هدف، واقعگرایانه
در این درس موارد زیر را یاد خواهیم گرفت:
- محاسبات حجم محفظه و حوضه
- زمان بازداشت
- تنظیمات فیدر خشک و محلول.
- درصد قدرت محلول ها
مقدمه ای بر انعقاد و لخته سازی
پس از غربالگری و سایر فرآیندهای پیش تصفیه، فرآیند واحد بعدی در یک تصفیه خانه معمولی آب مخلوط کردن است، زمانی که مواد شیمیایی در طول فرآیند انعقاد اضافه می شوند. استثنا در این وضعیت در سیستم‌های کوچکی که از آب‌های زیرزمینی استفاده می‌کنند، رخ می‌دهد، جایی که کلر یا سایر اقدامات کنترل طعم و بو اغلب در ورودی معرفی می‌شوند و گسترش تصفیه هستند. اصطلاح انعقاد به مجموعه ای از عملیات شیمیایی و مکانیکی اطلاق می شود که بوسیله آن مواد منعقد کننده اعمال و مؤثر واقع می شوند. این عملیات شامل دو مرحله متمایز است: (1) از بین رفتن سریع برای پراکندگی مواد شیمیایی منعقد کننده با هم زدن بنفش در آب در حال تصفیه، و (2) لخته سازی برای تجمع ذرات کوچک به لخته های کاملاً مشخص با هم زدن ملایم برای مدت زمان طولانی تر. ماده منعقد کننده باید به آب خام اضافه شود و کاملاً در مایع توزیع شود. انعقاد از افزودن نمک های آهن یا آلومینیوم به آب حاصل می شود و واکنشی بین یکی از منعقد کننده های زیر و آب است:
- آلوم – سولفات آلومینیوم
- آلومینات سدیم
- سولفات فریک
- سولفات آهن
- کلرید آهن
- پلیمرها
لخته سازی به دنبال انعقاد در سیستم معمولی انجام می شود و فرآیند فیزیکی مخلوط کردن آهسته آب منعقد شده برای افزایش احتمال برخورد ذرات است. از طریق تجربه، ما تشخیص داده‌ایم که اختلاط مؤثر مقدار مورد نیاز مواد شیمیایی را کاهش می‌دهد و فرآیند ته‌نشینی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد، که منجر به کارکرد طولانی‌تر فیلتر و کیفیت بالاتر آب نهایی می‌شود. هدف از لخته سازی تشکیل یک ماده پر مانند یکنواخت شبیه دانه های برف است – یک لخته متراکم و قوی که ذرات ریز، معلق و کلوئیدی را به دام می اندازد و آنها را به سرعت در حوضه ته نشینی می برد. برای افزایش سرعت تشکیل لخته و استحکام و وزن لخته، اغلب پلیمرها اضافه می شود.
بیایید ویدیویی را تماشا کنیم که در آن مواد شیمیایی مورد استفاده در انعقاد و دلیل استفاده از آنها را توضیح می دهد.
محاسبات
محاسبات در طول عملیات واحد انعقاد و لخته سازی برای تعیین حجم محفظه یا حوضه، کالیبراسیون خوراک شیمیایی، تنظیمات فیدر شیمیایی و زمان نگهداری انجام می شود.
