University of Kerbala
اسم الباحث : حيدر ناظم حسن حسون
اسم المشرف : جبار حمود البيضاني + رياض جاسم محمد السعدي
الكلمات المفتاحية :
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة المدنية
سنة نشر البحث : 2020
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
يستخدم مرشح التدفق للاسفل الرملي السريع على نطاق واسع في محطات معالجة المياه. من ناحية أخرى ، يحتوي هذا المرشح على بعض العيوب بما في ذلك التطور الكبير لخسارة الشحنة عبر وسط المرشح لأن معظم الجسيمات المرفوضة تتم إزالتها بواسطة الطبقات العليا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إعادة توزيع جزيئات المرشح أثناء عملية الغسيل العكسي مما يؤدي إلى ترسيب الجسيمات الناعمة في الجزء العلوي من وسط المرشح ، وهذا يحتاج إلى زيادة عدد عمليات الغسيل العكسي. لهذه الأسباب ، تزداد تكلفة المياه المنتجة. الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو استكشاف إمكانية استخدام مرشح التدفق للاعلى ( (UF-Filterكبديل جيد لمرشح التدفق للاسفل .(DF-Filter) لتحقيق أهداف الدراسة الحالية ، تم تصميم وتركيب مصنع تجريبي يتكون من عمودين للترشيح لإجراء مقارنة بين أداء المرشح من حيث إزالة العكارة للماء و خسارة الشحنة من خلال إجراء تجارب متزامنة تحت ظروف تشغيلة مختلفة. تضمنت هذه الظروف تغيير التدرج ونوع وسائط المرشح الحبيبي، وسرعة الترشيح من 5 م / س إلى 10 م / س ، وتعكر الماء الأولي بمدى (10-200 ( NTU.
تم تقسيم تجارب الدراسة الحالية إلى أربع مجموعات. تمثل المجموعة الأولى مرشحات أحادية الوسط للرمل الناعم (FS) بحجم حبيبات (0.6 – 1) ملم وعمق طبقة 63 سم. أظهرت النتائج التجريبية أن متوسط كفاءة إزالة عكارة المياه لمرشح التدفق للاسفل FSيبلغ حوالي 1.1 مرة من كفاءة مرشح التدفق للاعلى FS . ومن ناحية أخرى ، مرشح التدفق للاعلى FS لديه كفاءة أعلى لإزالة العكارة من مرشح التدفق للاسفل FS بحوالي 1.1 مرة عندما تكون العكارة الأولية للمياه الداخلة 150 NTU وسرعة الترشيح تساوي 10 م / ساعة. يمكن اعتبار قيم هذه الاختلافات في كفاءة الإزالة بين كلا المرشحين صغيرة. الحد الأقصى لمتوسط كفاءة إزالة العكارة لمرشح التدفق للاسفل FS ومرشح التدفق للاعلى FS هي 87.37٪ و 83.07٪ على التوالي تحت سرعة الترشيح البالغة 5 م / ساعة. تم الاستنتاج أن كفاءة الترشيح لكلا المرشحين تزداد عند تنفيذ الغسيل العكسي قبل كل عملية تجريبية بدلاً من استبدال وسط المرشح. أيضا ، يتم زيادة خسارة الشحنة لمرشح التدفق للاسفل FS بشكل كبير بسبب إعادة توزيع الوسط الرملي التي تحدث أثناء دورة الغسيل العكسي ، في حين أن خسارة الشحنة لمرشح التدفق للاعلى FS لا يتأثر. خسارة الشحنة لمرشح التدفق للاعلى FS هي أقل من التي لمرشح التدفق للاسفل FS بحوالي (18.18٪ – 45.31٪) عند استبدال وسط الفلتر وزيادة هذا النطاق إلى حوالي (53.31٪ – 62.34٪) عندما يتم إجراء الغسيل العكسي قبل بدء العمل التجريبي. وبالتالي ، فإن انخفاض خسارة الشحنة يؤدي إلى زيادة وقت تشغيل المرشح وتقليل عدد عمليات الغسيل العكسي.
المجموعة الثانية تتكون من فلاتر للوسائط المزدوجة من الأنثراسايت (A) في الطبقة العليا بحجم حبيبات (1.18 – 2.5) ملم وعمق 31.5 سم ، ورمل ناعم في الطبقة السفلية بعمق 31.5 سم. وقد وجد أن متوسط كفاءة إزالة عكارة المياه لمرشح التدفق للاسفل (FS + A) أكبر بحوالي 1.07 مرة من التي لمرشح التدفق للاعلى (FS + A) . الحد الأقصى لمتوسط كفاءة الإزالة لمرشح التدفق للاسفل (FS + A)و لمرشح التدفق للاعلى (FS + A) هي 82.08٪ و 78.68٪ على التوالي. كانت خسارة الشحنة متغيرة لكلا المرشحين اعتمادًا على تركيز العكارة الداخلة.
وجد أيضًا أن متوسط كفاءة الترشيح يزداد مع زيادة عكارة المياه الداخلة حتى 70 NTU ، ولكنه ينخفض تحت عكارة المياه الداخلة 100 و 150 و 200 . NTU
المجموعة الثالثة تضمنت مرشحات أحادية الوسائط للرمل الخشن (CS) بحجم حبيبات (0.8 – 2) ملم وعمق طبقة 63 سم. لقد استنتج أن متوسط كفاءة إزالة عكارة المياه لمرشح التدفق للاسفل CS اعلى بحوالي 1.13 مرة من التي لمرشح التدفق للاعلى CS . القيمة القصوى لمتوسط كفاءة إزالة العكارة في مرشح التدفق للاسفل CS و مرشح التدفق للاعلى CS هي 59.85٪ و 56.92٪ على التوالي. أيضا ، وجد أن خسارة الشحنة لمرشح التدفق للاسفل CS أكبر من تلك الموجودة في مرشح التدفق للاعلى CS بحوالي (12.50-16.67) %.
