بخشی از مقاله
چکیده
در سالهای اخیر، در بسیاری از نقاط جهان، استفاده از آبشیرینکنها جهت تأمین نیازهای فزایندهی شهرها و صنایع ساحلی به آبشیرین موردتوجه قرار گرفتهاست. تخلیهی پساب خروجی از آبشیرینکن که حاوی پسابهای گرم و عمدتاً شور میباشد در محیطهای دریایی، میتواند اثرات منفی بسیار زیادی بر کیفیت آبهای ساحلی و محیطزیست منطقه در پی داشته باشد.
با این وجود تخلیه فاضلاب در دریا در بسیاری از موارد تنها گزینه ممکن به شمار رفته و علاوه بر اقتصادی بودن به عنوان یک گزینه محیطزیست دوست نیز - در مقابل تخلیه در خشکی - مورد پذیرش سازمانهای محیطزیستی قرار گرفتهاست. در این روش، تخلیه به روش درست انجام گیرد، محیط بینهایت دریا به خوبی امکان تصفیهی این فاضلابها را فراهم خواهدکرد.
برای رفع یا به حداقل رساندن اثرات منفی تخلیه پساب در محیط دریایی میتوان از تخلیه کنندههای مستغرق دریایی در فاصله کافی از ساحل جهت کاهش غلظت ورودی به محیط دریایی استفاده کرد . هدف از این پژوهش ارائه و بررسی روش مناسب تخلیه پساب جهت به حداقل رساندن غلظت آلاینده در محیط از طریق مدلسازی عددی فرایند تخلیه در محیط ساکن دریا میباشد. نتایج حاصل از نرمافزار عددی بیانگر اثرات مثبت پخشانندههای مستغرق در جهت کاهش غلظت پساب در محیط دریایی میباشد.
مقدمه
صنعتی شدن جهان، رشد جمیعت و توسعهی شهرنشینی در مناطق ساحلی و در مجاورت پیکرههای آبی، افزایش نیاز به منابع پایدار آب شیرین در این مناطق را به دنبال داشتهاست. این موضوع بهرهبرداری بیشتر از ظرفیت محدود منابع آب شیرین موجود در خشکی را سببشده و عملاً فشار زیادی را به این منابع وارد ساختهاست. احداث سدهای بیشمار بر روی روددخانها، عملاً باعث خشکشدن بستر رودها در بسیاری از اوقات سال شده و روند دراز مدت خشکی دریاچهها و باتلاقهای پاییندست این رودخانهها را به دنبال داشتهاست.
در این میان، تولید و استحصال آب از سایر منابع موجود اعم از تصفیه فاضلاب تولیدی و نمکزدایی آبهای شور به طور خاص مورد توجه قرار گرفتهاست و گمان میرود طی سالیان آتی بتوان از آب شیرینکنهای دریایی به عنوان راه حلی پایدار برای رفع نیازهای روبهرشد شهری، صنعت و شاید کشاورزی نواحی مجاور دریاها و اقیانوسها استفاده نمود.
افزایش نیاز به منابع آبشرب در مناطق ساحلی و شهرهای مجاور باعث توسعه بسیار سریع صنایع ساحلی شیرینسازی آب دریا بالاخص در مناطق خشک و نیمه خشک دنیا شدهاست. پیشبینی میشود در سالیان آتی، با توجه به افزایش نیاز به آبشیرین در مناطق ساحلی، کاهش میزان انرژی مورد نیاز برای نمکزدایی و بالارفتن راندمان تولید آب، رشد چشم-گیری در توسعه و بهرهبرداری از این تأسیسات مشاهده گردد. در ایران نیز استفاده از آب شیرینکنهای دریایی تاریخچهی چند ده ساله دارد و سالیان درازی است که بخش اعظم آب سواحل و جزایر جنوبی ایران در خلیج فارس، عملاً از این طریق تأمین میگردد.