حجم اتاق و حوضه
دانستن حجم حوضچه یا مقدار آبی که با آن سر و کار دارید از نظر مدت زمان ته نشین شدن، مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز و غیره مهم است. برای تعیین حجم یک محفظه مربع یا مستطیل یا حوضه، از فرمول های زیر استفاده می شود:
حجم، فوت 3 = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
مثال:
یک محفظه مخلوط فلاش 4 فوت مربع با آب تا عمق 2.5 فوت است. حجم آب در محفظه به گالن چقدر است؟
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، gal = 4 ft x 4 ft x 2.5 ft x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، gal = 299.2 gal
مثال:
یک حوضچه لخته سازی 35 فوت طول و 15 فوت عرض با آب تا عمق 7 فوت دارد. حجم آب در حوضچه بر حسب گالن چقدر است؟
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، گال = 35 فوت x 15 فوت x 7 فوت x (7.48 گال/فوت 3 )
حجم، gal = 27489 gal
مثال:
یک حوضچه لخته سازی 45 فوت طول، 25 فوت عرض دارد و حاوی آب تا عمق 10 فوت و 4 اینچ است. چند گالن آب در مخزن است؟
برای این مشکل باید اینچ در عمق را به فوت تبدیل کنید:
یعنی عمق کل حوضه 10 فوت + 0.33 فوت = 10.33 فوت است. حالا حجم حوضه را تعیین کنید:
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، گال = 45 فوت x 25 فوت x 10.33 فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، gal = 86,926.95 gal
زمان بازداشت
از آنجایی که واکنش‌های انعقادی بسیار سریع اتفاق می‌افتد، زمان نگهداری برای فلاش میکسرها بر حسب ثانیه اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که زمان نگهداری حوضه‌های لخته‌سازی زمان بیشتری می‌برد و معمولاً بین 5 تا 30 دقیقه است. می توانیم زمان بازداشت را با معادله زیر تعیین کنیم:
مثال:
جریان به حوضه لخته سازی به طول 40 فوت، عرض 15 فوت و عمق 12 فوت 2800 گرم در دقیقه است. مدت زمان نگهداری در تانک چند دقیقه است؟
ابتدا حجم حوضه لخته سازی را تعیین کنید:
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، گال = 40 فوت x 15 فوت x 12 فوت x (7.48 گال/فوت 3 )
حجم، gal = 53,856 gal
اکنون می توانید تعیین کنید که آب چقدر باید در حوضه لخته سازی بماند، بر اساس میزان جریان به حوضه:
مثال:
فرض کنید جریان برای یک محفظه مخلوط فلاش به طول 5 فوت و عرض 3 فوت با آب تا عمق 2.8 فوت ثابت و پیوسته باشد.
قبل از اینکه بتوانید زمان دنتینو را تعیین کنید، باید جریان و حجم صحیح محفظه را تعیین کنید.
ابتدا نرخ جریان را از میلیون گالن در روز (MGD) به گالن در ثانیه (gps) تبدیل کنید:
سپس، حجم محفظه میکس فلاش را تعیین کنید:
حجم، gal = طول، فوت x عرض، فوت x عمق، فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، گال = 5 فوت x 3 فوت x 2.8 فوت x (7.48 gal/ft 3 )
حجم، gal = 314.16 gal
اکنون می توانید تعیین کنید که آب چقدر باید در محفظه مخلوط فلاش بماند:
بیایید ویدیویی را تماشا کنیم که اهمیت افزودن مواد شیمیایی برای انعقاد/لخته‌سازی را نشان می‌دهد.
تعیین تنظیم فیدر شیمیایی خشک، پوند در روز
هنگام افزودن مواد شیمیایی به جریان آب (معروف به دوز)، مقدار اندازه گیری شده از مواد شیمیایی مورد نیاز است که به عواملی مانند نوع ماده شیمیایی مورد استفاده، دلیل دوز و سرعت جریان تحت درمان بستگی دارد. برای تبدیل mg/L به پوند در روز از معادله زیر استفاده می شود:
مواد شیمیایی اضافه شده، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال
مثال:
آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم برای آب 9 میلی گرم در لیتر است. اگر جریانی که باید تصفیه شود 1,800,000 گرم در روز باشد، تنظیم پوند/روز روی فیدر آلوم خشک چگونه باید باشد؟
نرخ جریان باید از گالن در روز (gpd) به میلیون گالن در روز (MGD) تبدیل شود:
اکنون می توانید تنظیم پوند/روز را در فیدر تعیین کنید:
مواد شیمیایی اضافه شده، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال
مواد شیمیایی افزوده شده، پوند در روز = 9 میلی گرم در لیتر x 1.8 MGD x 8.34 پوند در گال
مواد شیمیایی اضافه شده، پوند در روز = 135.11 پوند در روز
مثال:
اگر آزمایشات شیشه ای دوز بهینه پلیمر 11 میلی گرم در لیتر را نشان می دهد و جریانی که باید درمان شود 2.2 MGD باشد، پوند مورد نظر را در روز روی یک تغذیه کننده شیمیایی خشک تعیین کنید.
جریان در این مشکل قبلاً به صورت MGD داده شده است، بنابراین نیازی به تبدیل نیست. مقادیر را مستقیماً به فرمول وصل کنید:
مواد شیمیایی اضافه شده، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال
مواد شیمیایی افزوده شده، پوند در روز = 11 میلی گرم در لیتر x 2.2 MGD x 8.34 پوند بر گرم
مواد شیمیایی اضافه شده، پوند در روز = 201.83 پوند در روز
تعیین تنظیم فیدر محلول شیمیایی، gpd
گاهی اوقات غلظت محلول به صورت پوند ماده شیمیایی در هر گالن محلول بیان می شود و با استفاده از معادله زیر می توان نرخ خوراک مورد نیاز را تعیین کرد:
شیمیایی، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال
هنگامی که پوند در روز ماده شیمیایی مورد نیاز را تعیین کردید، باید آن را به محلول گالن در روز تبدیل کنید:
مثال:
آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم برای آب 8 میلی گرم در لیتر است. جریانی که باید درمان شود 1.85 MGD است. اگر زاج مایع حاوی 5.22 پوند زاج در هر گالن محلول باشد، تنظیم گالن در روز را برای فیدر محلول آلوم تعیین کنید.
