شکل (۴-۱) بایوفیلم تشکیل شده بر روی توری ۸۱
شکل (۴-۲) بایوفیلم تشکیل شده بر روی جداره داخلی لوله ۸۱
شکل (۴-۳) تغییرات ضخامت بایوفیلم نسبت به زمان ۸۲
شکل (۴-۴) تغییرات غلظت اکسیژن نسبت به زمان ۸۳
شکل (۴-۵) تغییرات غلظت COD پس از گذشت ‌‌یک هفته از زمان شروع ۸۵
شکل (۴-۶) تغییرات غلظت COD پس از گذشت دو هفته از زمان شروع ۸۶
شکل (۴-۷) آزمایش COD در سرعت ۱۵/۰ متر بر ثانیه ۸۶
 آزمایش COD در سرعت ۲۵/۰ متر بر ثانیه ۸۷
 در سرعت ۱۵/۰ متر بر ثانیه ۸۸
 نسبت به زمان در سرعت ۲۵/۰ متر بر ثانیه ۸۹
شکل (۴-۱۱) تغییرات COD در سرعت ۷۵/۰ متر بر ثانیه ۹۰
 در سرعت ۷۵/۰ متر بر ثانیه ۹۰
شکل (۴-۱۳) تغییرات غلظت نیتروژن کل ۹۱
شکل (۴-۱۴) تغییرات غلظت نیتروژن آمونیاکی و نیتراتی ۹۲
شکل (۴-۱۵) تغییرات غلظت مواد معلق ۹۳
فهرست جدول‌ها
جدول (۲-۱) خصوصیات شبکه‌های جمع‌ آوری در ارتباط با شرایط فرآیندی ۳۶
جدول (۲-۲) غلظت بایومس و سوبسترا در شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب ۴۴
جدول (۲-۳) خصوصیات تبدیلات مواد آلی فاضلاب در شبکه‌های جمع‌ آوری ثقلی ۴۷
جدول (۳-۱) ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع اول) ۶۳
جدول (۳-۲)ترکیبات فاضلاب مصنوعی(نوع دوم) ۶۳
فصل ۱
مقدمه

مقدمه
در این فصل در وهله اول نگاهی اجمالی به اهمیت تحقیق داریم و اشاره‌ای به نقش شبکه‌های جمع‌ آوری در توسعه پایدار شده است. کلیات فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب رخ می‌دهند و اهمیت آن‌ها بحث شده است. در نهایت ضرورت تحقیق، فرضیات و اهداف تحقیق بیان شده است.

اهمیت تحقیق
امروزه شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب‌‌ یکی از زیر ساخت‌های مهم جوامع بشری محسوب می‌شوند و در توسعه شهرها نقش مهمی دارند. عمده‌ترین نقش این سازه‌ها را می‌توان جمع‌‌آوری فاضلاب از سطح شهرها، جلوگیری از انتشار بیماری‌های اپیدمی و تامین شرایط بهداشت عموی برشمرد. هزینه‌ی اجرایی شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب بسیار بالا بوده و تقریبا ۷۵ درصد از هزینه‌های مربوط به فرایند کلی تصفیه‌ی فاضلاب را شامل می‌شوند. بنابراین حفظ و نگهداری این تاسیسات بسیار حائز اهمیت است.

طراحی بهینه و کارآمد شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب نقش مهمی در طرح‌های توسعه پایدار دارد. این تاسیسات بسیار پرهزینه بوده و در صورت بروز مشکلاتی مانند خوردگی در این شبکه‌ها، مدیریت اجرایی متحمل هزینه‌های سنگینی خواهد شد. انتشار گاز هیدروژن سولفید در شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب، باعث بروز مشکلاتی چون آزاد شدن گازهای خطرناک در جو و خوردگی لوله‌های فاضلاب و تاسیسات انتقال دهنده می‌شود]۱[.
نقش شبکه جمع‌ آوری فاضلاب امروزی که از اواسط قرن نوزدهم به منظور جمع‌ آوری فاضلاب به کار گرفته شدند، از بدو بکارگیری تا به حال، صرفا انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه بوده است. تحقیقات نشان داده‌‌‌ ترکیبات فاضلاب هنگام انتقال دائما دستخوش تغییرات می­باشد]۲[. این تغییرات کیفی فاضلاب ناشی از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و‌‌ یا بیولوژیکی است که در شبکه رخ می‌دهند، اما امروزه تاثیر این فرآیندها هنگام طراحی و بهره‌برداری از شبکه‌ها لحاظ نمی‌شود.
