یکنواخت سازی جریان

یکنواخت سازی جریان فاضلاب برای علبه بر مشکلات بهره برداری ناشی از نوسانات آهنگ حریان،

بهبود عملکرد واحدهای پایین دست، و کاهش ابعاد و هزینه ی واحدهای تصفیه ی پایین دست مورد استفاده قرار میگیرد.

یکنواخت سازی جریان کاستن از تغییرات آهنگ جریان است بطوری که جریانی ثابت یا تقریباً ثابت حاصل شود.

این روش را میتوان ، بسته به مشخصه های سیستم جمع آوری، در موقعیتهای گوناگون به کار گرفت.

کاربردهای اصلی یکنواخت سازی عبارتند از :

1. جریان فاضلاب در دوره ی خشک
2. جریان های دوره ی مرطوب در شبکه ی فاضلاب بهداشتی مجزا
3. جریانهای درهم فاضلاب بهداشتی و آبهای سطحی

در حالت استقرار مستقیم همه ی جریان فاضلاب از حوضچه ی یکنواخت سازی عبور می کند.

از این نحوه ی استقرار می توان برای کاهش چشمگیر غلظت مواد و آهنگ جریان استفاده کرد.

در حالت استقرار خارج از خط ، تنها جریانهای بیشتر از حد معین از قبل تعیین شده به حوضچه ی یکنواخت سازی هدایت میشود .

اگرچه در این نوع استقرار نیاز به تلمبه کردن به حداقل میرسد، از غلظت اجزا بسیار کم کاسته میشود.

فواید اصلی کاربرد یکنواخت سازی جریان به شرح زیر است:

1. قابلیت تصفیه ی زیست شناختی تشدید میشود، زیرا بارهای ضربه ای حذف میشوند یا می توان آنها را به حذاقل رساند، مواد بازدارنده ی را میتوان رقیق کرد و pH را تثبیت کرد
2. کیفیت پساب خروجی و عملکرد تغلیظ مخازن ته نشینی ثانویه بعد از تصفیه ی زیست شناختی به سبب ثابت بودن بار جامدات بهبود می یابد
3. سطح مورد نیاز صافی پساب خروجی کاهش می یابد، عملکرد صافی بهتر میشود، و چرخه های یکنواخت تر شستشوی معکوس صافی ممکن میشود
4. در تصفیه ی شیمیایی، کاهش بار وزنی سبب بهبود کنترل تغذیه ی شیمیایی و قابلیت اعتماد فرایند میشود

جدا از بهبود عملکرد اغلب عملیات و فرایندهای تصفیه، یکنواخت سازی جریان گزینه ای جذاب برای ارتقای عملکرد تصفیه خانه های با بار مازاد است.

موقعیت تاسیسات یکنواخت سازی جریان فاضلاب:

برای هر سیستم باید بهترین موقعیت تاسیسات یکنواخت سازی را تعیین کرد.

ازآنجا که موقعیت بهینه ی تاسیسات یکنواخت سازی با نوع تصفیه ، مشخصات شبکه ی جمع آوری و خصوصیات فاضلاب متغیر است.

باید مطالعات دقیقی درباره ی مکانهای مختلف  درون سیستم انجام داد.

احتمالاً متداولترین محل همانا محل تصفیه خانه ی موجود و یا تصفیه خانه های پیشنهادی است.

همچنین باید به موقعیت تاسیسات یکنواخت سازی در نمودار جریان نیز توجه کرد.

در برخی موارد ، یکنواخت سازی پس از تصفیه ی اولیه و قبل از تصفیه ی زیست شناختی میتواند مناسب باشد.

یکنواخت سازی پس از تصفیه ی اولیه مشکلات کمتری را از لحاظ لجن و کف به همراه خواهد داشت.

در صورتی که سیستم های یکنواخت سازی جریان قبل از سیستم های ته نشینی اولیه و زیست شناختی قرار گیرند، باید به هنگام طراحی تدابیری به منظور اختلاط کافی برای جلوگیری از ته نشینی جامدات و تغییرات غلظت و هوادهی کافی برای جلوگیری  از مسئله بواتخاذ شود.

حجم مورد نیاز مخزن یکنواخت سازی جریان فاضلاب :

حجم مورد نیاز برای یکنواخت سازی جریان با استفاده از یک نمودار جرمی جریان ورودی که در آن کل حجم ورودی جریان بر حسب زمان ( روز) ترسیم شده ، تعیین میشود.

آهنگ جریان میانگین روزانه، که بر روی همان نمودار نقطه گذاری میشود،

خط مستقیمی است که از مبدا مختصات تا انتهای نمودار رسم میشود.

برای تعیین حجم مورد نیاز، خط موازی محور مختصات ،

که معرف آهنگ جریان میانگین روزانه است، به صورت مماس بر منحنی جرمی جریان رسم میشود.

حجم مورد نیاز برابر فاصله ی عمودی نقطه ی تماس تا خط مستقیمی است که معرف جریان میانگین است.

اگر منحنی جرمی جریان تا بالای خطی که معرف میانگین جریان است ادامه یابد

( الگوی B آهنگ جریان)، نمودار جرمی جریان باید بین دوخط موازی با خط آهنگ جریان میانگین،

که در دو حد نمایی بر منحتی جرمی جریان مماس اند، محصورشود.

خحم مورد نیاز برابر فاصله ی عمودی بین این دو خط موازی است.

این روش دقیقاً معادل روشی است که در آن حجم میانگین ساعتی از حجم جریان در

هر ساعت کسر شود و سپس حجم های تجمعی حاصل نقطه گذاری شوند.

در این حالت، نقاط پایین و بالای منحنی با استفاده از یک خط افقی تعیین میشود.

در نقطه ی تماس پایین ( الگوی آهنگ جریان A) مخزن شروع به پرشدن میکند

زیرا شیب نمودار جرمی جریان بیش از شیب آهنگ جریان میانگین روزانه است.

پرشدن مخزن تا نیمه شب، که کاملاً پر میشود، ادامه می یابد.

در الگوی آهنگ جریان B مخزن در نقطه ی تماس بالایی پر شده است.

در عمل، حجم مخزن یکنواخت سازی باید از مقدار محاسبه شده ی نظری بیشتر باشد، تا عوامل زیر نیز بحساب بیایند

1. بهره برداری پیوسته از تجهیزات هوادهی و اختلاط اجازه ی تخلیه ی کامل را، به رغم امکان ساخت تاسیسات ویژه ، نخواهد داد.
2. حجمی را باید برای جریانهای بازگردشی متمرکز قابل انتظار در تصفیه خانه،
   در صورت بازگشت این جریانها به مخزن یکنواخت سازی، در نظر گرفت ( کاری که به دلیل احتمال تولید بوتوصیه نمیشود).
3. برای تغییرات پیش بینی نشده ی جریانهای روزانه نیز باید ظرفیت ذخیره سازی احتمالی منظور کرد.

اگرچه نمیتوان مقدار دقیقی ارائه داد ، حجم اضافی بین ۱۰ تا ۲۰ % مقدار نظری متغیر است.

تعیین حجم مورد نیاز یکنواخت سازی آهنگ جریان و آثار آن بر بارگذاری جرمی BAD برای داده های آهنگ جریان غلظت BAD ارائه شده،

1. حجم ذخیره ی مورد نیاز برای یکنواخت سازی آهنگ جریان در خط
2. و اثر یکنواخت سازی آهنگ جریان بر میزان بارگذاری جرمی BOD را تعیین کنید.

زلال سازی، انغقادسازی و لخته گذاری

کاهش مواد معلق آب یا فاضلاب را زلال سازی می گویند. مواد معلق آب می توانند ذرات درشت و سنگینی باشند که به راحتی با ته نشینی ساده از آب جدا می شوند و یا ذرات بسیار زیری باشند که طبیعت کلوئیدی داشته و جداسازی آنها از آب مستلزم تمهیدات بسیار پیچیده ای باشد.