ابتدا باید پوند در روز ماده شیمیایی مورد نیاز برای این جریان را تعیین کنیم:
زاج خشک، پوند/روز = شیمیایی، میلی گرم/لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند/گال
زاج خشک، پوند در روز = 8 میلی گرم در لیتر x 1.85 MGD x 8.34 پوند بر گرم
زاج خشک، پوند در روز = 123.43 پوند در روز
اکنون که می دانیم به 123.43 پوند در روز زاج خشک نیاز داریم، باید تعیین کنیم که این مقدار معادل گالن محلول در روز است:
تعیین تنظیم فیدر محلول شیمیایی، میلی لیتر در دقیقه
برخی از فیدرهای محلول شیمیایی به جای گالن در روز، مواد شیمیایی را در میلی لیتر در دقیقه (mL/min) توزیع می کنند. برای محاسبه دوز مورد نیاز برای این نوع فیدرها از رابطه زیر استفاده کنید:
مثال:
نرخ خوراک محلول مورد نظر 23.65 gpd محاسبه شد. این نرخ خوراک به صورت میلی لیتر در دقیقه چقدر است؟
گاهی اوقات شما نیاز دارید که میزان خوراک محلول را بر حسب میلی لیتر در دقیقه بدانید، اما میزان گالن خوراک محلول در روز را نمی دانید. در این موارد، ابتدا باید نرخ خوراک محلول gpd را تعیین کنید.
مثال:
اگر آزمایشات شیشه ای نشان می دهد که بهترین دوز آلوم 6.2 میلی گرم در لیتر برای جریان 2.85 MGD با استفاده از محلول آلوم که 4.85 پوند زاج در هر گالن محلول دارد، نرخ خوراک را بر حسب میلی لیتر در دقیقه تعیین کنید.
ابتدا، پوند در روز مورد نیاز زاج خشک را تعیین کنید:
شیمیایی، پوند در روز = شیمیایی، میلی گرم در لیتر x جریان، MGD x 8.34 پوند در گال
شیمیایی، پوند در روز = 6.2 میلی گرم در لیتر x 2.85 MGD x 8.34 پوند بر گرم
شیمیایی، پوند در روز = 147.37 پوند در روز
اکنون که می دانیم به 147.37 پوند در روز زاج خشک نیاز داریم، می توانیم گالن مورد نیاز در روز از محلول زاج را تعیین کنیم:
اکنون می توان آخرین تبدیل را با تبدیل گالن در روز (gpd) به میلی لیتر در دقیقه (mL/min) انجام داد:
تعیین درصد راه حل ها
قدرت یک محلول اندازه گیری مقدار املاح شیمیایی حل شده در محلول است. برای تعیین از معادله زیر استفاده می کنیم
مثال:
اگر در مجموع 8 اونس پلیمر خشک به 12 گالن آب اضافه شود، درصد استحکام محلول پلیمر بر حسب وزن چقدر است؟
اولین مرحله تبدیل اونس پلیمر خشک به پوند است:
سپس وزن 12 گالن آب را تعیین کنید:
12 گالن x (8.34 پوند/1 گالن) = 100.08 پوند
اکنون درصد استحکام محلول پلیمری را تعیین کنید:
مثال:
اگر 80 گرم پلیمر خشک در 5 گالن آب حل شود، قدرت محلول چند درصد است؟
* نکته: 1 گرم = 0.0022 پوند
اولین مرحله تبدیل گرم پلیمر به پوند است:
80 گرم x (0.0022 پوند بر گرم) = 0.176 پوند پلیمر
سپس وزن 5 گالن آب را تعیین کنید:
5 گال x (8.34 پوند/گال) = 41.7 پوند
اکنون می توانید درصد استحکام محلول پلیمری را تعیین کنید:
تعیین میزان استفاده از مواد شیمیایی
یکی از وظایف اصلی که توسط اپراتورها انجام می شود، ثبت داده ها است. استفاده از مواد شیمیایی در پوند در روز یا gpd بخشی از آن داده است. از داده های جمع آوری شده، میانگین استفاده روزانه از مواد شیمیایی و محلول ها را می توان تعیین کرد. این برای پیش‌بینی استفاده از مواد شیمیایی مورد انتظار از طریق مقایسه آن با مواد شیمیایی موجود در انبار و تعیین اینکه چه زمانی به مواد شیمیایی اضافی نیاز است، مهم است. برای تعیین میانگین مصرف شیمیایی گیاه خود، از یکی از فرمول های زیر استفاده کنید:
