رابطه تجربی مانینگ-استریکلر
این رابطه تجربی که به صورت زیر بیان شده است(رابطه‌ی ۳-۲)، به علت سادگی کاربرد و دقت نسبتا خوب آن در بسیاری از مراجع علمی کاربرد دارد به همین دلیل در محاسبات هیدرولیکی این پژوهش نیز از آن استفاده شده است.
Q=
در رابطه ۳-۲،R شعاع هیدرولیکی مقطع جریان بوده که از رابطه ۳-۳ محاسبه می‌شود و، S شیب کف کانال و n ضریب زبری می‌باشد. همچنین در رابطه‌ی ۳-۳، مقدار A نشان دهنده‌‌ی سطح مقطع جریان بر حسب متر مربع، U محیط‌‌‌تر شده بر حسب متر و R شعاع هیدرولیکی نیز بر حسب متر است‌‌‌‌.

شبیه ‌سازی شبکه‌های متعارف جمع‌ آوری فاضلاب و قطر کوچک
همانطور که در فصل دوم اشاره شد، پژوهش‌ها و فعالیت‌های انجام شده در زمینه فرآیندهای شبکه جمع‌ آوری متعارف و همچنین شبکه‌های تحت فشار بسیار زیاد می‌باشد. اما در خصوص شبکه‌های قطر کوچک پژوهشی انجام نشده‌ است. در این تحقیق سعی بر این بود که واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در شبکه‌های قطر کوچک ثقلی که به اختصار تحت عنوان شبکه‌های SDGS^[12] شناخته می‌شوند، مورد بررسی قرار گیرد. همچنین علاوه بر این شبکه‌ها، تغییرات کیفی فاضلاب در شبکه‌های متعارف نیز مورد مطالعه قرار گرفت. شبکه‌های قطر کوچک نسبت به سایر شبکه‌های نوین پرکاربردتر بوده و در بسیاری از موارد که امکان استفاده از شبکه‌های متعارف وجود نداشته باشد این نوع از شبکه‌ها گزینه مناسبی جهت جمع‌ آوری و انتقال فاضلاب می‌باشند. بنابراین در ساخت مدل آزمایشگاهی، هدف اصلی طراحی مدلی بود که قادر به شبیه‌سازی این دو نوع از شبکه‌ها باشد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

چگونگی افزایش MLSS درپایلوت
در شبکه‌های جمع‌ آوری نسبت غلظت میکروارگانیسم به غلظت سوبسترا پایین است، بنابراین ممکن است نرخ حذف سوبسترا زیاد نباشد. برای بهبود ظرفیت خودپالایی شبکه‌ها، در ابتدا نیاز است نسبت غلظت میکروارگانیسم به سوبسترا متعادل شود، بنابراین جهت افزایش تبدیلات بیولوژیکی و حذف مواد آلی در شبکه‌ها، در ابتدا نیاز است که غلظت میکروبی داخل شبکه را بالا برد]۲۵[.
جهت افزایش غلظت میکروبی در شبکه‌ها هم از رشد معلق و هم از رشد الحاقی استفاده شده است. بایومس ممکن است به راحتی همراه با جریان فاضلاب از شبکه خارج شود و زمان ماند سلولی آن در این تاسیسات کوتاه است. بنابراین سعی شد جهت افزایش غلظت میکروبی از رشد الحاقی استفاده شود.
جداره داخلی فاضلاب‌روها، تاسیسات مناسبی برای الحاق میکرواگانیزم است و از این طریق می‌توان نسبت به افزایش MLSS اقدام کرد. در این پژوهش جهت بالا بردن غلظت میکروارگانیسم‌ها و در نهایت بهبود میزان F/M، از رشد الحاقی میکروارگانیسم به جدار داخلی لوله‌ها استفاده شده است. اما از آنجا که جنس لوله‌های مورد استفاده در شبکه‌های قطر کوچک‌‌‌‌، از PVC می‌باشد، سطح این لوله‌ها صاف بوده و بایوفیلم تشکیل شده در جداره داخلی لوله‌ها ممکن است در اثر تنش برشی ناشی از جریان فاضلاب ریزش کند. در صورت افزایش زبری سطح داخل لوله‌ها، امکان تشکیل بایوفیلم مناسب وجود دارد.
باکتری‌های هوازی در نزدیکی فاز سیال که اکسیژن محلول موجود است رشد می‌کنند، همچنین‌‌ یک لایه بی‌هوازی در داخل بایوفیلم، در نزدیکی سطح اتصال ایجاد می‌شود]۲۵[. در نتیجه، با ایجاد ‌‌یک لایه بایوفیلم در لوله‌های جمع‌ آوری فاضلاب امکان حذف BOD و نیتروژن وجود دارد.