استحصال آب شیرین از آب شور دریای مازندران در سالهای اخیر، نیز مورد توجه قرارگرفتهاست به طوریکه در سال 1391 طرح انتقال آب از دریای مازندران به مناطق مرکزی کشور مطرح گردیده و مورد مطالعه قرار گرفته است. براساس طرح اولیه این پروژه، احداث کارخانه "آبشیرینکن" با ظرفیت حدود 200 میلیون متر مکعب در سال پیشنهاد شد. این کارخانه نمک زدایی با سیستم اسمز معکوس کار خواهد کرد. اجرای پروژه نیازمند مطالعات گسترده و عمیق، جهت ارزیابی اثرات زیست محیطی کوتاه و بلند مدت احداث و بهرهبرداری از این تأسیسات بر محیط زیست این دریاچه و توان اکولوژیک آن است.
بهطور مشترک در میان آبشیرینکنها، در ازای مصرف انرژی، ایجاد سر و صدا و انواع گازهای آلاینده، آبشیرین به عنوان محصول اصلی و مقادیر متنابهی از پسابهای گرم و شور، به عنوان محصول ثانویه، تولید میشود که بسته به فرآیند نمک زدایی علاوه بر دما و شوری بالا، ممکن است حاوی طیف وسیعی از مواد افزوده شده، انواع فلزات سنگین، هیدروکربنها و اسیدها و بازها، کلرین و غیره نیز باشد.
افزایش شوری، حرارت و کدورت در آبهای ساحلی بر اثر تخلیه مستقیم این پسابها، برای آبزیان ساکن این مناطق میتواند بسیار خطرناک و آسیبرسان باشد؛ بهطوری که به واسطهی حداقل تخطی از استاندارد در آبهای پذیرندهعملاً شرایط زیستی این آبها برای آبزیان ساکن غیرقابل تحمل شده و فرآیندهای غذاسازی و فتوسنتز محیط مختل میگردد. این موضوع خود اختلالات پیوستهای در شبکه غذایی منطقه و تخریب دراز مدت اکوسیستم منطقه به دنبال خواهد داشت.
اراضی ساحلی بهعنوان مناطقی حساس دریایی، نواحی بسیار با ارزش از نظر صنعتی، صیادی، تفریحی و گردشگری و توسعهی شهری محسوب میگردند. آبشیرینکنهای ساحلی جهت تأمین نیازهای روبهرشد شهرهای ساحلی، عمدتاً در این مناطق و در نزدیکی مراکز جمیعتی و صنایع بزرگ احداث میگردند. با وجود اثرات بسیار مثبت آبشیرینکنها در توسعه اقتصادی-اجتماعی و بالابردن سطح رفاه و بهداشت ساکنین منطقه، این تأسیسات مجموعهای از اثار نامطلوب زیستمحیطی برای محیطزیست مجاور خود به همراه خواهند داشت.
