کتاب WASTEWATER TREATMENT AND REUSE نوشته QASIM سال ۲۰۱۸

تاب WASTEWATER TREATMENT AND REUSE نوشته QASIM سال ۲۰۱۸

نام کتاب

Wastewater Treatment and Reuse

Theory and Design Examples

نویسندگان: Syed R. Qasim , Guang Zhu

ناشر: CRC Press – Taylor & Francis

سال انتشار: ۲۰۱۸

تعداد صفحات کتاب: جلد اول ۱۱۶۱ و جلد دوم ۷۴۷ صفحه

ISBN Volume 1: ۹۷۸-۱-۱۳۸-۳۰۰۸۹-۷

ISBN Volume 2: ۹۷۸-۱-۱۳۸-۳۰۰۹۴-۱

سرفصل ها:

۱- Introduction to Wastewater Treatment
۲- Stoichiometry and Reaction Kinetics
۳- Mass Balance and Reactors
۴- Source and Flow Rates of Municipal Wastewater
۵- Characteristics of Municipal Wastewater
۶- Wastewater Treatment Objectives, Design Considerations, and Treatment Processes
۷- Screening
۸- Grit Removal
۹- Primary and Enhanced Sedimentation
۱۰- Biological Waste Treatment
۱۱- Disinfection
۱۲- Effluent Reuse and Disposal
۱۳- Residuals Processing, Disposal, and Reuse
۱۴- Plant Layout, Yard Piping, Plant Hydraulics, and Instrumentation
۱۵- Advanced Wastewater Treatment and Upgrading Secondary
– Appendix A: Abbreviations and Symbols, Basic Information about Elements, Useful Constants, Common Chemicals Used in Water and Wastewater Treatment, and the U.S. Standard Sieves and Size of Openings
– Appendix B: Physical Constants and Properties of Water, Solubility of Dissolved Gases in Water, and Important Constants for Stability and Sodicity of Water
– Appendix C: Minor Head Loss Coefficients for Pressure Conduits and Open Channels, Normal Commercial Pipe Sizes, and Design Information of Parshall Flume
– Appendix D: Unit Conversions
– Appendix E: Summary of Design Parameters for Wastewater Treatment Processes
– Appendix F: List of Examples and Solutions

پیشگفتـار نویسندگـان

طی دهه گذشته، پیشرفت‌ها تغییرات سریعی در زمینه تصفیه فاضلاب صورت گرفته است. تاکید بر شناسایی، ردیابی و حذف آلاینده های ویژه است، شبیه‌سازی و مدل‌سازی کامپیوتری، فرآیندهای غشایی، بازیابی و استفاده مجدد از پساب، بازیابی مواد مغذی و کاهش و استفاده از جامدات آلی، بهینه سازی مصرف انرژی، درک بیشتر نظریه و اصول فرآیندهای تصفیه و استفاده از این اصول در طراحی تأسیسات می‌باشد. مهندسین محیط زیست مسئولیت‌های زیادی دارند. یکی از مهمترین و در عین حال رضایت بخش‌ترین آنها، طراحی تأسیسات تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب است. چندین کتاب وجود دارد که در مورد مبانی، اصول علمی، مفاهیم و روش‌های تصفیه فاضلاب بحث می‌کنند. محاسبات طراحی واقعی و ارائه مثال های محاسباتی با تمرکز بر کاربرد تئوری و اصول در طراحی فرآیند و تاسیسات، در این کتاب ها به طور کامل پوشش داده نمی‌شود. هدف نویسندگان این کتاب سه مورد می‌باشد: اول ارائه خلاصه وار تئوری مربوط به فرآیندهای تصفیه فاضلاب؛ دوم، تعریف پارامترهای مهم طراحی دخیل در فرآیند و ارائه مقادیر معمول این پارامترها و سوم، طراحی مرحله به مرحله مثال های عددی و واقعی از مراحل فرایندی است. بیش از 700 مثال برای پوشش طیف کامل تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب از اصول و مبانی گرفته تا فن‌آوری های نوین تصفیه اولیه، ثانویه و پیشرفته، بازیافت و استفاده مجدد از پساب و حتی استفاده مجدد از جامدات آلی، آورده شده است. این مثال ها و راه حل‌ها درک خوانندگان از مفاهیم را افزایش می‌دهد. این مسائل همچنین می تواند به عنوان مرجع اطلاعات برای مهندسان با تجربه تر و همچنین کمکی برای آموزش دانشجویان مهندسی می‌باشد. انتخاب تجهیزات و فرایند طراحی، جزو مهارت های کلیدی مهندسین است و باید در برنامه درسی مهندسی مورد تأکید قرار گیرد. مسائل عملی با راه حل های مرحله به مرحله منجر به مهارت افزایی دانشجویان مهندسی و مهندسان باتجربه شده و همچنین کمک خوبی برای داوطلبان امتحان کارشناسی ارشد، خواهد بود. همچنین، این نمونه‌های حل شده می‌توانند توسط طراحان سازه تصفیه خانه برای طراحی قسمت های مختلف و انتخاب تجهیزات استفاده شوند. بنابراین، این کتاب یک منبع تلفیقی با ارزش برای دسترسی سریع و آسان به تعداد زیادی تئوری و تمرین است و نمونه‌هایی را در زمینه فرآیندهای تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آن، حل می‌کند.

