X
تبلیغات
پیکوفایل
رایتل
اخبار فناوری صنعت آب و برق
  
 تازه ترین خبرها درباره پیشرفت های علمی - فنی٬ پژوهش ها٬همایش ها و ... انرژی و صنعت آب و برق
 
آرشیو
موضوع بندی
 
دوشنبه 25 تیر‌ماه سال 1386
بیژن باقری:تأثیر شکل گیری عمیق تر لایه بیولوژیکی فعال (اشموتسدک)

تأثیر شکل گیری عمیق تر لایه بیولوژیکی فعال (اشموتسدک) بر عملکرد فیلترهای ماسه ای کند

 

 

بی‍‍ژن باقری1 -  ایوب کریمی جشنی 2

شیراز- بلوار امیرکبیر- خیابان توانیر- مجتمع عالی آموزشی و پژو هشی فارس

تلفن:  09177155606  و   09173007901   نمابر  8220624 (0711)

 پست الکترونیکی bagheribijan@gmail.com  و   ajashni@yahoo.ca

  

 

 چکیده                                                               

اشموتسدک لایه بیولوژیکی فعالی است که بر اثر تجمع ذرات موجود در آب، روی بستر فیلترهای ماسه ای کند تشکیل می شود. این لایه نقش مهمی در حذف ذرات توسط فیلتر دارد و عامل عمده افزایش افت هد در حین بهره برداری است. پس از مدتی با متراکم شدن "اشموتسدک" روی سطح بستر، فیلتر مسدود شده و باید تمیز شود. از آنجا که هزینه های بهره برداری از فیلترها به تناوب تمیزکاری بستگی دارد، بنابراین هرچه فاصله دو مرحله تمیزکاری بیشتر شود، هزینه ها کاهش می یابند. در این مطالعه با ایجاد اختلاط در لایه فوقانی فیلتر، امکان تشکیل عمیقتر اشموتسدک در عمق بیشتر فراهم شد و تأثیر آن بر عملکرد فیلتر، بخصوص بر زمان کارکرد آنها، مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور دو دستگاه فیلتر از لوله پی- وی- سی به قطر 24 و ارتفاع 160 سانتیمتر، محتوی 60 سانتیمتر ماسه با اندازه مؤثر 2/0 میلیمتر و ضریب یکنواختی 3/2 ساخته شد. در طی 149 روز کارکرد فیلتر، 30 سانتیمتر فوقانی فیلتر آزمایش، بطور یک روز در میان، بهم زده شد و عملکرد آن با فیلتر شاهد مقایسه گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با ایجاد اختلاط و امکان شکل گیری عمیقتر لایه بیولوژیکی فعال در بستر، افت هد بطور مؤثر کاهش یافته و مدت زمان کارکرد فیلتر بدون تاثیر منفی بر کیفیت آب خروجی به بیش از دو برابر افزایش پیدا می کند.

 

واژه های کلیدی: اشموتسدک، فیلترهای ماسه ای کند، اختلاط لایه فوقانی .

 

 

 

 

 

 

 

 

1-مقدمه

      یکی از اهداف مهم آبرسانی تامین آب سالم و بهداشتی، حذف و غیر فعال سازی عوامل بیماریزا می باشد. آب های سطحی (رودخانه ها و دریاچه های مصنوعی و طبیعی) یکی از عمده ترین منابع تهیه آب هستند که به علت وجود جامدات معلق آلی و غیر آلی و ... کدربوده و براثر تماس با منابع آلاینده، دارای عوامل بیماریزا می باشند]1[.

      انسان با آموختن از طبیعت سالهاست که  از فیلتراسیون،  بویژه از فیلترهای ماسه ای کند، به عنوان یکی از روش های تصفیه آب استفاده می کند. این فیلترها، همانگونه که از نام آنها پیداست، با آهنگی کند و دبی کم (100 تا 300 لیتر در ساعت در هر متر مربع از سطح فیلتر)، عمل فیلتراسیون را انجام می دهند. مدت زمان کارکرد  فیلترهای ماسه ای کند نسبتاً طولانی بوده و تا چند ماه می توانند آب را، بدون نیاز به شستشو، تصفیه کنند]2[.

