ATIK SULARIN DENİZ ORTAMINDA SEYRELMESİ

ATIK SULARIN DENİZ ORTAMINDA

SEYRELMESİ

Şekil. Denize deşarj edilen atıksu jetinin davranışı 2

• Şekil. Denize Deşarj Edilen Atıksu Jetinin Davranışı

• JET ve BULUTLAR

• Jet; akışkanın bir delik veya yarıktan kendisi ile aynı anda veya benzer diğer büyük bir akışkan kütlesi içine verilmesidir.

Bulut ise jet’e benzeyen, fakat yoğunluk farkı sebebiyle çevresindeki akışkana göre pozitif (yüzen) veya negatif (batan) potansiyel enerjiye sahip bir akımdır.

• Örneğin; suya batırılmış bir hortumdan çıkan su bir jet akımdır. Buna karşılık, bir yangın sırasında atmosfere yükselen duman ve sıcak gazlar ise bulut akımlardır.

• Jetlerde itici güç, deşarj edilen akışkanın momentumu, bulutlarda ise çevre ile olan yoğunluk farkıdır.

• Çevreye yapılan deşarjların çoğu momentum ve yüzdürmenin ortak etkisi sonucu oluşturulurlar ve “yükselen jet” olarak adlandırılırlar. Başlangıçta akım delikten çıkan akışkanın momentumunca kontrol edilir. Fakat daha sonra çıkan akışkanla çevresi arasındaki yoğunluk farkı dolayısı ile jette yüzdürme tesirleri hâkim olur.

• Delikten belirli bir mesafe sonra bütün jetler gerçekte bulut gibi davranırlar. Deniz deşarjları ile ilgili seyrelme hesapları da bütünü ile bulutlar için geliştirilen formüllere göre yapılır.

Ancak pek çok halde başlangıçtaki momentum akısı da önem kazanmaktadır.

Türbülanslı jetlerde olaya etki eden faktörler başlıca üç ana grupta toplanır.

• I. Jet Parametreleri= Başlangıçtaki jet hızı dağılımı ve

türbülans derecesi ile jetin kütle akısı, momentum akısı ve

jetteki herhangi bir iz maddenin (ısı, tuzluluk veya kirletici gibi) akısını kapsamaktadır.

• II. Çevresel Parametreler= Türbülans derecesi, akıntılar ve yoğunluk tabakalaşması gibi ortamla ilgili faktörlerdir. Bu faktörler genellikle jeti akış noktasından belirli bir mesafe sonra etkilemeye başlarlar.

• III. Geometrik Parametreler= Jet şekli ve civarındaki serbest yüzeylerle ilişkilerinden ibarettir.

• Jet ve bulutlar, borulardaki akımlar gibi laminar veya türbülanslı akım karakterinde olabilirler. Pratikte

karşılaşılan problemlerin büyük çoğunluğu türbülanslı yapıdadır . Pratik olarak Re> 2000 halinde jet akımın türbülanslı olduğu kabul edilmektedir.

• Jet akımın dinamiğinde etkili olan parametreler:

• Jetin Kütle Akısı (ρµ): Jet en kesitinden birim zamanda geçen akışkan kütlesi

• ρµ=

∫ ρ. ώ. d.A

• ρ: akışkanın yoğunluğu

• µ: özgül kütle akısı

• A

: jetin kesit alanı

• ώ : jet ekseni doğrultusunda zamansal ortalama akım

hızı

• Jetin Momentum Akısı (ρM): Birim kesitten, birim zamanda geçen momentum.

• ρM=

∫ ρ. ώ

. d.A

•

• Yoğunluk farkı akısı (ρB): Bir en kesitten birim zamanda yukarı veya aşağı istikamette geçen akışkan ağırlığı

• ρB=

∫ g.(∆ρ). ώ . d.A

• ∆ρ: jet içerisindeki ve haricindeki akışkanlar arasındaki yoğunluk farkı

• B:özgür yüzme ve batma akısı

• Özgür yüzme akısı (yukarı doğru akı) yoğunluk farkını meydana getiren iz maddenin akısına bağlıdır. Genellikle etkili yerçekimi ivmesi (g

) tanımından hareketle açıklanabilir.

• g

= (∆ρ/ρa).g

• ρ

: atıksu yoğunluğu g:yerçekimi ivmesi

• Ρ

:alıcı ortam yoğunluğu

• ∆ρ= ρ

- ρ

• Hacim akısı, özgül momentum akısı ve özgül yoğunluk farkı akısının (yüzme veya batma) başlangıç değerleri sırasıyla Q ve M aşağıdaki bağıntılarla bulunur.

