آب و فاضلاب
سال:1390 | دوره:22 | شماره:1 (مسلسل 77) |تعداد مقالات:19

با افزایش جمعیت و گسترش تنوع فعالیتهای صنعتی و کشاورزی، تامین آب از لحاظ کیفی و کمی روز به روز با دشواری بیشتری همراه می شود. گندزدایی و کشتن باکتری های موجود در آب که ممکن است به صورت شیمیایی و یا فیزیکی انجام گیرد، کمترین تصفیه ای است که در هر شبکه آبرسانی شهری باید به اجرا در آید. آب آشامیدنی به روشهای مختلفی گندزدایی می شود که متداول ترین و ارزان ترین روش آن، کلرزنی است. یکی از مهم ترین مسایل در زمینه کلرزنی، مکان و میزان تزریق کلر است که باید به گونه ای انتخاب شود که میزان کلر باقیمانده در کلیه نقاط یک شبکه توزیع آب شهری در محدوده استاندارد بوده و همچنین هزینه های مربوطه حداقل گردد. مقدار حداقل کلر باقیمانده به منظور کنترل کیفیت میکربی آب و مقدار حداکثر آن به منظور کنترل مشکلات مربوط به مزه و بوی آب و همچنین جلوگیری از تولید فراورده های جانبی سمی باید رعایت شود. متاسفانه به دلیل عدم مدیریت صحیح در شبکه های توزیع آب کشور این مساله گهگاه باعث بروز بحران های شدید می گردد. در این مقاله میزان تزریق کلر در محلهای تزریق با تلفیق یک مدل تحلیل هیدرولیکی و مدل سازی کیفیEPANET  و یک مدل بهینه سازی غیر خطی الگوریتم ژنتیک، بهینه شد. با حل دو مثال کاربردی از شبکه های آبرسانی نمونه، کارایی مدل در جهت تعیین میزان بهینه تزریق کلر نشان داده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که تزریق کلر در بیش از یک منبع و انتخاب صحیح این منابع، در رساندن مقادیر کلر باقیمانده در گره ها به مقدار استاندارد موثر است. همچنین نتایج مدل ارایه شده حاکی از کاهش کلر مصرفی در شبکه و افزایش درصد قرار گرفتن مقادیر کلر باقیمانده شبکه در محدوده استاندارد بود.

کاهش قطر لوله ها در ته نشین کننده های لوله ای باعث بهبود کارایی آنها می شود. اما به دلیل احتمال گرفتگی، کاهش قطر آنها محدودیت دارد. در این تحقیق امکان بهبود کارایی ته نشین کننده های لوله ای به وسیله کاهش قطر لوله ها بررسی شد. مطالعات نظری نشان داد که اگر در حجم ثابت، ته نشین کننده های لوله ای به صورت چندمرحله ای مورد استفاده قرار گیرند و قطر لوله ها در مرحله آخر کاهش داده شود، کارایی بهبود می یابد. همچنین شرایط هیدرولیکی برای ته نشینی در واحدهای چندمرحله ای، از واحد یک مرحله ای مناسب تر است. نتایج مطالعات پایلوتی صورت گرفته، نظریه بالا را تایید نمود. واحد ته نشینی لوله ای یک و دو مرحله ای در حجم یکسان، برای حذف کدورت ناشی از خاک رس از آب، در مرحله اول بدون انجام فرایند انعقاد و لخته بندی و در مرحله دوم با انجام فرایند انعقاد و لخته بندی، مورد استفاده قرار گرفتند. قطر لوله ها در ته نشین کننده یک مرحله ای 5 سانتی متر و در مرحله اول و دومِ ته نشین کننده دو مرحله ای به ترتیب 5 و 1.2 سانتی متر بود. نتایج حاصل نشان داد که کارایی واحد ته نشینی دو مرحله ای نسبت به واحد یک مرحله ای در حذف کدورت آب در هر دو مرحله آزمایش ها بیشتر است. همچنین در طول آزمایش ها، گرفتگی ناشی از تجمع رسوبات در لوله های ته نشین کننده دومرحله ای مشاهده نگردید.

در این تحقیق، جاذب مورد نیاز برای حذف رنگهای Acid Black1 و Acid Blue 113 با استفاده از فرایند شیمیایی -گرمایی از مخروط درخت کاج تهیه گردید و بعد از تعیین مشخصات شیمیایی و فیزیکی، به منظور حذف رنگ مورد استفاده قرار گرفت. مطالعه جذب هر دو رنگ در حالت منقطع به منظور تعیین مدل ایزوترمی مطلوب، صورت پذیرفت. همچنین جذب هر دو رنگ در حالت جریان پیوسته با استفاده از ستون بستر ثابت از کربن تولید شده، مطالعه گردید. عملکرد ستون جاذب با تغییر متغیرهای دبی، ارتفاع بستر جاذب و غلظت رنگ ورودی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که منحنی های شکست ستون به متغیرهای مطالعه شده وابسته است. رفتار ستون جاذب با استفاده از مدل توماس به روش غیر خطی، بررسی و پارامترهای مدل تعیین شد. مدل های ایزوترمی لانگمیر و فروندلیچ به منظور بررسی تعادل جذب، مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج این مطالعه نشان داد که جذب هر دو رنگ توسط جاذب، از مدل ایزوترمی لانگمیر تبعیت می کند. همچنین مدل توماس توانست به نحو قابل قبولی رفتار جذب رنگهای مورد مطالعه را توصیف کند. مقادیر ظرفیت ستون در جذب هر رنگ با مقادیر ظرفیت ایزوترمی آن مقایسه گردید.

هدف از این پژوهش سنتز نانو ذرات آهن صفر و تعیین کارایی آن در حذف آرسنیک از محیط آبی بود. نانوذرات به روش احیای کلرید فریک توسط بوروهیدرید سدیم سنتز گردید و تاثیر تغییرات پارامترهایpH ، زمان ماند، غلظت آرسنیت و آرسنات و غلظت نانو ذرات بر کارایی حذف در سیستم ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین خصوصیات نانو ذرات آهن تولیدی از میکروسکوپ الکترونی (SEM) و روش  XRDاستفاده شد. تصویربرداری از نانو ذرات تولیدی با میکروسکوپ الکترونی نشان داد که این ذرات قطری در مقیاس نانو (100-1 نانومتر) داشتند. نتایج نشان داد که درpH  حدود 7 و با غلظت 1 گرم در لیتر نانو ذرات آهن، می توان در زمان ماند 10 دقیقه بیش از 99 درصد آرسنیت و آرسنات را از محیط آبی حذف نمود. همچنین کارایی حذف با افزایش غلظت نانو ذرات آهن و زمان تماس، افزایش و با افزایش غلظت آرسنیک و pH کاهش یافت. نانوذرات آهن دارای مزایایی از قبیل کارایی حذف بالا و زمان واکنش کوتاه است و می تواند به عنوان یک روش در حذف آرسنیک از محیط های آبی استفاده شود.

امروزه با توجه به توسعه صنایع گوناگون نظیر صنایع داروسازی، تولید مواد شیمیایی و پاک کننده ها، حجم عظیمی از پساب  و فاضلابهای با بار آلودگی بالا، منابع آبهای سطحی و زیرزمینی را تهدید می کند. فاضلاب این صنایع با دارا بودن بار آلودگی بالا سبب می گردد تا تصفیه آنها نیاز به راه کارهای ویژه ای داشته باشد. هدف از این تحقیق بررسی عملکرد سیستم هیبرید نانوفیلتراسیون و جذب سطحی درحذف بار آلودگی بالای فاضلاب بود. روش کار به این ترتیب بود که در قسمتی از تحقیق، کارایی نانوفیلتراسیون به همراه فرایند جذب سطحی در یک سیستم هیبریدی و در قسمتی دیگر سیستم نانوفیلتراسیون به تنهایی، در حذف بار آلودگی فاضلاب برحسب COD مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور از یک پایلوت نانوفیلتراسیون به ظرفیت 7.6 متر مکعب در روز به همراه فیلترهای 1 و 5 میکرونی، یک غشای نیمه تراوا و یک پایلوت سیستم هیبریدی با کارتریج های حاوی کربن فعال دانه ای استفاده گردید و در بارآلودگی و زمان متغیر، پارامترهای دبی ورودی، دبی خروجی و راندمان حذف COD اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در هنگام استفاده از سیستم هیبریدی، راندمان حذف بار آلودگی بیشتر از هنگامی است که از نانوفیلتراسیون به تنهایی استفاده شود. به طوری که حداکثر راندمان حذف بار آلودگی بر حسب COD معادل با 1000، 2000 و 3000 میلی گرم در لیتر، در سیستم هیبریدی به ترتیب برابر با 99 و 95.86 و 92.93 درصد و در سیستم نانوفیلتراسیون به تنهایی برابر با 87.34 و 50 و 29.41 درصد بود. در این تحقیق مشخص شد که با گذشت زمان، دبی خروجی و راندمان حذف بار آلودگی در هر دو سیستم کاهش می یابد که این امر به علت وقوع پلاریزاسیون قطبی و گرفتگی در غشا است. اما این مقدار گرفتگی در سیستم هیبریدی بسیار جزیی بوده و به وضوح کمتر از میزان گرفتگی در سیستم نانوفیلتراسون به تنهایی است. بنابراین سیستم هیبریدی هم بر روی افزایش راندمان حذف بار آلودگی و هم بر روی به تاخیر انداختن زمان وقوع گرفتگی موثر است و میزان گرفتگی را به حداقل می رساند.

