زمینه و هدف: صافی درشت دانه با جریان افقی در نرخ های فیلتراسیون کمتر از 1.5 متر بر ساعت بدون استفاده از مواد منعقدکننده، توانایی قابل قبولی در کاهش جامدات معلق و بار میکروبی منابع آب سطحی دارد. این مطالعه با هدف تعیین کارایی این نوع صافی در کاهش جامدات معلق پساب ثانویه فاضلاب صورت گرفت. روش بررسی: این مطالعه از نوع تجربی و مبتنی بر ساخت واحد پایلوت می باشد. ابتدا در محل ایستگاه پمپاژ پساب تصفیه خانه فاضلاب شهر قم یک واحد پایلوت صافی درشت دانه نصب گردید که با اقتباس از صافی های درشت دانه مورد استفاده در پیش تصفیه آب های سطحی طراحی و ساخته شد. عملیات نمونه برداری در سه نرخ فیلتراسیون 0.5، 1 و 1.5 متر بر ساعت انجام گردید، که شامل برداشت هم زمان نمونه از ورودی و خروجی صافی در هر روز به منظور انجام آزمایش جامدات معلق بود. یافته ها: در حالت عملکرد بهینه، در نرخ فیلتراسیون 0.5 میانگین حذف %78.5، در نرخ فیلتراسیون 1 میانگین حذف %63.1 و در نرخ فیلتراسیون 1.5 میانگین حذف %66.9 به دست آمد. پساب خروجی از پایلوت، از نظر غلظت جامدات معلق شرایط استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست به منظور آبیاری کشاورزی و تخلیه به آب های سطحی را داشت. نتیجه گیری: به نظر می رسد با توجه به صرفه اقتصادی، این سیستم ها بتوانند گزینه مناسبی در بهبود کیفیت پساب سیستم های کوچک تصفیه فاضلاب باشند.

ارتقا و بهبود فرایندهای تصفیه فاضلاب و همچنین بهبود وضعیت کیفی جریان خروجی از تصفیه خانه های ثانویه راه کار مفیدی برای بازیافت آب است. از این رو استفاده از روش های طبیعت محور که دارای هزینه اولیه نسبتاً پایین و کاربری آسان هستند، مورد توجه قرار گرفته اند. در این پژوهش از سیستم صافی درشت دانه با جریان افقی استفاده شد. برای تحقق بخشیدن این پژوهش، خروجی از تصفیه خانه فاضلاب پرکندآباد مشهد طی مدت عملکرد پایلوت ارزیابی شد. عملکرد صافی درشت دانه با جریان افقی در مقیاس پایلوت با چهار محفظه در اندازه سنگدانه های متفاوت و در سه نرخ فیلتراسیون 5/0، 1 و 5/1 مترمکعب بر متر مربع در ساعت مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، عملکرد صافی تحت تاثیر فاضلاب ارزیابی شد. مقایسه سه نرخ فیلتراسیون نشان داد که بالاترین راندمان در حذف BOD5 و COD که معادل61 و 63 درصد بوده، در نرخ فیلتراسیون 5/0 متر در ساعت حاصل شد. تجزیه و تحلیل نمونه ها در نرخ 5/0 متر در ساعت نشان داد که با افزایش زمان کارکرد صافی (T)، درصد حذف BOD5 و COD تا ماه چهارم راهبری سیستم، ابتدا تا 65 درصد افزایش داشت و بعد از آن تا پایان مدت زمان راهبری سیستم این میزان به ترتیب به 8/56 و 5/61 درصد کاهش یافت. همچنین نشان داده شد که استفاده از صافی چهار قسمته، راندمان سیستم را در مقایسه با صافی های سه قسمته به کار برده شده در پژوهش های پیشین، بهبود بخشیده است. با استفاده از صافی درشت دانه افقی چهار قسمته احتمال اینکه بتوان آبی با کیفیت قابل قبول در ارتباط با حدود مجاز در مورد شاخص های BOD5 و COD برای امور آبیاری و کشاورزی تولید کرد، قابل دسترس است.