این اثر به دو جلد تقسیم شده است. اصول، مبانی و تصفیه پایه در جلد 1، که فصل 1 تا 10 را شامل می‌شود، پوشش داده شده است. جلد 2 شامل فصل‌های 11 تا 15 برای پوشش فرآیندهای پس از تصفیه، استفاده مجدد و دفع مواد جامد است.

جلد 1: اصول، مبانی و تصفیه پایه. فصل 1 خلاصه‌ای از تاریخچه کلی تصفیه فاضلاب درگذشته، حال و آینده است. فصل 2 و 3 مباحث استوکیومتری واکنش جنبشی، بقای جرم، تئوری راکتورها و بقای جریان و جرم را پوشش می‌دهد. منابع فاضلاب شهری، جریان و ویژگی‌های آن در فصل 4 و 5 ارائه شده است. فصل 6 نگاهی عمیق تر به اهداف تصفیه فاضلاب، ملاحظات طراحی و فرآیندهای پردازش و نمودارهای فرآیندی را ارائه می‌دهد. فرآیندهای پیش ­تصفیه در فصل 7 و 8 پوشش داده شده است. این مرحله شامل آشغالگیر و حذف شن و ماسه (دانه گیر) است. فصل 9 به تصفیه اولیه و رسوب گذاری ساده و یا به کمک مواد شیمیایی پرداخته است . در نهایت فصل 10 به فرایند تصفیه بیولوژیکی و حذف مواد مغذی می­پردازد.

جلد 2: تصفیه ثانویه، استفاده مجدد و دفع. فصل 11 شامل فرایندهای عمده گندزدایی پساب است، در حالی که فصل 12 به دفع پساب و استفاده مجدد می‌پردازد. فصل 13 به مدیریت لجن، بازیابی منابع و استفاده مجدد از جامدات آلی اختصاص داده شده است. پلان تصفیه خانه، لوله‌ کشی حیاط، هیدرولیک تصفیه خانه و ابزار دقیق و کنترل در فصل 14 پوشش داده شده است. ارتقاء امکانات تصفیه ثانویه، بکارگیری زمین، تالاب‌ها، فیلتراسیون، جذب کربنی، BNR و MBR و فرآیندهای پیشرفته تصفیه فاضلاب مانند تبادل یونی، فرآیندهای غشایی و تقطیر برای کانی‌زدائی در فصل 15 مورد مطالعه قرار گرفته است.

