2-10-3 قطر شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 31
2-11 استفاده از شبکه‌های جمع‌آوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه 31
2-12 روش‌های ارزیابی تغییرات کیفیت فاضلاب هنگام انتقال در شبکه‌های جمع‌آوری 33
2-12-1 حذف COD، BODوDOC در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 34
2-12-2 حذف ذرات معلق و مواد آلی محلول در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 38
2-12-3 حذف اکسیژن محلول در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 40
2-12-4 حذف نیترات در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 40
2-13 الحاق بایوفیلم به جداره‌ی داخلی فاضلاب‌روها 42
2-14 مدل‌های حذف در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 44
2-14-2 انتقال هوا 44
2-14-3 رشد بایومس هتروتروفیک 45
2-14-3-1 رشد بایومس معلق 45
2-14-3-2 انرژی مورد نیاز جهت نگهداری بایومس معلق 45
2-14-3-3 رشد بایوفیلم 46
2-14-4 هیدرولیز 46
2-14-4-2 ماتریس واکنش‌ها 47
2-15 نتیجه‌گیری مطالعات انجام شده 49
فصل 3: روش تحقیق 50
3-1 مقدمه 51
3-2 مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 51
3-3 جزییات ساخت پایلوت 51
3-3-1 انتخاب روش مناسب جهت ساخت پایلوت 51
3-3-2 انتخاب شرایط حاکم بر فرآیندهای حذف در شبکه جمع‌آوری 52
3-4 روابط هیدرولیکی مورد استفاده 52
3-4-1 رابطه پیوستگی 52
3-4-2 رابطه جریان 53
3-4-2-1 رابطه تجربی مانینگ-استریکلر 53
3-5 شبیه ‌سازی شبکه‌های متعارف جمع‌آوری فاضلاب و قطر کوچک 54
3-5-1 چگونگی افزایش MLSS درپایلوت 54
3-6 ساخت پایلوت آزمایشگاهی 55
3-6-2 انتخاب مصالح 56
3-6-2-1 قطر و نوع لوله‌ها 56
3-6-2-2 پمپ‌ها 58
3-6-2-3 دیفیوزر 60
3-6-2-4 مخازن نگهداری 61
3-6-2-5 سطح شیبدار 61
3-6-2-6 توری‌ها 62
3-6-2-7 فاضلاب مصنوعی 63
3-6-2-8 لجن فعال 64
3-7 ساخت پایلوت آزمایشگاهی 64
3-8 راه‌اندازی پایلوت آزمایشگاهی 65
3-8-1 محاسبه دبی جریان 66
3-8-2 اندازه‌گیری رشد بایوفیلم 66
3-8-3 میزان فعالیت بایوفیلم 67
3-9 آزمایش‌ها 67
3-9-1 مواد معلق 67
3-9-1-1 تعیین کل جامدات معلق خشک شده در 103 تا  105 درجه سانتی‌گراد 68
3-9-2 تعیین کل جامدات محلول خشک شده در  180 درجه سانتی‌گراد 69
3-9-2-1 دستگاه‌ها و وسایل 70
3-9-2-2 روش انجام آزمایش 70
3-9-3 تعیین جامدات ثابت و فرار سوزانده شده در دمای 550 درجه سانتی‌گراد 71
3-9-3-1 دستگاه‌ها 71
3-9-3-2 روش انجام آزمایش 71
3-9-4 آزمایش‌های مربوط به حذف مواد آلی فاضلاب 72
3-9-4-1 آزمایش BOD5 72
3-9-4-2 آزمایش COD 72
3-9-4-3 اندازه‌گیری COD به روش تیتراسیون 73
3-9-4-4 اندازه‌گیری COD به روش اسپکتوفتومتری 74
3-9-4-5 آزمایش ‌‌‌‌اندازه‌گیری اکسیژن محلول 75
3-9-4-6 اندازه گیری نیتروژن آمونیاكی 75
3-9-4-7 اندازه گیری نیتروژن نیترات 75
3-9-4-8 اندازه‌گیری دمای فاضلاب 76
3-9-4-9 اندازه گیری PH 76
فصل 4: نتایج و تفسیر آنها 77
4-1 مقدمه 78
4-2 عملکرد توری‌ها جهت رشد الحاقی 78
4-3 بررسی تاثیر بالا بردن زبری در سرعت جریان 79
4-3-1 زبری جریان در حالت اولیه(قبل از الحاق توری) 79
4-3-2 زبری لوله‌ها پس از الحاق توری 80
4-4 تشکیل بایوفیلم بر روی پلاستیک مشبک 80
4-4-1 اندازه‌گیری ضخامت بایوفیلم تشکیل شده 80
4-4-2 ساختار بایوفیلم تشکیل شده 82
4-5 نرخ مصرف اکسیژن 83
4-6 حذف مواد آلی 84
4-6-1تغییرات غلظت COD 84
4-6-1-1 آزمایش COD پس از گذشت ‌‌یک هفته از زمان شروع 84
4-6-1-2 آزمایش COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع 85
4-6-1-3 آزمایش COD پس از گذشت سه هفته از زمان شروع 85
4-6-2 تغییرات غلظت BOD5 طی دوره ‌بهره‌برداری از پایلوت 87
4-6-2-1 تغییرات BOD5 در سرعت 15/0 و 25/0 متر بر ثانیه 87
4-6-3 آزمایش BOD5 و COD در سرعت 75/0 بر ثانیه 88
4-6-4 حذف‌‌‌ترکیبات نیتروژنی 89
4-6-4-2 نیتروژن کل 91
4-6-4-3 غلظت N-NH3 و N-NO3 91
4-6-4-4 مواد معلق 92
فصل 5 94
جمع‌بندی و پیشنهادها 94
فصل 5: 95
5-1 نتیجه‌گیری 95
5-1-1 پیشنهادات 96
مراجع 97
فهرست شکل‌ها
شکل (2-1) خصوصیات انواع مختلف شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 16