آلکیل بنزن سولفونیک اسید خطی (LAS) از دسته سورفاکتانت های آنیونی است که به میزان بسیار زیادی در کشورهای مختلف تولید شده و از طریق شبکه های فاضلابرو به محیط زیست راه پیدا می کند و در منابع آبهای سطحی مانند رودخانه ها مشکل ایجاد می کند. به این دلیل ضروری است که تصفیه خانه های فاضلاب حداکثر میزان این ترکیبات را از طریق بیولوژیکی حذف نمایند. در این تحقیق به منظور بررسی راندمان حذف LAS، چهار راکتور بیولوژیکی تصفیه فاضلاب به طور موازی به روش لجن فعال متداول و تانک هوادهی با بستر ثابت ساخته شد و در شرایط مشابه فاضلاب خانگی راهبری گردید. پارامترها بر اساس روش استاندارد اندازه گیری شد. روشهای آماری T-test وANOVA  برای آنالیز داده ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که راندمان حذف LAS،COD  و میزان هوای مصرفی در تانک هوادهی با بستر ثابت بیش از سیستم لجن فعال متداول است. در غلظت LAS ورودی برابر 5 میلی گرم در لیتر، راندمان حذف LAS در دو سیستم مورد مطالعه 96 و 94 درصد به دست آمد. پساب خروجی هر دو سیستم بر اساس استاندارد محیط زیست، قابلیت تخلیه به آبهای سطحی (<1.5mg/L) و آبهای زیر زمینی (<0.5mg/L) را داشتند. سیستم لجن فعال متداول در غلظتهای بالاتر از 5 میلی گرم در لیتر، راندمان لازم برای کاهش مقدار LAS در پساب خروجی به منظور تخلیه به محیط زیست را نداشت در صورتی که تانک هوادهی با بستر ثابت در غلظتهای بالاتر (12 و 20 میلی گرم) با راندمان 97 درصد توانایی لازم برای کاهش مقدار LAS در پساب خروجی را دارا بود. بنابراین تانک هوادهی با بستر ثابت در شرایطی که غلظت LAS ورودی به سیستم بالاست، توصیه می گردد.

در طراحی سیستم هضم هوازی یا ارزیابی کارایی هاضم هوازی، استفاده از مدل های ریاضی امکان بررسی ایده های مختلف طراحی و یا شبیه سازی رفتار سیستم را به طراح و محقق می دهد و در این خصوص به کارگیری مدلی که به بهترین نحو سینتیک فرایند هضم هوازی را توصیف کند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق، مدل ساده مرتبه اول پیشنهادی معروف به مدل آدامز برای فرایند هضم هوازی و مدل های لجن فعال تدوین شده توسط انجمن بین المللی آب، برای فرایند لجن فعال (ASM1 و ASM3) معرفی و ارزیابی شدند. برای جمع آوری داده های آزمایشگاهی به منظور واسنجی مدل های تحت بررسی، سه راکتور ناپیوسته هر کدام به حجم 10 لیتر با غلظت جامدات معلق اولیه 5000، 10000 و 20000 میلی گرم در لیتر به مدت 70 روز هوادهی شدند و تحت آزمایش های اندازه گیری جامدات و اکسیژن خواهی شیمیایی قرار گرفتند. پارامترهای مدل های تحت بررسی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، تخمین زده شدند و بهترین سری پارامترها که بر اساس آن محاسبات مدل ها بیشترین انطباق را با نتایج آزمایش ها داشت، برای هر مدل و هر راکتور ارائه گردید. نتایج حاصل از کاربرد مدل ها نشان داد که راکتورهای حاوی لجن غلیظ تر، ثابت آهنگ زوال سلولی کمتری دارند. همچنین با مقایسه خطاهای ناشی از محاسبات مدل ها با داده های آزمایشگاهی، مشاهده شد که مدل لجن فعال شماره سه، بهتر از مدل آدامز و مدل لجن فعال شماره یک، تغییرات غلظتهای جامدات را در راکتورهای ناپیوسته هضم هوازی پیش بینی می کند.

