بهينه سازي عملكرد هيدروسيكلون با هدف حذف ماسه از آب چاه (مطالعه موردي: چاه هاي آب شرب شهر مشهد)

Optimization of Hydrocyclone Performance in Sand Removal from Well Water (A Case Study of Drinking Water Wells in Mashhad)

از هيدروسيكلون براي جداسازي جامدات معلق سنگين تر از آب از جمله ماسه و سيلت استفاده مي شود. در اين تحقيق پس از شناسايي تمام فاكتورهاي موثر بر عملكرد هيدروسيكلون ها، نسبت به بهينه سازي متغيرهاي تاثير گذار با روش طراحي آزمايش تاگوچي اقدام شد. با هدف بهينه سازي عملكرد هيدروسيكلون در حذف ماسه از آب، 18 هيدروسيكلون بر اساس متغيرهاي تاثيرگذار شامل قطر ورودي، قطر سرريز، قطر ته ريز، قطر بدنه هيدروسيكلون، ارتفاع بخش استوانه اي، ارتفاع كل و نيز ارتفاع ديافراگم، طراحي، ساخته و مورد آزمايش قرار گرفت. براي بهينه سازي اين هيدروسيكلون ها، از دو غلظت حداقلي و حداكثري جامدات معلق (شن و ماسه) اخذ شده از نمونه هاي چا ه هاي سطح شهر مشهد به ترتيب معادل20 و 100 ميلي گرم در ليتر و با توزيع مشاهده شده، استفاده شد. نتايج آناليزهاي آماري نشان داد كه در شرايط بهينه، نسبت قطر ورودي و قطر سرريز به قطر هيدروسيكلون، مشابه و معادل 0/225و قطر ته ريز به آن معادل 0/15 است. همچنين نسبت ارتفاع بخش استوانه اي و ارتفاع ديافراگم به ارتفاع كل هيدروسيكلون نيز به ترتيب 0/12 و 0/08 تعيين شد. علاوه براين، راندمان جرمي حذف ماسه ها در شرايط بهينه و بسته به تكرارهاي مختلف، بين 95/9 تا 98/4 درصد پيش بيني شد. اين در حالي است كه با ساخت هيدروسيكلون بهينه و آزمايش آن در سه تكرار، اين رقم بالغ 1/1±97/2 درصد بود. مقايسه نتايج راندمان جرمي پيش بيني شده توسط روش تاگوچي نسبت به مقادير واقعي اندازه گيري شده كه با ساخت هيدروسيكلون بهينه انجام شد، نشان داد كه نتايج مورد نظر بسيار به هم نزديك هستند. نسبت هاي هندسي تعيين شده در اين تحقيق نيز عموماً در محدوده بين حداقل و حداكثر نسبت هاي ارائه شده در هيدروسيكلون هاي به كار رفته در معدن كاري است. از اين نسبت ها و پس از افزايش مقياس، مي توان در ساخت هيدروسيكلون هاي خاص ماسه زدايي از آب استفاده نمود.

Hydrocyclones are used for removing suspended solids such as silt and sand from water. In this study، all the factors involved in the performance of hydrocyclones were initially identified and listed before they were optimized using the Taguchi experiment design method. It was the objective of the present study to optimize the efficiency of hydrocyclones in removing sand from water. For this purpose، 18 hydrocyclones were designed and constructed to test all the variables affecting their performance including hydrocyclone inlet، overflow، apex، and body diameters as well as cylindrical، total، and vortex finder heights. Minimum (20 mg/l) and maximum (100 mg/l) concentrations of total suspended solids (sand) in the samples from the water wells in Mashhad city along with the observed particle distribution were used in the optimization. Statistical analysis of the results showed that the ratio of the inlet and overflow diameters to that of the hydrocyclone was 0.225 and that the ratio of the apex diameter to that of the hydrocyclone was 0.15. Also، the ratios of the cylindrical and vortex finder heights to the total height of the hydrocyclone were 0.12 and 0.08، respectively. Under optimum conditions، sand removal efficiency varied from 95.9% to 98.4% in different experiments. This is while a value of 97.2±1.1% was obtained as the result of three tests in the hydrocyclone optimized in this experiment. Comparison of the mass removal efficiencies predicted by the Taguchi method and the values measured in the optimal hydrocyclone tests showed that both sets of data were very close and substantially high. Moreover، it was found that the geometric elements obtained in this study were generally in the range of minimum and maximum ratios proposed for hydrocyclones used in mining. These ratios may، therefore، be recommended for use in the construction of real-scale hydrocyclones for sand removal from water.