• Q= (π Δj²/4).ω , M= (π Δj²/4).ω ²

• Burada; Δj: jetin çıkıştaki çapı

• ω : jetin başlangıçtaki hızı

• Yoğunluk farkı alıcı ortamla bulut arasındaki sıcaklık farkından kaynaklanması halinde başlangıç akısı;

• ρB= α.g.(ρ₁/C_p )

• α : hacimsel genleşme katsayısı

• ρ₁: ısı kaynağınca verilen sıcaklık akısı

• C_p:bulutu teşkil eden sıvının sabit basınç altındaki özgül ısısı

• Atıksu deniz deşarjlarında, dairesel jet halinde başlangıçtaki özgül yoğunluk farkı;

• B=g. (∆ρ/ρa).Q=g^ı.Q olarak ifade edilebilir.

• Türbülanslı dairesel yoğunluk jetlerinde seyrelmeyi etkileyen temel değişkenler Q, M ve B olup, jet kesit, geometrisi ve çıkıştan önceki türbülans seviyesi ikinci

dereceden önem taşımaktadır.

• Model tesislerde yapılan deney ve gözlemler, alıcı ortama açılan jetin, civarında türbülansa yol açtığını, jet çapının giderek büyüdüğünü ve akım alanının iki farklı bölgede ele alınabileceğini göstermektedir.

Şekil. Deşarjdan Sonraki Akımın Gelişimi

• I.Gelişme Bölgesi: Bu bölgede eksen

civarındaki hız, başlangıçtaki U

değerine eşit olduğundan, eksen civarındaki bu potansiyel çekirdeğin üst ve alt tarafı karışım bölgesini oluşturur. Potansiyel çekirdek boyu, dairesel jetler halinde (6.2 6)D, çizgisel jetler halinde ise (5.2 5)B kadardır.

• II. Gelişmiş Akım Bölgesi: eksendeki hızın

giderek küçüldüğü bölgedir.

• Deneyler jet eksenine dik eksen boyunca jet içindeki konsantrasyon ve hız dağılımlarının normal (Gauss dağılımı) olduğunu göstermektedir. Jetteki hız ve konsantrasyon dağılımları;

Şekil. Jet eksenindeki hız ve konsantrasyon dağılımları

12

Burada;

13

Froude sayısı

İndislerin anlamları;

14

• Yoğunluk, seyrelme ve konsantrasyon arasındaki ilişkiler su prizması yardımıyla ifade edilebilir;

15

1. SEYRELME (S1)

• 1. Seyrelmenin hesaplanmasında bir çok

yaklaşım kullanılmaktadır. Abaklar yardımı ile hesaplama veya formül kullanarak hesaplama yöntemleri literatürde bulunmaktadır.

• Projelendirmede her iki yöntem de kullanılır

ve emniyetli bölgede kalabilmek için küçük

olan değer kabul edilerek diğer seyrelmelere

geçilir.

1. SEYRELME (devam)

• Birinci seyrelme atıksuyun deşarj edildiği andan yüzeye ulaşana ya da tutuklanana kadar geçirdiği seyrelme yani dikey yönde olan seyrelmedir. Bu seyrelmeyi deşarj derinliğinde kuvvetli akıntı olup olmaması, atıksu jetinin noktasal mı çizgisel mi yükseldiği ya da ortamda yoğunluk tabakalaşması olup olmadığı gibi faktörler etkilemektedir.

• Akıntı var olma durumunda ki 1. seyrelme hesabından bir önceki bölümde yani «atıksu arıtma metodları» nın anlatıldığı bölümde «Deşarj hattının projelendirmesi» konusunda bahsedilmişti.

• Bu bölümde akıntının olmadığı ya da çok az olduğu veya mevsimsel olduğu durumlarda yani kararlı deniz ortamındaki seyrelme hesaplarından bahsedeceğiz öncelikle.

1. SEYRELME (devam)

• Kararlı deniz ortamlarına atıksu iki şekilde verilebilir.

• 1. Atıksu jetlerinin birbirine girişim yapmadan

yükseldiği, ya da tek bir noktadan verildiği

nokta kaynak durumu

• 2. Atıksu jetlerinin birbirine girişim yaparak, birbirinin içine karışarak yükseldiği çizgisel kaynak durumu

Çizgisel kaynak durumunda delikler birbirine

yakındır. Bu deşarja difüzörlü deşarj da denir.

• Difüzör deliklerinden çıkan atıksu jetleri arasında girişim olmaması için delikler arasındaki mesafe (L),

• Atıksu tarlası yüzeyde ise;

• Atıksu tarlası batmış halde ise

• h: (deşarj derinliği d) delik üzerindeki su derinliği

• 𝑦𝑚𝑎𝑥: batmış atıksu tarlasının üst sınırının difüzör deliğinden olan uzaklığı

• Difüzör delikleri şaşırtmalı ise bu değerlerin yarısı alınabilir.

• y/L>5 halinde girişim ihmal edilebilir.

