یکنواخت‌سازی جریان، روشی است که به منظور حل مشکلات عملیاتی ناشی از نوسانات دبی، بهبود کارایی فرآیندهای انتقال و کاهش اندازه و هزینه تأسیسات تصفیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند به معنای کاهش نوسانات دبی به منظور دستیابی به دبی یکنواخت یا تقریباً یکنواخت است و با توجه به ویژگی‌های سیستم جمع‌آوری، در شرایط مختلف قابل اجرا می‌باشد. کاربردهای اصلی این روش شامل یکنواخت‌سازی در: 1- جریان‌های آب و هوای خشک به منظور کاهش جریان‌ها و بارهای پیک 2- جریان‌های آب و هوای مرطوب در سیستم‌های جمع‌آوری بهداشتی که دارای جریان‌های ورودی و نفوذی هستند 3- جریان‌های شبکه‌های جمع‌آوری و بهداشتی و سیلابی ترکیبی می‌باشد.
در روش یکنواخت‌سازی درون‌خطی، تمامی جریان از حوضچه یکنواخت‌سازی عبور می‌کند. این روش زمانی به کار می‌رود که نیاز به کاهش قابل توجهی در اجزا و دبی وجود داشته باشد. در یکنواخت‌سازی برون‌خطی، تنها جریان‌هایی که از محدوده‌های تعیین‌شده فراتر می‌روند، به حوضچه یکنواخت‌سازی بازگردانده می‌شوند. اگرچه در این روش نیاز به پمپاژ به حداقل می‌رسد، اما غلظت اجزا به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. یکنواخت‌سازی‌های برون‌خطی گاهی برای کنترل سیلاب‌های اولیه در سیستم‌های جمع‌آوری ترکیبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
یکنواخت‌سازی برون‌خطی
از جمله مزایای اصلی یکنواخت‌سازی جریان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- **بهبود تصفیه بیولوژیکی**: این امر به دلیل کاهش یا حذف شوک‌های بار ورودی اتفاق می‌افتد.
- **امکان رقیق‌سازی مواد بازدارنده و تثبیت pH**: این ویژگی به بهبود کیفیت جریان خروجی و عملکرد تغلیظ‌کننده‌های حوضچه‌های ته‌نشینی ثانویه کمک می‌کند، که ناشی از ارتقاء تصفیه بیولوژیکی به دنبال یکنواخت‌سازی بارهای ورودی مواد جامد است.
- **کاهش نیاز به افزایش سطح صاف‌سازی جریان ورودی**: این امر باعث افزایش کارایی صافی و امکان انجام چرخه‌های شستشوی معکوس به‌طور یکپارچه‌تر می‌شود، زیرا بارهای هیدرولیکی کمتر می‌گردند.
- **بهبود در تصفیه شیمیایی**: این به کاهش بار جرمی، کنترل تغذیه شیمیایی و افزایش توانایی فرآیند کمک می‌کند.
علاوه بر ارتقاء کارایی بسیاری از عملیات و فرآیندهای تصفیه، یکنواخت‌سازی جریان گزینه‌ای مناسب برای بهبود کارایی در بسیاری از عملیات با بار اضافی است.
با این حال، معایب یکنواخت‌سازی جریان شامل موارد زیر است:
- **نیاز به فضای زیاد**: برای نصب و راه‌اندازی تجهیزات.
- **پوشاندن تأسیسات یکنواخت‌سازی**: در نزدیکی مناطق مسکونی به منظور کنترل بو.
- **هزینه‌های بالا**: که ممکن است به عنوان یک مانع در نظر گرفته شود.
شکل هندسی حوضچه یکنواخت
اهمیت شکل حوضچه یکنواخت به نوع استفاده از یکنواخت‌سازی، چه به صورت درون‌خطی و چه برون‌خطی، بستگی دارد. در صورتی که از یکنواخت‌سازی درون‌خطی استفاده شود، طراحی هندسه‌ای که عملکرد حوضچه را به عنوان یک راکتور جریان پیوسته یا مخزن-مخلوط به حداکثر برساند، بسیار حائز اهمیت است. بنابراین، باید از طراحی‌های کشیده پرهیز کرد و نحوه قرارگیری ورودی و خروجی به گونه‌ای باشد که جریان‌های چرخشی کوچک به حداقل برسند. اگر شکل هندسی حوضچه‌ها به مساحت موجود محدود باشد و نیاز به استفاده از اشکال کشیده باشد، ممکن است استفاده از ورودی و خروجی‌های چندگانه ضروری گردد. در طراحی حوضچه، باید تدابیری اندیشیده شود تا دسترسی به تجهیزات تخلیه، مانند لودر سر عقب، امکان‌پذیر باشد. همچنین، برای کاهش هزینه‌های تخلیه و کنترل بو، استفاده از چندین محفظه می‌تواند مفید باشد.