این کتاب به نیازهای دانشجویان، اساتید، مهندسان مشاور، تولیدکنندگان تجهیزات و پرسنل فنی در شهرها، منطقه و سازمان‌های دولتی که با بررسی طرح‌ها، مجوزها و اجرای آنها سر وکار دارند، پاسخ خواهد داد. برای به حداکثر رساندن سودمندی کتاب، اطلاعات فنی بطور خلاصه در بسیاری از جداول آورده شده که این اطلاعات از منابع مختلف جمع آوری گردیده است. همچنین شش پیوست در انتها گنجانده شده است. این پیوست‌ها شامل (الف) اختصارات و نمادها، اطلاعات اساسی در مورد عناصر، ثابت‌های مفید، مواد شیمیایی رایج مورد استفاده در آب و فاضلاب و الک‌های استاندارد ایالات متحده و اندازه شبکه‌های آن، (ب) ثابت‌های فیزیکی و خواص آب، حلالیت گازهای محلول در آب و ثابت‌های مهم برای حلالیت و سدیم آب، (ج) ضرایب افت هد برای کانال‌های روباز و لوله های تحت فشار، اندازه‌های تجاری لوله‌های عادی و اطلاعات طراحی پارشال فلوم، (د) تبدیل واحد، (ه) پارامترهای طراحی فرآیندهای تصفیه فاضلاب و (و) لیستی از نمونه‌های ارائه شده و حل شده در این کتاب. این پیوست‌ها در هر دو جلد موجود است. فهرست موضوعات مثال های عددی را با کلمات کلیدی نشان داده است. این خود کمک زیادی به خوانندگانی خواهد کرد که دنبال مثال هایی با موضوعات خاص می گردند.

در این کتاب مطالب فراوانی برای دوره های مختلف تخصصی و دوره های ترکیبی مرتبط با موضوع فاضلاب موجود است. مطالب تکمیلی برای دوره تصفیه آب شامل اجزای تقاضای آب شهری (بخش 4-3)، اختلاط سریع، انعقاد، لخته‌سازی و رسوب گذاری (بخش 9-6، 9-7 و 10-9)، فیلتراسیون (بخش 15-4-6)، جذب کربن (بخش 15-4-8) گندزدایی با کلر و ازن (بخشهای 11-6،11-8)، حذف مواد معدنی با تبادل یون و فرآیندهای غشایی (بخشهای 15-4-9 و 15-4-10) و مدیریت لجن (بخشهای 13-4-1 تا 13-4-3، 13-5 تا 13-8 و 13-11-6) می باشد. حداقل سه دوره ‌یک ترمی و یک دوره دو ترمی متوالی در زمینه فاضلاب در سطح مقطع کارشناسی یا فارغ التحصیلان می‌توان از این کتاب توسعه و آموزش داد. مباحثی که پوشش داده می شود، به زمان موجود، میزان پوشش مطالب و اهداف دوره بستگی دارد. دوره‌های پیشنهادی تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد عبارتند از:

دوره الف: دوره مقدماتی یک ترمی ‌در مورد تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد
دوره ب: دوره پیشرفته دو ترمی ‌بر روی تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد
دوره ج: دوره‌ی یک ترمی عملیات و فرآیندهای واحدهای فیزیکی و شیمیایی
دوره د: دوره‌ی یک ترمی‌ تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

