بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
مکان یابی و نحوه دفع پساب سایت آب شیرین کن بندر خمیر
چکیده
در مناطقی با آب و هوای خشک مانند کشورهای حاشیه خلیج فـارس و منـاطق جنـوبی ایـران کـه بـا کمبود شدید منابع آب سطحی وکاهش منابع آب زیرزمینی می باشد .که برای پاسـخ بـه نیازهـای روز افزون بشری کافی و قابل اکتفا نمی باشد.لذایکی از بهترین راه های تامین نیازها با توجه به همجـواری با منبع آب سرشار دریا استفاده از سایت های آب شیرین کن می باشـد . در همـین راسـتا اسـتفاده از سایت های آب شیرین کن در بخش های جنوبی بدلیل همجواری بـا خلـیج همیشـه فـارس و دریـ ای عمان بسیار مورد توجه است. اما استفاده از سایت های اب شیرین کن موجب تولید پساب به مراتب با غلظت نمک بالاتری از اب دریا می باشد که فارغ از معایب زیست محیطی نیست و لذا می بایست نحوه دفع پساب به نحوی باشد که کمترین اثر را بر روی محیط پذیرنده پساب) دریا در اکثر مواقـع) داشـته باشد. بنابراین لازم می باشد تا جایی که امکان آن وجود دارد رفتار آن را مدل نمود تا بتوان به شناخت بهتری از اثرات آب شور در دریا بدست آورد بدین منظـور مـی بایسـت تمـام عـواملی را کـه در رفتـار فاضلاب موثر می باشند را درنظر گرفت. مدل نمودن اثرات پساب بر محیط بعلت وجود چندین پـارامتر موثر در رفتار آن پیچیده می باشد . در این راستا چندین نرم افزار موجود می باشـد کـه مـی تـوان بـه jetlag , visjet , cormixاشاره داشت . در بین نرم افزارهای یادشده قدرتمندترین و کـاملترین آنهـا نرم افزار Cormix (ver2009) می باشد که دارای توانایی مدل نمودن اثرات پساب نیـز مـ ی باشـد .در این تحقیق سعی بر آن دارد با استفاده از نرم افزار cormix محل و نحوه دفع پساب سایت آب شـیرین کن بندر خمیر با ظرفیت ۰۰۰۰۴ متر مکعب در روز را بررسی نماید.
کلمات کلیدی:سایت آب شیرین کن ، شوراب ، cormix، بندر خمیر ، پساب
۱- مقدمه
در نواحی با آب و هوای خشک مانند جنوب ایران در مجاورت خلیج فارس و دریای عمـان، همـواره بـا کمبـود منابع آب قابل استحصال و با کیفیت مناسب اعم از سطحی و زیرزمینی مواجه می باشند. امروزه نیز با رشد جمعیت ، شهرنشینی که متعاقب آن رشد صنعت ، کشاورزی و مصرف انرﮊی مشکل تامین منابع قابل در حال تبـدیل بـه بحـران می باشد. در راستای برطرف نمودن مشکل تامین آب در این مناطق که در جوار دریا واقع شده اند استفاده از آب دریا برای تامین نیاز بشر مورد توجه واقع شده است. از آنجا که آب دریا شور می باشد، جهت اسـتفاده از آن مـی بایسـت از سایت های آب شیرین کن استفاده نمود. در نگاه نخست استفاده از آب شیرین کن ها بسیار مطلوب به نظر می رسـند البته در مواقعی حجم آب استحصال شده از آنها کم باشد همانگونه است، اما در مواقعی که حجم آب استحصـالی زیـاد باشد هزینه های مالی ومسائل اجرایی، در تامین زمین، احداث سازه، تامین و نصب تاسیسات و سازه های جانبی (مانند آبگیر، خطوط انتقال و سیستم دفع پساب) را دارا می باشد. جنبه دیگر این نوع آب شیرین کن هـا اثـرات مخـرب زیسـت محیطی در اطراف محل دفع پساب حاصل از فعالیت آب شیرین کن می باشد. از جمله این تاثیرات می توان به خطرات حاصل از افزایش شوری برای ماهیان و سایر جانوران ساکن در محیط دریا که می تواند موجب از بین رفـتن و یـا فـرار آنها از منطقه گردد. خطر دیگر تخریب بافت گیاهی منطقه با برهم زدن خصوصیات شیمیایی و میزان شوری و حـرارت آب دریا گردد. خطر دیگر که حتی زندگی انسان ها ساکن در مناطق محاور دریا را مورد تهدیـد قـرار مـی دهـد، شـور شدن منابع آب زیرزمینی بدلیل افزایش میزان شوری آب دریا می باشد . با توجه به موارد یاد شده از اثرات مخـرب آب شیرین کن در محیط دریا و ساحل نشانگراهمیت طراحی دقیق سیستم دفع پساب آب شیرین کن می باشد.
