آب و فاضلاب
سال:1397 | دوره:29 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

کشش قیمتی نقش مهمی در تعیین سیستم و میزان تعرفه آب دارد. بیشتر تصمیم گیران اقتصادی و پژوهشگران در سال های اخیر برای شهرهای مختلف، تابع تقاضا را برآورد کردند تا کشش های درآمدی و قیمتی را تخمین بزنند. در این پژوهش با بازبینی 20 پژوهش با عنوان تابع تقاضای آب خانگی شهری، 63 کشش قیمتی، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به این که مقدار کشش قیمتی به دست آمده از این پژوهش ها دارای اختلافات معنی دار آماری هستند، این پژوهش با هدف تعیین فاکتورهای تاثیرگذار بر ایجاد این تغییرات در مقدار کشش قیمتی و همچنین بیان اختلاف در این کشش ها با استفاده از روش فراتحلیل انجام شد. روش فراتحلیلی، تنوع در نتایج کشش های قیمتی آب را مورد بررسی و تحلیل قرار می دهد. روش آماری فرا تحلیل با دو هدف تعیین وجود، یا عدم وجود سوگیری در انتشار و ناهمگنی در نتایج گزارش شده، نتایج را مورد تحلیل قرار می دهد. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل اولیه، سوگیری در انتشار ناچیز و ناهمگنی در انتشار پژوهش ها، قابل توجه است. مهم ترین متغیرهای تاثیرگذار معنی دار بر تغییرات مقدار کشش قیمتی به طور کلی به چهار گروه خصوصیات تئوریکی، خصوصیات داده، خصوصیات مدل و خصوصیات جغرافیایی و اجتماعی طبقه بندی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که به احتمال زیاد وجود متغیرهایی نظیر درآمد، داده های سری زمانی، فرم تابع لگاریتم طبیعی و استفاده از تئوری استون-گری که اساس تخمین بسیاری از توابع تقاضا مربوط به آب خانگی می باشد، مقدار کشش را بالاتر از حد واقعی برآورد می کنند. همچنین به احتمال زیاد شرایط اقلیمی منطقه، جمعیت و استفاده از حداقل مربعات معمولی در تخمین پارامترهای تقاضا، مقدار کشش را پایین تر از حد واقعی برآورد می کند.

در حال حاضر هدر رفت آب به یک نگرانی جهانی تبدیل شده است. تقاضا برای آب در حال افزایش است. این مسئله مدیریت تقاضا و اصلاح الگوی مصرف را ضروری ساخته است. از مهم ترین روش های مدیریت مصرف، کاهش آب به حساب نیامده است. در این پژوهش یک ایده جدید برای تعیین موقعیت و مقدار نشت های موجود در شبکه های توزیع آب با استفاده از شبکه های عصبی معرفی شد. در این روش با تولید داده های آموزشی و اعمال آن به شبکه عصبی، شبکه قادر خواهد بود که با دریافت فشار گرهی، موقعیت و مقدار تقریبی نشت گرهی را تعیین کند. تولید داده های آموزشی با اعمال نشت فرضی در گره های مشخصی از شبکه و برداشت فشار گرهی انجام می شود. نتایج نشان می دهد که این روش می تواند با حداقل برداشت اطلاعات هیدرولیکی از نوع فشارها، علاوه بر تعیین موقعیت نشت های موجود گرهی، میزان نشت در هر یک از گره ها را نیز با دقت مناسبی تعیین کند.

