تاثیر جریان محیط بر رفتار پساب چگال تخلیه‌ شده در محیط آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد عمران - سازه های هیدرولیکی دانشگاه امیرکبیر

2 استادیار دانشگاه صنعتی امیرکبیر; آدرس: تهران, خیابان حافظ, دانشگاه صنعتی امیرکبیر, دانشکده عمران و محیط زیست,

چکیده

با توجه به محدودیت منابع طبیعی آب شیرین و افزایش جمعیت در دهه‌های گذشته، بشر برای پر کردن فاصله بین عرضه و تقاضا به احداث کارخانه‌های آب‌ شیرین‌کن روی آورده است. مهم‌ترین مشکل زیست‌ محیطی کارخانه‌های آب‌ شیرین‌کن تولید پساب با غلظت بالای نمک است که این پساب‌ها به صورت مستقیم به محیط دریا تخلیه می‌شوند. عوامل مختلفی در میزان رقیق‌سازی پساب تخلیه‌ شده تاثیرگذار است که یکی از مهم‌ترین این عوامل جریان محیط است. در این تحقیق با استفاده از مدل انتگرالی CorJet، به بررسی میزان تاثیرگذاری سرعت و جهت جریان محیط بر جهت و طول مسیر حرکت پساب در حالت جت و پلوم و میزان رقیق‌سازی پساب پرداخته می‌شود. جهت و مقدار سرعت جریان محیط پویا بر دینامیک، غلظت و اختلاط پساب تخلیه ‌شده تاثیرگذار می‏باشد. بیشترین تاثیر جریان محیط بر رفتار پساب برای حالتی است که سرعت جریان محیط بیشتر از سرعت پساب باشد. در این صورت پساب به صورت کامل توسط جریان محیط از مسیر اصلی خود منحرف می‌شود. طبق نتایج، در تخلیه پساب چگال در محیط پویا هر چه زاویه تخلیه ‌کننده نسبت به افق بیشتر باشد پساب مسافت بیشتری را در محیط پذیرنده طی می‌کند و به دنبال آن میزان رقیق‌سازی افزایش می‌یابد. در محیط پویا زاویه تخلیه 90 درجه بهینه‌ترین حالت تخلیه پساب چگال است و بیشترین میزان رقیق‌سازی را دارد. از طرف دیگر، با افزایش زاویه بین جهت تخلیه پساب و جریان محیط (180<ϕ<0)، طول مسیر حرکت پساب در حالت جت، فاصله افقی نقطه برخورد پساب به زمین از تخلیه‌ کننده و میزان رقیق‌سازی پساب در نقطه برخورد به زمین کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Influence of ambient flow on the behavior of dense effluent discharged into the water environment

نویسندگان [English]

  • Vahid Babaiynejad 1
  • babak khorsandi 2
1 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Amir Kabir University of Technology, Tehran, Iran.
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Amir Kabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Due to the limitation of natural freshwater resources and population growth in recent decades, human has turned to the development of water desalination plants to fill the gap between supply and demand. The most important environmental problem of desalination plants is the production of brine (containing a high concentration of salt) that is discharged directly into the sea. Various factors affect the dilution rate of discharged effluent, one of the most important of which is the ambient flow. In this study, using CorJet integral model, the effect of ambient flow velocity on the characteristics of jets and plumes and their dilution rates are investigated. The direction and magnitude of the ambient flow affect the mixing of the discharged effluent. This effect is the greatest when the ambient flow velocity is higher than the discharged effluent velocity. In this case, the effluent is completely diverted from its original path and advected in the direction of the ambient flow. In the presence of ambient flow, the greater the discharge angle relative to the horizon, the greater the effluent trajectory length and dilution rate. Furthermore, the discharge angle of 90° results in the highest dilution rate of effluents when the ambient flow is present. When the angle between the effluent discharge and the ambient flow (0 <ϕ <180) increases, the jet trajectory length, the horizontal distance from the discharge point to where the effluent impacts the ground, and the effluent dilution rate decrease.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CorJet
  • Dilution
  • Jet
  • Plume
  • Brine discharge