شکل (2-2) یک نمونه از رآکتورهای آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 18
شکل (2-3) نمونه‌‌یک پایلوت آزمایشگاهی مورد استفاده در مطالعات شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 19
شکل (2-4) فرآیندهای غالب در شبکه‌های جمع‌آوری تحت شرایط هوازی 21
شکل (2-5) روند تشکیل گاز H2S در شبکه جمع‌آوری فاضلاب 23
شکل (2-6) تاثیر PH بر گونه‌های مختلف سولفید 24
شکل (2-7) جریان فاضلاب و زیر سیستم‌های مربوط به شبکه جمع‌آوری فاضلاب 28
شکل (2-8) خطوط سیر کلی مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری 34
شکل (2-9) انواع الکترون پذیرنده خارجی تعیین کننده شرایط واکنش 35
شکل (2-10) واکنش‌های معمول در مسیر انتقال فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 39
شکل (3-1) شماتیک طرح نهایی پایلوت 56
شکل (3-2) لوله‌های مورد استفاده در پایلوت 57
شکل (3-3) پمپ لجن کش مورد استفاده جهت بازچرخانی جریان 58
شکل (3-4) پمپ هواده مورد استفاده 59
شکل (3-5) دیفیوزر مورد استفاده در مخزن بالا دست 60
شکل (3-6) توری‌های مورد استفاده 62
شکل (3-7) حوض هوادهی تصفیه‌خانه لجن فعال شهرک ‌‌یثرب 64
شکل (3-8) نمای پایلوت 65
شکل (3-9) نمودار استاندارد دستگاه اسپکتوفتومتر 74
شکل (4-1) بایوفیلم تشکیل شده بر روی توری 81
شکل (4-2) بایوفیلم تشکیل شده بر روی جداره داخلی لوله 81
شکل (4-3) تغییرات ضخامت بایوفیلم نسبت به زمان 82
شکل (4-4) تغییرات غلظت اکسیژن نسبت به زمان 83
شکل (4-5) تغییرات غلظت COD پس از گذشت ‌‌یک هفته از زمان شروع 85
شکل (4-6) تغییرات غلظت COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع 86
شکل (4-7) آزمایش COD در سرعت 15/0 متر بر ثانیه 86
شکل (4-8) آزمایش COD در سرعت 25/0 متر بر ثانیه 87
شکل (4-9) تغییرات BOD5 در سرعت 15/0 متر بر ثانیه 88
شکل (4-10) تغییرات غلظت BOD5 نسبت به زمان در سرعت 25/0 متر بر ثانیه 89

