یکنواخت سازی فاضلاب

متعادل‌سازی جریان رویکردی طراحی در سیستم‌های تصفیه فاضلاب محلی است که در آن جریان‌های اوج کوتاه‌ مدت و پیش‌بینی‌شده ذخیره و به‌ مرور طی چند ساعت یا چند روز به اجزای پایین‌دستی سیستم منتقل می‌شود. متعادل‌سازی جریان مشابه هم‌ ترازسازی جریان است و این دو اصطلاح اغلب به‌ جای یکدیگر استفاده می‌شوند. به‌طور کلی، یکنواخت سازی یا متعادل سازی فاضلاب جریان معمولاً در یک بازه ۲۴ ساعته برای کاهش اوج جریان‌های روزانه انجام می‌شود، درحالی‌که متعادل‌سازی جریان برای ذخیره و کاهش اوج جریان‌ها در طی چند روز، مثلاً یک آخر هفته یا رویدادهای پرمصرف پیش‌بینی‌شده، طراحی شده است.

هنگام بررسی متعادل‌سازی یا هم‌ترازسازی جریان پساب، طراح باید الگوهای جریان فاضلاب ورودی را به‌طور کامل درک کند تا زمان وقوع اوج جریان‌ها، مدت‌زمان آن‌ها، و مدت‌زمان و شدت دوره‌های کم‌مصرف را شناسایی کند. جریان‌ها باید قابل پیش‌بینی باشند و الگوی قابل تشخیصی از روزهای با جریان بالا و جریان پایین داشته باشند. سایتی که دارای روزهای حداکثر جریان قابل پیش‌بینی باشد، به دنبال دوره‌های اوج کم‌تر، ممکن است گزینه مناسبی برای متعادل‌سازی جریان باشد.

بررسی دلایل متعادل‌ سازی جریان فاضلاب

سیستم‌های فاضلاب محلی معمولاً بر اساس اوج جریان روزانه فاضلاب، که طبق مقادیر تعیین‌شده در کدهای ساختمانی تخمین زده می‌شود، طراحی می‌شوند. این رویکرد تضمین می‌کند که سیستم همیشه ظرفیت کافی برای تصفیه و دفع، حتی در زمان حداکثر اشغال، داشته باشد. این روش برای سیستم‌های کوچک، که جریان‌ها ممکن است روزبه‌روز بسیار متغیر و بدون الگوی مشخص باشند، و برای فناوری‌های تصفیه ساده‌تر، مناسب است. با این‌حال، در سیستم‌های بزرگ‌تر، ممکن است منجر به استفاده ناکافی از سیستم شود و دستیابی به اهداف عملکردی با مشکل مواجه شود.

هنگامی‌که سیستم‌های بزرگ بر اساس اوج جریان روزانه طراحی می‌شوند، ممکن است شامل اجزای بزرگی مانند مخزن سپتیک و بستر جذب باشند که فقط در یکی دو روز از هفته به‌طور کامل استفاده می‌شوند و در باقی روزها بسیار کم‌تر از ظرفیتشان به کار گرفته می‌شوند. در چنین مواردی، اگر الگوی جریان قابل پیش‌بینی باشد و تفاوت بین روزهای با جریان بالا و پایین قابل‌توجه باشد، می‌توان از مخزن متعادل‌سازی برای “هموارسازی” جریان‌ها در طول هفته استفاده کرد.

مزایای یکنواخت سازی جریان در تصفیه پساب

پیاده‌سازی متعادل‌سازی جریان، در صورتی که به‌طور دقیق و بر اساس اصول مهندسی خوب انجام شود، مزایای متعددی دارد. اجزای سیستم فاضلاب که بعد از مخزن متعادل‌سازی نصب می‌شوند، می‌توانند با ظرفیتی کمتر از اوج جریان روزانه طراحی شوند که منجر به کوچک‌تر شدن اجزا می‌شود. با این‌ حال، حداقل یک مخزن اضافی، همراه با پمپ‌ها و کنترل‌کننده‌های زمانی بیشتر، موردنیاز است. این امر می‌تواند اندازه کلی سیستم را کاهش دهد و حتی منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌های سرمایه‌ای شود.

