های ته نشینی مستطیلی انجام داد و تاثیر منطقه خروجی لجن ، شکل ورودی و سرریز را روی حذف جامدات معلق خروجی مورد بررسی قرار دادند باید متذکر گردید که جریان غالب در آزمایشات جریان سطحی بود و نتیجه تحقیقات نشان داد که منطقه خروجی لجن سهم به­سزایی روی تغییر جامدات معلق خروجی دارد و بر عکس آن مکان قرار­گیری سرریز و شکل ورودی تاثیر چندانی روی آن ندارند .  

Samstage و همکاران در سال 1371 (1992 میلادی) آزمایشات­شان را روی فاضلاب زلالساز ثانویه (مدور) انجام دادند با این تفاوت که جریان غالب جریان عمقی بود و تاثیر منطقه خروجی لجن را روی پروفیل جامدات معلق خروجی مورد بررسی قرار دادند که نتیجه کارشان حاکی از تاثیر کم منطقه خروجی لجن روی پروفیل جامدات معلق داشت. و  Crosby در سال 1363 (1984 م)  آزمایش خود را روی فاضلابی با جریان غالب عمقی با چگالی های متفاوت برای یافتن تاثیر استفاده از بافل حلقه ای نیم شعاع روی جامدات معلق خروجی انجام داد که نتیجه آن کاهش 5/37 درصدی مواد معلق خروجی گردید .با استفاده از اطلاعات ناشی از این تحقیقات سوال مهم این است که چه راه حلی جهت حذف یا کاهش آثار منفی آن­ها وجود دارد؟ هدف این تحقیق بررسی آثار منفی جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته درون حوضچه‌های ته نشینی و ارایه راهکار­هایی جهت حذف این آثار منفی می‌باشد.

در این تحقیق جهت پی بردن به اثرات منفی جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته درون مخازن  ته نشینی از اندازه گیری پارامتر TSS بر روی آب ورودی و خروجی استفاده شده است. با گرم کردن محتویات درون حوضچه، شرایط تغییر دانسیته به وجود آمد و آزمایشهای متعددی برای شرایط  مختلف انجام گرفت.

قانون مدل فرود: دراین مطالعه جهت شبیه سازی از قانون مدل فرود استفاده گردیده است. پارامتر بدون بعد عدد فرود نامیده می‌شود. آنالیز دیمانسیونی که عدد فرود را برای کانال‌های باز نشان می‌دهد که تحت تأثیر شیب کانال، مقیاس سطح، مقیاس طول می‌باشد. مواردی که نیروی ثقلی نقش  مهمی را در جریان ایفا می‌کند مانند جریان در مخازن ته نشینی باید عدد فرود در مدل و پروتوتایپ یکسان باشد (4).

در جدول 1 روابط بین مدل و پروتوتایپ بر اساس شبیه سازی سینماتیکی ( قانون مدل فرود) آمده است.

(1)                                                      


 

جدول 1- پارامترهای لازم در تشابه سینماتیکی( قانون مدل فرود)(6)

Table 1- Necessary parameters in kinematic simulation (Froud model) (6)

تناسب

رابطه

واحد

پارامتر

20/1

     

20/1

     

20/1

     

400/1

     

8000/1

     
       
       
       
       
       
       
   

 

 

1

 

 

 

 

 

(2)

(3)

(4)    

(5)

(6) 

روش بررسی

برای بررسی جریان ناشی از تغییر دانسیته پایلوتی از جنس ورق Plexiglass با ضخامت 10 میلی متر با مقیاس  20/1 ، از مخازن ته نشینی متداول مستطیلی ساخته شد. جهت ساخت این مدل از شبیه سازی هندسی استفاده شد و از آن­جا که ته نشینی ذرات در مخرن ته نشینی به صورت ثقلی صورت می

 

گیرد، جهت شبیه سازی پایلوت با استفاده از عدد فرود از آنالیز دیمانسیونی استفاده گردید.

