بررسی توزیع جریان بر رفتار هیدرولیکی و راندمان تصفیه تالاب مصنوعی

یکی از راهکارهای مدیریت پایدار منابع آب، استفاده مجدد از پساب می باشد که با توجه به طیف وسیع آلاینده های زیست محیطی موجود در آن، نیازمند تصفیه اضافی و استانداردسازی بر اساس نوع مصرف است. امروزه با توجه به هزینه های بالای راهکارهای متداول تصفیه، استفاده از روش های زیستی چون تالاب های مصنوعی جهت کاهش آلاینده های اینگونه پساب ها، افزایش چشمگیری یافته است. تالاب های مصنوعی بر اساس پارامتر رژیم جریان به سه دسته تالاب های مصنوعی سطحی، زیرسطحی افقی و زیرسطحی عمودی تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع طراحی سیستم علاوه بر توجه به توصیف جنبشی واکنش های بیولوژیکی تصفیه، به آگاهی از الگوی جریان نیز وابسته 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 شبیه سازی، از آرایش های ورودی جریان استفاده شده است. این آرایش ها 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 4/532، 23/242 و 4/657 روز بوده است. با توجه به رابطه مستقیم پخشیدگی جریان با cpeak (غلظت حداکثر) منحنی زمان ماند، روند حرکت جریان در سیستم به وضوح مشخص می شود. آرایش ورودی یکنواخت با کمترین میزان cpeak، یکنواختی جریان در طول سیستم را توصیف می کند. همچنین پس از ترسیم منحنی زمان ماند و محاسبه پارامترهای هیدرولیکی مشخص گردید که آرایش های 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 میان بر موجود در آرایش 2 نیز بیشترین مقدار را داشته است که نشان از عملکرد هیدرولیکی نامناسب آن می باشد. 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 نرم افزار پیشرفته بر پایه المان محدود کامسول استفاده شد. نتایج پهنه بندی فشار و بارهیدرولیکی کل در سیستم حاکی از توزیع همگون و یکنواخت فشار از ورودی به سمت خروجی در آرایش 3 می باشد. مسیرهای جریان وخطوط هم فشار ترسیمی در محیط کامسول گواه این ادعاست. این در حالی است که میزان اختلاف مناطق پرفشار و کم فشار در آرایش 1 و بخصوص در آرایش 2 بیشتر می باشند. دامنه تغییرات بارهیدرولیکی در هر آرایش به ترتیب برابر با 14/35، 15/25 و 13/05 سانتی متر می باشد. تغییرات فشار در مقاطع طولی و عرضی نشان دهنده 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 آرایش های مختلف ورودی جریان برازش داده شد تا بتوان بار هیدرولیکی را در هر نقطه از سیستم مورد محاسبه قرار داد. به منظور امکان پیش بینی رفتار هیدرولیکی محیط متخلخل، شبیه سازی محیط های متخلخل گوناگون در نرم افزار 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 می شود و سپس آرایش ورودی وسط نیز دارای عملکرد مناسبی می باشد.