متعادل‌سازی جریان بارهای هیدرولیکی و آلی وارد بر سیستم تصفیه (خاک یا واحد تصفیه) را هموار می‌کند و باعث بهبود عملکرد فرآیندهای اولیه و ثانویه می‌شود. این امر می‌تواند در بلندمدت کیفیت پساب خروجی را به‌طور متوسط بهبود بخشد.

همچنین، استفاده از متعادل‌سازی جریان اطلاعات بیشتری برای تشخیص مشکلات و تحلیل سیستم در اختیار اپراتور یا مالک قرار می‌دهد، زیرا پمپ‌ها با تایمر کنترل می‌شوند و پنل‌های کنترل پیچیده‌تری دارند. این ویژگی انعطاف‌پذیری بیشتری در نحوه دوزدهی فراهم می‌کند و به اپراتور اجازه می‌دهد تا عملکرد را به مرور زمان بهینه کند. همچنین ابزارهای ساده‌ای برای نظارت بر جریان‌ها در بخش‌های مختلف سیستم فراهم می‌آورد.

مخزن (واحد) یکنواخت سازی فاضلاب

در اغلب تصفیه خانه های فاضلاب صنعتی نیاز به یکنواخت سازی فاضلاب ورودی وجود دارد. این مخازن باعث یکنواخت سازی میزان جریان فاضلاب ورودی و کیفیت آن می شود. باید توجه داشت که کارخانه ها بر اساس شیفت های کاری عمل می کنند و اگر کارخانه ای در 3 شیفت 8 ساعته و یا دو شیفت 12 ساعته فعال باشند مخزن متعادلسازی می تواند نقش یک مخزن نگهدارنده فاضلاب را ایفا کند به طوریکه فاضلاب را حتی زمانیکه کارخانه تعطیل است و تولید فاضلاب متوقف شده با یک جریان پیوسته به تصفیه خانه فاضلاب انتقال دهد. در مواردی که ترکیب فاضلاب متغییر است و یا فاضلاب حاوی مواد قابل ته نشینی می باشد محتویات مخزن متعادلسازی باید دائما مخلوط گردد.

در صورت عدم اختلاط مواد قابل ته نشینی در کف مخزن تجمع یافته و امکان انتشار بوی نامطبوع در محیط وجود دارد. به منظور اختلاط در مخزن متعادلسازی می توان از میکسر های عمودی و یا افقی و یا از طریق سیستم هوادهی استفاده کرد. در صورت استفاده از سیستم هوادهی عمقی باید از دیفیوزرهای حباب درشت استفاده نمود. استفاده از سیستم هوادهی فاضلاب در متعادلساز در صورتیکه فاضلاب ورودی قابلیت تجزیه به روش بیولوژیک را دارا باشد مفید خواهد بود. استفاده از میکسر های عمودی و یا افقی در مواردی که نیاز به پیش هوادهی نمی باشد و یا فاضلاب قابلیت تجزیه به روش بیولوژیک را ندارد مرسوم است.

نحوه عملکرد واحد متعادل سازی فاضلاب

فاضلاب غیر یکنواخت (نامتوازن) ابتدا از منابع تولید خود وارد مخزن تعادل می‌شود. مخزن تعادل با انجام اختلاط و هوادهی فاضلاب ورودی، از ته‌نشینی جامدات جلوگیری می‌کند تا جریان فاضلاب برای مراحل بعدی تصفیه آماده شود. جریان‌های نامتوازن و متوازن توسط سنسورهای مختلف کنترل و ثبت شده و یک جریان میانگین محاسبه می‌شود تا نرخ تغذیه پمپ برای جلوگیری از سرریز مخزن تعیین گردد.

تجهیزات مورد نیاز در واحد یکنواخت سازی پساب

هدف از استفاده از مخزن تعادل، حفظ یکنواختی فاضلاب ورودی به سیستم تصفیه است تا عملکرد سایر بخش‌های سیستم به‌طور روان و بدون مشکل انجام شود. فناوری مخزن تعادل شامل تجهیزاتی مانند مخزن مجهز به مکانیزم‌های اختلاط و هوادهی مستغرق، مجموعه‌ای از سنسورهای سطح، پمپ‌ها و شیرآلات برای تنظیم جریان ورودی و خروجی است. یک مخزن تعادل خودکار می‌تواند به کاهش هزینه‌های انرژی کمک کند؛ این امر با تنظیم دوزهای ذخیره و تصفیه فاضلاب تولیدشده در طول روز انجام می‌شود تا درصد بیشتری از آن در ساعات شب، که هزینه انرژی کمتر است، تصفیه شود.