 اساس آنالیز دیمانسیونی این است که یک تابع ریاضی بین یک دستگاه از گروه­های غیر دیمانسیونی متشکل از متغیرهای فیزیکی را فرموله می­کنیم و البته باید دو طرف تساوی دیمانسیون­های یکسانی داشته باشند (6) .

 

 

ساخت پایلوت

با توجه به کلیاتی که در مورد مخازن ته نشینی وجود دارد، به عنوان مثال این مخارن طولشان معمولاٌ 2- 4 برابر عرضشان و 10 – 20 برابر عمق­شان می باشد و دارای چهار ناحیه ورودی، ته نشینی، منطقه لجن و خروجی است، ابعاد را در مقیاس اسکیل ضرب کرده و اندازه های پروتوتایپ  به­دست آمد که در جدول 2 آورده شده است (1).

 


 

جدول 2- ابعاد براساس قانون مدل فرود(6)

Table 2- dimension based on Froud model (6)

پایلوت 3

مدل 3

واحد

پارامتر

53/17

3/31304

 

دبی ورودی

75/8

15/15652

 

دبی برگشتی

25/0

5

m

عمق

8/1

36

m

طول

6/0

12

m

عرض

27/0

2160

 

حجم

176/22

100

 

زمان ماند

176/0

53/3

m

شعاع هیدرولیکی

3-10×35/1

3-10×038/6

 

سرعت

3-10×027/1

3-10×026/1

 

عدد فرود

ملاحظات: با توجه به صحت عدد فرود، اندازه‌های بالا قابل قبول می‌باشند.

 

 

پس از به­دست آوردن ابعاد ³m (8/1× 6/0×25/0) ، از ورق­هایPlexiglass   با ضخامت 10 میلی­متر برای ساخت پایلوت استفاده شد . این مخزن روی یک پایه ی فلزی به ارتفاع 80 سانتی­متر که دارای دو پایه با قابلیت تغییر ارتفاع است، قرار داشت. این تغییر ارتفاع جهت تغییر شیب کف مخرن ته­نشینی تعبیه شده بود. کف حوض دارای سه خروجی لجن بود که لجن خروجی از  این سه مسیر وارد منبعی به حجم 220 لیتر می­گردید و به کمک پمپی با دبی  (lit/min) 3 -10  و هد (m) 5-33 به مخزن هوایی به حجم 500 لیتر که روی پایه­ای فلزی به ارتفاع 5/1 متر قرار داشت پمپ می­گردید. مزیت این حوض در ورودی متحرک­اش می­باشد که قابلیت تعویض با دیگر اشکال ورودی را دارد. در (شکل 1) شمای کلی پایلوت و در (شکل 2) نمای جانبی و پلان مخزن ته­نشینی آورده شده است.


 

 

 

 

شکل 1-  شمای کلی پایلوت

Figure 1- Pilot profile

 

 

(الف)

 

(ب)

شکل 2- الف- نمای حوض ته نشینی از بالا، ب- نما از پهلو

Figure 2- a) Sedimentation tank plan view. b) Sedimentation tank profile


 

 

 در این تحقیق چون از آب شهر استفاده شده برای ایجاد TSS از خاک دیاتومه با غلظت 200 میلی گرم بر لیتر با توجه به اینکه SS آب‌های سطحی (رودخانه ها) بین 5 میلی گرم بر لیتر تا 3000 میلی­گرم بر لیتر متغیر می‌باشد بهره جستیم. سپس راندمان حوض ته نشینی از طریق نمونه برداری از آب ورودی و خروجی به حجم 200 میلی لیتر و تعیین مقدار کل مواد معلق با توجه به روش استاندارد متد سال (1997) محاسبه گردید. این در حالتی بود که جریان ناشی از تغییر دانسیته درون حوض بوجود نیامده بود سپس با تغییر چگالی یعنی گرم کردن محتویات درون حوض ته نشینی با استفاده از یک المنتw  1500 گرادیان دمایی را در عمق­ها و طول­های مختلف مشاهده گردید (دماسنج دارای سنسوری می باشد که با یک سیم به دماسنج متصل است و به این طریق با فرستادن آن به ارتفاع های مختلف می­توان دما را در هر مکان به­دست آورد).  این آزمایش به 2 شکل انجام گردید‌.