تمثل المجموعة الأخيرة من التجارب مرشحات للوسائط المزدوجة للأنثراسايت في الطبقة العليا بنفس العمق وحجم الحبيبات للمجموعة الثانية والرمل الخشن في الطبقة السفلية بعمق 31.5 سم. أشارت النتائج إلى أن متوسط كفاءة إزالة عكارة المياه لمرشح التدفق للاسفل (CS + A) هو أكبر بحوالي 1.09 مرة من التي لمرشح التدفق للاعلى .(CS + A) القيمة القصوى لمتوسط كفاءة إزالة عكارة المياه لمرشح التدفق للاسفل (CS + A) و لمرشح التدفق للاعلى (CS + A) هي 61.36٪ و 58.88٪ على التوالي. أيضا ، لوحظ أن خسارة الشحنة لمرشح التدفق للاعلى (CS + A) أقل من التي لمرشح التدفق للاسفل (CS + A) بحوالي (10 – 15.79).%
تم استخدام برنامج الشبكة العصبية الاصطناعية (ANN) للتنبؤ بكفاءة الإزالة المناسبة لعكارة المياه لكل من مرشح التدفق للاسفل ومرشح التدفق للاعلى. تم إنشاء ثمانية نماذج ANN اعتمادًا على المجموعات التجريبية لكلا المرشحين. وجد أن هناك مطابقة قوية بين كفاءة الإزالة لعكارة المياه التي تم الحصول عليها من البيانات التجريبية والتي تم الحصول عليها من البيانات المستنبطة بواسطة نماذج ANN ولجميع المجموعات مع معامل التحديد (R2) حتى 0.979 التي تم الحصول عليها في النموذج الثامن المتعلق بفلتر التدفق للاعلى (CS+A).
Rp-Evaluation the effects turbidity and head loss of flow direction on the performance of water filtration process. pdf
The main aim of the present study is to explore the possibility of using the upflow filter (UF-Filter) as a good alternative to the downflow filter (DF- Filter). To achieve the aims of the present study, a pilot plant comprises of two filtration columns was designed and installed to conduct a comparison between the performance of both filters in terms of turbidity removal of water and the head loss by carrying out simultaneous experiments under different operating conditions.
The present study experiments were divided into four groups. The first group represents mono-media filters of fine sand (FS) with grains’ size of (0.6
– 1) mm and a layer depth of 63 cm. Experimental results showed that the average removal efficiency of water turbidity of the DF-Filter FS is about 1.1 times that of the UF-Filter FS. On the other hand, the UF-Filter FS has higher turbidity removal efficiency than the DF-Filter FS by about 1.1 times when the initial turbidity of the influent water is ≥ 150 NTU and the filtration velocity is equal to 10 m/hr. It was concluded that the filtration efficiency of both filters increases when the backwash was carried out before each experimental process instead of replacing the filter media. Also, the head loss of the DF-Filter FS increased significantly due to the redistribution of the sand media taking place during the backwash cycle, while the head loss of the UF-Filter FS was not affected. The head loss of the UF-filter FS is less than that of the DF-Filter FS by about (18.18 % – 45.31 %) when the filter medium was replaced and this range increased to about (53.31 % – 62.34 %) when the backwash was performed prior to the start of the experimental work. Thus, (the decrease in head loss leads to an increase in the filter running time and decrease the number of backwashing process).
The second group consisted of filters of dual media of anthracite (A) at the top layer with grains’ size of (1.18 – 2.5) mm and a depth of 31.5 cm, and
fine sand at the bottom layer with a depth of 31.5 cm. It was found that the average removal efficiency of water turbidity of the DF-Filter (FS+A) is greater by about 1.07 times than that of the UF-Filter (FS+A). The head loss was variable for both filters depending on the influent turbidity concentration.
It was also found that the average filtration efficiency increases with the increasing of the turbidity of influent water up to 70 NTU, but it decreases under the turbidity of influent water of 100, 150, and 200 NTU.
The third group included mono media filters of coarse sand (CS) with grains’ size of (0.8 – 2) mm and a layer depth of 63 cm. It was concluded that the average removal efficiency of water turbidity of the DF-Filter CS is about
1.13 times than the UF-Filter. Also, it was found that the head loss of the DF- Filter CS is greater than that of the UF-Filter CS by about (12.50-16.67) %.
The last group of experiments represents filters of dual media of anthracite at the top layer with the same depth and grains’ size as the second group and coarse sand at the bottom layer with a depth of 31.5 cm. The results indicated that the average removal efficiency of water turbidity of the DF-Filter (CS+A) is about 1.09 times greater than that of the UF-Filter (CS+A). Also, it was seen that the head loss of the UF-Filter (CS+A) is less than that of the DF- Filter (CS+A) by about (10 – 15.79) %.
The Artificial Neural Network (ANN) program was used to predict the suitable removal efficiency of water turbidity of both DF-Filter and UF-Filter. It was found that there is a powerful matching between the removal efficiency of water turbidity obtained from the experimental data and that obtained from the predicted data by ANN models for all groups with the coefficient of determination (R2) is up to 0.979.