تیترهای پیشنهادی قابل تدریس در این دوره‌ها در جداول زیر ارائه شده است. این جداول تحت سه ستون دارند: موضوع، فصل و بخش. مثالها در این جداول قرار داده نشده است. انتظار می‌رود که اساتید خودشان برای پرداخت عمقی به مفاهیم مثال های مورد نیاز را انتخاب کنند.
در راه حل‌های مثال ها، توضیحات کامل برای نشان دادن محاسبات گام به گام، ارائه شده است. پارامترهای هیدرولیکی و فرایندی بسیاری در این عبارات موجود است. برای کارآمدی بیشتر، این پارامترها با نمادها نشان داده می‌شوند. گاهی اوقات، در همان مثال، پارامترها چند بار برای جریان های مختلف یا راکتورها اعمال می‌شود. بنابراین، از زیرنویس برای شناسایی این پارامترها استفاده می‌شود. هر نماد زمانی که برای اولین بار در راه حل مثال ظاهر می‌شود، به طور کامل تعریف می‌شود. پس از آن این نماد در کل راه حل تکرار می‌شود. این روش (1) در صرفه جویی فضا مفید است و (2) به راحتی در فرمول ها قابل استفاده است. علاوه بر این، این نمادها، طراحان را در محاسبات طراحی خود در هنگام استفاده از نرم افزار مت‌کد یا اکسل کمک می‌کند.
در این کتاب، سیستم‌های واحد بین المللی (SI) استفاده می‌شود. این سیستم، سازگار با شیوه‌های تدریس در اکثر دانشگاه‌های ایالات متحده و سراسر جهان است. بیشتر جداول موجود در کتاب دارای واحدهای دوگانه هستند و عبارتند از تبدیل SI به واحد‌های معمولی U.S. که در پاورقی آورده شده است. داده‌های تبدیل واحد مورد نیاز و پارامترهای طراحی فرآیند اصلی، در ضمیمه‌های (د) و (ه) ارائه شده است.

قـدردانـی

یک پروژه در این وسعت، نیاز به تعاون و همکاری بسیاری از افراد و سازمانها دارد. ما به بسیاری از افراد حرفه ای، اعضای هیات علمی، دانش‌آموزان و دوستان که با پیشنهادات سازنده کمک کرده اند، مدیون هستیم. ما باید از حمایت، تشویق و بررسی‌های مهیج مایکل موریسون، والتر چیانگ و پیت کی پاتل در این پروژه قدردانی کنیم. شرکت “CP&Y” یک شرکت مهندسی مشاور چند رشته‌ای در دالاس تگزاس است که پشتیبانی فنی را ارائه داد. ما از حمایت و پشتیبانی مایکل فری گریوز، مارسیا تار وراگرا، گرگوری و جانسون، الن سی کارپنتر، باربارا وینسنت، مگان‌ای مارتین، گیل وار بارت و دارویو سانچز قدردانی می‌کنیم. بسیاری از دانشجویان نیز با تایپ کردن، گرافیک، جستجوی ادبیات موضوعی و تصحیح به ما کمک کردند. در میان آنها برنارد دسوزا، رجواهر کامیدی، نلسون سول، ریچا کارانجار، گوتام اپی و الیماتو سیسای هستند.
کلسی وارن مدرک محیط زیست سید قسیم در دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تگزاس در آرلینگتون را اعطا کرد. این بودجه در حمایت از دانشجویان کمک بسیار کرد. از حمایت دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تگزاس در آرلینگتون بسیار قدردان هستیم. به ویژه، ما از حمایت دکتر علی ابوالمعالی و از حمایت‌های خستگی ناپذیر سارا ریدنور در فراهم کردن تدارکات تشکر می‌کنیم.
سرانجام، باید از حمایت عمیق، تشویق و صبر و شکیبایی خانواده‌هایمان قدردانی کنیم.
اگر چه بخش‌های این کتاب توسط حرفه ای‌ها و دانشجویان مورد بررسی قرار گرفته است، ولی آزمون واقعی زمانی خواهد بود که کتاب در کلاس‌ها و یا توسط حرفه ای‌ها در طراحی تاسیسات تصفیه فاضلاب مورد استفاده قرار بگیرد. ما از این موضوع بسیار قدردانی خواهیم کرد اگر همه کسانی که از این کتاب استفاده می‌کنند، ما را از هر گونه خطا و تغییراتی که معتقدند مفید است، مطلع کنند.

سید ر. قسیم و گوانگ ژو
آرلینگتون، تگزاس