مراحل کار به صورت زیر می‌باشد:

الف) پس از پر شدن مخزن ته نشینی ورودی را بسته محتویات درون حوض ته نشینی را به کمک المنت W 1500گرم کرده و با کمک دماسنج دیجیتال با دقت دهم درجه دما را در نقاط مختلف اندازه گرفته شد.

ب) اندازه­گیری دمای جریان ورودی سرد.

 ج) پس از  آن شیر ورودی را باز کرده و المنت را خاموش کردیم .

د) جوهر را با آب رقیق کرده و به عنوان ماده رنگی که بتوان الگوی جریان را هنگام ورود آب سرد (چگال) به درون حوض گرم بررسی کرد، به ورودی اضافه گردید .

هـ)‌ در این حین دما را در حوض ته­نشینی در فاصله‌های معین از ورودی و ارتفاع‌های مختلف اندازه گردید.

و) دیاگرام دمایی به­دست­آمده از اندازه­گیری­ها رسم گردید.

در حالت دوم پس از مرحلة (الف) آزمایش بالا محتویات درون حوض ته نشینی را کاملاً به هم زده تا دما به صورت یکنواخت پخش گردد. همان­طور که عملاً در حوض‌های با عمق کم در طبیعت گرما به صورت یکنواخت در حوض پخش می‌باشد. بقیه مراحل را مانند روش قبل انجام داده و دیاگرام دمایی رسم گردید. مسیر حرکت آب در اثر تغییر چگالی به کمک وارد کردن یک ماده ردیاب مثل جوهر در قسمت ورودی مخزن ته­نشینی  مشاهده گردید که در (شکل3) نشان داده شده است.

 

 

(الف)

 

(ب)

شکل3-الف- نمایش حرکت سیال چگال به درون حوض با لایه بندی ب- بدون لایه بندی

Figure 3- a) Schematic view of dens fluid in to layered tank. b) Non layered tank

 

پس از تغییر چگالی دوباره راندمان حذف کل  جامدات معلق را به­دست آورده شد. برای درک بهتر این  تاثیر، اختلاف دمای ورودی و محتویات درون حوض ته­نشینی را افزایش داده شد و راندمان حذف کل جامدات معلق محاسبه گردید. آزمایش­ها را با ساخت بافل در میانه،  ابتدا و انتهای مخزن مطابق (شکل4) تکرار کرده و برای هر آزمایش پارامتر کل جامدات معلق (TSS) اندازه­گیری شد و راندمان حذف کل جامدات معلق محاسبه گردید.

 

   

           
   
     
 
 
     

 

 

 

 

 

 


شکل 4-محل قرار گیری بافل میانی، بافل‌های ابتدایی و انتهایی

Figure 4- The location of the central baffle, inlet and outlet baffle

 


یافته ها

 

نتایج به­دست آمده از آزمایشات تعیین راندمان حذف مواد معلق خروجی مخزن ته­نشینی بدون ورود جریان چگال با دبی متوسط 5 لیتر در دقیقه، مقدار 75 درصد را نشان داد که با ورود جریان چگال (جریان غالب، جریان عمقی بود) به درون مخزن ته­نشینی با همان دبی، راندمان با 5 درصد کاهش به 70 درصد رسید .

نتیجه­ی آزمایشات اندازه­گیری پارامتر TSS­و محاسبه راندمان حذف جامدات معلق (TSS) در دبی­های مختلف، جهت پی بردن به میزان تاثیر دبی روی راندمان در (نمودار1) آورده شده است .

 

 

نمودار 1- روند تغییرات راندمان حذف TSSنسبت به دبی

Chart 1- The trend of TSS removal efficiency changes toward the flow rate

 

 

نتایج مربوط به بررسی مدل Fair در این تحقیق در نمودارهای 2، 3 و 4 آورده شده است و اندازه تقریبی ذرات را با توجه به دبی مورد استفاده و راندمان آزمایشگاهی که به دست  آمده است قابل تعیین می­باشد (7).

