آب و فاضلاب
سال:1393 | دوره:25 | شماره:4 (مسلسل 92) |تعداد مقالات:15

فنل و مشتقات آن از جمله مواد سمی هستند که در اثر پیشرفت زندگی انسان و توسعه صنعتی ناشی از آن، به منابع مختلف محیطی راه پیدا کرده اند. هدف از این پژوهش، تاثیر ملاس بر میزان حذف فنل توسط راکتورهای بی هوازی در مقیاس آزمایشگاهی بود. در این پژوهش، از پنج راکتور بسته (5 ارلن مایر مجهز به سیستم کنترل نفوذ هوا و گاز) در مقیاس آزمایشگاهی استفاده شد. حجم راکتورها ثابت و حجم نهایی محتویات هر راکتور 550 میلی لیتر بود. در راکتورها، فنل با غلظت ثابت 100 میلی گرم در لیتر در مجاورت ملاس چغندر قند (ماده آلی قابل تجزیه زیستی به عنوان سابستریت کمکی) و COD با غلظت های10000، 5000، 2000، 1000 و 500 میلی گرم در لیتر تحت شرایط بی هوازی مورد آزمایش قرار گرفت. برای هر غلظت از ماده آلی قابل تجزیه زیستی و فنل با غلظت ثابت، 5 زمان ماند (10، 20، 30، 40 و 50 روز) برای راکتورها در نظر گرفته شد. تمامی مراحل نمونه برداری و انجام آزمایش ها در این پژوهش مطابق با دستورالعمل های کتاب روشهای استاندارد انجام شد. در هر پنج راکتور با گذشت زمان، غلظت اولیه فنل و COD کاهش پیوسته ای نشان داد، ولی برای هر زمان ماند مشخص با افزایش غلظت COD اولیه، میزان حذف آن کاهش یافت. افزایش غلظت COD اولیه تا یک محدوده مشخص با افزایش مواد آلی اکسیژن خواه همراه بود و بعد از این محدوده، از میزان حذف COD به آرامی کاسته شد. این پژوهش نشان داد میزان حذف فنل نیز با افزایش زمان ماند افزایش دارد، ولی با افزایش غلظت ماده قابل تجزیه زیستی متناسب نیست. پس از گذشت 50 روز در مجاورت 1000 میلی گرم در لیتر سابستریت کمکی، میزان حذف فنل در راکتورها به 98.62 درصد رسید. نتیجه بررسی نشان داد که بالاترین میزان حذف فنل در راکتورها در زمان ماند 50 روز و در غلظت های 1000 تا 2000 میلی گرم در لیتر COD قابل تجزیه زیستی، رخ می دهد.

نیترات یکی از مهم ترین آلاینده هایی است که از منابع مختلف مانند کودهای شیمیایی، آفت کش ها و یا فاضلاب های خانگی و صنعتی وارد آب های زیرزمینی می شود. در این پژوهش به منظور مدیریت بهینه آبخوان های آلوده به نیترات، از مدل شبکه عصبی مصنوعی برای شبیه سازی تغییرات غلظت نیترات استفاده شد و به منظور استخراج مقادیر بهینه برداشت از آبخوان آب زیرزمینی، با حفظ محدودیت غلظت نیترات در حد استاندارد، از یک مدل بهینه ساز استفاده شد. برای دستیابی به این هدف از مدل بهینه سازی مجموعه ذرات بهره گرفته شد. با توجه به این که در سال های اخیر، آلودگی غلظت نیترات در آبخوان کرج افزایش یافته است، بخشی از این آبخوان به عنوان مطالعه موردی در نظر گرفته شد. پارامترهای ورودی مدل شبکه عصبی مصنوعی، شامل میزان برداشت در طول فصل بررسی و فصل قبل، مقادیر غلظت نیترات در فصل قبل، ضخامت لایه اشباع و طول و عرض جغرافیایی هر ناحیه بود، این پارامترها پس از آنالیز حساسیت، انتخاب شدند. نتایج این پژوهش نشان می دهد که بر اساس الگوریتم بهینه سازی مجموعه ذرات، مدیریت بهینه غلظت نیترات، مستلزم کاهش و یا افزایش برداشت از نواحی مختلف نسبت به شرایط فعلی برداشت در منطقه است. لذا با ثابت نگه داشتن کل برداشت از محدوده و با اندکی تغییرات منطقه ای در میزان برداشت در آبخوان آلوده کرج، می توان از افزایش غلظت نیترات در نواحی بحرانی جلوگیری نمود.