ساخت پایلوت آزمایشگاهی
پس از انتخاب روش مورد نظر جهت بررسی فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌ها رخ می‌دهند، نسبت به طراحی مدل اقدام شد. چندین طرح جهت ساخت مد نظر بود، اما با توجه به محدودیت‌های آزمایشگاه و عدم دسترسی به فضای مناسب، امکان ساخت طرح ایده‌آل را وجود نداشت. در ابتدا تصمیم بر این بود که جهت نزدیک‌تر شدن به واقعیت، طول مدل حداقل بالای ۲۰ متر باشد تا بتوان تغییرات حاصل از واکنش‌های مذکور را به صراحت دید. در آزمایشگاه با توجه به محدود بودن فضا، امکان ساخت مدلی با طول دلخواه میسر نبود. بنابراین مجبور به طراحی مدل با طول کمتر و همچنین جانمایی آن به صورت فشرده بودیم. جهت رسیدن به این منظور، مدل به صورت زیگزاگ طراحی شد، به این صورت که لوله‌ها با طول‌‌ یک متر از طریق دو خم ۴۵ درجه به‌‌یکدیگر متصل می‌شدند و هر بار مسیر انتقال جریان با۱۸۰ درجه تغییر مواجه می‌شد.
جریان در لوله‌ها به صورت ثقلی طراحی شد و برای این منظور از‌‌ یک سطح شیبدار که لوله‌ها روی آن قرار داشتند استفاده شد. شیب سطح مورد نظر از طریق تغییر ارتفاع پایه‌ها قابل تنظیم بود و از این طریق امکان برقراری شرایط مختلف هیدرولیکی جهت رسیدن به حداقل شیب در شبکه‌های متعارف و SDGS مهیا شد. همانطور که در بخش مربوط به طراحی پایلوت‌های آزمایشگاهی ذکر شد، جهت ایجاد جریان در این مدل‌ها از پمپ‌های بازچرخانی استفاده می‌شود. در این پژوهش نیز جهت ایجاد جریان از‌‌یک پمپ لجن کش استفاده شد. شکل ۳-۱ نشان دهنده طرح نهایی شماتیک پایلوت می‌باشد.
شماتیک طرح نهایی پایلوت

انتخاب مصالح
پس از طراحی نهایی مدل مورد نظر، در ابتدا نسبت به انتخاب مصالح اقدام شد. در انتخاب مصالح سعی بر این بود مصالحی انتخاب شوند که عموما در شبکه‌های واقعی کاربرد داشته و همچنین در دسترس و کم هزینه باشند. مصالح مورد نیاز جهت ساخت پایلوت شامل لوله‌ها و خم‌ها، مخازن، شیرها، پمپ‌ها، دیفیوزر، توری‌ها و سطح شیبدار جهت ایجاد جریان ثقلی بود.

قطر و نوع لوله‌ها
از آنجاکه هدف از ساخت پایلوت علاوه بر بررسی شبکه‌های متعارف، بررسی فرآیندهای حذف در شبکه‌های قطر کوچک نیز بود، سعی شد قطری لوله‌ها به نحوی انتخاب شود که امکان شبیه‌سازی هر دو مورد فراهم شود. امکان انتخاب حداقل قطر مورد استفاده در شبکه‌های متعارف وجود نداشت زیرا در این صورت جهت برقراری جریان نیاز به پمپ با دبی بسیار بالا بود و این کار عملا امکان پذیر نبود. بنابراین قطر لوله‌های پایلوت ۱۰ سانتیمتر انتخاب شد که ‌‌یکی از قطرهای پرکاربرد در شبکه‌های جمع‌ آوری قطر کوچک نیز می‌باشد]۱۷[. از این قطر لوله در مراجع گذشته جهت بررسی شبکه‌های جمع‌ آوری استفاده شده است]۲۵[. از لوله‌های PVC^[13] جهت ساخت پایلوت استفاده شد که در هر دو نوع شبکه کاربرد دارند. این لوله‌ها دارای دیواره‌ای صاف بوده و مقاومت آن‌ ها در برابر خوردگی میکروبی و شیمیایی بسیار خوب است.
همچنین جهت مشاهده نحوه الحاق میکروارگانیسم‌ها به جدار داخلی از دو لوله شیشه‌ای به قطر ۱۰ سانتی متر استفاده شد. این لوله‌ها توسط ‌‌یک کارگاه شیشه‌گری واقع در شهر اصفهان در طول، ضخامت و قطر مورد نیاز ساخته شدند. لوله‌های شیشه‌ای در طول‌های ۵ و ۱۰ متری قرار داده شدند و کنترل عمق جریان فاضلاب نیز از طریق این لوله‌ها امکان پذیر بود. شکل ۳-۲ نشان‌دهنده‌ی لوله‌های مورد استفاده است.
لوله‌های مورد استفاده در پایلوت