 

 


 

 

 

نمودار 2- تغییراتراندمانحذفTSS  براساستغییراتقطرذره

Chart 2- TSS removal efficiency changes based on the particle diameter changes

 

 

نمودار3- تغییرات راندمان حذف TSS  براساس متغیر n

Chart 3-TSS removal efficiency changes based on the variable (n)

 

 

نمودار4- تأثیر تغییر دبی روی راندمان حذف TSS  با قطر ذره یکسان و

Chart 4- The impact of flow rate changes on TSS removal efficiency with equal particle diameter and n=1/4

 

مدل Fair

(7)                                    

 (8)                                           

(: صفر برای عملکرد عالی تانک ته نشینی

: برای عملکرد خیلی خوب

: برای عملکرد خوب 

: برای عملکرد ضعیف

 1:  برای عملکرد خیلی ضعیف

Vs: سرعت ته نشینی براساس قانون استوکس)

نتیجه راندمان 70 درصدی در حالتی بود که اختلاف دمای آب ورودی و محتویات درون حوض تقریباً 3 درجه سانتی­گراد بود و با افزایش این اختلاف به 6 درجه سانتی گراد راندمان به 42 درصد ، 5 درجه سانتی­گراد 48 درصد و در 4درجه به 50 درصد کاهش یافت که نتیجه در (نمودار 5) آورده شده است.

 

 

 

 

 

 

نمودار5- رابطه اختلاف دمای ورودی و محتویات درون حوض و راندمان حذف TSS

Char 5- The relationship between temperature difference in input and contents of the tank and removal of TSS

 

 

نتایج به­دست آمده در استفاده از بافل میانی و بافل­های جانبی در جهت کاهش اثر منفی این جریان­ها، افزایش راندمان حذف کل مواد معلق به میزان 20 درصد هنگام استفاده از بافل میانی با همان اختلاف دمای 6 درجه سانتی­گرادی و افزایش 23 درصدی راندمان هنگام استفاده از بافل­های جانبی (ابتدایی و انتهایی) به طور هم­زمان را نشان می دهد.

 

 

 

نمودار6- مقایسه راندمان حذف TSS هنگام استفاده از دو نوع بافل مختلف

Chart 6- Comparsion between TSS removal dfficiency when using two diferent baffle

 

 

 

در مقایسه نتایج این تحقیق با تحقیق آقای تائبی هرندی ، ایشان به این نتیجه رسیدند که مکان قرارگیری بافل میانی تاثیر چندانی روی راندمان حذف TSS خروجی ندارد در صورتی که نتیجه آزمایشات این تحقیق تاثیر عمده بافل (چه از نظر نوع و چه از نظر مکان قرار گیری) را نشان داد چنان­چه در نمودار 6 تفاوت مکان قرارگیری بافل­ها نشان داده شده است که به نظر می­رسد این اختلاف نتیجه به دلیل تفاوت در جریان غالب آزمایشات می باشد که در این تحقیق جریان غالب، جریان عمقی بود در صورتی که در آزمایشات آقای تایبی هرندی جریان سطحی بود و این موضوع در مورد تحقیق Crosby  که جریان غالب، عمقی بود و از بافل نیم شعاع حلقه­ای استفاده شده بو، کاهش 5/37 درصد جامدات معلق خروجی را نشان داده بود. در مقایسه با این تحقیق، استفاده از بافل میانی سبب کاهش 20 درصدی و استفاده از بافل جانبی کاهش 23 درصدی جامدات خروجی نشان داده شد .

بحث و نتیجه گیری

1- با بررسی نتایج به­دست آمده از آزمایشات تغییر دبی این طور بر­می­آید که با افزایش دبی، میزان راندمان حذف TSS کاهش می­یابد به بیانی دیگر میان میزان بار سطحی و راندمان مخزن ته نشینی رابطه عکس وجود دارد .

2- ورود جریان­هایی با دانسیته متفاوت به مخازن ته نشینی سبب ایجاد تلاطم در مخزن ته نشینی می­گردد که سبب افزایش جامدات معلق در قسمت خروجی و کاهش راندمان حذف این مواد می­گردد .