در سیستم تولید و توزیع آب شرب در مناطق شهری، تعیین برنامه کارکرد الکتروپمپ های تامین آب از مهم ترین مسائل عملیاتی است. هزینه الکتریکی مصرفی که تابعی از برنامه کارکرد الکتروپمپ ها است، بخش زیادی از هزینه های علمیاتی شرکت های آب و فاضلاب را به خود اختصاص می دهد. در این پژوهش، ضمن مطالعه میدانی در شرکت آب و فاضلاب روستایی سیستان، محدودیت های تعیین میزان کارکرد الکتروپمپ ها در منابع تامین آب شامل محدودیت برآورد تقاضا، تامین آب با کیفیت مناسب و محدودیت بلااستفاده بودن الکتروپمپ ها شناسایی شدند. از آنجا که محدودیت های مسئله غیرقطعی و فازی هستند، مدل برنامه ریزی خطی با محدودیت های فازی به منظور تعیین ساعات کارکرد الکتروپمپ ها در شبانه روز با هدف کمینه کردن مصرف و هزینه انرژی الکتریکی ارائه شد. پس از جمع آوری داده های مورد نیاز مدل و اجرای آن، مشخص شد که با استفاده از مدل، هزینه های الکتریکی ماهانه تا بیش از 23 درصد کاهش می یابد و در نتیجه بهره وری افزایش خواهد یافت. برنامه ریزی ریاضی فازی پیشنهادی، قابلیت تعیین برنامه کارکرد الکتروپمپ ها برای منابع تامین آب با هدف کاهش هزینه های انرژی را دارد.

پمپ رم دستگاهی است که با استفاده از انرژی تجدیدپذیر ضربه قوچ، بخشی از دبی ورودی به سیستم پمپاژ را تا ارتفاع قابل توجهی پمپاژ می نماید. پیچیدگی هیدرولیک جریان از یکسو و استفاده از فرضیات ساده کننده از سوی دیگر در این دسته از پمپ ها سبب شده است تا مدل های تحلیلی ارائه شده به منظور تجزیه و تحلیل سیکل کاری پمپ رم همواره با خطا همراه باشد. در این پژوهش تلاش شده است تا مدل تحلیلی حاکم بر عملکرد هیدرولیکی پمپ های رم در مرحله پمپاژ اصلاح شود. در این پژوهش با ایجاد یک تقسیم بندی منطقی، سیکل کاری پمپ های رم به سه مرحله شتاب گیری جریان، پمپاژ و رخداد جریان برگشتی تقسیم بندی شد و با استفاده از روش خطوط مشخصه ها نسبت به ارائه معادلات حاکم بر هرمرحله از سیکل اقدام شد. از آنجایی که بسته شدن سوپاپ تکانه به صورت غیرخطی است، از این رو افت سرعت در مرحله پمپاژ به صورت غیرخطی در نظر گرفته شد. همچنین با در نظر گرفتن الاستیسیته دیسک سوپاپ تکانه و تغییر حجم بدنه پمپ در مرحله رخداد ضربه قوچ، معادلات حاکم بر مرحله پمپاژ اصلاح شد. به منظور ارزیابی نتایج و تعیین فاکتورهای آزمایشگاهی مدل تحلیلی پیشنهادی، یک مدل فیزیکی از پمپ رم با قطر 51 میلی متر ساخته شد. در این پژوهش در بخش نخست ضرایب افت سوپاپ تکانه به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شد و معادلات تجربی تعیین ضریب افت اصطکاک و افت ناشی از نیروی درگ سوپاپ تکانه با استفاده از رگرسیون غیرخطی ارائه شد. در بخش دوم با استفاده از نتایج آزمایشگاهی حاصل از پژوهش، نسبت به ارزیابی نتایج اقدام شد. بررسی توابع خطای آماری حاصل از پیش بینی نتایج آزمایشگاهی توسط مدل تحلیلی نشان می دهد مدل پیشنهادی از دقت خوبی در پیش بینی مشاهدات آزمایشگاهی برخوردار است. در بخش سوم به منظور اعتبارسنجی نتایج در مرحله پمپاژ از مدل های تحلیلی لنسفورد و دوگان و تیک بهره گیری شد و توابع خطای حاصل از پیش بینی مشاهدات آزمایشگاهی توسط مدل های تحلیلی پژوهشگران پیشین برآورد شد. مقایسه نتایج حاکی از آن است که در مدل پیشنهادی با توجه به اینکه معادلات پیشنهادی در مرحله پمپاژ بر پایه تئوری بسته شدن غیرخطی سوپاپ تکانه ارائه شده است، منجر به افزایش دقت مدل در پیش بینی مقادیر دبی نسبی پمپاژ تا میزان 3 درصد در مقایسه با تئوری بسته شدن خطی و 5 درصد در مقایسه با آنی بسته شدن سوپاپ تکانه شده است.

به منظور تامین آب آشامیدنی سالم و حذف عوامل بیماری زا در شبکه های توزیع آب، از واحد کلرزنی استفاده می شود. یکی از شیوه های مناسب برای تحلیل عملکرد کلر درون شبکه آبرسانی، استفاده از روش های داده محور است. در پژوهش حاضر شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) با سه الگوریتم آموزش کاهش شیب، شیب مزدوج و BFGS به همراه ماشین بردار پشتیبان (SVM) با تابع کرنل RBF در برآورد غلظت کلر باقیمانده در شبکه های آبرسانی احمدآباد دئفه و اهروییه واقع در استان کرمان مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش داده های روزانه شامل دبی آب تولیدی، مصرف کلر و کلر باقیمانده از ابتدای سال 1391 تا پایان 1393 به مدت 3 سال به کار گرفته شد. به منظور ارزیابی عملکرد مدل های مورد بررسی از معیارهای راندمان نش ساکلیف(NS)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) و ضریب همبستگی (CORR) استفاده شد. این مقادیر در بهترین حالت مدل سازی به ترتیب برابر با 9484/0، 0255/0، 081/1 و 974/0 بودند. با توجه به معیارهای ارزیابی، مدل MLP با الگوریتم BFGS در 90 درصد و با الگوریتم شیب مزدوج در 10 درصد موارد نسبت به نتایج کل مدل ها برتری داشتند، در حالی که مدل MLP بر پایه الگوریتم کاهش شیب و مدل SVM در هیچ یک از موارد برتر نبوده اند. با توجه به نتایج حاصل از پژوهش حاضر، مدیریت مناسب غلظت کلر را می توان با توجه به مقادیر پیش بینی شده میزان کلر باقیمانده، در شبکه آبرسانی اعمال نمود به طوری که کاهش عملکرد شبکه پرسپترون و ماشین بردار پشتیبان در شبکه آبرسانی اهروییه نسبت به شبکه احمدآباد دئفه را می توان ناشی از مدیریت ناصحیح کلرزنی دانست.

سفتریاکسون به صورت گسترده در درمان بیماری های عفونی استفاده می شود. عدم تصفیه پذیری این آنتی بیوتیک در تصفیه خانه های فاضلاب بیمارستانی امکان ورود آن به محیط های آبی و خطر مقاوم سازی میکربی را در این محیط ها افزایش می دهد. هدف از این پژوهش بررسی کارایی فرایند ازن زنی کاتالیزوری با نانوذرات اکسید منیزیم در حذف سفتریاکسون از محیط های آبی بود. اثر متغیرهای pH، دز ازن، زمان واکنش، دز کاتالیست و غلظت اولیه آنتی بیوتیک در حذف سفتریاکسون در یک راکتور آزمایشگاهی با جریان ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت. غلظت باقیمانده سفتریاکسون توسط دستگاه اسپکتروفتومتری تعیین شد. آزمایش ها بر اساس روش یک آزمایش در زمان انجام گرفت. راندمان بهینه حذف این آنتی بیوتیک و شرایط مطلوب آن مشخص شد. بهترین شرایط این راکتور در pH برابر 11، دز کاتالیست1 گرم در لیتر، غلظت آلاینده 10میلی گرم در لیتر، دز ازن 384/18میلی گرم در دقیقه و زمان واکنش 30 دقیقه راندمان 86 درصد در حذف سفتریاکسون را نشان داد. استفاده از نانوذرات اکسید منیزیم در فرایند ازن زنی به علت افزایش زمان ماند ازن در محلول آبی باعث افزایش حذف آنتی بیوتیک مورد نظر شد. این امر باعث کاهش هزینه های تصفیه به سبب کاهش ازن مصرفی در مقیاس صنعتی می شود.