دیده میشود که سرعت نهایی سقوط^‌‌‌‌‌‌ ut هر ذره با مربع اندازه قطر ذرات d^2ᵨ   متناسب است.

بنابراین ذراتی با ابعاد میکرونی، ساعت ها طول می کشد تا ته نشین شوند. با درشت کردن ذرات در حدودمیلیمتر، زمان سقوط یک متری در آب به حدود ثانیه کاهش می یابد.

از نظر مهندسی زمان بیش از چند ساعت برای جداسازی قابل قبول نیست.

جدول : ویژگی های ذرات به چگالی ۲٫۶۵ از نظر ابعاد و سرعت  ته نشینی

·         منظور مساعت کل ذرات کروی است که دارای حجمی برابر با حجم یک ذره کروی  به قطر ۱۰ میلی متر هستند.

انعقادسازی و لخته گذاری فرآیندهایی هستند

که در آن ذرات بسیار ریز کدریت و رنگ به صورت توده هایی به اندازه کافی درشت در می آیند که حذف آنها به روش های مختلف فیزیکی مثل ته نشینی، فیلتراسیون  و یا شناوری با سرعت معقولی انجام پذیر می شود.

انعقادسازی و لخته گذاری پدیده های پیچیده ای هستند که هنوز هم کاملاً شناخته نشده اند هرچند که تئوری هایی در این مورد ارائه شده است.

ذرات بسیار ریز و یا کلوئیدی که دارای ابعادی حتی کمتر از میکرون هم هستند، معمولاً در آب دارای بار الکتریکی منفی هستند. بارهای همنام ذرات باعث میشوند که این ذرات تمایلی به مجتمع شدن در کنار یکدیگر را نداشته باشند. که اصطلاحاً میگویند ذرات پایدار هستند.

بنابراین اولین گام برای مجتمع کردن( درشت کردن ) این ذرات ریز، مستلزم حذف و یا کاهش بار الکتریکی این ذرات تا حدی است که در اثر برخورد با یکدیگر، نیروهای جاذبه بین ذرات بر نیروهای دافعه الکتریکی ناشی از بارهای همنام فائق آیند که در صورت اصطلاحاً می گویند ذرات ناپایدار شده اند.

فرآیند ناپایدارکردن ذرات در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی و در نتیجه درشت تر شدن ذرات را انعقاد سازی میگویند.

درشت تر شدن ذرات ( با جمع شدن دو و یا چند ذره در کنار یکدیگر ) که در اثر حذف یا کاهش دافعه الکتریکی، برخوردهای آنها منجر به اجتماع ذرات میشود را لخته سازی نیز میگویند.

مکانیسم انعقادسازی در زلال سازی آب

برای آنکه بتوان ذرات ریز را به ذرات درشت تر برای زلال سازی آب تبدیل کرد دو شرط لازم است:

الف- برخوردبین ذرات: وقتی امکان پذیر است که نسبت به همدیگر حرکت داشته باشند.

 ب- جاذبه بین ذرات: شرط لازم برای آنکه ذرات در اثر برخورد به هم بچسبند و ناپایدار شوند.

تئوری تحرک ذرات در مکانیکی ذرات و سیالات بحث می شود.

برخوردبین ذرات:

می تواند به دلایل مختلفی انجام شود:

الف- برخورد ناشی از جنبش گرمایی که مرسوم به نفوذ براونی می باشد. این نوع برخورد برای ذرات کلوییدی کوچکتر از یک میکرون مهم است.

ب- برخورد اختلاطی که ناشی از هم زدن مکانیکی است. در اثر هم زدن مکانیکی، سرعت مایع هم از نظر فضایی ( از نقطه ای به نقطه دیگر) و هم از نظر زمانی از لحظه ای به لحظه دیگر، تغییر می کند. در اثر هم زدن مکانیکی تقریباً فقط ذرات درشت تر از یک میکرون با هم جمع می شوند.