3- الگوی جریان در حوض های ته­نشینی به طور قابل ملاحظه­ای به اختلاف دمایی بین ورودی و محتویات درون مخزن ته نشینی ارتباط دارد همانطور که ملاحظه شد با ورود جریان سردتر به حوض با دمای بیش­تر، به دلیل سنگین­تر بودن به کف حوض رفته و چون با دمای محیط در ارتباط است به مرور گرم شده به سطح آمده و مواد معلق را به خروجی می­آورد. به علاوه علت دیگر افزایش مواد معلق در خروجی حرکت این مواد به همراه جریان چرخشی به وجود آمده در اثر جریان­های ناشی از تغییر دانسیته می­باشد .

4- همان­طور که از بررسی مدل Fair  بر­می­آید، عواملی نظیر دبی، قطر ذره، سرعت (Vs) و فاکتور شرایط عملکرد مخزن ته نشینی (n) روی راندمان تاثیر می­گذارد که از این عوامل قطر ذره به علت بار سطحی یکنواخت و زمان ماند ثابت، با تاثیر معکوس روی راندمان، نسبت به دیگر متغیر­ها تاثیر بیش­تری دارد. دلیل دیگر این تاثیر رابطه مستقیم بین قطر ذره و سرعت ذره  می باشد.

5- از نتایج آزمایشات مربوط به افزایش دمای مخزن ته­نشینی این طور بر­می­آید که دمای کف تقریبا ثابت و با دمای ورودی یکسان می­باشد و دمای لایه ی رویی به دلیل مواجهه با هوای بیرون دارای دمای پایین­تری نسبت به لایه­ی زیرین خود می­باشد که جریان چگال که دمای کم­تری نسبت به دمای محتویات درون مخزن ته­نشینی دارد به دلیل ممنتوم حرکت این جریان ابتدا پایین آمده ولی به دلیل افزایش دما در طول مخزن ته نشینی بالا آمده و ذرات را با خود به خروجی می آورد (شکل3- الف). در حالتی که دما درون مخزن ته­نشینی یکنواخت می­باشد، جریان چگال (سردتر) که وارد مخزن می­شود در 3/1 از طول مخزن جریان گرم شده به سمت بالا آمده و با یک گردش دوباره به مسیر خود ادامه داده که این همان جریان گردشی ایجاد شده ناشی از مومنتوم حرکت جریان چگال می­باشد (شکل3- ب) و در انتهای مخزن به سمت بالا و پایین پخش ­ردد که این امر سبب افزایش TSS در خروجی می­گردد.  این آزمایش به کمک ماده  ردیاب جوهر انجام گرفت و مکان مناسب قرارگیری مناسب بافل را به صورت عینی نشان داد.

6- در به کار بردن بافل­ها و مکان مناسب جهت جلوگیری از اثر منفی جریان های ناشی از تغییر دانسیته، نوع جریان (عمقی یا سطحی) بسیار مهم می­باشد چرا که روی مکان ایجاد جریان­های گردشی تاثیر می­گذارد.

7- از آزمایشات این طور استنباط گردید که اختلاف کم درجه حرارت بین ورودی و محتویات درون مخزن هم باعث ایجاد جریان­های ناشی از تغییر دانسیته می شود چرا که با گذشت زمان، پس از هم دما شدن مخزن ته نشینی با محیط، با اختلاف حتی 2/0 درجه سانتی گرادی هنوز راندمان به میزان اولیه خود بازنگشت .

 

 

پیشنهادات

پیشنهاداتی که در جهت ادامه این تحقیق و ایجاد شرایط جدید جهت درک عوامل اثرگذار دیگر روی راندمان حذف TSS و یا به عبارتی کاهش TSS در خروجی و به نظر مفید می‌آیند از قرار زیر می‌باشند.

1- انجام کل آزمایشات با ذراتی با اندازه‌های مختلف به صورت جداگانه و همین طور آزمایشی که از چندین اندازه ذره به طور همزمان استفاده گردد. و در نتیجه دستیابی به دبی و سرعت ته­نشینی مناسب.