صافیهای درشت دانه با جریان افقی در نرخهای فیلتراسیون کمتر از 1.5 متر بر ساعت توانایی قابل قبولی در کاهش جامدات معلق و بار میکربی منابع آب سطحی، بدون استفاده از مواد منعقد کننده دارند و از گزینه های مطرح پیش تصفیه قبل از صافی شنی کند محسوب می شوند. در محل ایستگاه پمپاژ پساب تصفیه خانه فاضلاب شهر قم یک واحد پایلوت صافی درشت دانه با جریان افقی نصب گردید. طراحی این صافی با اقتباس از نمونه های مورد استفاده از این نوع در پیش تصفیه آبهای سطحی انجام گرفت. صافی مزبور به صورت استوانه ای به شعاع قاعده 0.25 متر و طول 4 متر همراه با سه لایه ساخته شد. عملیات نمونه برداری در سه نرخ فیلتراسیون 1, 0.5 و 1.5 متر بر ساعت انجام شد و شامل برداشت همزمان روزانه از ورودی و خروجی صافی به منظور انجام آزمایش های تعیین کل کلیفرم و کلیفرم مدفوعی بود. تحلیل آماری آنالیز کوواریانس داده های جمع آوری شده نشان می دهد که نرخ فیلتراسیون دارای تاثیر معنی داری بر مقادیر خروجی کل کلیفرم و کلیفرم مدفوعی است. در حالت عملکرد بهینه صافی، میانگین حذف کل کلیفرم ها در هر سه نرخ فیلتراسیون بیش از 90 درصد گزارش شد.

مقدمه: لزوم ارتقای کیفیت پساب لاگون ها یکی از اولویت های زیست محیطی طرح های فاضلاب است. لذا مطالعه حاضر با هدف بررسی عملکرد صافی دانه درشت با جریان افقی در بهبود پارامترهای جامدات معلق، اکسیژن مورد یاز شیمیایی، کدورت و کلیفرم مدفوعی در پساب خروجی از زلالساز لاگون های با هوادهی به منظور تامین استانداردهای ملی صورت گرفت.روش ها: این مطالعه تجربی در مقیاس پایلوت در محل تصفیه خانه فاضلاب شهر بوکان انجام شد. طراحی، ساخت و نصب پایلوت صافی دانه درشت با جریان افقی بر اساس رهنمودهای وجلین صورت گرفت. عملکرد صافی در سه نرخ 0.5، 1 و 1.5 مترمکعب بر مترمربع در ساعت در حذف جامدات معلق، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی، کدورت و کلیفرم مدفوعی پساب خروجی از زلالساز لاگون های با هوادهی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصله، با آنالیز کوواریانس (ANCOVA) به وسیله نرم افزار SPSS 16 مورد تحلیل قرار گرفتند.یافته ها: میانگین پارامترهای جامدات معلق، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی، کدورت و کلیفرم مدفوعی پساب خروجی از صافی دانه درشت با جریان افقی در نرخ های مختلف فیلتراسیون اختلاف معنی داری داشتند (P<0.001). بر این اساس، صافی دانه درشت با جریان افقی در بارگذاری بهینه 0.5 مترمکعب بر مترمربع در ساعت، مقدار کل جامدات معلق، اکسیژن موردنیاز شیمیایی و کدورت پساب زلالساز لاگون های با هوادهی را به طور میانگین به ترتیب به21 mg/L ،35 mg/L  و 8.33 NTU کاهش داد.نتیجه گیری: صافی دانه درشت با جریان افقی به دلیل راندمان مطلوب و راهبری آسان، می تواند به عنوان گزینه مناسب برای ارتقای کیفیت پساب زلالساز لاگون های با هوادهی جهت تامین استاندارهای ملی مورد استفاده قرار گیرد.

فیلترهای درشت افقی (HRF) در دهه های نیمه دوم قرن بیستم به عنوان پیش تصفیه مناسب برای تأمین شرایط کیفی آب ورودی فیلترهای کند ماسه ای و در برخی موارد برای حذف آهن و منگنز دو ظرفیتی از آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته است. عملکرد این فیلترها با تزریق مقادیر محدود مواد منعقد کننده و اختلاط سریع در دو دهه اخیر توسعه قابل توجهی داشته است که به آن فیلتراسیون مستقیم درشت افقی (DHRF) گفته می شود. این نوع فیلترها با توجه به استفاده از مواد طبیعی برای فیلتراسیون، عدم استفاده از قطعات متحرک مکانیکی و سادگی احداث و بهره برداری، واحدهای مناسبی برای تصفیه آب ارزان قیمت برای مناطق محروم و کم جمعیت شناخته شده اند. بزرگترین مشکل موجود در راه بهره برداری وسیع از این نوع فیلترها ضعف روشهای شستشوی متعارف در آنها می باشد. اهداف کلی این تحقیق عبارتند از: 1- بررسی تاثیر تعبیه محفظه های تجمع رسوبات در کف فیلترها در جلوگیری از توسعه افت فشار در فیلتر و بهبود راندمان شستشوی فیلتر با توجه به افزایش تدریجی سرعت جریان و تنش آب شستشو در عبور از مجاری تخلخل بین مواد پر کننده محفظه های قیفی شکل زیرین. 2- بررسی تاثیر پالسی هوا در طول عملیات شستشوی هیدرولیکی فیلترهای درشت دانه افقی مستقیم بر راندمان تخلیه رسوبات و بازیابی فیلتر. نتایج آزمایشات انجام شده در این تحقیق در مقایسه با نتایج ارایه شده توسط محققین دیگر نشان می دهد که با تعبیه یک ناحیه تجمع رسوبات در کف فیلتر، اولا توسعه افت فشار در طول دوره بهره برداری بین دو شستشو بسیار ناچیز می شود و ثانیا شستشوی هیدرولیکی مواد فیلتری و نگهدارنده با راندمان بهتری صورت می پذیرد. به طوری که در طول آزمایشات پایلوتی با دوره های بهره برداری یک هفته ای و نرخ فیلتراسیون تا 6/5 متر مکعب بر متر مربع در ساعت هیچگاه افت فشار در طول فیلتر به بیش از سه سانتی متر نرسید. همچنین ضریب گرفتگی فیلتر در شستشوی با فواصل زمانی، نرخ فیلتراسیون و کدورت ورودی مختلف (در محدوده های مجاز تغییرات) نهایتا به کمتر از دو درصد وزنی مواد فیلتری محدود می گردد. همچنین نتایج بررسی تاثیر هوادهی پالسی بر روی راندمان تخلیه رسوبات نشان می دهد که در اثر این عمل نرخ درصد تجمعی رسوبات در جان فیلتر 18 تا 24 درصد کاهش می یابد. لیکن با توجه به فلسفه استفاده از این نوع فیلترها و به دلیل مصرف انرژی و نیاز به راهبری بیشتر توصیه نشده است.

