بررسی توام راندمان تله‌اندازی، رسوبگیری و کسرحجمی حوضچه رسوبگیر گردابی با استفاده از روش تاگوچی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

3 دستیار پژوهشی (گروه علوم و مهندسی آب ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران)

چکیده

   حوضچه رسوبگیر گردابی، سازه‌ای کارآ برای جداسازی رسوبات در کانال‌های آبیاری و تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب می‌باشد. در این مطالعه، آزمایش‌هایی در یک مدل آزمایشگاهی حوضچه، جهت بررسی توام راندمان تله‌اندازی و رسوبگیری و کسر حجمی، در آزمایشگاه هیدرولیک گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه فردوسی انجام شد. تاثیر دبی ورودی، قطر روزنه مرکزی، قطر ذرات، ارتفاع آستانه خروجی و ارتفاع سرریز انتهای کانال خروجی بر راندمان تله‌اندازی و رسوبگیری حوضچه گردابی با استفاده از روش تاگوچی و روش سطح پاسخ بررسی شد. نتایج نشان داد که در محدوده پارامتر‌های مورد بررسی در این پژوهش، برای راندمان تله­اندازی، دبی ورودی موثر‌ترین (40%) و قطر روزنه کم­تاثیر‌ترین (4/0%) پارامتر و برای راندمان رسوبگیری، قطر ذرات موثر‌ترین (43%) و ارتفاع سرریز انتهای کانال خروجی کم­تاثیر‌ترین (90/6%) پارامتر است. شرایط آزمایش با راندمان تله‌اندازی 48/75%، راندمان رسوبگیری 74/67% و مقدار کم رسوب ته‌نشین شده درکف، به دلیل کاهش چشم‌گیر اتلاف آب (46/8%)، حالت بهینه تعیین شد. بنابراین در محدوده آزمایش­های این پژوهش، حوضچه با دبی 22لیتربرثانیه، قطر ذرات 36/0 میلی‌متر، قطر روزنه 07/0 متر، ارتفاع آستانه خروجی 05/0 متر و ارتفاع سرریز 03/0 متر دارای عملکرد بهینه می­باشد. در نهایت روابط چندجمله­ای مرتبه 2 و با دقت بالا، برای محاسبه راندمان تله‌اندازی و رسوبگیری و کسر حجمی ارائه شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Trapping, Sedimentation and Volumetric Fraction Efficiency of Vortex Settling Basin Using Taguchi Method

نویسندگان [English]

  • Marziyeh Dalir 1
  • Alinaghi Ziaei 2
  • Neda sheikh rezazadeh nikou 3
1 M. Sc student of Hydraulic Structural Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
2 Department Water Engineering, College Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
3 Research Assistant (Department of Water Science and Engineering., Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran)
چکیده [English]

Vortex Settling Basin is an efficient structure for separating sediments in irrigation canals and water and wastewater treatment plants. In this study, experiments in a laboratory basin model were performed to investigate the efficiency of trapping, sedimentation and volumetric fraction in the hydraulic laboratory of Water Science and Engineering Department of Ferdowsi University. The effect of inflow, central orifice diameter, Particle diameter, end sill height, and outlet end weir height on trapping and sedimentation efficiency of the Vortex Basin was investigated using Taguchi and Response Surface Methods. The results showed that in the range of proposed parameters in this study, the inlet flow is the most effective (%40) and the orifice diameter is the least effective (%0.4) parameter for trapping efficiency, and the particle diameter is the most effective (%43) and the outlet end weir height is the least effective (%6.90) parameter for sedimentation efficiency. An experiment with %75.48 trapping efficiency, %67.74 sedimentation efficiency and a small amount of sediment deposited on the floor was determined to be optimal due to a significant reduction in water loss (%8.46). The optimum situation was obtained for a basin with inflow of 22 L/s, orifice diameter of 0.07 m, end sill height of 0.05 m and weir height of 0.03 m. Finally, high- precision relationships were presented to calculate trapping, sedimentation and volumetric fraction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Central orifice diameter
  • End sill height
  • Experimental model
  • Inlet flow rate
  • Particle diameter