یک مطلب دیگر :

شکل (4-11) تغییرات COD در سرعت 75/0 متر بر ثانیه 90
شکل (4-12) تغییرات غلظت BOD5 در سرعت 75/0 متر بر ثانیه 90
شکل (4-13) تغییرات غلظت نیتروژن کل 91
شکل (4-14) تغییرات غلظت نیتروژن آمونیاکی و نیتراتی 92
شکل (4-15) تغییرات غلظت مواد معلق 93
فهرست جدول‌ها
جدول (2-1) خصوصیات شبکه‌های جمع‌آوری در ارتباط با شرایط فرآیندی 36
جدول (2-2) غلظت بایومس و سوبسترا در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب 44
جدول (2-3) خصوصیات تبدیلات مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌آوری ثقلی 47
جدول (3-1) ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع اول) 63
جدول (3-2)ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع دوم) 63

فصل 1
مقدمه

• مقدمه

در این فصل در وهله اول نگاهی اجمالی به اهمیت تحقیق داریم و اشاره‌ای به نقش شبکه‌های جمع‌آوری در توسعه پایدار شده است. کلیات فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب رخ می‌دهند و اهمیت آن‌ها بحث شده است. در نهایت ضرورت تحقیق، فرضیات و اهداف تحقیق بیان شده است.