در این تحقیق شناسایی و اندازه گیری مقدار کلروفیل های a و b با استفاده از روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (UV-VIS/HPLC) انجام شد. منحنی های کالیبراسیون برای کلروفیل های a و b از نوع خطی و با ضریب رگرسیون (r>0.999) به دست آمد. نمونه برداری از سدهای کرج، طالقان و لتیان از آذرماه 1390 تا آذرماه 1391 به صورت فصلی انجام شد. میانگین مقدار کلروفیل a و b طی چهار فصل سال در سد کرج به ترتیب 4.5ppb و 0.028 ppb، طالقان 2.4 ppb و 0.04 ppb و لتیان 3 ppb و 0.03 ppb به دست آمد. بنابراین روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا یک روش معتبر و مطمئن برای اندازه گیری نمونه های دارای کلروفیل در حد ppb است.

فاضلاب های حاوی رنگزاها خطرات متعددی دارند. از این رو روشهای تصفیه ساده و کارآمد این نوع فاضلاب ها، مورد توجه محققان بوده است. هدف اصلی این تحقیق، تهیه جاذب با استفاده از ضایعات و بررسی عملکرد آن در حذف رنگزا از محلول آبی بود. به این منظور، کربن فعال بر پایه پسماند انار و فعال سازی شیمیایی به وسیله اسید فسفریک 37 درصد (PRAC37) تهیه شده و جذب رنگ راکتیو آبی 19 توسط آن مطالعه شد. همچنین، علاوه بر تعیین مشخصات کربن فعال (خصوصیات مورفولوژی و مشخصات بافتی آن)، اثر فاکتورهایی همچون زمان تماس، pH اولیه، میزان جاذب و غلظت اولیه رنگزا بر بازدهی حذف مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دهنده سطح ویژه بالای کربن فعال تهیه شده از پسماند انار (572.53 مترمربع بر گرم) بود. بیشینه حذف رنگزا با راندمان 98.16 درصد از محلول در مدت زمان 5 دقیقه، pH اولیه 11، میزان جاذب 3.5 گرم در لیتر و غلظت اولیه رنگزا 300 میلی گرم در لیتر بود. در پایان، مطالعه ایزوترم جذب (لانگمیر، فروندلیچ و تمکین) و سینتیک جذب (مرتبه شبه اول، مرتبه شبه دوم، الوویچ و نفوذ بین ذره ای) انجام شد که نتایج، نشان دهنده مطابقت فرایند یاد شده از ایزوترم لانگمیر (R2=0.955) و سینتیک مرتبه شبه دوم (R2=0.997) بود.