در شرایط بارندگی، پدیده‌های هیدرولیکی و انتقال مواد جامد فاضلاب اهمیت زیادی دارند، در حالی که در این شرایط فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی معمولا اهمیت کمتری دارند. با این حال، در شرایط بدون بارندگی که تقریبا در ۹۵ درصد اوقات در خیلی از کشورها حاکم است، فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی ممکن است روی عملکرد فاضلاب‌رو و تعامل بین فاضلاب‌رو و فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه تاثیر داشته باشند.
احتمالا به این دلیل که فعالیت محققان و عوامل اجرایی بیشتر به شرایط بارندگی اختصاص داده شده، عملکرد بیولوژیکی و شیمیایی شبکه جمع‌ آوری کمتر مورد توجه بوده است. با این حال واضح است که نمی‌توان از فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی فاضلاب هنگام انتقال چشم پوشی کرد. این فرآیندها ممکن است در ابتدا روی عملکرد خود شبکه جمع‌ آوری و در پی آن روی تاسیسات ‌تصفیه‌خانه، محیط زیست و انسان‌هایی که به صورت مستقیم‌‌ یا غیر مستقیم با فاضلاب تماس دارند اثراتی داشته باشد.
اکثر پژوهش‌های موجود در زمینه شبکه جمع‌ آوری، به ‌برنامه‌ریزی، طراحی، ‌بهره‌برداری و نگهداری از این شبکه‌ها اختصاص داده شده‌اند و در فعالیت‌های علمی توجه به واکنش‌های مذکور کم‌تر بوده است.
فرآیندهایی که در شبکه جمع‌ آوری رخ می‌دهند، دارای فازهای مختلفی هستند که عموما سیستم پیچیده‌ای دارند. این فرآیندها ممکن است در فازهای مختلف شامل فاز سیال، فاز بایوفیلم تشکیل شده، فاز رسوبات فاضلاب، هوای موجود در شبکه و نهایتا فاز دیواره فاضلاب‌روها رخ دهند]۳[. این فرآیندها بر فضای شهری تاثیر بسزایی دارند، به عنوان مثال ممکن است‌‌‌ ترکیبات بودار در جو شهری پراکنده شوند. همچنین تصفیه‌خانه‌های فاضلاب و سیستم‌های محلی دریافت کننده فاضلاب، متاثر از واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی واقع در شبکه‌ها هستند. این تاسیسات علاوه بر دریافت مواد تخلیه شده به شبکه، محصولات ناشی از فرآیندهای شبکه را مانند لجن و آب تصفیه شده نیز دریافت می‌کنند.
نمونه‌های متعددی که نشان دهنده اهمیت این فرآیندهاست وجود دارد، به عنوان مثال تاثیر سولفید تحت شرایط بی‌هوازی شناخته شده است. سولفید‌‌ یک خطر جدی برای انسان است که‌‌‌ترکیبی بدبو و سمی بوده و همچنین ممکن است مشکلات خوردگی در شبکه ایجاد کند ]۴[. علاوه بر این شرایط بی‌هوازی ممکن است باعث تولید آن دسته از سوبسترای راحت تجزیه‌پذیر شوند که حذف فسفر و دینیتریفیکاسیون را در تصفیه‌خانه با اختلال مواجه می‌کند و نیاز به تاسیسات تصفیه‌خانه را افزایش می‌دهد. درصورتی که شبکه جمع‌ آوری تحت شرایط هوازی باشد، این مواد آلی راحت ‌‌‌‌تجزیه‌پذیر حذف شده و ذراتی تولید می‌شود که ‌‌‌‌تجزیه‌پذیری آسانی دارند]۸[. بنابراین با طراحی صحیح و کارآمد ممکن است شرایط حاکم بر فاضلاب حین انتقال در شبکه جمع‌ آوری بهبود‌‌ یابد و از این پتانسیل شبکه‌های جمع‌ آوری در حذف مواد آلی فاضلاب استفاده شود و از طرفی ‌‌یک تعامل مثبت با فرآیندهای تصفیه پس از آن در تصفیه‌خانه ایجاد شود.
موارد فوق نشان می‌دهد که نقش این شبکه‌ها صرفا جمع‌ آوری و انتقال فاضلاب نیست و باید به عنوان‌‌ یک بخش جدایی ناپذیر در سیستم فاضلاب شهری در نظر گرفته شوند، اما در طراحی‌های متعارف و مدیریت اجرایی، فرض بر این است که تصفیه فاضلاب به صورت کامل در تصفیه‌خانه انجام می‌شود و نقش شبکه‌های جمع‌ آوری فقط جمع‌ آوری و انتقال فاضلاب از منابع تولید به تصفیه‌خانه است]۵[.

ضرورت تحقیق
رشد جمعیت جهانی باعث ایجاد ‌‌یک فضای رقابتی بین مهندسین طراح در زمینه اجرا و نگهداری شبکه جمع‌ آوری فاضلاب و مدیریت این نوع سیستم‌ها شده است، زیرا با رشد جمعیت و افزایش سرانه مصرف آب، فاضلاب تولید شده در شهرها نیز افزایش چشم گیری داشت و طراحان همواره به دنبال روش های نوین طراحی شبکه‌های نوین هستند.