در این تحقیق ابتدا در مورد تخلیه کننده ها دریایی و مکانیسـم اخـتلاط تعریـف جـت و پلـوم مطـالبی ارائـه می گردد وپس از آن به معرفی نرم افزارهای موجود و مزایـای نـرم افـزار cormix و پـارامتر هـایی مـورد نیـ از آن در طراحی سیستم دفع پساب در دریا پرداخته می شود و در آخر با بیان خصوصیات سایت آب شیرین کن بنـدر خمیـر و خصوصیات محیطی نتایج حاصل از اجرای نرم افزار ارائه می گردد.
۲- مکانیسم اختلاط و روابط حاکم
هنگامی که فاضلاب به دریا تخلیه می گردد ، بلافاصله با محیط پذیرنده مخلوط مـی گـردد .اخـتلاط اولیـه در ناحیه ای به شعاع حدودا ۰۰۱ متر و در دقایقی کوتاه بعد از تخلیه فاضلاب از طریق پخشـاننده بـه محـیط انجـام مـی گردد که به این ناحیه ، ناحیه نزدیک (Near field) اطلاق می گردد . این ناحیه بوسیله شدت اختلاطی که به سـبب آشفتگی تولید شده توسط نیروی شناوری و اندازه حرکت جت تخلیه ایجاد شده است معین می گـردد . فرآینـد هـایی که در این ناحیه رخ می دهند شامل اختلاط در پلوم آزاد ، اصابت پلوم به سطح آب ، پخش افقی و اختلاط اضـافی در آن سوی ارتفاع خیز نهایی پلوم می باشد . ناحیه نزدیک زمانی به انتها می رسد که آشـفتگی ناشـی از تخلیـه کمتـر از تاثیر آشفتگی ناشی از نیروی شناوری شود . برای لایه ای که درست در زیر سطح آب پخش می گردد ایـن افـت تـاثیر اندازه حرکت بعلت گسترش پروفیل چگالی پایدار در داخل همان لایه می باشد . و همچنین این افت برای لایـه ای کـه زیر سطح آب به خاطر لایه بندی بودن چگالی محیط پذیرنده محصـور گشـته اسـت ، بعلـت پروفیـل چگـالی محـیط پذیرنده می باشد . آنسوی ناحیه نزدیک پلوم آلودگی با جریان محیط پذیرنده حرکت نمـوده و بوسـیله آشـفتگی ایـن محیط پخش می گردد . که به این ناحیه ، ناحیه دور((far Field اطـلاق مـی گـردد . اخـتلاط در ناحیـه دور بسـیار آرامتر از ناحیه نزدیک می باشد . در نهایت فاضلاب ورودی با غلظت اولیه با حجم آب مواد موجـود در ناحیـه مخلـوط شده و میانگین غلظت آلاینده را تا حد قابل قبول استاندارد آب ساحلی کـاهش خواهـد داد . اگرچـه درناحیـه نزدیـک غلظت آلاینده ها بیشترازحد مجازبوده و امکان صدمه دیدن اکوسیستم دریایی وجوددارد اما با توجه به حجم اندک این ناحیه نسبت به دریا از اثرات سوﺀ تخلیه فاضلاب در این نواحی صرف نظر می شود.