پمپ‌ها و کنترل‌ها

مخزن بالانس فاضلاب شامل یک یا چند پمپ انتقال است که فاضلاب را با نرخ روزانه مشخص از مخزن بالانس به سیستم فاضلاب پایین‌دست (مانند سپتیک تانک، واحد تصفیه یا بستر نفوذ) انتقال می‌دهد. نرخ روزانه باید برابر با ظرفیت سیستم فاضلاب پایین‌دست باشد و این فرآیند باید با استفاده از یک تایمر کنترل شود.

اگر مخزن متعادل سازی جریان پساب اولین مخزن باشد (یعنی فاضلاب خام را دریافت کند)، بهترین روش استفاده از پمپ انتقال زیر است:

• پمپ فاضلاب مستغرق که قادر به عبور حداقل 50 میلی‌متر (2 اینچ) جامد باشد. لوله‌کشی پایین‌دست نیز باید حداقل 50 میلی‌متر (2 اینچ) باشد؛ یا
• پمپ خردکن فاضلاب مستغرق؛
• برای سایت‌های صنعتی، تجاری یا سازمانی، پمپ‌های دوگانه متناوب که در صورت خرابی یکی از پمپ‌ها، دیگری به صورت مستقل عمل کند تا اطمینان از عملکرد مستمر فراهم شود.

در صورت خرابی پمپ انتقال یا ناتوانی در تخلیه فاضلاب کافی از مخزن بالانس، این مخزن به طور موثر به مخزن نگهداری تبدیل می‌شود. مشابه مخازن نگهداری، مخزن بالانس باید به یک آلارم صوتی و تصویری مجهز باشد تا مالک یا اپراتور را در صورت بروز مشکل مطلع کند. شناور آلارم باید به گونه‌ای تنظیم شود که در سطحی فعال شود که برابر با حداکثر حجم طراحی ذخیره‌سازی نرمال باشد و حجم ایمنی بالاتر از این نقطه در نظر گرفته شود.

به طور خاص، برای مخازن تراز و بالانس، کنترل‌های سطح فعال‌سازی پمپ باید شامل یکی از موارد زیر باشد:

• سوئیچ کم‌ زاویه عریض که بتوان آن را برای فعال‌سازی و غیرفعال‌سازی بر اساس حجمی بیشتر از یک سیکل دوز تنظیم کرد؛ یا
• استفاده از دو شناور کم‌زاویه جداگانه برای شروع و توقف پمپ‌ها.
  آلارم سطح بالا باید با استفاده از یک سوئیچ شناور جداگانه فعال شود. در صورت استفاده از یک حسگر سطح یا ترانسدیوسر برای فعال‌سازی پمپ، توصیه می‌شود از شناورهای جداگانه سطح بالا و پایین برای پشتیبانی استفاده شود. علاوه بر این، سیستم کنترل می‌تواند شامل تنظیمات سطح جایگزین باشد که پمپ‌ها را در سطحی بالاتر از حجم کاری عادی فعال کند (مثلاً تنظیمات تایمر افزایش‌یافته، عملکرد موازی یا عملکرد مداوم) در صورتی که اجزای پایین‌دست تحت تأثیر منفی این شرایط موقت قرار نگیرند. هرگونه اجزای کنترلی که با فاضلاب خام در تماس هستند (قبل از فرآیند تصفیه اولیه یا سپتیک تانک) باید برای این کاربرد مناسب بوده و مطابق با کد ایمنی برق سیم‌کشی شوند.

هر محفظه پمپ، از جمله مخازن تراز و بالانس، باید تهویه کافی برای ورود و خروج هوا به دلیل تغییرات حجم مایع داشته باشد. این تهویه می‌تواند از طریق یک لوله تهویه جداگانه روی مخزن، درب دارای تهویه، یا اتصال به لوله‌های تهویه اصلی ساختمان فراهم شود.