در این مقاله تاثیر عوامل مختلف بر فرایند گرانولاسیون بی هوازی لجن مورد بررسی قرار گرفت. عمده ترین علت موفقیت راکتورهای UASB در تصفیه بی هوازی فاضلاب را می توان تشکیل لجن گرانوله در شرایط بی هوازی دانست. حاصل این فرایند، کاهش در اندازه راکتور و سطح مورد نیاز و در نتیجه کاهش هزینه های سرمایه گذاری است. همچنین به دلیل عدم هوادهی، هزینه های عملیاتی نیز کاهش می یابد. اندازه لجن گرانوله یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار بر کارایی راکتورهاست که در این مطالعه به بررسی برخی از عوامل موثر بر این پارامتر پرداخته شد. برخی از عوامل مؤثر بر فرایند گرانولاسیون بی هوازی لجن عبارت اند از حضور هسته های رشد به صورت ذرات بی اثر و یا لجن گرانوله، شرایط عملیاتی فرایند مانند بار لجن، بار آلی و روند افزایش نرخ بار و شرایط محیطی مانند وجود مواد مغذی لازم، دما،pH  و ترکیب.

در این مطالعه به منظور مدل سازی شدت جریان فاضلاب در مراکز دفن زباله از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. پس از آموزش، شبکه عصبی قادر است بر اساس داده های هواشناسی و مشخصات فاضلاب مرکز دفن، شدت جریان فاضلاب را پیش بینی کند. داده های ورودی شبکه عصبی شامل پارامترهایی نظیر pH، دما، هدایت الکتریکی فاضلاب مرکز دفن و داده های هواشناسی بود. برای ارزیابی و تشریح مدل، مرکز دفن زباله بیروت به صورت موردی بررسی شد. از مطالعه انجام شده بر روی مرکز دفن زباله بیروت، داده های مورد نیاز برای آموزش و آزمایش شبکه عصبی به دست آمد. این مرکز دفن از سال 1997 بهره برداری شده و از سال 1998 میزان فاضلاب تولیدی در آن پایش شده است. الگوریتم بهینه از بین سیزده نوع الگوریتم پس انتشار انتخاب شد و برای آموزش شبکه عصبی مورد استفاده قرار گرفت. سپس ساختمان بهینه شبکه عصبی تعیین گردید. در این مطالعه، شبکه عصبی با الگوریتم لونبرگ- مارکوارت که دارای ده نرون در لایه پنهان بود، به عنوان شبکه عصبی بهینه انتخاب شد. با توجه به شاخصهای آماری به دست آمده (ضریب تعیین 0.976=، میانگین خطای نسبی0.089=) و داده های ورودی در نظر گرفته شده، برآورد شدت جریان فاضلاب در مرکز دفن زباله توسط شبکه عصبی از کارایی مناسبی برخوردار است.

در این مقاله یک مدل ریاضی سه قسمتی برای حذف آلودگی خاک به روش گیاه پالایی بر اساس میزان رشد و مرگ ریشه در سیستم ارائه شد. متغیرهای این مدل بر اساس قسمت هایی با حجم متفاوتند که هر یک ضریب تجزیه مشخص و از درجه اول دارند. زمانی که ریشه در خاک حرکت می کند، خاک در سیکل لایه های نزدیک به ریشه (ریزوسفر)، ناحیه مرگ ریشه و ناحیه خاک قرار می گیرد. لذا با این که در این مدل، آلودگی بی حرکت و ثابت در نظر گرفته می شود ولی با توجه به این که ریشه در خاک نفوذ می کند، خاک در معرض ریزوسفر قرار می گیرد. در این مدل برای بیان چگونگی رشد ریشه، مدلی در نظر گرفته شد که هم رشد مکانی یعنی تغییرات نمایی با عمق و هم رشد زمانی یعنی تغییرات سینوسی با زمان را شامل می شود.