روش های مختلفی برای تصفیه فاضلاب خانگی شامل رشد الحاقی و رشد معلق وجود دارد. اما از نقطه نظر تکنیکی و اقتصادی هنوز موضوع تصفیه فاضلاب به عنوان‌‌ یک مسئله پیچیده و پرهزینه در نظر گرفته می‌شود. اگرچه تکنولوژی در زمینه تجهیزات تصفیه‌خانه‌های بزرگ پیشرفت چشم‌گیری داشته، اما در بعضی شهرهای کوچک هنوز مشکل تصفیه فاضلاب وجود دارد. در میان پژوهش‌های انجام شده برای رسیدن به ‌‌یک تکنولوژی قابل اجرا، استفاده از شبکه جمع‌ آوری به عنوان رآکتور بیولوژیکی راهکار مناسبی است.
بهینه‌سازی توام شبکه‌های جمع‌ آوری و تصفیه‌خانه‌های فاضلاب قدیمی در شهرهایی که جمعیت آن‌ها رشد بی‌رویه‌ای داشته، می‌تواند به عنوان راهکاری مناسب در برنامه‌ریزی‌های شهری در نظر گرفته شود.
استفاده از شبکه جمع‌ آوری به عنوان تاسیسات پیش تصفیه با کاهش بار آلی فاضلاب، نیاز به تجهیزات تصفیه‌خانه را کاهش می‌دهد. همچنین در مناطقی که به دلیل هزینه‌های بالا، امکان احداث تصفیه‌خانه وجود ندارد و فاضلاب بدون هیچ‌گونه تصفیه وارد محیط پذیرنده می‌شود، با این راهکار می‌توان ضمن کاهش بار آلی، از ورود آلودگی بیشتر به محیط زیست جلوگیری کرد و از آن به عنوان راه حلی موقتی برای تصفیه استفاده کرد.
امروزه مهندسین تاثیر ظرفیت خودپالایی شبکه‌های جمع‌ آوری را روی تاسیسات تصفیه‌خانه در نظر نمی‌گیرند که احتمالا به دلیل پیچیده بودن نحوه انجام این فرآیندها می‌باشد]۶[. اغلب روابطی که به منظور توصیف این فرآیندها ارائه شده، به صورت تجربی می‌باشد. بنابراین تعداد مدل‌هایی که این فرآیندها را توصیف کرده و برهم‌کنش این فرآیندها را بیان می‌کند، محدود است.
با در نظر گرفتن این موضوع که فرآیندهای تصفیه از همان ابتدای ورود فاضلاب به شبکه جمع‌ آوری شروع می‌شوند، طراحی بسیار کارآمدتر خواهد بود. علاوه براین باید رویکردهای کلی‌تری تحت عنوان توسعه پایدار، بهداشت عمومی، حفاظت از محیط زیست و بالا بردن استاندارد زندگی برای مجامع عمومی در نظر گرفته شود.
موارد فوق موید آن است که فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در شبکه‌های جمع‌ آوری فاضلاب رخ می‌دهند، اهمیت زیادی داشته و بایستی به این بخش از عملکرد شبکه‌های جمع‌ آوری بیشتر توجه شود. با افزایش قابلیت شبکه‌ها در حذف مواد آلی، ممکن است بتوان از شبکه‌ها به عنوان تاسیسات پیش تصفیه در مناطق محروم و روستایی استفاده نمود. همچنین در مناطق سردسیر و کوهستانی که امکان تصفیه‌ی فاضلاب در فصل‌های سرد سال عملا در تصفیه‌خانه‌ها امکان‌پذیر نیست، ممکن است بتوان از شبکه‌های جمع‌ آوری به دلیل پایین‌ بودن دمای فاضلاب در زیر زمین، جهت تصفیه‌ی فاضلاب استفاده نمود.
به منظور حرکت به سمت مدیریت پایداردر ‌برنامه‌ریزی شهری، نیاز است طراحی و بهره‌برداری شبکه‌های جمع‌ آوری و تصفیه‌خانه‌ها به صورت ‌‌یکپارچه انجام شود. درک و شناسایی واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی شبکه‌ها، امکان‌‌‌ ترکیب جنبه‌های کیفی فاضلاب را با طراحی و بهره‌برداری از این تأسیسات را فراهم می‌سازد. در این صورت شبکه‌های جمع‌ آوری در مدیریت فاضلاب شهری پایدار، علاوه بر سیستم‌های انتقال دهنده فاضلاب، تأسیساتی هستند که به منظور انجام واکنش‌های تصفیه نیز طراحی می‌شوند.