۲.۱ تعریف جت و پلوم
تخلیه یک سیال از یک سوراخ یا شیار به درون حجم بزرگی از سیال مشابه که دارای اندازه حرکت اولیه باشـد جت نامیده می شود . در فتار جت عامل حرکت سرعت اولیه است و مقـدار دبـی تخلیـه شـده در نحـوه حرکـت جـت اهمیت زیادی دارد. تخلیه آب توسط یک لوله در یک استخر مثال واضحی از جت می باشد . پلوم نیز جریانی شبیه بـه جت می باشد با این تفاوت که عامل حرکت در پلوم سرعت اولیه جریان نمی باشد بلکه وجود اختلاف چگالی سیال بـا محیط پذیرنده عامل حرکت آن می باشد . به عنوان مثال جریان هوای ایجاد شده توسط شعله آتش مثـال واضـحی از پلوم می باشد در این حالت پلوم ایجاد شده بدون سرعت اولیه و تنها به علت وجود اختلاف چگـالی کـه ناشـی از گـرم شدن هوا می باشد ، به حرکت در می آید [3], [4].
در عمل هنگام تخلیه آلاینده به دریا جت و پلوم ساده به ندرت ایجاد شده و معمولا رفتـار آلاینـده ترکیبـی از جت و پلوم است . ابتدا جریان به علت وجود سرعت اولیه و شار اندازه حرکت ایجاد شده به صورت جت عمـل کـرده و پس از طی مسافتی با استهلاک انرﮊی ناشی از سرعت اولیه به صورت پلوم عمل می نماید . همانند حرکـت جریـان در لوله های ،رفتار آلاینده نیز می تواند شرایط لایه ای یا آشفته به خود بگیـرد کـه در ایـن حالـت معیـار اشـفتگی عـدد رینولدز بالاتر ۰۰۰۴ می باشد که در اکثر موارد شرایط جریان به صورت آشفته می باشد.
برای شوراب ها چون دارای چگالی بیشتری از آب دریا می باشد و امکان نشست بر روی بستر وجـود دارد . لـذا می بایست تخلیه شوراب به نوعی باشد که حالت جت در آب را هنگام تخلیه در شـروع ایجـاد نمایـ د تـا بتوانـد در آب محیط حرکت نماید و با ایجاد اغتشاش بیشتر در محیط باعث اختلاط شوراب با آب محیط گردد تا روند ترقیق شوراب تسریع گردد تا قبل از افت سرعت و ته نشین شدن آن غلظت به اندازه ای کم گردد . که از محیط اطراف قابـل تفکیـک نباشد.لازم بذکر است براساس استاندارد های ارائه شده آﮊانس محیط زیست آمریکا این فرایند بایـد در شـعاع حـداکثر ۰۰۲ متر از محل تخلیه فاضلاب صورت گیرد.[5]
۲.۲ روابط حاکم
اختلاط اولیه با فرآیند ترقیق در ناحیه میدان نزدیک به طور مستقیم تحت تاثیر سه عامـل خروجـی از تخلیـه یعنی شار حجمی ، شار شناوری و شـار مـومنتم مـی باشـد .(روابط ۱و۲و۳) در طراحـی سیسـتم دفـع پسـاب در دریـا می بایست اختلاط در این سه عامل به دقت مورد بررسی و نظر واقع گردند.[4]
۳- معرفی نرم افزار های موجود
برای پیش بینی وضعیت جریان در ناحیه نزدیک و دور جریان تاکنون نرم افزارهای مختلفی بسط و توسعه داده شده اند که در ادامه علاوه بر ذکر نام هرکدام توضیح مختصری در مورد هرکدام ارائه شده است.
: Corjet* این مدل قادر به شبیه سازی سه بعدی جریان برای پیش بینی رفتار و مسیر حرکت جت های
شناور مثبت، منفی و خنثی تخلیه شونده از تخلیه کننده مستغرق تک مجرایی و چند مجرایی می باشد. [2] این مدل براساس روش انتگرال اویلری که در آن حجم کنترل ثابت در نظر گرفته می شود به مدل سازی جریان جت می پردازد و جریان ناشی از تخلیه کننده مستغرق را شبیه سازی می نماید.
: Jetlag این مدل در سال ۰۹۹۱ توسط لی و چانگ ارائه گردید و قادر به پیش بینی فرآیند اختلاط و مسیر حرکت جت های شناور به طور سه بعدی می باشد. این مدل با استفاده از روش انتگرال لاگرانژی و با حجـم کنترل در حال حرکت و معادلات انتگرالی حاکم بر مسیر حرکت ، اختلاط جریان را شبیه سازی می نماید.