زمینه و هدف: استفاده مجدد از فاضلاب می تواند راهکاری مناسب در استراتژی توسعه منابع آب و تامین نیازهای آبی در نظر گرفته شود. هدف این مطالعه بررسی کارایی صافی درشت دانه افقی در حذف اکسیژن خواهی شیمیایی از پساب ثانویه فاضلاب شهری بود.روش بررسی: پایلوتی که در این مطالعه استفاده شد، از نوع صافی درشت دانه با جریان افقی است. این پایلوت بر اساس معیارهای طراحی وجلین، طراحی و ساخته شد. حجم نمونه به روش فول فاکتوریال تعیین گردید. نمونه ها به صورت روزانه و لحظه ای بر اساس تعداد نمونه پیش بینی شده (28 نمونه در هر نرخ فیلتراسیون) از ورودی و خروجی صافی برداشت شد، سپس در آزمایشگاه با دستگاه DR5000 آزمایش گردید. نتایج حاصله با آزمون های آماری تحلیل کوواریانس، تست تی زوجی و تی تجزیه و تحلیل شدند.یافته ها: نتایج نشان داد، میانگین حذف اکسیژن خواص شیمیایی در حالت عملکرد پایدار فیلتر درشت دانه افقی در نرخ های فیلتراسیون 0.5، 1 و 1.5 متر بر ساعت به ترتیب 60، 51 و 38 درصد بود.نتیجه گیری: این مطالعه نشان داد که میانگین های خروجی از سیستم فیلتر درشت دانه افقی در هر سه نرخ فیلتراسیون پایین تر از حداکثر استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست کشور در خصوص خروجی پساب می باشد.

جریان عبوری از محیط متخلخل درشت ­دانه (جریان غیردارسی) به دو دسته جریان­ های موازی و جریان­ های شعاعی (همگرا) تقسیم ­بندی می­ شوند. در جریان ­های غیردارسی شعاعی برخلاف جریان ­های غیردارسی موازی، فشردگی جریان وجود دارد. محاسبه عمق جریان خروجی در تحلیل یک بعدی (تئوری جریان­ های متغیر تدریجی) و دو بعدی (حل معادله پارکین) جریان ماندگار- غیردارسی از اهمیت بالایی برخوردار است. به ­عبارت دیگر، عمق جریان خروجی در تحلیل یک بعدی به­ عنوان نقطه شروع محاسبات پروفیل سطح آب و در تحلیل دو بعدی به­ عنوان شرط مرزی پایین ­دست کاربرد دارد. طبق فرضیه استفنسون، مقدار عمق جریان خروجی از محیط متخلخل سنگریزه ای در جریان ماندگار برابر با عمق بحرانی است. درحالی ­که براساس بررسی­ های آزمایشگاهی پژوهشگران مختلف، عمق جریان خروجی از محیط متخلخل درشت­ دانه همواره بزرگتر از عمق بحرانی بوده و ضریبی (Γ) از مقدار مذکور است. در پژوهش­ های قبلی، عمق جریان خروجی از محیط سنگریزه­ ای در حالت موازی بررسی شده است. درحالی­ که در پژوهش حاضر، عمق جریان خروجی در حالت غیردارسی شعاعی برای اولین بار بررسی شده است. جریان اطراف چاه­ های مختلف حفاری شده نمونه­ ای از جریان غیردارسی شعاعی است. عمق جریان ورودی به چاه­ ها یا به ­عبارت دیگر عمق جریان خروجی از محیط متخلخل درشت ­دانه شعاعی در تحلیل جریان ماندگار اهمیت بسزایی دارد. در پژوهش حاضر، با استفاده از داده ­های آزمایشگاهی (دستگاه آزمایش نیمه استوانه ­ای شکل در مقیاس بزرگ و ابعاد به قطر 6 و ارتفاع 3 متر) ثبت شده برای 10 ارتفاع مختلف آب پمپاژ شده در بالادست محیط سنگریزه­ ای و آنالیز ابعادی، رابطه­ ای جهت محاسبه ضریب مذکور (Γ) ارائه شده است. رابطه ارائه شده تابعی از عمق آب در بالادست (h) و فاصله مرکز چاه تا بالادست (R) می ­باشد. نتایج پژوهش حاضر بیانگر آنست که، میانگین خطای نسبی (Mean Relative Error (MRE)) بین عمق جریان خروجی ثبت شده در آزمایشگاه و عمق بحرانی برابر با 43/83 درصد و در حالت استفاده از رابطه ارائه شده در پژوهش حاضر جهت محاسبه عمق جریان خروجی برابر با 53/3 درصد به­ دست آمده است.