یکی از روش های حذف گاز سولفید هیدروژن، که عامل اصلی بوی منتشره از تاسیسات فاضلاب شهری است، استفاده از سیستم های بیولوژیکی نظیر بیوفیلتر است. مکانیسم عملکرد این روش، استفاده از ماده آلاینده به عنوان یک منبع تغذیه برای میکروارگانیسم ها است. لذا فراهم ساختن شرایط مطلوب برای رشد باکتری های بستر، دارای اهمیت فراوانی است. در این تحقیق با ساخت بیوفیلتری از جنس بستر کمپوست و تراشه های چوب (به نسبت وزنی 5:1) در مقیاس پایلوت، و راه اندازی آن در یک ایستگاه پمپاژ فاضلاب در شهر خرم آباد، سعی شد که عملکرد سیستم بیوفیلتر در شرایط واقعی بررسی شود. مدت زمان راهبری سیستم، 75 روز بود که در طی این بازه زمانی، غلظت ورودی و خروجی گاز سولفید هیدروژن اندازه گیری شد. سیستم در دمای محیط راهبری شد و سعی شد میزان رطوبت بهینه برای رشد مطلوب جمعیت میکربی بستر، در بازه 40 تا 60 درصد حفظ شود. نتایج نشان می دهد که میزان گاز سولفید هیدروژن منتشر شده از ایستگاه پمپاژ در طول 24 ساعت شبانه روز بسیار متغیر و در بازه 0-48 ppm قرار دارد. بیشترین ظرفیت جذب توسط این بستر بیولوژیکی 2.874 g/m3.hr بوده و میانگین راندمان حذف با احتساب دوره راه اندازی 89 درصد و میانگین عملکرد در دوره فعالیت بیولوژیکی پس از راه اندازی 98 درصد بوده است.

توسعه صنعتی، سبب پراکندگی فلزات سنگین از جمله کادمیم در محیط زیست و به ویژه در خاک شده است. استفاده از پساب و لجن فاضلاب و همچنین ناخالصی کودهای فسفاته، امکان گسترش آلودگی کادمیم در زمین های کشاورزی را بیشتر کرده و لزوم پیمایش این آلودگی را جدی تر می نماید. اهمیت پیمایش آلودگی این عنصر همراه با کارایی روش های زمین آمار برای تعیین و پهنه بندی آلودگی کادمیم در 800 هکتار از منطقه کشاورزی غرب شیراز (بیضا) با 19 نمونه تصادفی انجام شد. با مقایسه روش های مختلف زمین آماری، روش کریجینگ به عنوان مناسب ترین روش شناخته شد. نتایج حاصل بیانگر این بود که آلودگی منطقه به درجات مختلفی از کادمیم 80 درصد و بیشتر در بخش جنوبی متمرکز بوده است. تجزیه و تحلیل واریوگرام به دست آمده نشان داد که 55 درصد از تغییرات، ناشی از جز ساختاری و باقیمانده از بخش تصادفی است. با توجه به عدم وجود آلودگی های نقطه ای در منطقه از یک طرف و وسعت کم منطقه همراه با ضریب تغییرات زیاد اندازه گیری شده (60 درصد) از طرف دیگر به نظر می رسد که احتمالا منشا اصلی کادمیم خاک، انسان زاد بوده و در این میان، فعالیت های کشاورزی عامل اصلی آلودگی خاک های این منطقه است.

در این تحقیق قابلیت خاکستر برگ نخل کبکاب، به عنوان یک ماده جاذب ارزان قیمت برای حذف یون سرب از محلول آبی مطالعه شد. متغیرها از قبیل pH، غلظت یون، مقدار جاذب و دما در سیستم ناپیوسته بررسی شد. نتایج نشان داد که pH بهینه برای حذف یون سرب برابر با 5 بود. همچنین کارایی جذب در مدت 60 دقیقه در غلظت های 50، 100، 150، 200، 250 و 300 میلی گرم در لیتر با استفاده از 0.5 گرم در لیتر جاذب در دمای 20 درجه سلسیوس به ترتیب برابر با 99.46، 91.47، 80.49، 69.62، 57.34 و 51.29 درصد به دست آمد. این مطالعه نشان داد که با افزایش مقدار جاذب از 0.1 تا 2 گرم در لیتر، میزان جذب افزایش می یابد. همچنین بررسی پارامتر گرمایی، نشان دهنده وابسته بودن فرایند جذب به دما بود و نتایج بیانگر ترتیب کارایی جذب به صورت 20<30<40 درجه سلسیوس بود. بر اساس مدل لانگمیر، مقدار ثابت b برابر 0.152 و حداکثر جذب 35.2 بود. همچنین طبق مدل فروندلیچ، مقدار ثابت n که بیانگر شدت جذب است، برابر 4.5 بود. بر اساس مدل سیپس حداکثر جذب برای سرب 31.5 بود. این مطالعه نشان داد که خاکستر برگ نخل، پتانسیل خوبی برای حذف یون فلزات سنگین از محلول آبی دارد.