مراجع

Ansari, M.A., and Athar, M. (2012). Design parameters of vortex settling basin. Water Management , 166  Issue WM5, 262–271.
Asadzadeh, F., Maleki-Kaklar, M., Soiltanalinejad, N., and Shabani, F. (2018). Central Composite Design Optimization of Zinc Removal from Contaminated Soil, Using Citric Acid as Biodegradable Chelant, Sci Rep 8, 2633 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-20942-9.
Athar, M., Kothyari, U.C., and Garde, R.J. (2002). Sediment removal efficiency of vortex chamber type sediment extractor. Journal of Hydraulic engineering, 128, 1051-1059.
Athar, M., Kothyari, U.C., Garde, R.J. )2003(. Distribution of sediment concentration in the vortex chamber type sediment extractor. Journal of Hydraulic Research, 41: 427-438.
Casalino, G., Curcio, F., Minutolo, F.M.C. (2005). Investigation on Ti6Al4V laser welding using statistical and Taguchi approaches,  J. Mater Process Technol 167, 422–428.
Cecen, K., and Bayazit, M. (1975). Some laboratory studies of sediment controlling structures. In: Proceedings of 9th Congress of ICID, Moscow, Soviet Union, 107–111.
Cecen. K. )1977(. Hydraulic criteria of settling basins for water treatment, hydropower and irrigation. Proceedings of 17th Congress of IAHR. Baden-Boden, Germany: 275–294.
Chapokpour, J., Farhoudi, J. (2011). Sediment Extraction and Flow Structure of Vortex Settling Basin. World Applied Sciences Journal, 14(5), 782-793.
Curi, K.V., Esen, I.I., and Velioglu, S.G. (1975). Vortex type solid liquid separator. Progress in Water Technology, 7(2), 183–190.
Esmaili, K. Saneie, M. and Asefi, M. (2012). Experimental investigation of orifice diameter effect on hydraulic and trapping efficiency of vortex settling basin. In: Proceedings of 9th Internation civil engineering congress, Isfahan University of Technology.(In Farsi)
Haji Ahmadi, A, Saneie, M, and Azhdari moghdam, M. (2014).  Laboratory investigation of the effect of the diameter size of orifice on the performance of curvature submerged vanes with 45o radial section in efficiency of vortex settling basins. Watershed Management Research (Pajouhesh & Sazandegi), 103, 74-82. (In Farsi)
Isa, M.H. (2005). Simulated textile dye wastewater treatment by electrochemical oxidation: application of response surface methodology (RSM). Desalin. Water Treat. 53: 2260–2265. https://doi.org/10.1080/19443994.2013.863165.
Karimifard, S., and Alavi Moghaddam, M. R. (2018). Application of response surface methodology in physicochemical removal of dyes from wastewater: A critical review. J. Science of the Total Environment 640–641: 772–797.
Keshavarzi, A.R. and Gheisi, A.R. (2006). Trap efficiency of vortex settling basin for exclusion of fine suspended particles in irrigation canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 55(4), 419-434.
Kiringu, K. and Basson, G.) 2019 .(Removal of fine non-cohesive sediment by Swirl/Vortex Settling Basin at small river abstraction works. 19th Int. Conf. on Transport and Sedimentation of Solid Particles, Cape Town, South Africa.
Li, L., Wang, P., Ma, Y., and Wu, Y. (2020 ). Reducing Sediment Deposition on Deflector in Vortex Settling Basins. J. Irrig. Drain Eng., 146(10): 06020009.
Mashauri, D. A. )1986(. Modeling of a vortex settling basin for primary clarification of water. PhD Thesis, Tampere University of Technology, Tampere, Finland.
Mousavi, S.A., Nazari, S.( 2017). Applying response surface methodology to optimize the Fenton oxidation process in the removal of reactive red 2. Pol. J. Environ. Stud. 26: 765–772. https://doi.org/10.15244/pjoes/65365.
Mulligan, S., Casserly, J., and Sherlock, R. (2018). Effects of Geometry on Strong Free-Surface Vortices in Subcritical Approach Flows. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 142(11), 1–12.
Naghedifar, S. M., Ziaei, A. N., and Naghedifar, S. A. (2019). Optimization of Quadrilateral Infiltration Trench Using Numerical Modeling and Taguchi Approach, J. Hydrol. Eng., 2019, 24(3): 1-12.
Ozcelik, B., Erzurumlu, T. (2006). Comparison of the warpage optimization in the plastic injection molding using ANOVA, neural network model and genetic algorithm, J. Mater Process Technol, 171, 437–445.
Paul, T. C., Sayal, S. K., Sakhanja, V. S. and Dhillon, G. S. (1991). Vortex settling basin design considerations. Journal of Hydraulic Engineering, 117, 172-189.
Pishgar, R. and Keshavarzi, A.R. (2018). Investigation of the Effect of two Series Connected Vortex Settling Basins (VSBs) on the Efficiency of Sediment xtraction. Journal of Iran-Watershed Management Science & Engineering, Vol. 11, No. 37.  (In Farsi)
Rao, R.S., Kumar, C.G., Prakasham, R. S., and Hobbs, P. J. (2008). The Taguchi methodology as a statistical tool for biotechnological applications: a critical appraisal, Biotechnol.  J. , 3:510–523.
Rehman, A., Athar, M. and Mansoor, T. )2017(. Mechanism of vortex motion. ISH Journal of Hydraulic Engineering, Journal ISH Journal of Hydraulic Engineering, 23(2), 135-143.
Roy, R.K. (2001). Design of experiments using the Taguchi approach:16 steps to product and process improvement, Wiley, Hoboken.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار