آب و فاضلاب
سال:1395 | دوره:27 | شماره:5 (مسلسل 105) |تعداد مقالات:12

برآورد افزایش جمعیت کشور تا 100 میلیون نفر دردو دهه آینده، توسعه در محورهای کشاورزی، صنعتی و شهری را ایجاب می کند. در پیشگفتار مجله شماره 99 مطرح شد که اگر سرانه آب برای توسعه همه جانبه، 1500 مترمکعب در سال فرض شود، با کمبود آب معادل 50 میلیارد مترمکعب روبرو خواهیم بود.

ارزیابی به عنوان یکی از گام های اساسی مدیریت یکپارچه منابع آب از مهم ترین مراحل برنامه ریزی و اجرای آن است. در این راستا، نظام حسابداری آب به عنوان ابزاری برای سازماندهی و ترکیب داده های گردآوری شده از منابع مختلف به منظور تدوین یک سیستم اطلاعاتی و فراهم آوردن امکان ارزیابی یکپارچه سیستم های منابع آب از طریق پیوند بین داده های فیزیکی و اقتصادی معرفی می شود. منطقه مورد مطالعه، محدوده مطالعاتی مشهد بود. با توجه به چارچوب پیشنهادی سازمان ملل، پس از تدوین حساب های آب مربوط به منطقه، متناظر با سال های 1380 و 1385، با استخراج نشانگرهایی به تحلیل وضعیت منابع آب پرداخته شد. در نهایت با در نظر گرفتن گزینه هایی بر اساس مدارک موجود و اسناد توسعه بر اساس مدل تحلیلی سیستم دینامیک در محیط SIMULINK به ارزیابی نهایی منطقه پرداخته شد. نتایج حاصل نشان داد که اگر ارزیابی بر مبنای مقیاس منطقه ای (و نه مزرعه) صورت گیرد با اعمال اصلاحات در مدیریت عرضه و تقاضا (به ویژه اصلاح مصارف آب در کاربری های مختلف بخصوص کشاورزی و بازتخصیص سهم آب بین بخش های مختلف) می توان میزان افت آبخوان و همچنین تولید ناخالص داخلی را در منطقه بهبود بخشید. برای نمونه می توان با عدم اختصاص آب به بخشی از محصولات پرمصرف کشاورزی و تخصیص آن به خدمات، به ترتیب 2115 و 5690 ریال در هر مترمکعب در بهره وری منطقه در سال های 85 و 80 بهبود به دست آورد.

آب های آلوده و نقش آنها در انتقال پاتوژن ها که باعث عفونت های روده ای در انسان می شوند، حائز اهمیت بسیاری است. استفاده از روش های سنتی از جمله محیط کشت در تشخیص اشریشیاکلی علاوه بر این که به زمان زیادی نیاز دارد، قابلیت شناسایی برخی پاتوتایپ های آن را نیز فراهم نمی کند. این پژوهش با هدف ارائه راهکارهای مولکولی در شناسایی سریع و اختصاصی پاتوتایپ های اشریشیاکلی انجام شد. به این منظور به مدت یک سال از مهر ماه سال 1391 تا مهر ماه سال 1392 از بین 978 نمونه آب، طی فرایندهای غربالگری اعم از فنوتیپی و مولکولی (سه گانه ژن های اختصاصی)، 106 سویه اشریشیاکلی جدا شد. نتایج حاصل از این پژوهش بیانگر پتانسیل بالای آب در انتقال میکروارگانیسم های پاتوژن بود. طی این پژوهش مشخص شد 10 سویه، دارای ژن های est و elt، 6 سویه دارای ژن eaeA، 5 سویه دارای ژن bfpA، 4 سویه دارای ژن های pCVD و ipaH، 3 سویه دارای ژن های VT1 و VT2 و 1 سویه دارای ژن هایcnf1 و cnf2 می باشند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از روش های مولکولی بر پایه پرایمرهای طراحی شده در این پژوهش می تواند روشی مناسب، سریع و اختصاصی در شناسایی پاتوتایپ های اشریشیاکلی باشد.

بررسی مقدار آلاینده ها در ماهیان به دلیل مصرف آن توسط انسان از اهمیت خاصی برخوردار است. پژوهش حاضر، به منظور تعیین غلظت جیوه در آب، رسوبات و ماهیان تالاب هامون و مقایسه میزان آن با حد مجاز مقدار مرجع انجام گرفت. برای تعیین غلظت جیوه کل از روش آنالیز پیشرفته جیوه (AMA, 254 LECO)، روش استاندارد شماره D-6722 استفاده شد. میانگین غلظت جیوه در عضله آمور، کپور معمولی، فیتوفاگ، سرگنده، شیزوسیپریس و هامون ماهی به ترتیب 0.14، 0.28، 0.15، 0.15، 0.34 و 0.36 و در کلیه به ترتیب 0.21، 0.32، 0.22، 0.23، 0.36 و 41 میلی گرم در کیلوگرم بود. غلظت جیوه رسوبات در ایستگاه های یک، دو و سه به ترتیب 0.39، 0.44 و 48 میلی گرم در کیلوگرم و غلظت جیوه آب در ایستگاه های مذکور به ترتیب 0.06، 0.07 و 0.08 میلی گرم در لیتر برآورد شد. نتایج نشان داد که به طور کلی بین غلظت جیوه عضله و کلیه در گونه های مختلف، تفاوت معنی داری وجود دارد (P<0.001). بر اساس نتایج این پژوهش، غلظت های جیوه ماهیان، از محدوده پیشنهادی توسط سازمان بهداشت جهانی و سازمان خوار و بار جهانی، اداره غذا و دارو و آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا و اتحادیه اروپا کمتر است.

فنل یا هیدروکسی بنزن یکی از هیدروکربن های آروماتیک سمی است. این ترکیب از طریق دفع فاضلاب تعدادی از صنایع باعث آلودگی محیط زیست و به ویژه منابع آبی می شود. در این پژوهش حذف فنل در محلول های آبی به روش الکتروپرسولفات و الکتروفنتون با استفاده از الکترود آهن مورد مطالعه قرار گرفت. در این پژوهش، یک راکتور منقطع الکتروشیمیایی در مقیاس آزمایشگاهی مجهز به چهار الکترود و منبع برق مستقیم مورد استفاده قرار گرفت. در آزمایش های انجام شده اثر پارامترهای موثر عملیاتی مانند pH اولیه، دانسیته جریان و غلظت اولیه فنل، غلظت اولیه پراکسید هیدروژن و پرسولفات بر راندمان حذف فنل بررسی شد. نتایج نشان داد که فرایند الکتروپرسولفات و الکتروفنتون قادر به حذف فنل با راندمان 95.18 و 93.99 درصد در شرایط عملیاتی pH برابر 3، غلظت اولیه فنل 100 میلی گرم در لیتر در غلظت 0.4 میلی مولار پراکسید هیدروژن و پرسولفات با دانسیته جریان 0.07 آمپر در دسی متر مربع در زمان 45 دقیقه می باشند. همچنین با افزایش مقدار پرسولفات و پراکسید هیدروژن از 0.4 به 0.8 میلی مولار در فرایند الکتروپرسولفات و الکتروفنتون به ترتیب راندمان از 95.18 و 93.99 به 43 و 85 درصد کاهش پیدا کرده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که فرایندهای الکتروپرسولفات و الکتروفنتون در حذف فنل دارای راندمان حذف یکسانی بوده و به طور کلی تلفیق فرایند الکتروشیمیایی و پرسولفات به منظور تولید الکتریکی آهن و فعال سازی پرسولفات دارای توانایی بیشتری در مقایسه با استفاده مجزا از این فرایندها است.

تصفیه پساب های حاوی مواد رنگی آلی با روش های متفاوتی از جمله فرایندهای اکسایش الکتروشیمیایی پیشرفته صورت می گیرد. فرایند الکتروفنتون یکی از انواع این فرایندهاست که در آن با اعمال برق به الکترودهای آند و کاتد، طی واکنش های الکتروشیمیایی، رادیکال های هیدروکسیل تولید شده و با حمله به آلاینده ها، باعث حذف آنها می شوند. در این پژوهش برای اجرای فرایند الکتروفنتون ابتدا الکترود کربن پارچه ای با نانولوله های کربنی اصلاح شد و در ادامه برای تصفیه محلول حاوی مخلوط مواد رنگزای راکتیو آبی 69، راکتیو قرمز 195 و راکتیو زرد 84 استفاده شد. آزمایش های مقایسه ای نشان داد که کارایی الکترود اصلاح شده در حذف مواد رنگزا بهتر از کاتد کربن پارچه ای است. برای 500 میلی لیتر از مخلوط مواد رنگزا با غلظت 50 میلی گرم در لیتر از هر کدام، حاوی الکترولیت سولفات سدیم و یون آهن سه ظرفیتی، اجرای فرایند تصفیه نشان داد، تحت شدت جریان الکتریکی 300 میلی آمپر و زمان الکترولیز 210 دقیقه، بهترین راندمان حذف رنگ به دست می آید. محاسبه میزان جریان موثر و انرژی الکتریکی مصرفی با توجه به اندازه گیری های COD نشان داد که در شدت جریان 300 میلی آمپر و زمان 210 دقیقه، بیشترین جریان موثر برقرار است و کمترین انرژی الکتریکی مصرف می شود. میزان معدنی شدن مواد رنگزا بعد از اجرای فرایند الکتروفنتون تحت شرایط ذکر شده مشخص کرد که در محلول های رنگی حدود 78 درصد COD اولیه حذف شده است. فرایند الکتروفنتون می تواند برای تصفیه پساب های حاوی مخلوط آلاینده رنگی استفاده شود. پارامترهای موثر بر کارایی این فرایند نوع الکترود کاتد، شدت جریان الکتریکی و زمان الکترولیز است.

نفتالین در اثر سوختن مواد آلی از قبیل سوخت های فسیلی و چوب، صنایع و انتشار از اگزوز خودرو ها وارد محیط زیست می شود. نفتالین در ساخت پلاستیک، رزین، سوخت و رنگ ها استفاده می شود. این پژوهش با هدف ارزیابی عملکرد فرایند UV/TiO2/H2O2 در تجزیه نفتالین از محلول آبی انجام شد. تجزیه فوتوکاتالیستی نفتالین، توسط تابش نور UV در حضور TiO2 و H2O2 تحت شرایط گوناگون بررسی شد. تجزیه نوری فرایندهای H2O2/UV، TiO2/UV و H2O2/TiO2/UV در یک راکتور بسته با تابش لامپ کم فشار جیوه ای مقایسه شد. اثر پارامترهای بهره برداری نظیر زمان واکنش، pH محلول، نفتالین اولیه، غلظتTiO2 و H2O2 در فرایند تجزیه فوتوکاتالیستی مورد بررسی قرار گرفتند. در غلظت 15 میلی گرم در لیتر نفتالین و زمان های ماند 5، 10، 30، 20، 40، 50، 60، 100 و 120 دقیقه، راندمان حذف نفتالین به ترتیب برابر با 63، 75، 80، 88، 92، 95، 96.5 و 98 درصد به ترتیب در سیستمUV/TiO2/H2O2  و 50، 59.5، 69، 80، 85، 88، 91 و 95 درصد در سیستم UV/TiO2 به دست آمد. در pH اولیه 3، 4، 5، 6، 7، 9، 10 و 12، به طور تقریبی راندمان حذف نفتالین به ترتیب 96.8، 85.5، 86، 75.5، 68.8، 57.8 و 52.5 درصد، با سیستم UV/TiO2/H2O2 حاصل شد. نشان داده شد که تجزیه نوری با استفاده از فرایند H2O2/TiO2/UV بسیار موثرتر از استفاده هر دو فرایند H2O2/UV یا فرایندTiO2/UV  است.

در این پژوهش با استفاده از روش سطح پاسخ و طراحی مرکب مرکزی، کارایی فرایند انعقاد در حذف یون بروماید، مدل سازی و بهینه سازی شد. یون بروماید در آب های سطحی به طور طبیعی یافت می شود و علی رغم غیرسمی بودن آن، این یون در برخورد با گندزداهای رایج تصفیه آب، باعث تولید محصولات جانبی گندزدایی با سرطان زایی بیشتر نسبت به نوع کلرینه آنها می شود. فرایند انعقاد در تصفیه خانه های آب، به عنوان یک قسمت کلیدی تلقی می شود. انعقاد پیشرفته که به تازگی با کمک منعقد کننده های جدیدی با عنوان منعقد کننده های پلیمری معدنی، توانایی قابل توجهی در حذف کدورت و انعقاد ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا دارند، در پژوهش ها مورد توجه قرار گرفته اند. منعقد کننده استفاده شده در این سری آزمایش ها، پلی آلومینیوم کلراید بود. با استفاده از طراحی آزمایشی که توسط نرم افزار دیزاین اکسپرت انجام شد، مدل بسیار خوبی با ضریب رگرسیونی برابر 0.9925 به اطلاعات حاصل از مشاهدات تجربی در راندمان حذف بروماید فیت شد. پارامترهای غلظت اولیه بروماید و دز منعقد کننده، تاثیر مستقیمی بر راندمان حذف یون بروماید داشت؛ ولی برای pHرفتار متفاوتی مشاهد شد.