در واقع ذرات باید به اندازه بیش از یک میکرون درشت شده باشند تا به واسطه هم زدن مکانیکی باهم مجتمع شوند.

ج- برخورد ناشی از ته نشینی دیفرانسیلی : ذرات درشت تر به علت سرعت ته نشینی بیشتر درحین ته نشینی ممکن است با ذرات ریزتر( که سرعت کمتری دارند) برخورد کنند.

ناپایدار کردن ذرات:

ذره ناپایدار ذره ای است که تمایل به جمع شدن با ذرات دیگر را دارد چون از نظر ترمودینامیکی ذرات با تجمع به سطح انرژی پایین تری دست می یابند. اما ذرات ریز باردار معلق در آب تمایل دارند به صورت منفرد در آب باقی بمانند.

چرا ذرات ریز معلق در آب، باردار هستند؟

به دلایل مختلفی، ذرات ریز معلق در آب باردارمی شوند که یکی از مهم ترین دلایل آن جذب سطحی بارهای منفی می باشند.

مهم ترین نیروی دافعه بین ذرات، نیروی دافعه الکترواستاتیکی است که ناشی از تداخل پتانسیل بار الکتریکی ذرات می باشد.

تئوری لایه مضاعف الکتریکی برای توصیف آرایش یون ها در اطراف  سطح باردار به کار می رود.

از مهمترین نتایج این تئوری عبارتند از :

الف- رابطه تغییر پتانسیل با فاصله از سطح ذره بصورت توانی است.

ب- پتانسیل حاصل ازبار روی سطح ذره را می توان با دستگاه الکتروفروسیس اندازه گرفت.

این پتانسیل اندازه گیری شده، دقیقا برابر پتانسیل روی سطح ذره نیست بلکه برابر پتانسیل روی نزدیکترین صفحه از مایع است که تحت تاثیر میدان الکتریکی حرکت میکند. این پتانسیل را زتاپتانسیل میگویند.

ج- زتاپتانسیل کمیت مهمی است که میتوان بر اساس مقدار آن در مورد بزرگی دافعه الکتریکی ذره باردار قضاوت کرد.

د- دامنه نفوذ پتانسیل دافعه الکتریکی، تحت تاثیر قدرت یونی ( تعداد یون ها و ظرفیت هر یک از یون ها) می باشد، به گونه ای که اگر یک الکترولیت قوی به محلول اضافه شود این دامنه نفوذ به شدت کاهش می یابد.

نیروی جاذبه

در زلال سازی آب بین ذرات ناشی از نیروی واندروالسی بوده و این نیرو که در هر صورت بین ذرات وجود دارد ، تحت تاثیر شدید فاصله بین دو ذره است.

در واقع پایداری و ناپایداری یک ذره بستگی به تاثیر مجموع پتانسیل جاذبه واندروالس و پتانسیل دافعه الکتریکی دارد.

در فاصله بسیار کم دو ذره، مجموع پتانسیل شامل چاه جاذبه می شود که معرف پیوند شیمیایی است.

در فاصله های نسبتاً کم دو ذره، پتانسیل مجموع، می تواند از ماکزیممی بگذرد که معرف پتانسیل دافعه است ( منحنی  i) و میتوان آن را مثل سدی دانست که از نزدیکتر شدن دو ذره جلوگیری میکند.

هرچه این سد بزرگتر باشد، امکان تجمع دو ذره کمتر است و دو ذره برای زلال سازی پایدار می مانند. برای ناپایدارکردن دو ذره باید که این سد پتانسیل دافعه به جاذبه تبدیل شود.

می توان با استفاده از الکترولیت ها ، دامنه نفوذ پتانسیل دافعه ذرات باردار را کاهش داد. اگر این کاهش به قدری باشد که این سد دافعه کاملاً از بین رفته (منحنی iii) و یا مقدار آن به انداره ای کوچک شود که پتانسیل مجموع، در فاصله های نسبتاً کم دو ذره، صفر و یا اندکی منفی ( جاذبه) گردد ( منحنی ii) در آن صورت برخوردهای نامنظم براونی ناشی از جنبش گرمایی میتواند منجر به برخوردهای موثری گردد که باعث ناپایداری ذرات شده و در نتیجه به هم بچسبند ( ایجاد لخته ) و اگر فاصله ذرات به حدود چاهک پتانسیل کاهش یابد در آن صورت لخته تشکیل شده میتواند از پایداری کافی برای سقوط در حوضچه ته نشینی برخوردار شود.

کل مواد جامد محلول (TDS)

TDS در آب شیرین کن:  اندازه گیری مقدار کل غلظت آلودگیها، بصورت وزنی است. این امر برای سامانه های اُسمزمعکوس میدانی مهم است زیرا اغلب ، برای ارزیابی کارایی سامانه ، استفاده میشود.

سازندگان غشا به زدودن نمک حل شده، مشخصات دفع المانی که سدیم کلرید حل شده را به کار میبرند، سرعت میبخشد؛ هرچند، خیلی از سامانه های عملیاتی اُسمزمعکوس با منابع آب شامل محدوده ی وسیع تر نمکها حل شده نسبت به سدیم کلرید سروکار دارند.

هنگامی که پیامدهای کارایی، دقیقا ارزیابی میشود، آنها روی کارایی بر اساس مقدار TDS که باصاف نمودن و سپس تبخیر تمامی باشد؛ اصرار می ورزند.

وزن باقیمانده ، سپس مقدار TDS را روی حجم نمونه ی آب اصلی بکار میبرند.

با استفاده از این روش، سازندگان غشا، از پیامدهای گازهای حل شده، با استفاده از دفع ضعیف المان های غشایی اُسمزمعکوس ، اجتناب می ورزند. این گازها نتایج آنالیز و قرائتهای رسانایی را صورت نامتوازن نشان میدهد.

قلیائیات

TDS در آب شیرین کن:

قلیائیات شامل آنیون هایی است که یون هیدروژن را از محلول حذف می کنند و شامل بی کربنات، کربنات و هیدروکسیل است.

این ها یون هیدروژن را حذف میکنند. بنابراین نسبت بین یون های هیدروژن و هیدروکسیل جابه جا می شود.

این عمل باعث بالا رفتن PH آب میگردد.

اکثراً و نه در همه ی موارد، قلیائیات در آبهای طبیعی به شکل (فرم) قلیائیات بی کربنات است. قلیائیات بی کربنات (HCO₃) که توسط مواد شیمیایی که در تیتراسیون بکار می رود به دست می آید؛ بنام قلیائیات متیل اورانژ نیز شناخته می شود.

در PH کمتر ۸٫۳ قلیائیات بی کربنات در حال تعادل با غلظت CO₂ به صورت حل شده خواهد بود.

قلیائیات  در اکثر آبها

بعنوان بافر PH طبیعی عمل میکند. تبادلات طبیعی بین شکلهای مختلف قلیائیات و CO₂ رخ میدهد تا از تغییر در PH که در اثر آلودگی ایجاد میشود جلوگیری گردد. آب میتواند CO₂ اتمسفر را در خود حل کند و H₂CO₃ تشکیل می شود.

آب اسیدی تمایل دارد که کلسیم کربنات زمین را در هنگام عبور آب از زمین در خود حل کند این انحلال تا زمانی که PH آب افزایش یابد، رخ میدهد و بیشتر از این نسبت به کلسیم کربنات تهاجمی عمل نمیکند.

اگر آب، نسبت به بی کربنات ، فوق اشباع شود و آب؛ هنوز اسیدی باشد، بی کربنات اضافی به CO₂ تبدیل خواهد شد.

چنانچه آب از CO₂ فوق اشباع شود، CO₂ اضافی به صورت گاز به اتمسفر وارد میگردد.