در این تحقیق، خصوصیات جهش تک ذره رسوبی در یک جریان آشفته با استفاده از سیستم تصویربرداری با سرعت بالا، اندازه گیری شد. این خصوصیات شامل طول، ارتفاع، سرعت، زوایای برخورد به بستر و بلندشدگی بودند که با تغییر در شرایط هیدرولیکی جریان، قطر، چگالی ذره و همچنین زبری بستر، با سرعت 250 فریم بر ثانیه به دست  آمدند. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش آشفتگی جریان، طول، ارتفاع و سرعت ذره افزایش یافته و زوایای برخورد به بستر و بلندشدگی مجدد آن کاهش می یابد. نتایج آزمایش ها همچنین حاکی از این امر است که با افزایش قطر متوسط ذرات بستر، تمامی خصوصیات جهش تمایل به افزایش دارند. برای حل عددی معادلات حاکم بر ذره و به دست آوردن مسیر حرکت آن در یک گام جهش، سرعتهای اولیه جهش در هر دو جهت افقی و قائم به دست آمد که از آنها می توان به عنوان شرایط اولیه در حل عددی استفاده نمود. مولفه افقی سرعت ذره رسوبی در دامنه 3 تا 8 برابر سرعت برشی و مولفه قائم آن در دامنه 1.5 تا 3.5 برابر سرعت برشی قرار داشت. در ادامه با محاسبه مولفه های ضریب ارتجاعی ذره رسوبی نشان داده شد که تغییر در شدت جریان، تاثیر اندکی بر روی این مؤلفه ها داشته به طوری که با افزایش آن، این دو مشخصه تقریبا ثابت ماندند.

سرریزها از کاربردی ترین سازه های هیدرولیکی هستند که برای مقاصد مختلف مانند اندازه گیری دبی، استهلاک انرژی، انحراف جریان، تنظیم سطح آب و کنترل سیلاب توسط مهندسان هیدرولیک مورد استفاده قرار گرفته اند. در سرریزهای جانبی، آستانه کنترل در کنار و به موازات کانال اصلی قرار می گیرد و به مجرد بالا آمدن سطح آب تا رقوم بیشتر از آستانه سرریز، انحراف آب به کانال جانبی صورت می پذیرد. این نوع سرریزها معمولا در سیستم های زهکشی و کنترل سیلاب، جمع آوری آبهای سطحی و بسیاری از پروژه های منابع آب و محیط زیست کاربرد دارند. محاسبات سرریزهای جانبی بر اساس جریان متغیر مکانی انجام می شود. در این مقاله به بررسی و مطالعه روشهایی برای افزایش راندمان سرریزهای جانبی پرداخته شد. به این منظور استفاده از گروه صفحات هادی یا گروه شمع در حالتهای تک، دوگانه و سه گانه پیشنهاد شد. در ابتدا بر اساس معادلات حاکم (قوانین بقای اندازه حرکت و پیوستگی) و اعمال فرضیات مناسب، معادلاتی برای تعیین نیروی دینامیکی وارد بر این سازه ها در کانال، تعیین پروفیل سطح آب و نیز تعیین ضریب دبی جریان عبوری از سرریز جانبی در حضور سازه های مورد بحث ارایه شد و سپس با استفاده از نتایج مدل آزمایشگاهی و اندازه گیری های انجام شده به واسنجی نتایج تحلیلی و ارایه روابطی برای تعیین ضریب دبی جریان پرداخته  شد. بررسی نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی نشان داد که در صورت استفاده از صفحات هادی و گروه شمع می توان ضریب دبی جریان را تا حدود 30 درصد افزایش داد.

مطالعه حاضر با هدف بررسی خصوصیات اندازه ذرات رسوبات معلق انتقالی در جریان پایه و سیلابی رودخانه کجور واقع در حوزه آبخیز جنگلی کجور با مساحت حدود 50000 هکتار انجام پذیرفت. به منظور تعیین و آنالیز توزیع اندازه ذرات، پس از نمونه برداری رسوبات معلق از جریان طی مقاطع مختلف زمانی، از قانون استوکس و روش پیپت اصلاح شده و نیز نرم افزار GRADISTAT استفاده شد. نتایج حاصل از تحقیق نشانگر اختصاص به ترتیب 81.1، 3.4 و 15.3 درصد در جریان پایه و 56.5، 17.0 و 26.5 درصد در شرایط سیلابی برای ذرات ماسه، لای و رس بود.

هدف اصلی این تحقیق بررسی تاثیر انتخاب متغیرهای ورودی با استفاده از آنالیز مولفه اصلی (PCA) بر عملکرد مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای پیش بینی ماهانه دبی رودخانه بود. به این منظور ابتدا با استفاده از 18 متغیر ورودی به مدل SVM، دبی جریان ماهانه پیش بینی شد. سپس با استفاده از PCA تعداد متغیرهای ورودی به مدل SVM از 18 متغیر به 5 مولفه کاهش یافت. در نهایت با استفاده از آماره توسعه یافته توسط نویسندگان مقاله، عملکرد مدل های ارایه شده (SVM و PCA-SVM) مورد ارزیابی قرار گرفت. یافته های این تحقیق نشان داد که پیش پردازش متغیرهای ورودی به مدل SVM با استفاده از PCA، بهبود عملکرد مدل SVM را به همراه داشته است.