آبگیری و دفع لجن از جمله مهم ترین مراحل مدیریت تصفیه خانه های آب به شمار می رود. امروزه به دلیل بالا رفتن هزینه مواد اولیه و محدودیت در منابع، انتخاب روشهای استفاده از زائدات، بیش از پیش مورد توجه دست اندرکاران قرار گرفته است. هدف اصلی از انجام این پژوهش نیز بررسی امکان استفاده از لجن تصفیه خانه آب در ساخت آجر فشاری بود. به این منظور با استفاده از درصدهای مختلف وزنی لجن نسبت به رس، نمونه های مختلف آجر تهیه شد و مشخصه های هر یک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش نسبت لجن به رس، میزان خلل و فرج و میزان درصد جذب آب توسط آجر افزایش و پارامترهای مقاومت فشاری، دانسیته و وزن آجر کاهش می یابد. در این خصوص بیشترین نسبت لجن به رس به منظور حفظ حداقل مقاومت فشاری (80 Kg/m2) مطابق استاندارد به میزان 42 درصد برآورد شد. این نسبت با لحاظ حداکثر میزان مجاز جذب آب (20 درصد) توسط آجر به 24 درصد محدود می شود. از آنجا که میزان جذب آب توسط آجر فقط در خصوص آجرهای نما دارای اهمیت است، لذا می توان از این پارامتر در برابر شاخص بسیار مهم مقاومت فشاری از لحاظ کاربرد آجر در دیوارهای باربر، چشم پوشی نمود. از نتایج دیگر این پژوهش می توان به کاهش وزن آجر و در نتیجه کاهش وزن سازه هایی که از این نوع آجر استفاده خواهند نمود، اشاره داشت. همچنین افزودن لجن به آجر باعث به وجود آمدن رنگهای متنوع در آجرهای تولیدی می شود و قابلیت استفاده از آن به عنوان آجرنما را ممکن می سازد.

امروزه استفاده از مواد پوزولانی به عنوان جایگزین بخشی از سیمان مصرفی و به منظور ارتقای خواص مصالح پایه سیمانی و صرفه جویی در هزینه ها امری مهم است. از طرفی لجن فاضلاب به عنوان یک پسماند خطرناک برای محیط زیست و سلامتی انسان مطرح است. در همین راستا در این پژوهش از خاکستر لجن فاضلاب به عنوان یک پوزولان مصنوعی برای ساخت مصالح پایه سیمانی خودتراکم که به عنوان انقلابی در صنعت بتن مطرح می باشند، استفاده شد. هدف از این پژوهش، تسریع در عملکرد خاکستر لجن فاضلاب با استفاده از نانو ذرات سیلیس در جهت به کارگیری صنعتی این ماده در تولید مصالح پایه سیمانی خودتراکم بود. در این پژوهش 10 طرح اختلاط با درصدهای مختلف جایگزینی خاکستر لجن (0، 5، 10، 15 و 20 درصد) و نانوسیلیس (0 و 1 درصد) برای تولید نمونه های دو جزئی و سه جزئی ملات و بتن خودتراکم، طراحی شده و خواص آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که با افزودن خاکستر لجن فاضلاب، خواص رئولوژیک و مکانیکی نمونه ها افت پیدا کرده و خواص دوامی آنها در حضور درصدهای پایین این پوزولان بهبود می یابد. با افزودن نانوسیلیس نیز خواص مکانیکی و دوامی نمونه ها بهبود می یابد. همچنین حضور نانوسیلیس در کنار ذرات خاکستر لجن باعث افزایش واکنش پذیری این پوزولان شده و عملکرد این ماده را بهبود می بخشد.