پساب حاصل از فرایندهای صنعت مس از نظر حجم تولید، بار آلودگی های زیست محیطی و هزینه تصفیه و دفع اهمیت زیادی دارد. بازیابی این پساب، علاوه بر مزایای اقتصادی موجب کاهش بار آلاینده های محیط زیست می شود. این موارد لزوم بررسی روش های مختلف برای کاهش میزان آب مصرفی و پساب خروجی را نشان می دهد. در این پژوهش به بررسی کمینه سازی مصرف آب و تولید پساب در مجتمع مس خاتون آباد پرداخته شد. روش مرسوم کاهش آب و روشی نوین با نام فناوری پینچ آبی برای این منظور توضیح داده شدند. در این پژوهش، فناوری پینچ در سه واحد پر مصرف در مس خاتون آباد برای سه شاخص آلایندگی شامل جامدات معلق کل، جامدات محلول کل و کدورت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش و به کارگیری روش پینچ به منظور تصمیم گیری برای تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب، نشان می دهد که برای جامدات معلق کل، جامدات محلول کل و کدورت به عنوان شاخص آلایندگی به ترتیب می توان 614، 525 و 451 مترمکعب در روز در مصرف آب خام معادل 96/40، 35 و 30 درصد صرفه جویی نمود. با توجه به نتایج پژوهش، فناوری پینچ توانسته به پژوهشگران در جهت تصمیم گیری های لازم برای کاهش آب مصرفی کمک کند. همچنین با توجه به نتایج مشاهده شده، جامدات معلق مبنای تصمیم گیری برای کاهش مصرف آب محسوب می شوند.

پساب های صنعتی و شهری حاوی یون های فلزی هستند که در غلظت بالا، می توانند برای سلامتی انسان و آبزیان مضر باشند. فلز روی از جمله آلاینده هایی است که موجب آسیب رساندن به محیط زیست آبی و به مخاطره افتادن سلامت انسان ها، حیوانات و گیاهان می شود. در این پژوهش، از گرافن اکسید (GO) با داشتن سطح ویژه بالا همراه با نانولوله طبیعیHNT و نانوذرات آهن به صورت نانوکامپوزیت مغناطیسی M-HNT/GO برای حذف یون روی از محلول های آبی استفاده شد. نانوکامپوزیت مغناطیسی گرافن اکساید/ هالوسیت نانوتیوب (M-HNT/GO) به عنوان نانو جاذب برای حذف فلز روی از محلول های آبی سنتز و مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی و شناسایی این نانوکامپوزیت به کمک روش هایFT-IR، XRD و SEM انجام گرفت. برای اندازه گیری مغناطیس پذیری از فناوری مغناطیس سنجی ارتعاش نمونه (VSM) استفاده شد. اثر پارامترهای مختلف pH، غلظت اولیه فلز، دما، سرعت هم زدن، مقدار جاذب و زمان تماس، بر فرایند حذف یون روی توسط نانوجاذب M-HNT/GO مطالعه و مقدار بهینه تعیین شد. سپس کاربرد این نانوجاذب برای حذف فلز روی از نمونه حقیقی بررسی شد. شرایط بهینه آزمایش در pH برابر با 6، زمان تماس90 دقیقه، غلظت یون رویppm 2، نسبت GO به HNT و Fe3O4 به ترتیب 1: 1: 10، سرعت هم زدنrpm250، مقدار جاذب 005/0 گرم و دما 25 درجه سلسیوس اتفاق افتاد. بررسی ایزوترم های جذب نشان دهنده بهترین انطباق داده های تجربی با مدل ایزوترم فروندلیچ بود. برای توصیف داده های سینتیک، مدل های سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم مورد استفاده قرار گرفت. داده های دینامیک برای فلز روی با مدل سینتیک شبه درجه دوم تطبیق داده شد. نتیجه پژوهش نشان داد نانوجاذب سنتز شده می تواند با بازده 41/0± 2/95 درصد برای حذف یون روی از پساب مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نانوجاذب-HNT/GO M قابل بازیافت بوده و می تواند به دفعات مورد استفاده قرار گیرد.