• اهمیت تحقیق

امروزه شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب‌‌ یکی از زیر ساخت‌های مهم جوامع بشری محسوب می‌شوند و در توسعه شهرها نقش مهمی دارند. عمده‌ترین نقش این سازه‌ها را می‌توان جمع‌‌آوری فاضلاب از سطح شهرها، جلوگیری از انتشار بیماری‌های اپیدمی و تامین شرایط بهداشت عموی برشمرد. هزینه‌ی اجرایی شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب بسیار بالا بوده و تقریبا 75 درصد از هزینه‌های مربوط به فرآیند کلی تصفیه‌ی فاضلاب را شامل می‌شوند. بنابراین حفظ و نگهداری این تاسیسات بسیار حائز اهمیت است.
طراحی بهینه و کارآمد شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب نقش مهمی در طرح‌های توسعه پایدار دارد. این تاسیسات بسیار پرهزینه بوده و در صورت بروز مشکلاتی مانند خوردگی در این شبکه‌ها، مدیریت اجرایی متحمل هزینه‌های سنگینی خواهد شد. انتشار گاز هیدروژن سولفید در شبکه‌های جمع‌آوری فاضلاب، باعث بروز مشکلاتی چون آزاد شدن گازهای خطرناک در جو و خوردگی لوله‌های فاضلاب و تاسیسات انتقال دهنده می‌شود]1[.
نقش شبکه جمع‌آوری فاضلاب امروزی که از اواسط قرن نوزدهم به منظور جمع‌آوری فاضلاب به کار گرفته شدند، از بدو بکارگیری تا به حال، صرفا انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه بوده است. تحقیقات نشان داده‌‌‌ ترکیبات فاضلاب هنگام انتقال دائما دستخوش تغییرات می باشد]2[. این تغییرات کیفی فاضلاب ناشی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و‌‌ یا بیولوژیکی است که در شبکه رخ می‌دهند، اما امروزه تاثیر این فرآیندها هنگام طراحی و بهره‌برداری از شبکه‌ها لحاظ نمی‌شود.
در شرایط بارندگی، پدیده‌های هیدرولیکی و انتقال مواد جامد فاضلاب اهمیت زیادی دارند، در حالی که در این شرایط فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی معمولا اهمیت کمتری دارند. با این حال، در شرایط بدون بارندگی که تقریبا در 95 درصد اوقات در خیلی از کشورها حاکم است، فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی ممکن است روی عملکرد فاضلاب‌رو و تعامل بین فاضلاب‌رو و فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه تاثیر داشته باشند.
احتمالا به این دلیل که فعالیت محققان و عوامل اجرایی بیشتر به شرایط بارندگی اختصاص داده شده، عملکرد بیولوژیکی و شیمیایی شبکه جمع‌آوری کمتر مورد توجه بوده است. با این حال واضح است که نمی‌توان از فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی فاضلاب هنگام انتقال چشم پوشی کرد. این فرآیندها ممکن است در ابتدا روی عملکرد خود شبکه جمع‌آوری و در پی آن روی تاسیسات ‌تصفیه‌خانه، محیط زیست و انسان‌هایی که به صورت مستقیم‌‌ یا غیر مستقیم با فاضلاب تماس دارند اثراتی داشته باشد.
اکثر پژوهش‌های موجود در زمینه شبکه جمع‌آوری، به ‌برنامه‌ریزی، طراحی، ‌بهره‌برداری و نگهداری از این شبکه‌ها اختصاص داده شده‌اند و در فعالیت‌های علمی توجه به واکنش‌های مذکور کم‌تر بوده است.
فرآیندهایی که در شبکه جمع‌آوری رخ می‌دهند، دارای فازهای مختلفی هستند که عموما سیستم پیچیده‌ای دارند. این فرآیندها ممکن است در فازهای مختلف شامل فاز سیال، فاز بایوفیلم تشکیل شده، فاز رسوبات فاضلاب، هوای موجود در شبکه و نهایتا فاز دیواره فاضلاب‌روها رخ دهند]3[. این فرآیندها بر فضای شهری تاثیر بسزایی دارند، به عنوان مثال ممکن است‌‌‌ ترکیبات بودار در جو شهری پراکنده شوند. همچنین تصفیه‌خانه‌های فاضلاب و سیستم‌های محلی دریافت کننده فاضلاب، متاثر از واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی واقع در شبکه‌ها هستند. این تاسیسات علاوه بر دریافت مواد تخلیه شده به شبکه، محصولات ناشی از فرآیندهای شبکه را مانند لجن و آب تصفیه شده نیز دریافت می‌کنند.
نمونه‌های متعددی که نشان دهنده اهمیت این فرآیندهاست وجود دارد، به عنوان مثال تاثیر سولفید تحت شرایط بی‌هوازی شناخته شده است. سولفید‌‌ یک خطر جدی برای انسان است که‌‌‌ترکیبی بدبو و سمی بوده و همچنین ممکن است مشکلات خوردگی در شبکه ایجاد کند ]4[. علاوه بر این شرایط بی‌هوازی ممکن است باعث تولید آن دسته از سوبسترای راحت تجزیه‌پذیر شوند که حذف فسفر و دینیتریفیکاسیون را در تصفیه‌خانه با اختلال مواجه می‌کند و نیاز به تاسیسات تصفیه‌خانه را افزایش می‌دهد. درصورتی که شبکه جمع‌آوری تحت شرایط هوازی باشد، این مواد آلی راحت ‌‌‌‌تجزیه‌پذیر حذف شده و ذراتی تولید می‌شود که ‌‌‌‌تجزیه‌پذیری آسانی دارند]8[. بنابراین با طراحی صحیح و کارآمد ممکن است شرایط حاکم بر فاضلاب حین انتقال در شبکه جمع‌آوری بهبود‌‌ یابد و از این پتانسیل شبکه‌های جمع‌آوری در حذف مواد آلی فاضلاب استفاده شود و از طرفی ‌‌یک تعامل مثبت با فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه ایجاد شود.
موارد فوق نشان می‌دهد که نقش این شبکه‌ها صرفا جمع‌آوری و انتقال فاضلاب نیست و باید به عنوان‌‌ یک بخش جدایی ناپذیر در سیستم فاضلاب شهری در نظر گرفته شوند، اما در طراحی‌های متعارف و مدیریت اجرایی، فرض بر این است که تصفیه فاضلاب به صورت کامل در تصفیه‌خانه انجام می‌شود و نقش شبکه‌های جمع‌آوری فقط جمع‌آوری و انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه است]5[.