ساختمان حوضچه یکنواخت‌سازی
حوضچه‌های جدید می‌توانند از جنس خاک، بتن یا فولاد باشند. حوضچه‌های خاکی معمولاً ارزان‌ترین گزینه هستند. بسته به شرایط محلی، شیب داخلی این حوضچه‌ها ممکن است بین ۳:۱ تا ۲:۱ تغییر کند. در اکثر تأسیسات، به منظور جلوگیری از آلودگی آب‌های زیرزمینی، استفاده از آستر ضروری است. عمق حوضچه‌ها بسته به دسترسی به زمین، سطح آب‌های زیرزمینی و ویژگی‌های زمین متفاوت خواهد بود. در صورتی که آستر در مناطقی با سطح بالای آب زیرزمینی به کار رود، باید تأثیرات فشار رو به بالا بر روی آستر مد نظر قرار گیرد. مساحت مورد نیاز خارج از آب به اندازه حوضچه و شرایط باد محلی بستگی دارد. اگر از یک هواده شناور برای ایجاد اختلاط و جلوگیری از بوی نامطبوع استفاده شود، حداقل ارتفاع کارکرد و حفاظت از هواده باید تأمین شود. به طور کلی، این عمق حداقل آب بین ۱.۵ تا ۲ متر متغیر است.
نیازهای هوای لازم برای اختلاط در واحد یکنواختی فاضلاب
به طور کلی، هر دو نوع حوضچه یکنواختی، چه درون خطی و چه برون خطی، به اختلاط و هوادهی مناسب نیاز دارند. این نیازها باید به گونه‌ای تأمین شوند که محتویات حوضچه به خوبی مخلوط شده و از رسوب جامدات جلوگیری شود. برای کاهش نیاز به اختلاط، بهتر است تاسیسات دانه‌گیری در صورت امکان قبل از حوضچه‌های یکنواخت‌سازی قرار گیرد. برای اختلاط فاضلاب شهری با غلظت جامدات معلق حدود 210 میلی‌گرم در لیتر، به انرژی بین 0.004 تا 0.008 کیلووات بر مترمکعب نیاز است. همچنین، برای حفظ شرایط هوازی، باید هوایی به میزان 0.01 تا 0.01 مترمکعب در دقیقه برای هر مترمکعب حجم راکتور تأمین شود. در صورتی که حوضچه یکنواخت‌سازی پس از ته‌نشینی اولیه قرار گیرد و زمان ماند آن کمتر از 2 ساعت باشد، ممکن است به هوادهی نیازی نباشد.
واحد متعادل‌ساز جریان
یکنواخت‌سازی جریان یا متعادل‌ساز به منظور رفع مشکلات بهره‌برداری ناشی از نوسانات آهنگ جریان، بهبود عملکرد واحدهای پایین‌دست و کاهش ابعاد و هزینه‌های واحدهای تصفیه پایین‌دست به کار می‌رود.
کاربردهای اصلی واحد یکنواخت‌سازی (متعادل‌ساز) شامل موارد زیر است:
1- جریان‌های فاضلاب در دوره‌های خشک
2- جریان‌های دوره مرطوب در شبکه فاضلاب بهداشتی مجزا
3- جریان‌های ترکیبی فاضلاب بهداشتی و آب‌های سطحی
انواع یکنواخت‌سازی جریان
عمل یکنواخت‌سازی جریان به دو روش “در خط” و “خارج از خط” (جانبی) انجام می‌شود. در روش در خط، تمامی فاضلاب از مخزن یکنواخت‌سازی عبور می‌کند که تأثیر بیشتری در کاهش بارگذاری دارد. در مقابل، در روش خارج از خط (جانبی)، تنها بخشی از فاضلاب از مخزن یکنواخت‌سازی عبور می‌کند. به طور کلی، روش اول بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و در مناطق با بارش زیاد، روش دوم رایج‌تر است. همچنین، باید توجه داشت که هرچه جمعیت تحت پوشش تصفیه‌خانه فاضلاب کوچکتر باشد، نیاز به احداث مخزن یکنواخت‌سازی بیشتر خواهد بود.
محل واحد متعادل‌ساز
واحد یکنواخت‌سازی جریان بین تصفیه مقدماتی و تصفیه اولیه قرار دارد. برای جلوگیری از فساد و گندیدگی فاضلاب در مخزن متعادل‌ساز، می‌توان اقدام به هوادهی یا اختلاط فاضلاب درون مخزن نمود. شکل هندسی مخزن یکنواخت‌سازی متغیر است و به نوع یکنواخت‌سازی “در خط” یا “خارج خط” بستگی دارد. در صورتی که از یکنواخت‌سازی در خط برای متعادل‌سازی جریان و بارگذاری جرمی استفاده شود، باید شکل هندسی مخزن به گونه‌ای طراحی شود که تا حد ممکن به عنوان یک راکتور اختلاط کامل عمل کند. بنابراین، باید از ساخت حوضچه‌های طولانی خودداری کرد.