حجم مخزن تعادل

اطمینان از اینکه مخزن تعادل دارای حجم ذخیره فعال کافی برای مدیریت جریان‌های حداکثری روزانه در دوره‌های اوج مصرف باشد و در عین حال حجم مشخصی را به اجزای پایین‌دستی تحویل دهد، بخش حیاتی در طراحی این نوع مخازن است. برای تعیین حجم مناسب، باید الگوی جریان فاضلاب پیش‌بینی‌شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد. روش تعیین حجم مخزن تعادل می‌تواند براساس جریان متوسط، جریان حداکثری روزانه (به‌عنوان مثال جریان طراحی طبق OBC)، عوامل ایمنی یا ترکیبی از این موارد باشد.

یک روش مؤثر برای تعیین حداقل حجم ذخیره مورد نیاز، انجام محاسبات تعادل جرم در طول دوره تعادل است. این دوره معمولاً ممکن است یک هفته باشد، اما در صورت نیاز می‌توان آن را تمدید کرد. در هر روز از دوره تعادل، روش تعادل جرم باید میزان ورودی فاضلاب به مخزن، خروجی از مخزن (برابر با جریان متعادل تعیین‌شده) و مقدار ذخیره‌شده را در نظر بگیرد، به‌ صورت زیر:

حجم موجود در مخزن امروز = حجم ذخیره‌شده روز قبل + حجم ورودی به مخزن – حجم خروجی از مخزن

حداقل حجم ذخیره مورد نیاز در مخزن تعادل برابر با حداکثر حجم ذخیره مورد نیاز در طول دوره تعادل خواهد بود. این مقدار حداقل حجم ذخیره فعال در مخزن است. طراح همچنین باید حجم مورد نیاز برای ذخیره اضطراری، تمهیدات لازم برای رویدادهای با جریان بسیار زیاد، حجم غیر فعال مخزن و مواردی مانند پمپاژ را در نظر بگیرد.

هنگام انجام محاسبات تعادل جرم در طول دوره تعادل، باید اطمینان حاصل شود که حجم فاضلاب ذخیره‌شده در مخزن تعادل به صفر بازمی‌گردد. ایده‌آل این است که مخزن تعادل در ابتدای رویداد با جریان زیاد، خالی باشد، به‌آرامی طی روزهای اوج جریان پر شود و سپس در روزهای کم جریان به تدریج تخلیه شود. در صورتی که حجم ذخیره‌شده در مخزن تعادل قبل از آغاز مجدد رویدادهای با جریان زیاد به صفر نرسد، مخزن به‌طور پیوسته پر خواهد شد و منجر به شرایط غیرقابل قبولی می‌شود که در آن جریان‌ها به اجزای پایین‌ دستی منتقل می‌شوند که ظرفیت کافی برای تصفیه ندارند.

حجم مخزن تعدیل

تعدیل جریان معمولاً برای یکنواخت‌ سازی جریان‌های اوج که ممکن است فقط طی چند ساعت از یک دوره 24 ساعته رخ دهند، به کار می‌رود. این روش ممکن است برای سیستم‌های مسکونی به‌منظور جلوگیری از بارگذاری هیدرولیکی یا آلی در زمان اوج مصرف یا به‌ منظور یکسان سازی پیک‌های روزانه و توزیع جریان در طول 24 ساعت استفاده شود. برای این کاربردها، مخزن تعدیل باید ظرفیت کافی برای مدیریت جریان‌های اوج ساعتی و ذخیره کافی برای دوره اوج را داشته باشد، با در نظر گرفتن میزان خروجی مخزن در هر ساعت. بنابراین، شناسایی الگوی جریان در طول یک دوره 24 ساعته ضروری است.

چندین راهنمای مرجع برای کمک به این روش در دسترس است. استانداردهای 10-States توصیه می‌کنند که برای یک الگوی جریان روزانه، حجم مورد نیاز برای دستیابی به تعدیل موردنظر می‌تواند از طریق نمودار جریان تجمعی طی یک دوره 24 ساعته تعیین شود. روش ذخیره تجمعی شامل جدولی ساده از ورودی، خروجی، ذخیره تفاوتی و ذخیره کل به‌ صورت ساعتی در یک دوره 24 ساعته است که در آن حداکثر حجم ذخیره تجمعی، حداقل حجم مورد نیاز برای مخزن تعدیل را بدون در نظر گرفتن عامل ایمنی نشان می‌دهد. این روش مشابه روش تعادل جرم است که در بخش 4.4 توضیح داده شده است.