:UM این مدل توسط بایوم گارتنر و همکارانش در سال ۳۹۹۱ بسط و توسعه داده شد.[2] از طریق معادلات جرم، انرﮊی و مومنتم به روش انتگرالی لاگرانژی قادر در مدل سازی سه بعدی جت و پیش بینی مشخصـات جبهه آلودگی اعم از مسیر حرکت ، ترقیق ، عرض و ارتفاع آن می باشد.این مدل قادر به شبیه سـازی رفتـار جت های مستغرق در محیط های با جریانات جانبی و لایه بندی شده می باشد.
: CORMIX این مدل توسط دونکر و ﮊیرکا در سال ۰۹۹۱ ارائه شده است. در این نرم افزار دارای سه زیـر بخش می باشد. CORMIX1 برای شبیه سازی تخلیه تک مجرایی مستغرق CORMIX2 برای شبیه سازی تخلیه کننده چندمجرایی مستغرق وCORMOX3 برای شبیه سازی تخلیه کننده سطحی. تئوری حاکم بـر
این نرم افزار استفاده از روش طولی بر مبنای تحلیل ابعادی و مشاهدات آزمایشگاهی می باشد. . تاکید اصـلی تحلیل نرم افزار برپایه خصوصیات محیط و نحوه ترقیق در محدوده اختلاط اولیه و طراحی بر اسـاس کیفیـت آب و قوانین موجود در این زمینه می باشد . علاوه بر آن تحلیل رفتار آلاینده در فواصل دور از محل تخلیـه ، در نظر گرفتن اثرات زبری بستر و اثرات باد از جمله مزایای استفاده از نرم افزار CORMIX می باشد.این نرم افزار مدل مورد تائید آﮊانس محیط زیست آمریکا در طراحی انواع تخلیه کننده های دریایی اسـت و بـا شـبیه سازی رفتار جت خروجی ، میزان دقیق غلظت آلاینده در انتهای ناحیه ی اختلاط اولیه را که نقطـه ی هـدف در طراحی هیدرولیکی این تاسیسات می باشد به دست دهد. علاوه بر غلظت آلاینـده در لبـه انتهـایی ناحیـه اختلاط اولیه ، این نرم افزار از طریق تقسیم بندی جریان خروجی به رﮊیم های مختلف قادر بـه پـیش بینـی شکل و مسیر حرکت و سایر مشخصات ظاهری جت خروجی می باشد . این نرم افزار پرکاربدر ترین برنامـه در طراحی انواع تخلیه کننده های دریایی محسوب می شود و تاکنون در مطالعات بسـیاری مـورد اسـتفاده قـرار گرفته است . از برنامه CORMIX به طورمسقیم و بدون نیاز به کالیبراسیون و صحت سـنجی بـرای طراحـی انواع تخلیه کننده ها استفاده می شود.[4]
نرم افزارCORMIX برای طراحی سیستم دفع پساب حاصل از اب شـیرین کـن هـا بـه سـه دسـته اطلاعـات نیازمند است. دسته اول اطلاعات مربوط به پساب این پارامتر ها مطابق(جدول ۱) می باشند.
دسته دوم اطلاعات مورد نیاز ، پارمتر هاي ساحل و بستر دریا می باشند که این پارامتر ها در (جدول (2 آورده
شده اند.
دسته سوم اطلاعات بنابه تصمیم براساس سیستم دفع پساب (سطحی،یک مجرایـی مسـتغرق و چنـد مجرایـی مستغرق) می باشد. در این مطالعات از سیستم سطحی استفاده نشده است. اما در مورد دو سیستم دیگر پـارامتر هـای مشترکی وجود دارد(جدول۳)
بنابه نتایج حاصل از نرم افزار می توان پی برد که کدام نوع از تخلیه کننـده مناسـب تـر مـی باشـد البتـه ایـن
انتخاب ارتباط مستقیم با دبی پساب دارد. لذا می بایست برای طراحی این نوع سیستم ها سـناریوهایی را بـا توجـه بـه پارامترهای مهم از جمله سرعت آب محیط و سرعت باد ومحل تخلیه پساب در نظر گرفته شود تا بهینه تـرین طـرح از نظر معیارهای زیست محیطی و اقتصادی نتیجه شود.