مصرف بسیار بالای انرژی - حداقل 3kWh/m3 در انواعی از سیستمهای اسمز معکوس تا 25.5 kWh/m3 برای سیستمهای - MSF، آلودگی صوتی در حدود 90dB - A - براثر کارکرد پمپهای فشارقوی، سیستمهای بازیابی انرژی و توربینها، آلودگی هوا و تولید آلایندههای.…وNOx وCO و CO2به دلیل مصرف سوختهای فسیلی 0.202 kgCO2/KWh - به ازای مصرف گاز و 0.266 kgCO2/KWh برای سوخت دیزل - ، تغییر کاربری اراضی با ارزش ساحلی - اختصاص سطحی در حدود 10000 m2 برای تأسیساتی با تولید 5 تا 10 مترمکعب بر ثانیه در سیستمهای اسمز معکوس - ، از بین رفتن ارگانیسمهای کوچک در مجاری ورودی حین آبگیری و نیز تولید و تخلیه پسابهایی شور و گرم حاوی انواع مواد افزوده شده و آلایندههای محیطی از مهمترین آثار نامطلوب زیستمحیطی احداث و بهرهبرداری از آبشیرینکنهای ساحلی محسوب میگردد
فرآیند نمکزدایی آب دریا بهدلیل ماهیت خود تأثیرات قابل ملاحظهای بر تغییر مشخصات فیزیکی و شیمیایی پسابهای تولیدی بهدنبال خواهد داشت. افزایش دمای آب تا 15-5oC، افزایش غلظت نمک در آب تا 2/5 برابر، ورود فلزات سنگین و اضافه نمودن انواع افزودنیها جهت شستوشوی شیمیایی سطوح، ضدعفونیسازی محیط و جلوگیری از رسوبگذاری، ایجاد کف و خوردگی سطوح و نیز افزودن موادی جهت تصفیهی مقدماتی برای حذف ارگانیسمهای شناور و مواد آلی موجود در آبهای تغذیهای در کنار بسیاری از تولیدات ثانویهی حاصل از این مواد، نمونهای از آلایندههای موجود در بساپهای تولیدی است که با تخلیه در محیط دریا بهطور مستقیم وارد آن میشود
غلظت آلایندههای مختلف در پسابهای تولیدی در مقایسه با حرارت و شوری بسیار بالای آن، کم-اهمیتتر بوده و نمک و گرما اساساً اصلیترین پسابهای تولیدی در آبشیرینکنها محسوب میشوند - Bleninger . - and Jirka 20008 نظر به تولید حجم بسیار بالا از این پسابها در آب شیرینکنهای ساحلی و نوع آلایندههای موجود در آن، عملاً چارهای جز تخلیهی مستقیم پسابهای تولیدی در محیط دریا وجود ندارد. تخلیهی مناسب این پسابها در فاصلهی کافی از مناطق حساس دریایی و در میانهی جریانهای دریایی و دور از ساحل با استفاده از تخلیه کنندههای دریایی، امکان پخش مطلوب شوری و حرارت را تا سطحی که محیط بدون خسارت بتواند آنرا تحمل کند، فراهم خواهد ساخت
در تخلیه جریانات سنگین در پیکرههای آبی، متفاوت از تخلیه فاضلابهای سبک، نیروی شناوری در جهت پایین دست عمل کرده و باعث انحراف جریان به سمت بستر محیط پذیرنده میشود. این موضوع باعث اختلاف در رفتار هندسی و اختلاطی جریان در تخلیه این پسابها نسبت به فاضلابهای سبک میشود. طی سالهای اخیر محققان به منظور پیشبینی مشخصات اختلاطی و هندسی جریان فاضلابهای سنگین خروجی در حالات مختلف پیکره آبی پذیرنده، نسبت به انجام مطالعات گسترده در شرایط مختلف ساکن و غیرساکن پیکرههای آبی پذیرنده اقدام نمودهاند. عابسی و رابرتز تاثیر زاویه جت سنگین خروجی را مابین 15 درجه و 85 درجه نسب به افق با روش LIF بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که بهترین اختلاط ممکن تحت زاویه 60 درجه اتفاق می افتد.
همچنین همین گروه مطالعات وسیع آزمایشگاهی روی دیفیوزرهای چند مجرایی با زاویه تخلیه 60 درجه نسبت به افق برای تخلیه فاضلاب آب شور چگال در آب ساکن انجام دادند و طی آن نقش فواصل مجاری از همدیگر بر روی رفتار جریان را به روش 3DLIF بررسی نمودند. گیلده و همکاران طی تحقیقاتی ضمن مدلسازی عددی 3 بعدی تخلیه آزاد جت آشفته سنگین با زاویه 30 و 45 درجه در آب ساکن، رفتار کلی جریان را پیش بینی و مطابقت نتایج با آزمایشات و مدلسازیهای دیگر را مورد بررسی قرار دادند.