      ویژگی دیگر این فیلترها عملکرد بیولوژیکی آنهاست. سرعت کم جریان در فیلترهای کند، باعث باقی ماندن ذرات جامد و میکروارگانیزم های موجود در آب بر سطح بستر و در نتیجه تشکیل" اشموتسدک" 1  به ضخامت حدود 2سانتیمتر می شود]3[. علاوه بر این، برخی از این ذرات و موجودات، با نفوذ به درون بستر ماسه ای، اطراف دانه های ماسه را گرفته و با تشکیل لعاب نازکی که عملکرد بیولوژیکی دارد، عمل تصفیه را بهبود می بخشند]4[.

با تجمع ذرات و متراکم شدن لایه "اشموتسدک" ، هد آب افت زیادی پیدا می کند و شرایطی بوجود می آید که فیلتر مسدود شده و لازم است بهره برداری از آن متوقف و تمیزکاری انجام شود. عملیات تمیزکاری با برداشتن2  لایه بیولوژیکی تشکیل شده بر سطح فوقانی بستر و یا با شخم زدن3 و سپس شستن آهسته آن صورت می گیرد]5[. بیشتر هزینه های زمان بهره برداری، مربوط به عملیات تمیزکاری است. از این رو هرچه فاصله دو تمیزکاری طولانی تر شود، هزینه های بهره برداری کاهش می یابد]6[. در این تحقیق با برهم زدن 30 سانتیمتر فوقانی بستر ماسه ای، اثرات آن بر پارامترهای عملکردی از جمله بر آهنگ تغییرات افت هد و زمان کارکرد فیلتر مورد بررسی قرار گرفت.

با توجه به اینکه هنگام تمیز کردن فیلتر، سطح بستر ماسه ای نمایان شده و باعث رشد برخی موجودات خورنده باکتریها (مانند پروتوزوآها و اسپیروتیچ ها) میشود]7[، با استفاده از این روش و کاهش نیاز به عملیات تمیزکاری، از این رشد جلوگیری بعمل می آید. همچنین با ایجاد اختلاط در بستر، از رشد جلبکها که پس از مرگ و میر باعث کاهش اکسیژن محلول آب و درنتیجه کاهش رشد و فعالیت میکروارگانیزمها و همچنین تولید بو در آب خروجی می شود، جلوگیری خواهد شد. احتمالاً اختلاط در بستر باعث کاهش تولید گاز کربنیک شده و درنتیجه از اسیدی شدن آب خروجی و تخریب لوله و اتصالات پایین دست]8[، پیشگیری می شود.

 

2- روش تحقیق

2-1- ساخت و نصب پایلوت

      دو دستگاه فیلتر مشابه و موازی ، یکی فیلتر شاهد و دیگری فیلتر آزمایش، از لوله پی وی سی به قطر داخلی 24 و ارتفاع 160 سانتیمتر (حاوی 60 سانتیمترماسه و 30 سانتیمترشن) ساخته شدند. بستر فیلترها از ماسه ای با قطر مؤثر 2/ 0 میلیمتر و ضریب یکنواختی 3/2 تشکیل شده بود. شن تحتانی نیز در سه لایه 10 سانتیمتری با قطر مؤثر از پایین به بالا به ترتیب 10 ، 5/6 و 2 میلیمتر بعنوان زهکش و نگهدارنده ماسه عمل می کرد. همچنین 70 سانتیمتر برای تامین ارتفاع آب روی بستر4 در نظر گرفته شد و به منظور تعیین فشار آب، تعداد 7 مانومتر در عمق های مختلف هر فیلتر نصب گردید (شکل1).

 

 

2-2- راه اندازی و بهره برداری

      با استفاده از محلول محتوی ذرات معلق، حاصل از حل کردن خاک رس معمولی و خاک کائولین در آب و ته نشین شدن آن، آب موجود در مخزن 500 لیتری، آلوده می گردید. سپس این آب آلوده، به درون مخزنی با هد ثابت که در ارتفاع دو متری نصب شده بود، پمپ می شد. مقداری مواد آلی و مغذی (ترکیبات نیتروژن و فسفر) به همراه فاضلاب و آب گرفته شده از رودخانه نیز به آن اضافه می گردید.