هدف از این پژوهش مدل سازی سینتیکی راکتور بستر متحرک ناپیوسته متوالی بیوفیلمی با جریان پیوسته و ارائه بهترین مدل پیش بینی برای این فرایند بود. به این منظور راکتور MSCR شامل یک پایلوت هوازی - انوکسیک با حجم 50 لیتر و یک پایلوت بی هوازی با حجم 20 لیتر ساخته و راه اندازی شد. راکتور مورد بحث در نرخ های بارگذاری و زمان ماند هیدرولیکی مختلف با استفاده از فاضلاب مصنوعی در غلظت های ورودی 300 تا 1000 میلی گرم در لیتر COD مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده و بهترین شرایط راهبری سیستم، بالاترین میزان حذفCOD  در بارگذاری آلی، 500 میلی گرم بر لیتر و به میزان 98.6 درصد به دست آمد. برای مدل سازی فرایند از سه مدل حذف آلاینده مرتبه اول، مدل گراو و مدل استور - کینکنون استفاده شد. با توجه به تحلیل سینتیکی حذف، مدل استور - کینکنون به عنوان مناسب ترین مدل برای مدل سازی فرایند بیوفیلمی با بستر متحرک انتخاب شد. با توجه به ویژگی های بسیار مناسب این مدل در رابطه با پیش بینی میزان حذف ماده آلی در بارهای آلی مختلف، استفاده از این مدل در جهت طراحی و بهره برداری مناسب از سیستم MSCR پیشنهاد می شود.

سیپروفلوکساسین آنتی بیوتیکی پرمصرف در درمان عفونت ها است که تقریبا بخش عمده آن به صورت غیر متابولیزه دفع می شود و در نهایت از طریق تخلیه فاضلاب ها و پساب ها به منابع آبی وارد می شود. نانولوله های کربنه در سطح وسیعی برای حذف آلاینده ها استفاده شده است اما مشکلات ناشی از جداسازی آن مطرح است. هدف از این پژوهش، سنتز نانوکامپوزیت مگنتیت Fe3O4/MWCNTs و ارزیابی عملکرد آن در حذف سیپروفلوکساسین توسط فرایند فنتون هتروژن بود. نانوکامپوزیت مگنتیت سنتز شد و در شرایط آزمایشگاهی، با تاکید بر اثرات انواع پارامترهای موثر از جمله pH بین 4 تا 10، مقدار جاذب، یک تا 3 گرم در لیتر، غلظت اولیه آنتی بیوتیک 30 تا 200 گرم در لیتر، زمان تماس 15 تا 300 دقیقه و غلظت پراکسید هیدروژن 5 تا 25 میلی مول در لیتر انجام شد. برای تعیین ویژگی های نانوکامپوزیت مگنتیت سنتز شده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، دستگاه پراش نگار اشعه ایکس و طیف سنج مادون قرمز استفاده شد. نتایج نشان داد که کارایی حذف سیپروفلوکساسین با غلظت 30 گرم در لیتر، در فرایند فنتون هتروژن 95 درصد بعد از زمان حدود 180 دقیقه با نسبت مولی یک میلی لیتر پراکسید هیدروژن در 2 گرم آهن بود. بر مبنای نتایج می توان اظهار نمود که نانوکامپوزیت مگنتیت Fe3O4/MWCNTs قابلیت خوبی برای حذف آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین از محیط های آبی دارد.

استفاده از فناوری های نوین به خصوص فناوری نانو در راستای کاهش اثرات سوء آلودگی های محیط زیستی، به عنوان یکی از راهکارهای مدیریتی مطرح است. استفاده از این فناوری در ارتباط با منابع آب، با توجه به چالش های پیش رو ضروری به نظر می رسد. بر اساس این پژوهش میزان تاثیر مواد منعقدکننده نانو بر کاهش بار آلودگی میکربی آب های آشامیدنی به صورت موردی در شهر ایلام با آنالیز شاخص های کیفی میزان اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی (BOD5)، سختی کل (TH) و میزان کلیفرم های گوارشی در نمونه های آب های آلوده مورد ارزیابی قرار گرفت. استفاده از این گونه مواد در دماهای بالا در حدود 40 درجه سلسیوس، زمان ماند بیشتر از یک ساعت و pH برابر 6 بیشترین تاثیر را در کاهش میزان بار آلودگی میکربی و BOD5 داشته ولی بر میزان سختی کل هیچ گونه اثری نگذاشته است. این امر حاکی از آن است که کارایی این گونه مواد منعقدکننده نانو در شرایط دمای بالا و pH زیر حالت خنثی، بیشترین تاثیر خود را در کاهش میزان بار آلودگی میکربی دارد و استفاده از این مواد می تواند از مصرف بیش از حد سایر مواد متداول منعقدکننده و مواد گندزدا در تصفیه خانه های آب جلوگیری نموده و در سالم سازی آب آشامیدنی به کار رود و تا حد بسیار زیادی در جهت بهبود و بهینه سازی سیستم تصفیه مناسب آب های آلوده برای آشامیدن با توجه به محدودیت منابع آبی در جهان و ایران مورد استفاده قرار گیرد.