طراحی واحد متعادل ساز
اگر مقدار زمین موجود باعث محدودیت در شکل هندسی واحد شود و طولانی کردن آن اجتناب‌ناپذیر باشد، ممکن است نیاز به ورودی و خروجی‌های متعدد احساس شود. برای جلوگیری از ایجاد بو و کاهش هزینه‌های پاکسازی، بهتر است حوضچه به صورت خانه‌خانه طراحی شود. جامداتی که از حوضچه متعادل‌ساز برداشت می‌شوند، باید به ابتدای سیستم تصفیه فاضلاب بازگردانده شوند. هوادهی و اختلاط کافی در تمامی حوضچه‌های یکنواخت‌سازی، چه در خط و چه خارج از خط، ضروری است. میزان اختلاط مورد نیاز برای فاضلاب انسانی با غلظت میانگین 220 mg/l مواد معلق، حدود 0.004 تا 0.008 kw/m3 ذخیره فاضلاب است. برای حفظ شرایط هوازی و جلوگیری از گندیدگی فاضلاب و تولید بوی نامطبوع، باید هوا به میزان 0.01 تا 0.015 m3/m3-min به حوضچه وارد شود.
عملکرد مخزن متعادل ساز
عملکرد مخزن متعادل‌ساز در فرآیند تصفیه فاضلاب را می‌توان به دو بخش اصلی تقسیم کرد: متعادل‌سازی جریان و متعادل‌سازی مولفه‌ها. متعادل‌سازی جریان به تغییرات نرخ جریان در فرآیندها و تبدیل جریان‌های متناوب به جریانی پیوسته و پایدار مربوط می‌شود. از سوی دیگر، متعادل‌سازی مولفه‌ها به غلظت آلاینده‌های هدف در فاضلاب مرتبط است. غلظت آلاینده‌های فاضلاب صنعتی در طول روز به دلیل شروع و پایان فعالیت‌ها و همچنین پاکسازی خطوط تولید تغییر می‌کند. با این حال، تصفیه‌خانه‌ها بر اساس دامنه‌ای محدود از آلاینده‌ها طراحی شده‌اند و در صورت تغییرات قابل توجه در غلظت، کارایی مناسبی نخواهند داشت. عمل اختلاط درون مخزن متعادل‌ساز برای حفظ ترکیب یکنواخت فاضلاب و جلوگیری از ته‌نشینی مواد در آن بسیار مهم است. این اختلاط می‌تواند با استفاده از مخلوط‌کن‌های مکانیکی یا هوادهی انجام شود. هرچند هوادهی با استفاده از حباب‌های بزرگ هوا صورت می‌گیرد، اما انحلال اکسیژن در فاضلاب نیز اتفاق می‌افتد. در صورتی که احتمال تجزیه مواد آلی در فاضلاب و ایجاد شرایط سپتیک وجود داشته باشد، این پدیده می‌تواند مطلوب باشد. مهم‌ترین عامل در طراحی مخزن متعادل‌ساز برای تصفیه فاضلاب، ابعاد حوضچه آن است. عملکرد این مخزن از نظر اختلاط کامل، هوادهی مناسب و هزینه، به ابعاد آن وابسته است. بنابراین، مخزن متعادل‌ساز نباید بزرگ‌تر از اندازه لازم برای دستیابی به سطح مطلوب تعادل ساخته شود. این مخزن می‌تواند به صورت در خط یا خارج از خط نصب گردد. در حالت در خط، تمام جریان فاضلاب از مخزن متعادل‌ساز عبور می‌کند که این روش به دستیابی به غلظت قابل توجهی از مواد و اجزا و همچنین نرخ جریان تعدیل شده کمک می‌کند. در حالت خارج از خط، جریان‌های بیشتر از یک حد مشخص به مخزن متعادل‌ساز هدایت می‌شوند که در این صورت نیاز به پمپاژ به حداقل می‌رسد و غلظت اجزا کاهش می‌یابد.
از جمله مزایای مخزن متعادل‌ساز در فرآیند تصفیه فاضلاب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: (۱) تسهیل در تصفیه بیولوژیک، کاهش یا حذف شوک بارگذاری، رقیق‌سازی مواد مضر و تثبیت pH؛ (۲) ایجاد ثبات در بارگذاری مواد جامد، بهبود کیفیت پساب خروجی و عملکرد بهتر حوضچه ته‌نشینی ثانویه؛ (۳) کاهش سطح مورد نیاز برای فیلتراسیون پساب خروجی، بهبود کارایی فیلتر و امکان انجام دوره‌های یکنواخت‌تر شست‌وشوی معکوس فیلتر با بار هیدرولیکی پایین‌تر؛ و (۴) تعدیل بار جرمی در تصفیه شیمیایی، کنترل ورود مواد شیمیایی و افزایش پایداری فرآیند. علاوه بر بهبود عملکرد بسیاری از عملیات و فرآیندهای تصفیه، مخزن متعادل‌ساز گزینه‌ای مناسب برای ارتقاء عملکرد تصفیه‌خانه‌هایی با بار اضافی به شمار می‌آید. به منظور جلوگیری از ایجاد شرایط سپتیک، ممکن است مخزن متعادل‌ساز در تصفیه فاضلاب با اختلاط و هوادهی همراه شود. واکنش‌های بیولوژیک ناشی از هوادهی قابل چشم‌پوشی هستند، اما خروج ترکیبات فرار تا حدی اتفاق خواهد افتاد.