در بررسی و تحلیل هیدرولیکی کانال های باز، تعیین مقاومت جریان امری ضروری است. مقاومت جریان در کانال های با بستر درشت دانه بیشتر از نوع زبری ذره می باشد. تاکنون مطالعات زیادی در رابطه با برآورد مقدار ضریب مقاومت جریان از طریق اندازه ذرات پیشنهاد شده است که در این مطالعات اثر شکل ذرات چندان مشخص نیست. بنابراین هدف از این تحقیق انجام آزمایشاتی برای تعیین اهمیت نوع و اندازه رسوبات درشت دانه می باشد. در این مطالعه برای تعیین ضریب مقاومت جریان از هشت نوع رسوب درشت دانه شامل 4 نوع رسوب طبیعی نسبتا گرد گوشه و 4 نوع رسوب شکسته تیز گوشه استفاده شد. آزمایش ها در فلومی به طول 10 متر و عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر با شیب کف ثابت 0.0005 انجام شد. نتایج نشان می دهد که علاوه بر پارامتر استغراق نسبی (R/Ks) پارامترهای دیگری مانند عدد فرود (Fr) و ضریب شکل مقطع (ψ) در برآورد هر چه دقیق تر مقاومت جریان تاثیر بسزائی دارند. همچنین نشان داده شد که در رودخانه های با بستر شنی روابط نیمه لگاریتمی و توانی مقاومت جریان را تقریبا با دقت یکسانی تخمین می زنند. در این تحقیق رابطه ای برای تعیین ضریب مقاومت جریان ارائه گردید.

به دلیل محدودیت کاربری قانون دارسی (V=ki) برای رژیمهای جریان آرام – خطی در محیطهای متخلخل با عنایت به این حقیقت که در آبرفتهای درشت دانه رینولدز از مقدار بحرانی خود تجاوز می کند، از معادله معروف به لاپلاس برای تحلیل دقیق پی های درشت دانه نمی توان استفاده کرد. لذا رابطه عمومیتری برای چنان مواردی لازم است. یکی از روابط مطرح بین گرادیان پیزومتریک (i) و سرعت ظاهری (V) در محیط های متخلخل که عموما به صورت i=mVn نشان داده می شود. به معضل ضرورت انجام آزمایشهای پیچیده ای برای تعیین m,n منجر می شود. نشان داده می شود که از ترکیب رابطه یاد شده و معادله پیوستگی، معادله دیفرانسیلی قابل حصول است که ارتفاع پیزومتری و تابع پتانسیل φ را به دست دهد که متعاقبا منجر به توزیع زیر فشار و مقادیر نشت در محیطهای متخلخل شوند. برای مقابله با مشکلات مرتبط با برآورد m,n در مدل ریاضی و در پی انجام یک برنامه پژوهشی گسترده، روشی جدید و قابل اعتماد برای تعیین آنها با بهره گیری از آزمایش ساده پمپاژ پله ای توسعه داده و تشریح شده است. کاربرد مقایسه ای روش مذکور برای سفره بسته مفروضی نیز آزموده شده است. یافته ها حاکی از آن هستند که روش پیشنهادی اولا امکان استفاده از یک معادله دیفرانسیلی برای جریانهای آشفته در محیطهای متخلخل را فراهم آورده، ثانیا تعیین پارامترهای معادله غیرخطی (m,n) را با دقت مناسبی میسر می سازد. مقادیر محاسبه شده پارامترهای یاد شده نیز ارائه شده اند.