      با تنظیم شیرهای تعبیه شده در مخزن فوقانی، جریانی با مقدار متوسط 130 لیتر در روز (با آهنگ فیلتراسیون 12/0 متر در ساعت) از ارتفاع 70 سانتیمتری بالای سطح ماسه وارد هر فیلتر شده و پس از عبور از آن، توسط سیستم زهکش (شن تحتانی و لوله ای با 180 سوراخ 3 میلیمتری)  از فیلتر خارج و از ارتفاع چند سانتیمتری بالای سطح بستر، تخلیه می شد (شکل 1).

      در طی 149 روز بهره برداری از فیلترها، هر دو روز یکبار و به مدت یک دقیقه، 30 سانتیمتر فوقانی بستر فیلتر آزمایش بهم زده شد. بدین منظور از یک تیغه به ابعاد cm30×cm23 استفاده می گردید. در این مدت کدورت5 آب ورودی به فیلترها و خروجی از هر فیلتر و بلندای آب در هر فیلتر، به طور روزانه اندازه گیری شد. شمارش باکتریهای کلیفرم آب ورودی به فیلترها و خروجی از هر فیلتر نیز، به روش تخمیر چند لوله ای6 ، به طور هفتگی انجام گردید.

 

 

3- نتایج و بحث

در شکل(2) نمودار میزان کدورت آب ورودی به فیلترها و خروجی از هر فیلتر، بر حسب زمان و برای دوره بهره برداری، رسم شده است. در 62 روز اول (دره اول کارکرد فیلتر شاهد)، آب با کدورت بین 5/6 تا 17 (ان تی یو7) وارد فیلترها شده و با کدورت بین 3/0 تا 5/1 از فیلتر شاهد خارج شده است. کدورت آب خروجی از فیلتر آزمایش در زمان مشابه بین 5/0 تا 6/1 (ان تی یو) اندازه گیری شده است. همچنین طی 78 بار اندازه گیری، میانگین  کدورت آب ورودی به هر دو فیلتر 26/11 (ان تی یو) با انحراف معیار 12/1، میانگین کدورت آب خروجی از فیلتر شاهد 75/0 (با انحراف معیار 15/1) و خروجی از فیلتر آزمایش75/0 (با انحراف معیار 14/1) بوده است.

 

شکل(3) نتایج شمارش باکتریهای کلیفرم کلی و شکل(4) درصدهای حذف باکتری های کلیفرم کلی را که به روش تخمیر چند لوله ای اندازه گیری شده اند، نشان می دهد. با توجه به شکل (3)، آب با میانگین 178 (عدد باکتری در 100 سی سی8) به فیلترها وارد و با میانگین 11 و 9 به ترتیب از فیلترهای شاهد و آزمایش خارج شده است. درصد حذف باکتری ها به ترتیب 85/93 و 1/95 بوده است.

افت هد ایجادشده در هر یک از فیلترها به صورت افزایش ارتفاع آب روی بستر ظاهر می شود. بنابراین با اندازه گیری تغییرات ارتفاع آب روی بستر، میزان افت هد ایجاد شده ناشی از تجمع ذرات گرفته شده از آب در فیلتر، تعیین می گردد. طی دوره بهره برداری، نمودار افزایش ارتفاع آب روی بستر یا افت هد در فیلتر آزمایش بصورت پیوسته  ولی در فیلتر شاهد، به دلیل تمیز کردن و راه اندازی مجدد، دارای گسستگی بوده است.

 

       در شکل (5) افت هد ایجاد شده در فیلترهای شاهد و آزمایش که طی 149 روز بهره برداری از فیلترها اندازه گیری شده، بر حسب زمان رسم گردیده است. در دوره کارکرد اول فیلتر شاهد، پس از 62 روز، افت هد در فیلتر شاهد از 3 به 70 سانتیمتر (افت هد نهایی در نظر گرفته شده) افزایش پیدا کرد. در حالیکه در فیلتر آزمایش از 3 به 15 سانتیمتر رسید.

با تمیز کردن فیلتر شاهد، عمل فیلتراسیون در آن با یک روز وقفه، مجدداً آغاز و کار فیلتر آزمایش نیز ادامه یافت. در دوره کارکرد دوم نیز پس از 68 روز، افت هد در فیلتر شاهد از 3 به 70 و در فیلتر آزمایش از 5/15 به 61 سانتیمتر رسید.

