5067205-38016

-2515541750

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال سوم، شماره اول، پاییز 1392

بررسی آزمایشگاهی تأثیر اندازه ذرات رسوبی و هندسه ورودي و خروجی بر راندمان حوضچه هاي تله اندازي رسوب

علی آریان فر1، محمود شفاعی بجستان2، امیر خسروجردي3* و حسین بابازاده4
دانشجوي دکتري؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات تهران؛ دانشکده کشاورزي و منابع طبیعی؛ گروه مهندسی آب؛ تهران؛ ایران
استاد؛ دانشکده مهندسی علوم آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز؛ گروه سازه هاي آبی؛ اهواز؛ ایران
استادیار؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات تهران؛ دانشکده کشاورزي و منابع طبیعی؛ گروه مهندسی آب؛ تهران؛ ایران
[email protected] :نویسنده مسئول مکاتبات *
4) استادیار؛ دانشگاه آزاد اسلامی؛ واحد علوم و تحقیقات تهران؛ دانشکده کشاورزي و منابع طبیعی؛ گروه مهندسی آب؛ تهران؛ ایران

17936535225

تاریخ دریافت: 12/07/1392 تاریخ پذیرش: 12/09/1392

چکیده
4572007849616

یکی از روش هاي جدا کردن و گردآوري رسوبات در مجاري باز، ایجاد حوضچه هاي تله اندازي رسوب می باشد. در این پژوهش، براي تعیین بهترین هندسۀ حوضچه بر پایۀ بیشترین درصد تله اندازي رسوبات، آزمایش ها در یک فلوم به طول 4 متر و عرض 25 سانتی متر، براي 13 شکل هندسی حوضچه با زوایاي ورودي و خروجی مختلف انجام شد. چهار نوع ماده پلاستیکی به عنوان رسوبات آزمایشگاهی با اندازه و وزن ظاهري متفاوت ولی با چگالی هاي یکسان انتخاب و آزمایش ها در زمان ثابت انجام شد. نتایج نشان داد که زوایاي ورودي و خروجی حوضچه ها، بر مقدار رسوبات ته نشین شده تأثیر بسزایی دارد. به گونه اي که در حالت دیواره ورودي قائم، هرچه زاویۀ دیواره خروجی ملایم تر باشد، مقدار تله اندازي بیشتر است. همچنین در حوضچه هاي رسوب که زاویه ورودي داراي شیب ملایم بوده و دیواره خروجی قائم است، هرچند رسوبات به آسانی وارد حوضچه می شوند، لیکن بر اثر گرداب هاي قوي تشکیل شده در پایین دست، بخش عمده اي از این رسوبات دوباره تعلیق شده و به بیرون از حوضچه راه می یابند. بررسی کمی نتایج این پژوهش از میان 13 هندسۀ آزمایش شده نشان داد که تله رسوبی با زاویه ورودي 90 درجه و زاویه خروجی 34 درجه، بیشترین راندمان تله اندازي رسوبات را دارند.
واژه هاي کلیدي: حوضچه هاي تله اندازي رسوب؛ راندمان تله اندازي؛ مدل فیزیکی