نبود یک شبکه فاضلاب کارا، باعث به خطر افتادن سلامت عمومی و شیوع بیماری های واگیردار در جوامع شهری می شود. هزینه های زیاد احداث این شبکه ها و وجود محدودیت های مالی، سبب ورود روش های مختلف بهینه سازی در طراحی این شبکه ها شده است. مساله طراحی شبکه های فاضلاب، دارای متغیرهای تصمیم گسسته و پیوسته همزمان است. علاوه بر آن، پیچیدگی زمانی غیرخطی این گونه مسائل باعث استفاده از روش های مختلف بهینه سازی در طراحی شبکه های فاضلاب شده است. در این پژوهش، از الگوریتم دسته ذرات با قابلیت پرواز بازگشتی و مجهز به حافظه هارمونی در بهینه سازی شبکه های فاضلاب استفاده شد. تابع هدف، شامل حداقل کردن هزینه های حفاری و تهیه لوله های شبکه، با توجه به قطرهای موجود در بازار بود. استفاده از مکانیسم های پرواز بازگشتی و حافظه هارمونی، مانع از پرواز بی ثمر ذرات و افزایش کارایی و ثبات محاسباتی الگوریتم دسته ذرات می شود. در مطالعه حاضر، قیود مساله بهینه سازی شبکه های فاضلاب در دو سطح، بررسی و ارضا شدند که موجب همگرایی مطلوب الگوریتم ذرات، در مقایسه با روش های معمول جریمه دهی در سایر روش های تکاملی شد. برای تعیین فضای امکان پذیر متغیرهای تصمیم، از مدل هیدرولیکی معادله مانینگ استفاده شد. کارایی الگوریتم با ارائه دو نمونه از شبکه های فاضلاب نشان داده شد. نتایج، بهبود محسوسی در کاهش هزینه ها نسبت به دیگر الگوریتم ها و ثبات محاسباتی بیشتری را نسبت به دسته ذرات استاندارد در بهینه سازی شبکه های فاضلاب نشان داد.

در فرایند بارش رواناب، عوامل بسیاری دخالت دارند که با عدم قطعیت همراه هستند. یکی از فاکتورهای بسیار مهم در این فرایند، رطوبت اشباع پیشین خاک است. یکی از روش هایی که به این پارامتر توجه دارد، روش ارائه شده توسط سازمان حفاظت خاک آمریکا به نام شماره منحنی است. در این روش، مجموع بارش های پنج روز پیش از رخداد دبی اوج سیل، به عنوان نماینده شرایط رطوبتی پیشین خاک در نظر گرفته می شود. با توجه به این که پدیده های طبیعی به دلیل دخالت تعداد زیادی از عوامل و پارامترها با عدم قطعیت همراه هستند، یکی از ابزارهای کارآمد در بررسی رفتار این پدیده ها، مدل های هوشمند فازی- عصبی تطبیقی هستند. از این رو در این پژوهش به بررسی اثر مجموع بارش های پنج روزه در پیش بینی دبی بیشینه روزانه سیلاب با استفاده از مدل های انفیس پرداخته شد. مدل مذکور با دو الگوریتم آموزشی پس انتشار و هیبرید آموزش دیده شد و سپس با استفاده از آزمون های آماری مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، کارآمدی مدل انفیس به دست آمده را در بررسی ورودی بارش پنج روزه و خروجی دبی اوج سیل نشان داد. همچنین نتایج حاصل از روش هیبرید، عملکرد بهتری را نشان دادند. بهترین ضریب همبستگی برای مدل 5 روزه و به میزان 0.985 و ریشه میانگین مربعات خطا 0.162 در روش هیبرید بود.