1. SEYRELME (devam)

• Birinci seyrelmenin hesaplanmasında atıksu jetinin ortama veriliş şekli kadar ortamın yoğunluk tabakalaşması durumu da önemlidir. Yoğunluk tabakalaşması durumuna göre deniz

ortamı üçe ayrılır:

• 1. Yoğunluğun derinlik boyunca değişmediği (uniform kaldığı) homojen ortam. Bu ortamda atıksu jeti mutlaka deniz

yüzeyine yükselir.

1. SEYRELME (devam)

• 2. Yoğunluğun derinlik boyunca lineer arttığı

tabakalaşmalı ortam. Yani deniz ortamında piknoklin

var. Ancak atıksuyun denizin yüzeyine çıkıp

çıkamayacağını bilemeyiz. Atıksuyun yükselebileceği

en yüksek mesafeyi hesaplamamız gerekir.

1. SEYRELME (devam)

• 3. Yoğunluğun derinlik boyunca lineer olmayan şekilde (Non-Lineer) arttığı tabakalaşmalı ortam.

Yoğunluk belli bir derinlikten sonra aniden artar.

Atıksuyun yüzeye çıkıp çıkamayacağını yine bilemeyiz.

Ymax hesaplamamız lazım. Ancak yoğunluğun ani

arttığı bölgeye verilirse büyük ihtimalle tutuklanma

olacaktır.

1. SEYRELME (devam)

• Atıksuyun yükselebileceği en yüksek mesafe ymax olarak tanımlanır. ymax farklı deniz ortamları ve farklı atıksu deşarj şeklleri için farklı formüllerle hesaplanır. Aşağıda formülde de görüldüğü üzere eğer hesapladığınız ymax, deşarj derinliğine eşit ya da deşarj derinliğinden büyükse atıksu tutsaklanmaz, su yüzeyine çıkar. Ancak hesapladığınız ymax deşarj derinliğinden küçükse atıksu o mesafede (yani ymax mesafesinde) tutsaklanır, su yüzeyine çıkamaz

1. SEYRELME HESAPLANMASI

• Birinci seyrelmeyi hesaplayabilmek için abak ve formüllerden yararlanabileceğimizi

söylemiştik.

• Abak ile hesap hakkında kısa bilgi vererek formül ile hesaplamaya geçelim.

• Abak örnekleri slaytlarda verilmiştir.

ABAK YARDIMI İLE 1. SEYRELME HESABI

Durgun ve üniform yoğunluklu ortamlara yatay dairesel delikten atıksu deşarjında jet yarıçapının hesabı için;

ABAK YARDIMI İLE 1. SEYRELME HESABI

Şekil. Durgun ve üniform yoğunluklu ortamda yatay dairesel jet halinde eksenel seyrelmelerin hesabı için diyagram (Brooks, 1969)

A. NOKTA KAYNAK DURUMUNDA FORMÜL İLE BİRİNCİ

SEYRELME (S1) HESABI

A. NOKTA KAYNAK DURUMUNDA FORMÜL İLE BİRİNCİ

SEYRELME (S1) HESABI

Örnek;

B. ÇİZGİSEL KAYNAK DURUMUNDA FORMÜL İLE

BİRİNCİ SEYRELME (S1) HESABI

B. ÇİZGİSEL KAYNAK DURUMUNDA FORMÜL İLE BİRİNCİ SEYRELME (S1) HESABI

Düşey jet Yatay jet

A 0,31 0,36

2,84 2,5

Örnek;

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ SEYRELMELER

• Önceki bölümlerde anlatılan hesaplarda bulunan değerler, varsayımlar geçerli olsa bile tasarımda doğrudan kullanılmaz.

Atıksu (pis su) tarlasının seyrelmeyi

engelleyici etkisini de göz önüne almak

gereklidir.

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ SEYRELMELER

Deşarj edilen atıksular, d (deşarj derinliği) ya da ymax (atıksuyun yükselebileceği en üst seviye) noktasına yükselirken deniz suyu ile karışırlar. Ancak atıksu bulutu pis su tarlasının alt noktasına geldiği zaman seyrelme sona erer. Bu noktanın üzerinde meydana gelen karışımın seyrelmeye katkısı olmayacaktır.

Çünkü ortamda daha önceden deşarj edilmiş olan pis sular birikmiş olup, ortamın bu noktasına yükselen bulut temiz su ile değil, pis su tarlasındaki atıksu ile karşılaşmaktadır.

Pis su tarlasının alt yüzeyi olan yb den daha yüksek olan karışım, sadece yükselen bulutun çeşitli noktalardaki konsantrasyon farklılıklarını gidermeye katkıda bulunacak,

ortalama seyrelmeyi

arttırmayacaktır.

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

ATIKSU TARLASININ ENGELLEYİCİ ETKİSİ ALTINDAKİ

SEYRELMELER

Örnek;

Örnek ödev 1;

Örnek ödev 2;

Örnek ödev 3;