در این پژوهش کامپوزیت ژلی بر پایه کربوکسی متیل سلولز و نانو ذره مونت مورلونیت با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تهیه و به عنوان جاذب کاتیون مس از محلول آبی مورد ارزیابی قرار گرفت. سنتز کامپوزیت هیدروژل و تاثیر پارامترهای مختلف مانندpH، مقدار جاذب، غلظت اولیه کاتیون مس، حضور کاتیون های سرب و کبالت و زمان تماس روی ظرفیت جذب مس به صورت ناپیوسته بررسی شد. نتایج آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه زیر قرمز گروه های کربوکسیلیک اسید و Si-O-Al و Si-O-Mg را در هیدروژل سنتز شده نشان دادند. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش pH محلول اولیه تا 5، مقدار ظرفیت جذب تعادلی افزایش یافت. داده های سینتیکی و تعادلی آزمایشگاهی بیشترین تطابق را با مدل سینتیکی شبه درجه دوم و همدمای لانگمیر نشان داد. حداکثر ظرفیت جذب به ترتیب 111، 100 و 3/83 میلی گرم در گرم در دماهای 273، 303 و 333درجه کلوین به دست آمد. نتایج نشان داد که جذب کاتیون مس توسط کامپوزیت ژل سنتز شده مطلوب است و همچنین مقدار منفی انرژی آزاد و آنتالپی نشان دهنده خودبه خودی و گرمازا بودن فرایند جذب بود. در محلول های چند یونی (جذب رقابتی) تمایل هیدروژل سنتز شده به جذب کاتیون، به صورت Pb2+>>Cu2+>Co2+ به دست آمد.

استفاده از جاذب های ارزان قیمت برای حذف فلزات سنگین از جمله سرب در سال های اخیر توسط پژوهشگران مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق حذف فلز سرب توسط زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت مورد بررسی قرار گرفت. جذب سرب از محلول آبی به صورت ناپیوسته با استفاده از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت انجام شد. برای تعیین ویژگی های زئولیت از میکروسکوپ الکترونی روبشی و دستگاه پراش نگار اشعه ایکس (XRD) استفاده شد. تاثیر متغیرهایpH در مقدار 3، 5، 7 و 10، زمان تماس مقدار جاذب طبیعی کلینوپتیلولایت و غلظت فلز سرب در دمای ثابت و سرعت همزن 250 دور بر دقیقه برکارایی حذف سرب و ایزوترم ها و سینتیک جذب بررسی شد. براساس نتایج به دست آمده در شرایط بهینه برای حذف سرب با زئولیت طبیعی در pH برابر 8، جاذب5 گرم در لیتر و زمان تماس45 دقیقه بالاترین راندمان حذف یعنی 6/89 درصد به دست آمد. با افزایش غلظت فلز مقدار فلز حذف شده کاهش و ظرفیت جذب افزایش یافت. مدل لانگمیر برای جذب فلز سرب تطابق بهتری نسبت با سایر ایزوترم ها داشت (99/0R² =). همچنین مدل سینتیک شبه درجه دوم بهتر از سایر مدل ها با داده های به دست آمده همخوانی داشت. نتایج این پژوهش نشان داد که زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت می تواند به عنوان یک جاذب کارآمد و ارزان به منظور حذف فلز سنگین سرب از محیط های آبی به کار رود.