مقدمه
68615808383947

سال

سوم

/
شماره

1
/

پاییز
92

سال

سوم

/

شماره

1

/

پاییز

92

ورود رسوبات غیرچسبنده به شبکه کانال هاي آبیاري و زهکشی و مجاري فاضلاب شهري، امري اجتناب ناپذیر بوده است و همیشه معضل بزرگی به شمار می رود. تجمع رسوبات در کانال ها باعث کاهش ظرفیت دبی عبوري کانال می گردد. رسوبات غیرچسبنده به شکل بار بستر از طریق دهانه آبگیر و یا در زمان هاي سیلابی از طریق اراضی مجاور وارد کانال می گردد و به تدریج در کانال انباشته می شوند (ابراهیمی محمدي و همکاران ،1391؛ بهزاد فر و همکاران ،1391؛ صادقی و همکاران ،1392). تخلیه این رسوبات یکی از دغدغه هاي بهره برداران از کانال ها بوده است. در مجاري بزرگ معمولا تنها راه حل، استفاده از وسایل مکانیکی است که علاوه بر هزینه هاي زیادي که به همراه دارد، باعث آشفتگی جریان و تعلیق بخش زیادي از رسوبات نهشته شده گردیده و انتقال آنها به دوردست را نیز در پی خواهد داشت. در کانال هاي کوچک تر، جهت پرهیز از این امر، استفاده از لوله گردابی (موذن و شفاعی بجستان، 1384؛ فلامکی و همکاران ،1392؛ اسدزاده و همکاران ،1392) و انتقال توسط امواج ناگهانی( Shafai
2012 Bejestan et al.,) مطرح شده است. از جمله راه حل هاي کم هزینه دیگر استفاده از تله هاي رسوبی می باشد.
Hubbell (1994) گزارش کرد که سازه هاي تله انداز رسوب (تله هاي رسوبی) به عنوان روشی جهت جمع آوري مؤثر مواد رسوبی در بستر کانال انتقال و با فواصل معینی قرار می گیرند تا رسوبات ورودي به کانال به راحتی وارد آنها شوند. جمع آوري و تخلیه این رسوبات در دوره هاي زمانی معین، توسط کارگر و یا سیستم پمپاژ (لجن کش) صورت می گیرد. Hubbell اولین بار به منظور کاهش مشکلات ادوات نمونه گیري در جریان و عملکرد بهتر آنها استفاده از تله رسوبی را مطرح نمود و در زمان خود روشی مؤثر جهت خارج نمودن انتخابی یا گزینشی مواد جامد غیرآلی به شمار می رفت.
Chebbo و همکاران (1996) نشان دادند که استفاده از تلههاي رسوبی میتواند روشی مؤثر در جهت جمع آوري رسوبات باشد. آنها همچنین نشان دادند که این تلهها بایستی در موقعیتهایی که بیشترین پتانسیل رسوبگذاري را دارد، قرار گیرند.
Buxton و همکاران (2002) یک مدل محاسباتی دو بعدي جهت مقایسه نتایج تله رسوبی در مدل فیزیکی و عددي ارائه دادند .شبیه سازي تله مستطیلی با 3 شکاف به اندازة 90، 45 و 5/22 میلی متر انجام شد. این تحقیقات نشان داد که نتایج مدل عددي نسبت به مدل آزمایشگاهی بسیار بیشتر است. این نتایج غیرواقعی و بیشتر از واقعیت در مدل هاي دوبعدي مذکور، بعلت در نظر نگرفتن نقش و تأثیر جریان عرضی یا جانبی می باشد.
2 / آریان فر و همکاران