یک عامل ایمنی اضافی بین 25 تا 50 درصد باید برای پوشش پیک‌های غیرمعمول یا مشکلات مکانیکی اعمال شود. این روش زمانی توصیه می‌شود که الگوی جریان روزانه مشخص یا قابل‌ تخمین باشد. پروتکل استاندارد NSF 40 یک الگوی جریان مسکونی را شامل می‌شود که در آن پروفایل جریان فرضی به‌صورت زیر است:

• 35% جریان از ساعت 6 تا 9 صبح
• 25% جریان از ساعت 11 صبح تا 2 بعدازظهر
• 40% جریان از ساعت 5 تا 8 بعدازظهر
• جریان صفر در ساعات دیگر

این روش برای کاربردهای مسکونی معقول است. خروجی ساعتی برابر با جریان روزانه حداکثر تقسیم بر 24 ساعت است.

در صورتی که الگوی جریان مشخص نباشد، باید از روش جایگزین استفاده شود. جریان طراحی روزانه ممکن است بر 24 ساعت تقسیم شود تا جریان متوسط ساعتی تخمین زده شود؛ اما به‌ندرت جریان به‌طور یکنواخت طی 24 ساعت تقسیم می‌شود. بنابراین، معمولاً توصیه می‌شود که یک ضریب پیک ساعتی بین 2.4 تا 6 برابر جریان طراحی ساعتی اعمال شود. طراح باید درک دقیقی از الگوی جریان 24 ساعته داشته باشد تا ضریب پیک ساعتی مناسبی اعمال کند.

توجه داشته باشید که ضریب پیک ساعتی 6 به این معناست که در یک ساعت، جریانی معادل 6 برابر جریان طراحی ساعتی وارد سیستم می‌شود؛ یا معادل 25% از جریان طراحی روزانه در یک ساعت. ضرایب پیکی بالاتر از 6 به‌ندرت استفاده می‌شوند و نشان‌دهنده موارد بسیار خاص هستند.

برای مثال، اگر جریان طراحی 10 متر مکعب در روز و ضریب پیک 6 باشد، اندازه مخزن تعدیل محاسبه‌شده با روش موج مستطیلی برابر با 7.14 متر مکعب یا 71.4% از جریان روزانه طراحی خواهد بود.

با استفاده از مثال‌ها و روش‌های بالا، یک برآورد محافظه‌کارانه از اندازه مخزن تعدیل برای تعدیل جریان روزانه معمولاً 75% از جریان روزانه طراحی است.

مثال تراز جریان

جدول زیر یک نمونه محاسبه تراز جریان را برای کاربرد مسکونی با حداکثر جریان طراحی روزانه 10,000 لیتر در روز، با جریان خروجی ثابت و ذخیره تجمعی، نشان می‌دهد. این روش می‌تواند برای تعیین اندازه محفظه پمپ در سیستم زهکشی تخت با عمق کم استفاده شود. برای جریان ورودی، الگوی جریان استاندارد NSF شماره 40 (35% از ساعت 6 صبح تا 9 صبح، 25% از ساعت 11 صبح تا 2 بعدازظهر، و 40% از ساعت 5 بعدازظهر تا 8 شب، با صفر جریان در ساعات دیگر) اعمال شده است. این الگوی جریان منجر به ضریب‌های اوج جریان بین 2 تا 3.2 می‌شود که در محدوده توصیه‌شده در بخش 4.5 قرار دارد. جریان خروجی ساعتی برابر با مجموع جریان طراحی روزانه تقسیم بر 24 ساعت است.

محاسبات جریان

• جریان حداکثر روزانه: 10,000 لیتر در روز

توجه: اعداد جدول به نزدیک‌ترین عدد صحیح گرد شده‌اند.

نتیجه‌گیری

• حداقل حجم تراز فعال مورد نیاز 4167 لیتر است.
• در صورتی که 50% ظرفیت اضطراری در نظر گرفته شود، حجم ذخیره فعال پیشنهادی برابر با 6250 لیتر خواهد بود.
  نمودار زیر الگوهای جریان ورودی، خروجی و ذخیره را نشان می‌دهد.

شرکت مهندسی فراب زیست فراز فعال در زمینه طراحی و ساخت انواع تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب صنعتی و متخصص در ساخت پکیج تصفیه فاضلاب بهداشتی در ظرفیتها و کاربردهای مختلف در صنایع میباشد.. برای اطلاع از جزئیات بیشتر با کارشناسان ما تماس حاصل نمایید.