اگر آب از بی کربنات، فوق اشباع شود و بازی شود، آنیون بی کربنات اضافی به آنیون کربنات تبدیل می شود.

اگر به دلیلی آب از یون های کربنات در PH خیلی بازی فوق اشباع گردد، کربنات اضافی از محلول خارج می شودو قلیائیات باقیمانده، به شکل هیدروکسیل وجود خواهد داشت.

به این دلیل توانایی آب برای انخاب قلیائیات بیشتر منابع آبی تقریباً کلسیم کربنات اشباع هستند.

اگر آب در سامانه اُسمزمعکوس تغلیظ شود به احتمال زیاد کلسیم کربنات رسوب می کند.

این پدیده، قبل از اینکه نمک های دیگر تشکیل شوند، به سرعت رخ می دهد.

برای جلوگیری و کنترل ته نشینی کلسیم کربنات در بیشتر سامانه های اُسمزمعکوس نیاز به تجهیرات است.

سولفات ها؛TDS در آب شیرین کن

امکان ارتباط، ممکن است از غلظتهای بالای آنیون ها، سولفات ، کلرید، فلوئورید یا نیترات، چنانچه در آب موجود باشد، حاصل میگردد.

حلالیت سولفات هادر آب بسته به غلظت کاتیون های دو ظرفیتی دیگر موجود در آب؛ محدود است.

این کاتیون ها عبارت است از کلسیم و منیزیوم؛ همچنین باریم و استرانسیم خواهند بود.

غلظت سولفات ها معمولاً در آب خام نسبتاً بالاست . همچنین برای کنترل PH به صورت سولفوریک اسید به آب اضافی می شوند.

برای جلوگیری از تشکیل رسوب سولفات در سامانه ی اُسمزمعکوس، معمولاً میزان کاتیون های دو ظرفیتی در آب را یا کاهش می دهند و یا کنترل میکنند.

کلریدها؛ TDS در آب شیرین کن

از نقطه نظر تشکیل رسوب، کلریدها خطر کمی برای سامانه ی اُسمزمعکوس دارند. تقریباً تمام نمکهای کلرید در آب حل میشوند.

غلظت بالای کلرید در سامانه ی اُسمزمعکوس سبب خوردگی فولاد ضد زنگ ۳۰۴  میگردد.

چنانچه غلظت کلرید در اُسمزمعکوس به چند هزار ppm برسد،

برای جلوگیری از خوردگی در لوله های با فشار بالا، به فولاد ضد زنگ ۳۱۶ نیاز خواهد بود.

فلوئورید

غلظت فلوئورید معمولاً در منابع آب کم است. چنانچه بطور اتفاقی غلظت فلوئورید قابل توجه باشد، کلسیم فلوئورید به سختی در آب حل میشود.

نیترات ها

بطور عادی حلالیت نیترات ها نگرانی ندارد. وجود نیترات ها در آب ، در مورد توانایی حذف نیترات، توسط سامانه ی تصفیه؛ موجب نگرانی است.

هنگام نوشیدن آّبهای حاوی نیترات توسط پستانداران ( همچنین انسانها) ، تولید نیتریت میگردد. نیتریت ها در هنگام اکسیژن گیری خون در بدن انسان ، مزاحمت ایجاد میکنند. این پدیده، مشکلاتی را در بچه ها، جنین و دیگر پستانداران ایجاد نیمند. به همین دلیل، بهتر است که غلظت نیترات در آب آشامیدنی کمتر از ۴۰ میلی گرم در لیتر باشد.

نیترات ها مشخصا بازی ضعیفی دارند. این امر بدان معناست که آنها به خوبی توسط اُسمز معکوس زدوده نمیشوند و کمی بصورت رزینهای تبادل آنیونی حفظ میشوند. بسته به غشا در بازیابی سامانه، زدودن نیترات ها توسط اُسمزمعکوس در محدوده ی ۵۰% تا ۹۰% است.