2- تغییر شکل ورودی به عنوان مثال ورودی که دارای سوراخ هایی در کل سطح است و تأثیر آن روی راندمان حذف TSS.

3- تغییر زاویه بافل‌ها چه میانی و چه جانبی و مقایسه راندمان حذف TSS آن­ها.

4- انجام آزمایشات بیولوژیکی در حوض ته نشینی و بررسی تأثیر جریان‌های چگال روی حذف BOD و COD.

5- استفاده از بافل میانی و جانبی به طور همزمان و بررسی تأثیر آن جهت کاهش اثر منفی جریان‌های چگال.

6- گرم کردن جریان ورودی به منظور ورود جریان با چگالی کم­تر به درون حوض ته نشینی با چگالی بیش­تر و بررسی الگوی جریان درون حوض و یافتن راههایی جهت حذف آثار منفی آن مثلاً استفاده از بافل و یافتن مکان قرارگیری صحیح بافل.

7- مدلسازی چگونگی حرکت جریان‌های ناشی از تغییر دانسیته و ذرات معلق داخل مخازن ته‌نشینی.

8- بررسی اثر باد بر روی راندمان در مواقع وجود جریان­های ناشی از تغییر دانسیته سطحی.

9- انجام آزمایشات با دبی ثابت از طریق استفاده از پمپ و آرام کننده پس ازآن .

منابع

1-      هووارد.س، دونالد.ر.روو، چپانو گلاس . ج ، ترجمه کی نژاد ، محمد علی  و ابراهیمی ، سیروس (1376)  " مهندسی محیط زیست  " دانشگاه صنعتی سهند، تبریز.

2-      Taebi-Harandy, A. (1995) , “Analysis Of Structural on performance of  secondary clarifiers “,Journal Of Environmental Engineering ,121(12) pp.6800

3-      Taebi-Harandy, A. (2000),” Formation of density currents in secondary clarifiers”, Water Resources Research, 34(4), pp1225-1232.

4-      Wells, S.A. and Laliberte, D. (1998), “winter temperature gradients in circular clarifiers “, Water Environment Research, 70(7), pp 1274- 1279.

5-      Boyle, W.H. And Davis, J.K. (2002), “High load field test of a secondary clarifier”.

6-      James, E.A and William, L .H., Introduction To Fluid Mechanics, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ 07632.

7-      خضری، سید مصطفی (1382) " بهینه سازی تصفیه خانه متداول آب به روش برنامه ریزی پویا " دانشگاه تربیت مدرس، تهران .

 

 

 

 



1- استادیار منابع آب، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

2*- (مسوول مکاتبات): کارشناس ارشد، منابع آب، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

1- Assistant Professor of Water Resources, Department of Energy and Environment, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran..

2- MSc of Water Resources, Department of Energy and Environment, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran. *(Corresponding Author)

[5]-Short Circuiting

1-      هووارد.س، دونالد.ر.روو، چپانو گلاس . ج ، ترجمه کی نژاد ، محمد علی  و ابراهیمی ، سیروس (1376)  " مهندسی محیط زیست  " دانشگاه صنعتی سهند، تبریز.

2-      Taebi-Harandy, A. (1995) , “Analysis Of Structural on performance of  secondary clarifiers “,Journal Of Environmental Engineering ,121(12) pp.6800

3-      Taebi-Harandy, A. (2000),” Formation of density currents in secondary clarifiers”, Water Resources Research, 34(4), pp1225-1232.

4-      Wells, S.A. and Laliberte, D. (1998), “winter temperature gradients in circular clarifiers “, Water Environment Research, 70(7), pp 1274- 1279.

5-      Boyle, W.H. And Davis, J.K. (2002), “High load field test of a secondary clarifier”.

6-      James, E.A and William, L .H., Introduction To Fluid Mechanics, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ 07632.

7-      خضری، سید مصطفی (1382) " بهینه سازی تصفیه خانه متداول آب به روش برنامه ریزی پویا " دانشگاه تربیت مدرس، تهران .