با تمیزکاری مجدد فیلتر شاهد و شروع بکار آن و ادامه فیلتراسیون در فیلتر آزمایش، پس از 15 روز افت هد در فیلتر آزمایش به 70 سانتیمتر رسید. در این زمان افت هد ایجاد شده در فیلتر شاهد 11 سانتیمتر قرائت گردید.

بدین ترتیب در مدت 149 روز کارکرد، فیلتر آزمایش (که بطور یک روز در میان نیمی از بستر آن بهم زده می شد) به تمیزکاری نیاز نداشت. این در حالی است که دو بار نسبت به تمیزکاری فیلتر شاهد (با فیلتراسیون متعارف) اقدام گردید.

 

نتیجه گیری

1- ایجاد اختلاط در لایه فوقانی بستر و امکان  شکل گیری عمیقتر لایه بیولوژیکی فعال، تاثیر قابل توجهی در کاهش آهنگ افت هد دارد.

2- با کاهش آهنگ افت هد، مدت زمان کارکرد فیلتر افزایش یافته و نیاز به تمیزکاری کمتر می شود. در این تحقیق، مدت زمان کارکرد فیلتر به حدود 5/2 برابر فیلتراسیون معمولی افزایش پیدا کرد.

3- با افزایش مدت زمان کارکرد فیلتر و کاهش تعداد مراحل تمیزکاری، مدت از دور خارج کردن فیلتر نیز کاهش می یابد.

4- برهم زدن لایه فوقانی بستر و امکان شکل گیری عمیقتر لایه بیولوژیکی فعال، بر راندمان فیلتر در حذف کدورت تاثیری ندارد و کدورت خروجی، با استفاده از عمق کافی برای بستر، در حد قابل قبول از نظر استانداردهای ملی و جهانی است.

5- به نظر می رسد اختلاط در لایه فوقانی بستر، نه تنها بر عملکرد بیولوژیکی اثر منفی ندارد بلکه بدلیل نفوذ لایه بیولوژیکی و افزایش رشد بیولوژیکی در عمق بستر و عدم تلفات بیوماس، زمان تماس بیولوژیکی طولانی تر شده و درنتیجه بر عملکرد فیلتر تاثیر مثبت دارد.

 

5- مراجع

1- WHO(1996). Guidelines for Drinking Water Quality: Health Criteria and other Supporting Information. 2nd Edition. Vol.2.

2- American Water Works Association(2003). “A Brief History of Drinking Water.” http://www.awwa.org/advocacy/pressroom/bhist-1. cfm. [2 April 2006].

3- Huisman, L. and  Wood,  W.E. (1974). Slow Sand Filtration, World Health Organization, Geneva, Switzerland.

4- Bellamy, W.D., Hendricks, D.W.and Longsdon, G.S. (1985). "Slow Sand Filtration: Influences of Selected Process Variables." J. AWWA, 77(12), 62-66.

5- Gray & Osborne Inc. (1995). "Evaluation of Crushed Recycled Glass as a Filtration Medium in Slow Sand Filtration.", <http://www.cwc.org/glass/gl954rpt.pdf>  ( May 5, 2006).

6- Bellamy, W.D., Silverman, G.P., Hendricks, D.W.and Longsdon, G.S. (1985). "Removing Giardia Cysts with Slow Sand Filtration." J. AWWA, 77(2), 53-60.

7- Cleary S.A.(2005). "Sustainable Drinking Water Treatment for Small Communities Using Multistage Slow Sand Filtration."M.Sc. Thesis, Waterloo University, Canada.

8- Rooklidge S.J., Lloyds H. and Ketchum Jr.(2001)." Corrosion Control Enhancement from a Dolomite- Amended Slow Sand Filter."Water Research, 39,331-339



1 کارشناس ارشد عمران مجتمع عالی آموزشی و پژوهشی فارس  bagheribijan@gmail.com

2 استادیار بخش مهندسی عمران دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز ajashni@yahoo.ca 

1  Schmutzdecke

2  Scraping

3  Harrowing

4  Supernatant

5  Turbidity

6  Multiple Tube Fermentation

7  NTU( Nephelometric Turbidity Units)

8  MPN/100ml


برای عضویت در خبرنامه این وبلاگ نام کاربری خود در سیستم بلاگ اسکای را وارد کنید
نام کاربری
 
تعداد بازدیدکنندگان : 319951


Powered by BlogSky.com

عناوین آخرین یادداشت ها