سپس می توانید تعداد روزهای عرضه باقی مانده در موجودی را محاسبه کنید:
مثال:
ماده شیمیایی مورد استفاده برای هر روز در طول یک هفته در زیر آورده شده است. بر اساس داده ها، میانگین استفاده از مواد شیمیایی در طول هفته، بر حسب پوند در روز چقدر بوده است؟
دوشنبه: 72 پوند در روز
سه شنبه: 85 پوند در
روز چهارشنبه: 77 پوند در روز
پنجشنبه: 82 پوند در روز
جمعه: 85 پوند در روز
شنبه: 90 پوند در روز
یکشنبه: 89 پوند در روز
برای تعیین میانگین استفاده، ابتدا باید همه مقادیر را جمع کرده و بر تعداد روز (در این مورد 7) تقسیم کنید:
72 + 85 + 77 + 82 + 85 + 90 + 89 = 580 پوند
حالا میانگین استفاده در هفته را مشخص کنید:
مثال:
میانگین استفاده از مواد شیمیایی در یک کارخانه 82.86 پوند در روز است. اگر موجودی مواد شیمیایی 3400 پوند باشد، این چند روز عرضه است؟
خلاصه
پس از غربالگری و سایر فرآیندهای پیش تصفیه، فرآیند واحد بعدی در یک تصفیه خانه معمولی آب مخلوط کردن است، زمانی که مواد شیمیایی در طول فرآیند انعقاد اضافه می شوند. اصطلاح انعقاد به مجموعه ای از عملیات شیمیایی و مکانیکی اطلاق می شود که بوسیله آن مواد منعقد کننده اعمال و مؤثر واقع می شوند. لخته سازی به دنبال انعقاد در سیستم معمولی انجام می شود و فرآیند فیزیکی مخلوط کردن آهسته آب منعقد شده برای افزایش احتمال برخورد ذرات است. از طریق تجربه، ما تشخیص داده‌ایم که اختلاط مؤثر مقدار مورد نیاز مواد شیمیایی را کاهش می‌دهد و فرآیند ته‌نشینی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد، که منجر به کارکرد طولانی‌تر فیلتر و کیفیت بالاتر آب نهایی می‌شود. هدف از لخته سازی تشکیل یک ماده پر مانند یکنواخت شبیه دانه های برف است – یک لخته متراکم و قوی که ذرات ریز، معلق و کلوئیدی را به دام می اندازد و آنها را به سرعت در حوضه ته نشینی می برد. برای افزایش سرعت تشکیل لخته و استحکام و وزن لخته، اغلب پلیمرها اضافه می شود. دانستن حجم حوضچه یا مقدار آبی که با آن سر و کار دارید از نظر مدت زمان ته نشین شدن، میزان مواد شیمیایی مورد نیاز و غیره بسیار مهم است. از آنجایی که واکنش های انعقادی بسیار سریع رخ می دهد، زمان نگهداری برای فلاش میکسرها بر حسب ثانیه اندازه گیری می شوند، در حالی که زمان نگهداری حوضه های لخته سازی زمان بیشتری می برد و معمولاً بین 5 تا 30 دقیقه است. هنگام افزودن مواد شیمیایی به جریان آب (معروف به دوز)، مقدار اندازه گیری شده از مواد شیمیایی مورد نیاز است که به عواملی مانند نوع ماده شیمیایی مورد استفاده، دلیل دوز و سرعت جریان تحت درمان بستگی دارد. قدرت یک محلول اندازه گیری مقدار املاح شیمیایی حل شده در محلول است. از داده های جمع آوری شده، میانگین استفاده روزانه از مواد شیمیایی و محلول ها را می توان تعیین کرد. این برای پیش‌بینی استفاده از مواد شیمیایی مورد انتظار از طریق مقایسه آن با مواد شیمیایی موجود در انبار و تعیین اینکه چه زمانی به مواد شیمیایی اضافی نیاز است، مهم است.
وظیفه
کاربرگ ریاضی این درس را کامل کنید . برای ارسال این تکلیف باید وارد Canvas شوید. مطمئن شوید که ترم مناسب را انتخاب کرده اید.