پمپ‌ها
پمپ انتقال جریان می‌بایست قدرت کافی جهت انتقال جریان در دبی‌های بالا را داشته باشد. به دلیل وجود مواد معلق و فلاک‌های بایومس، جهت بازچرخانی جریان فاضلاب در پایلوت از ‌‌یک پمپ لجن‌کش استفاده شد. این الکتروپمپ‌ها جهت پمپاژ مایعات دارای ذرات جامد معلق و الیاف بلند، فاضلاب، آبهای آلوده و آبهای گل ‌آلود مناسب می باشد.
پمپ‌های لجن کش از لحاظ ساختاری همانند پمپ‌های توربین عمودی می‌باشد. اساسا ‌‌یک موتور الکتریکی، پمپ را به حرکت در می‌آورد و انرژی جنبشی سیال را افزایش می‌دهد. پمپ لجن‌‌کش شامل ‌‌یک پمپ گریز از مرکز به همراه شفت عمودی است که فشار سیال خروجی به چرخش پروانه‌ها وابسته است.
پس از بررسی انواع پمپ‌های موجود در بازار پمپی با مارک تجاری Stream با دبی ۱۰ متر مکعب بر ساعت و قطر لوله خروجی ۳ اینچ تهیه شد (شکل۳-۳). کنترل دبی جریان از طریق شیر تعبیه شده در مسیر جریان امکان پذیر بود. پمپ‌ها در اینگونه پایلوت‌های آزمایشگاهی، از جمله نقاط بحرانی در انتقال جریان می‌باشند، زیرا امکان ایجاد اغتشاش در این نقاط وجود دارد. به همین دلیل در نصب پمپ‌ها حداکثر دقت اعمال شد تا جریان اغتشاشی ایجاد شده در پایلوت به حداقل برسد.
پمپ لجن کش مورد استفاده جهت بازچرخانی جریان
میزان غلظت اکسیژن در شبکه‌های جمع‌ آوری بسیار اهمیت دارد زیرا اکسیژن در فرآیندهای هوازی که درشبکه‌ها رخ می‌دهند نقش پذیرنده الکترون را داشته و بالا بودن غلظت آن می‌تواند مانع از فعالیت باکتری‌های بی‌هوازی و ایجاد مشکلاتی مانند تولید بو و خوردگی در شبکه‌ها شود. انتقال اکسیژن از وجه اشتراک گاز و سیال ‌‌یکی از مواردی است که در شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب و نحوه عملکرد این تاسیسات بسیار اهمیت دارد]۲۶[. همانطور که قبلا اشاره شد، در این پژوهش سعی در راهبری پایلوت در فاز هوازی بود. بنابراین نیاز به‌‌ یک منبع انتقال اکسیژن در پایلوت بود که توانایی افزایش غلظت اکسیژن محلول فاضلاب را داشته باشد.
جهت تامین اکسیژن مورد نیاز از ‌‌یک پمپ هواده با قابلیت ۸۰ متر مکعب هوا در ساعت و حداکثر فشار ۱۶ کیلو پاسکال که در آزمایشگاه موجود بود استفاده شد شکل(۳-۴). در صورت فعالیت پیوسته پمپ هواده، غلظت اکسیژن فاضلاب بیش از ‌‌‌‌اندازه بالا می‌رفت که در این صورت شرایط شبیه‌سازی آزمایشگاهی با شرایط واقعی شبکه‌های جمع‌ آوری اختلاف داشت. به منظور کنترل غلظت اکسیژن، فعالیت پمپ هواده از طریق کلید زمانی که در مسیر جریان برق آن قرار داده شده بود قابل تنظیم بود. کلید زمانی مذکور قابلیت تنظیم زمان روشن و خاموش شدن پمپ را فراهم می‌کرد.
پمپ هواده مورد استفاده

دیفیوزر