Fan و همکاران (2003) علل ته نشینی مواد جامد فاضلاب و توسعه روش هاي کنترل و جلوگیري از تجمع این مواد را با توجه به خصوصیات فاضلاب در مقابل سرعت جریان ،جلوگیري از ترسیب مواد، تعلیق مجدد مواد ته نشین شده و همچنین سیستم فلاشینگ خط فاضلاب جهت خروج بهینه مواد، مورد توجه قرار دادند. نتایج نشان داد که جهت کنترل و جلوگیري از ترسیب مواد فاضلابی، بایستی شیب تند همراه با اشکال بهینه براي کف لوله ها در نظر گرفت تا حتی در شرایط ورودي جریان هاي با دبی اندك، سرعت بالاي جریان ایجاد شده و حفظ شود .
Thinglas و Kaushal (2008) در تحقیقی پنج هندسه مختلف تله شامل مستطیلی بدون درپوش، مستطیلی با درپوش، ذوزنقه اي، ذوزنقه اي با قاعدة مستطیلی و مستطیلی با قاعدة ذوزنقه اي با درپوش در دو طرف، را مورد بررسی قرار دادند. شرایط جریان براي سه نوع مادة رسوبی شامل ذرات شن و پلاستیک در شش دبی شامل 35/0، 7/0، 05/1، 35/1، 55/4 و 95/9 لیتر بر ثانیه براي هر تله در مدل فلوئنت استفاده شد. این شبیه سازي قادر بود تا مسیر حرکت ذرات و تأثیر شدت جریان و هندسه تله را بر روي الگوي جریان توسعه یافته در داخل تله نشان دهد. نتایج حاصله نشان می دهد که تله با شکل مستطیلی و قاعدة ذوزنقه اي بیشترین کارائی را در محبوس کردن ذرات رسوبی دارا می باشد.
به دلیل نبود اطلاعات کافی در زمینه رفتار ذرات و مواد مختلف در مخازن ترسیب در سیستم هاي فاضلاب مرکب ،Dufresne و همکاران (2009) به کمک مدل هاي دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدي رفتار دقیق جریان ،رسوبات وارده و مکانیزم ته نشینی آنها و همچنین جداسازي مواد جامد را در این مخازن با یک ورودي از نوع لوله و دو خروجی شامل لوله و سرریز بررسی نمودند .نتایج حاصل از شبیه سازي در خصوص درصد انتقال جرم و همچنین مناطق ترسیب شده در سیستم، هماهنگی نزدیکی با شرایط حادث شده در واقعیت (سیستم هاي فاضلاب اجرا شده) داشتند.
Bonakdari و Zinatizadeh (2011) مدلی عددي را تدوین نمودند که قادر است ضریبی را که در سنسورهاي آکوستیک داپلر جهت تعیین سرعت متوسط جریان در شبکه هاي فاضلاب استفاده می شود تعیین نماید .واسنجی مدل عددي با اندازه گیري سرعت در مقاطع مختلف در روي مدل فیزیکی در حالات مختلف انجام شد .
oPir و همکاران (2011) ستون هاي ته نشینی در شبکه هاي مرکب آب و فاضلاب را مورد آزمایش قرار دادند .
این آزمایش ها شبیه سازي فرآیند ته نشینی در سیستم واقعی بوده و به ارزیابی کل مواد جامد معلق ایی که پس از ته نشینی از سیستم مرکب فاضلاب خارج می شود، منجر می گردد.
Kaushal و همکاران (2012) اولین بار بود که مطالعه عددي و آزمایشگاهی محدودي براي بررسی عملکرد تله هاي رسوبی انجام دادند. مدل فیزیکی از فلومی به طول 5 متر، عرض 15 و عمق 15 سانتیمتر و شیب کف 1:500 تشکیل گردید .2 مخزن به ظرفیت هاي 125 و 300 لیتر به ترتیب در بالادست و پائین دست کانال قرار گرفت. در انتهاي کانال جهت جمع آوري رسوبات، توري با شبکه بندي ریز تعبیه گردید. با اندازه گیري شدت جریان در عمق هاي مختلف، معادله دبی اشل براي کانال مذکور .Q = 0.838d ثبت گردید. پنج هندسه تله در فاصله
5/3 متري ورودي مخزن بالادست در آزمایش هاي مختلف استفاده شد. هندسه اول مستطیلی به طول 32 و عمق 28 سانتیمتر، هندسه دوم ذوزنقه به طول کف 16 سانتیمتر و سه هندسه دیگر ترکیبی از مستطیل با کف ذوزنقه و برعکس در نظر گرفته شد. رسوبات استفاده شده شامل دو مورد شن با قطرهاي 15/0 و 80/0 میلیمتر، شیشه با قطر 3/0 و چهار دانه بندي پلاستیکی با قطرهاي 3/5، 9/4، 4/3 و 4/2 میلی متر می باشند. آزمایشات براي رسوبات و هندسه هاي مذکور براي سه دبی 5/1، 4/3 و 5/4 لیتر در ثانیه انجام گردید. آنها در مطالعات خود به این نتیجه رسیدند که نوع شکل هندسی تله رسوبی اهمیت بسیار زیادي در راندمان رسوب گذاري دارد. آزمایشات انجامشده نشان داد که از بین پنج هندسه مذکور، هندسه با قسمت فوقانی مستطیلی و قسمت پائینی ذوزنقه بالاترین میزان تله اندازي رسوبات را داشته و نسبت به سایر هندسه ها بهتر عمل می کند.
Salem (2013) ضخامت رسوبات بستر در کانال هاي مستطیلی را بر روي آستانه حرکت ذرات با اندازه هاي متفاوت در آزمایشگاه بررسی نمود. نتایج نشان داد که ضخامت رسوبات بستر و اندازه ذرات رسوبی به شدت آستانه حرکت ذرات را تحت تأثیر قرار می دهند. ایشان رابطه اي براساس ضخامت مواد ته نشین شده در بستر، تنش برشی بحرانی بستر و همچنین سرعت بحرانی نیز ارائه نمود.
از آنجائیکه سرریزهاي فاضلاب ترکیبی اغلب هندسه هاي پیچیده اي داشته و تحت شرایط هیدرولیکی کاملا متغیري عمل می نمایند، نمی توان هیچگونه استاندارد خاصی براي آنها ارائه نمود و لذا اندازه گیري دقیق میزان تخلیه از آنها بسیار مشکل است .Lsel و همکاران (2014) از روشی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی جهت ارزیابی میزان جریان سرریز شده و همچنین حل مشکل عدم قطعیت در خصوص اندازه گیري عمق جریان در شبکه هاي فاضلاب استفاده نمودند. روش ارائه شده محاسن بسیاري از جمله: بهینه سازي موقعیت مکانی سنسور استفاده شده در سیستم و همچنین ادغام نمودن شرایط مرزي متنوع و متفاوت و ارائه رابطه ارتفاع – تخلیه را دارد.
4546848469291

سال

سوم

/
شماره

1
/

پاییز
92

سال



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید