بررسی توزیع جریان بر رفتار هیدرولیکی و راندمان تصفیه تالاب مصنوعی

STUDENT

DEGREE

YEAR

One of the serious strategies for sustainable management of water resources is wastewater reuse. Because of comprehensive range of environmental pollutants, this approach requires to additional treatment and standardization based on the kind of use. Today, due to the high cost of conventional treatment methods, biological methods for decreasing contaminants such as constructed wetlands have been increased significantly. Constructed wetland could be kashida; TEXT-ALIGN: justify; LINE-HEIGHT: normal; TEXT-KASHIDA: 0%; TEXT-INDENT: 14.2pt; MARGIN: 0in -16.15pt 0pt 0in; mso-pagination: none" Keywords: Configuration of inlet and outlet, Effective volume, Hydraulic efficiency, Hydraulic retention time, Short-circuiting path, Simulating, Sub-surface horizontal constructed wetland, Tracer test

یکی از راهکارهای مدیریت پایدار منابع آب، استفاده مجدد از پساب می‌باشد که با توجه به طیف وسیع آلاینده‌های زیست‌محیطی موجود در آن، نیازمند تصفیه اضافی و استانداردسازی بر اساس نوع مصرف است. امروزه با توجه به هزینه‌های بالای راهکارهای متداول تصفیه، استفاده از روش‌های زیستی چون تالاب‌های مصنوعی جهت کاهش آلاینده‌های اینگونه پساب‌ها، افزایش چشمگیری یافته است. تالاب‌های مصنوعی بر اساس پارامتر رژیم جریان به سه دسته تالاب‌های مصنوعی سطحی، زیرسطحی افقی و زیرسطحی عمودی تقسیم‌بندی می‌شوند. انتخاب نوع طراحی سیستم علاوه بر توجه به توصیف جنبشی واکنش‌های بیولوژیکی تصفیه، به آگاهی از الگوی جریان نیز وابس ته است. بدین منظور این پژوهش اثرات نحوه توزیع جریان بر سیستم تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی را دنبال نموده است و به عنوان پارامتر متغیر برای شبیه‌سازی، از آرایش‌‌های ورودی جریان استفاده شده است. این آرایش‌ها شامل حالت ورودی وسط (1)، ورودی گوشه(2) و ورودی یکنواخت (3) بود و در تمامی حالات خروجی ثابت بوده است. در این پروژه از سیستم تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی به ابعاد 4×26 متر و با شیب 1 درصد استفاده شده است. به منظور تعیین اثرات هیدرولیکی توزیع جریان در سیستم تالاب مصنوعی از ردیاب اورانین برای ترسیم منحنی زمان ماند هیدرولیکی در هر آرایش استفاده شده است. زمان ماند میانگین هر آرایش به ترتیب 532 / 4، 242 / 3 و 657 / 4 روز بوده است. با توجه به رابطه مستقیم پخشیدگی جریان با C peak (غلظت حداکثر) منحنی زمان ماند، روند حرکت جریان در سیستم به وضوح مشخص می‌شود. آرایش ورودی یکنواخت با کمترین میزان C peak ، یکنواختی جریان در طول سیستم را توصیف می‌کند. همچنین پس از ترسیم منحنی زمان ماند و محاسبه پارامترهای هیدرولیکی مشخص گردید که آرایش‌های 1 و3 دارای حجم مؤثر 5 / 87 درصد بودند در حالی که این مقدار در آرایش 2، 1 / 62 درصد بوده است. این بدین معناست که میزان حجم مرده در آرایش 2 معادل با 38 درصد است و همچنین میزان مسیرهای میان‌بر موجود در آرایش 2 نیز بیشترین مقدار را داشته است که نشان از عملکرد هیدرولیکی نامناسب آن می‌باشد. میزان راندمان هیدرولیکی هر آرایش به ترتیب 96، 57 و 94 درصد بوده است. همچنین به منظور درک تغییرات داخل محیط متخلخل تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی مذکور از نرم‌افزار پیشرفته بر پایه المان محدود کامسول استفاده شد. نتایج پهنه‌بندی فشار و بارهیدرولیکی کل در سیستم حاکی از توزیع همگون و یکنواخت فشار از ورودی به سمت خروجی در آرایش 3 می‌باشد. مسیرهای جریان وخطوط هم‌فشار ترسیمی در محیط کامسول گواه این ادعاست. این در حالی است که میزان اختلاف مناطق پرفشار و کم‌فشار در آرایش 1 و بخصوص در آرایش 2 بیشتر می‌باشند. دامنه تغییرات بارهیدرولیکی در هر آرایش به ترتیب برابر با 35 / 14، 25 / 15 و 05 / 13 سانتی‌متر می‌باشد. تغییرات فشار در مقاطع طولی و عرضی نشان‌دهنده پخشیدگی ابتدایی جریان در ورودی و تغییرات خطی آن به سمت خروجی است اما میزان و شدت آن در هر آرایش متفاوت است. همچنین معادلاتی برای محاسبه بار هیدرولیکی در سیستم مذکور و در آرایش‌های مختلف ورودی جریان برازش داده شد تا بتوان بار هیدرولیکی را در هر نقطه از سیستم مورد محاسبه قرار داد. به منظور امکان پیش‌بینی رفتار هیدرولیکی محیط متخلخل، شبیه‌سازی محیط‌های متخلخل گوناگون در نرم‌افزار کامسول صورت گرفت و رابطه بین هدایت هیدرولیکی و میزان فشار بدست آمده است. به طور کلی با توجه به زمان ماند میانگین و پارامترهای هیدرولیکی حاصل، آرایش ورودی یکنواخت با رعایت نکاتی خاص به عنوان بهترین آرایش ورودی جریان در سیستم تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی شناخته می‌شود و سپس آرایش ورودی وسط نیز دارای عملکرد مناسبی می‌باشد. کلمات کلیدی : تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی، آرایش ورودی و خروجی جریان،آزمایش ردیابی، زمان ماند هیدرولیکی، مسیرهای میان‌بر، نرخ حجم مؤثر، راندمان هیدرولیکی و شبیه‌سازی