بین پارامترهای مختلف کمی و کیفی فاضلاب و میزان لجن برگشتی مورد نیاز، که یکی از مهم ترین پارامترهای بهره برداری از تصفیه خانه های فاضلاب به روش لجن فعال است، ارتباط علت و معلولی پیچیده و غیر خطی وجود دارد. همچنین شبکه های عصبی مصنوعی دارای مزایایی از قبیل قدرت یافتن روابط علت و معلولی پیچیده و غیر خطی توسط ابزارهای محاسباتی ساده ریاضی، داشتن قدرت تعمیم بالا و همچنین سرعت بالا در مرحله آزمایش اند و می توانند به صورت یک ابزار نرم افزاری در بهره برداری از تصفیه خانه فاضلاب مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش میزان لجن برگشتی در تصفیه خانه فاضلاب شهر تربت حیدریه با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و با توجه به داده های ورودی یک ساله مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای مختلف تاثیر گذار در میزان لجن برگشتی از قبیل دبی و دمای فاضلاب ورودی، TSS، BOD5، COD ورودی و خروجی، غلظت لجن برگشتی، غلظت مواد معلق مایع مخلوط و همچنین میزان لجن فعال جمع آوری شده، به شبکه های عصبی MLP و RBF اعمال شد. نتایج این مطالعه نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی MLP می تواند با دقت بیش از 93 درصد میزان لجن برگشتی مورد نیاز در سیستم های متداول بیولوژیکی تصفیه فاضلاب به روش هوادهی گسترده را پیش بینی نماید.

در این مطالعه، از سامانه استنتاج فازی-عصبی تطبیقی برای مدل سازی فرایند تصفیه فاضلاب لجن فعال پتروشیمی مبین استفاده شد. این مدل برای پیش بینی غلظت اکسیژن مورد نیاز شیمیایی خروجی مورد استفاده قرار گرفت و ضریب همبستگی بین پارامترهای ورودی و کیفیت جریان خروجی محاسبه شد. پارامتر ورودی با بیشترین تاثیر بر کیفیت جریان خروجی تعیین شد و بر اساس آن، سه ساختار فازی- عصبی تطبیقی مستقل با تعداد پارامترهای گوناگون بررسی شد. پیش بینی های مدل های فازی- عصبی تطبیقی با پیش بینی های مدل شبکه عصبی مصنوعی چندلایه با ساختاری مشابه مقایسه شدند. بررسی نتایج به دست آمده نشان می دهد که هر دو روش هوش مصنوعی، روش های مدل سازی منعطف، با دوام و موثری را برای سیستم لجن فعال ارائه می دهند. همچنین، پس از مقایسه خطای پیش بینی هر یک از این دو روش، مشاهده می شود که با استفاده از سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی (با مجذور میانگین مربعات خطای 5.14 برای داده های آزمایش) می توان به نتایج بهتر و بازدهی بالاتری نسبت به شبکه عصبی مصنوعی (با مجذور میانگین مربعات خطای 6.59 برای داده های آزمایش) دست یافت.

اجرای شبکه های جمع آوری فاضلاب یکی از راههای موثر در مدیریت کمی و کیفی منابع آب است. در این مقاله، گزینه مناسب شبکه فاضلاب شهری با استفاده از شاخص ها و معیارهای مختلف کمی و کیفی انتخاب و تاثیر میزان ریسک پذیری و ریسک گریزی تصمیم گیران در انتخاب تصمیم نهایی بررسی شد. انتخاب سیستم مناسب جمع آوری فاضلاب شهری به عنوان یک مطالعه کاربردی با استفاده از چهار روش تصمیم گیری مجموع ساده وزین (SAW)، روش برنامه ریزی سازشی (CP)،TOPSIS و عملگر میانگین وزنی مرکب (HWA) مورد بررسی قرار گرفت و تاثیر انتخاب روش تصمیم گیری در رتبه بندی نهایی گزینه ها با استفاده از روشهای ذکر شده بررسی و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شد.