مراجع

[1] Shahabi MP, McHugh A, Ho G. Environmental and economic assessment of beach well intake versus open intake for seawater reverse osmosis desalination. Desalination. 2015 Feb 2;357:259-66.
[2] Jiang B, Law AW, Lee JH. Mixing of 30 and 45 inclined dense jets in shallow coastal waters. Journal of Hydraulic Engineering. 2014 Mar 1;140(3):241-53.
[3] Miller S, Shemer H, Semiat R. Energy and environmental issues in desalination. Desalination. 2015 Jun 15;366:2-8.
[4] Einav R, Lokiec F. Environmental aspects of a desalination plant in Ashkelon. Desalination. 2003 Aug 1;156(1-3):79-85.
[5] Bleninger T. Coupled 3D hydrodynamic models for submarine outfalls: Environmental hydraulic design and control of multiport diffusers. PhD Thesis, University of Karlsruhe. Germany; 2007.
[6] Zeitoun MA, McIlhenny WF. Conceptual designs of outfall systems for desalination plants. InOffshore Technology Conference  1971 Jan 1. Offshore Technology Conference. Texas.
[7] Pincince AB, List EJ. Disposal of brine into an estuary. Journal (Water Pollution Control Federation). 1973 Nov 1:2335-44.
[8] Roberts PJ, Toms G. Inclined dense jets in flowing current. Journal of Hydraulic Engineering. 1987 Mar;113(3):323-40. 
[9] Abessi O, Roberts PJ. Dense jet discharges in shallow water. Journal of Hydraulic Engineering. 2015 Jul 2;142(1):04015033.
[10] Jiang B, Law AW, Lee JH. Mixing of 30 and 45 inclined dense jets in shallow coastal waters. Journal of Hydraulic Engineering. 2013 Aug 22;140(3):241-53.
[11] Abessi O, Roberts PJ. Multiport diffusers for dense discharges. Journal of Hydraulic Engineering. 2014 Apr 1;140(8):04014032.
[12] Loya-Fernández Á, Ferrero-Vicente LM, Marco-Méndez C, Martínez-García E, Vallejo JJ, Sánchez-Lizaso JL. Quantifying the efficiency of a mono-port diffuser in the dispersion of brine discharges. Desalination. 2018 Apr 1;431:27-34.
[13] Papakonstantis IG, Tsatsara EI. Mixing Characteristics of Inclined Turbulent Dense Jets. Environmental Processes. 2019 Jun 15;6(2):525-41.
[14] Jirka GH, Doneker RL, Hinton SW. User's manual for CORMIX: A hydrodynamic mixing zone model and decision support system for pollutant discharges into surface waters. US Environmental Protection Agency, Office of Science and Technology; 1996 Sep.
[15] Palomar P, Lara JL, Losada IJ, Rodrigo M, Alvárez A. Near field brine discharge modelling part 1: Analysis of commercial tools. Desalination. 2012 Mar 30;290:14-27.
[16] Bleninger T, Jirka GH. Modelling and environmentally sound management of brine discharges from desalination plants. Desalination. 2008 Mar 1;221(1-3):585-97.
[17] Cipollina A, Brucato A, Grisafi F, Nicosia S. Bench-scale investigation of inclined dense jets. Journal of hydraulic engineering. 2005 Nov;131(11):1017-22.
[18] Choi KW, Lai CC, Lee JH. Mixing in the intermediate field of dense jets in cross currents. Journal of Hydraulic Engineering. 2016 Jan 1;142(1):04015041.
[19] Gungor E, Roberts PJ. Experimental studies on vertical dense jets in a flowing current. Journal of Hydraulic Engineering. 2009 Jun 1;135(11):935-48.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 9
آذر 1400
صفحه 4081-4102

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار