آب و فاضلاب
سال:1395 | دوره:27 | شماره:6 (مسلسل 106) |تعداد مقالات:11

اخیرا از روش های فراکاوشی به عنوان ابزاری کارآمد برای حل مسائل پیچیده مهندسی استفاده زیادی شده است. یکی از این روش ها الگوریتم JPSO است. در این پژوهش با اعمال تغییراتی ابتکاری در ماهیت پرش این الگوریتم، امکان حل مسائل مبتنی بر ساخت گراف در آن فراهم شد و الگوریتم جدیدی به نام G-JPSO ارائه شد. در این پژوهش کاربرد الگوریتم جدید توسعه داده شده در حل تابع فلتچر- پاول و مساله کنترل بهینه پمپ ها در شبکه توزیع آب مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. کنترل بهینه پمپ ها شامل برنامه زمانی مناسب بهره برداری از قبیل تعیین وضعیت روشن و خاموشی هر یک از پمپ ها در بازه زمانی مورد نظر بود، به نحوی که علاوه بر کاهش هزینه برق مصرفی نیاز گره های مصرف و محدودیت های مساله شامل حداقل فشار مورد نیاز در هر گره، حداقل و حداکثر ارتفاع مخازن و غیره مرتفع شود. در این پژوهش محدودیت دیگری شامل حداکثر تعداد روشن و خاموش کردن هر پمپ نیز به تابع هدف اعمال شد. برای تعیین برنامه بهره برداری بهینه پمپ ها یک مدل بهینه سازی-شبیه سازی مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی G-JPSO و JPSO تهیه شد. از مدل پیشنهادی برای تعیین برنامه بهینه بهره برداری شبکه توزیع ون زیل استفاده شد. مقایسه نتایج این الگوریتم در مسائل پیشنهادی با نتایج الگوریتم های جامعه مورچگان، ژنتیک و JPSO نشان دهنده توانایی بالای الگوریتم ارائه شده در پیدا کردن جواب هایی نزدیک به جواب بهینه با صرف هزینه محاسباتی مناسب است.

حوضچه های پیش ته نشینی از اجزاء مهم و اصلی در فرایند تصفیه آب به شیوه متعارف به شمار می روند. به دلیل هزینه بسیار زیاد ساخت این حوضچه ها که در حدود 30 درصد کل هزینه تصفیه خانه های آب را به خود اختصاص می دهد، مدل سازی و عملکرد بهینه حوضچه های ترسیب بسیار حائز اهمیت است. در حوضچه های ته نشینی و رسوب گذار به دلیل وجود گرادیان های سرعت متفاوت، نواحی مختلفی از جریان از جمله جریانات چرخشی به وجود می آید. این پدیده باعث ایجاد اتصال کوتاه، افزایش نواحی مرده و تغییرات در میزان اختلاط می شود که ممانعت از ایجاد بستری آرام جهت رسوب گذاری نموده و بازده حوضچه را نیز کاهش می دهند. لذا همواره سعی می شود فضاهای مرده کاهش داده شود. اولین گام برای بهینه سازی حوضچه های پیش ته نشینی، محاسبه صحیح میدان سرعت و حجم نواحی چرخشی است. در این مقاله با به کارگیری نرم افزار SSIIM، حوضچه ساده و بافل دار کالسروحه با مدل آشفتگی e k- استاندارد مدل سازی شده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد.

این مطالعه با هدف بررسی آزمایشگاهی حذف یون سولفات با استفاده از کامپوزیت نانوذرات آهن بر بستر اکسیدگرافن و کامپوزیت نانوذرات آهن بر بستر کربن فعال انجام شد. در این تحقیق سنتز اکسید گرافن توسط روش هامر انجام شد. در حین سنتز نانوذرات آهن، اکسید گرافن و کربن فعال به عنوان بستر به آن اضافه شد. اثر پارامترهای مختلف شامل مقدار گرم جاذب، pH و زمان تماس بر روی میزان جذب بررسی شد. همچنین مطالعات سینتیکی بر روی داده ها انجام شد. نتایج نشان داد که بیشترین درصد جذب توسط 0.06 گرم جاذب در pH برابر 11 و بعد از 9 ساعت تماس محلول با جاذب برای نانوکامپوزیت آهن بر پایه اکسید گرافن و کربن فعال به ترتیب برابر با 84 درصد و 62 درصد بود. همچنین مشاهده شد که داده های آزمایشگاهی ظرفیت جذب بر حسب زمان متناسب با مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم است. با ﺗﻮﺟﻪﺑﻪ نتایج ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه، هر دو جاذب سنتز شده به عنوان جاذب های سازگار با محیط زیست، توانایی ﻣﻄﻠﻮبی در حذف سولفات داشتند.

در این مقاله، گاما آلومینای عامل دار شده برای حذف رنگزای کاتیونی مالاخیت سبز از محلول های آبی به روش جذب سطحی مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا خصوصیات ذرات عامل دار شده با FT-IR، SEM، XRD و EDAX شناسایی شد. سپس اثر پارامترهای مختلف از جمله غلظت اولیه رنگزا، زمان تماس، pH آغازین، دز جاذب و دما بر روی حذف رنگزای مالاخیت سبز مطالعه شد. pH نقطه صفر بار جاذب نیز تعیین شد. نتایج نشان داد که فرایند جذب سطحی در 60 دقیقه به تعادل می رسد و مقدار حذف رنگزا با افزایش دز جاذب و pH افزایش می یابد. مطابق نتایج 0.1 گرم از گاما آلومینای عامل دار شده قادر به حذف 91.69 درصد از رنگزای مالاخیت سبز در غلظت اولیه 50 میلی گرم در لیتر و در pH برابر 10 است. مطالعه ایزوترم و سینتیک جذب سطحی نشان داد که جذب سطحی رنگزای مالاخیت سبز بر روی گاما آلومینای عامل دار به خوبی از مدل ایزوترم تمکین و سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی می کند.

در این مقاله، تخریب نوری سیانید با استفاده از فوتوکاتالیست S, N-TiO2 سنتزی به وسیله روش سل- ژل تثبیت شده بر روی میکروگلوله های شیشه ای مورد بررسی قرار گرفت. تیواوره به عنوان منبع نیتروژن و گوگرد و تترابوتیل اورتوتیتانات از ترکیبات اصلی سنتز فوتوکاتالیست بودند. اثر مقدار تیواوره، نور مرئی (لامپ 400 وات) و خورشید، زمان تابش و مقدار متفاوت اولیه سیانید (50، 100، 200 و ppm 300) روی تخریب نوری سیانید مطالعه شد. به منظور اندازه گیری غلظت سیانید از روش تیتراسیون استفاده شد. خصوصیات فیلم فوتوکاتالیست سنتزی به وسیله پراش پرتوی ایکس، اسپکتروسکوپی مرئی- فرابنفش انعکاسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس تعیین شد. الگوی XRD و تصاویر SEM، اندازه نانومتری فوتوکاتالیست سنتزی را تایید کردند. آنالیز EDX و DRS نیز به ترتیب حضور S و N و فعالیت نوری فوتوکاتالیست در ناحیه مرئی را نشان دادند. سیانید با غلظت ppm50، در حضور فیلم S, N-TiO2 با 25 گرم تیواوره، بالای 94 درصد در نور مرئی و در حدود 100 درصد در نور خورشید، در مدت زمان 4 ساعت تخریب شد. فوتوکاتالیست S, N-TiO2 تثبیت شده بر روی میکروگلوله های شیشه ای می توانند به صورت موثری به عنوان یک روش جدید برای تصفیه پساب صنایع حاوی سیانید، تحت نور خورشید به کار رود.

افزایش مصرف MTBE به عنوان جانشین تترا اتیل سرب و آثار سوء آن بر محیط زیست، تصفیه فاضلاب حاوی آن را ضروری می نماید. با وجود کاربرد روش های فیزیکی و شیمیایی برای حذف MTBE، به دلایلی ازجمله هزینه بر بودن، تولید محصولات جانبی و راندمان کم، روش بیولوژیکی می تواند جایگزین مناسبی باشد. هدف از این تحقیق، بررسی قابلیت سیستم SBAR و بیوگرانول های هوازی در حذف ترکیب MTBE بود. فاضلاب به کار رفته سنتزی و شامل مواد مورد نیاز میکروارگانیسم ها بود. pH در محدوده 7 تا 8 و DO بین 2 تا 5 میلی گرم در لیتر تنظیم شد. برای بررسی مشخصات گرانول های تولید شده از TEM استفاده شد. نتایج حاصل بیانگر حذف بالغ بر 90 درصد COD اولیه 500 میلی گرم در لیتر پس از چهار ساعت بود که 28 و 1.5 درصد آن به ترتیب مربوط به نقش مکانیسم عریان سازی و جذب سطحی بود. گرانول های تشکیل شده رنگ قهوه ای، اندازه 2تا 6میلی متر، متوسط سرعت سقوط 0.65 سانتی متر بر ثانیه و دانسیته 0.055 گرم در میلی لیتر داشتند که بالاتر از فلوک ها بوده و درنتیجه فرایند ته نشینی در راکتور بهبود یافت. طبق نتایج حاصل از TEM،گونه های سیلیاته و روتیفر جمعیت غالب در گرانول ها را تشکیل می دادند.

فلزات سنگین در بیشتر نقاط دنیا در فرم های فیزیکی و شیمیایی گوناگون و در غلظت های متفاوت به عنوان آلاینده محیط زیست، از طریق تخلیه پساب های متعدد ازجمله پساب های شهری و صنعتی، وارد محیط می شوند. امروزه استفاده از روش های بیولوژیکی در تصفیه و حذف فلزات سنگین از پساب ها مورد توجه زیادی قرار گرفته است. به این منظور در مطالعه حاضر باکتری هایی با مقاومت نسبی به فلزات سنگین کادمیم و سرب از پساب شهری جدا و خالص سازی شدند. باکتری های خالص سازی شده با استفاده از آزمون های بیوشیمیایی شناسایی و میزان حداقل غلظت بازدارنده آن ها تعیین شد. حداقل غلظت بازدارنده باکتری ها در غلظت های 25، 50، 75، 100، 150 ، 300، 500 و 750 میلی گرم در لیتر سرب و کادمیم به دست آمد. سپس توانایی باکتری های برتر با جمعیت 108 CFU/ml به منظور حذف سرب و کادمیم از پساب شهری غنی شده با غلظت های 50، 100، 150 و 300 میلی گرم در لیتر سرب و کادمیم مورد بررسی قرار گرفت. باکتری های باسیلوس لاتروسپروس و یرسینیا سودوتوبرکولوسیس به عنوان باکتری های مقاوم از پساب شهری جداسازی و شناسایی شدند. حداقل غلظت بازدارنده سرب و کادمیم توسط باسیلوس لاتروسپروس و یرسینیا سودوتوبرکولوسیس به ترتیب 300 و 500 میلی گرم در لیتر و همچنین حداکثر درصد حذف فلز سرب از پساب غنی شده با 100 میلی گرم در لیتر سرب توسط باکتری های باسیلوس لاتروسپروس و یرسینیا سودوتوبرکولوسیس به ترتیب 50.60 و 45.7 درصد و در مورد کادمیم 36.18 و 21.41 درصد در پساب غنی شده با 100 میلی گرم در لیتر سرب و 150 میلی گرم در لیتر کادمیم به دست آمد.

رسوب های ناشی از روغن، چربی و گریس در خطوط فاضلاب باعث سرریز فاضلاب، آسیب به محیط زیست و خطرات بهداشتی می شود. آنالیز دو نمونه رسوب جمع آوری شده از شبکه فاضلاب خیابان امام رضا (ع) در شهر مشهد، نشان داد که واکنش های شیمیایی روغن های خوراکی در خطوط فاضلاب، منجر به تشکیل صابون غیر محلول و ایجاد رسوب در خطوط فاضلاب می شود. این رسوب ها به دلیل چسبندگی زیاد به مرور زمان درون لوله جمع و موجب انسداد آن می شود. رطوبت این نمونه ها 50 و 62 درصد است که نشان می دهد آب نقش اساسی در تشکیل آن ها ندارد. مقدار اسید چرب اشباع نمونه ها 61.78 و 84.35 درصد و اسید چرب اشباع غالب، اسید پالمیتیک است. کلسیم مهم ترین فلز حاضر در این نمونه ها است که هم از راه سختی آب و هم خوردگی لوله های فاضلاب ایجاد می شود. با توجه به نتایج به دست آمده و منشا ایجاد این رسوب ها، راه حل هایی برای جلوگیری از ایجاد رسوب و انسداد خطوط فاضلاب بر اساس دستورالعمل مدیریت روغن و چربی با در نظرگرفتن شرایط محیطی و فرهنگی منطقه پیشنهاد شده است. این پیشنهادها در حال بررسی و ابلاغ برای اجرا است.

از فرایند لجن فعال برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب های شهری و پساب های صنعتی به طور گسترده ای در جهان استفاده می شود. یکی از مشکلات این فرایند، تولید بیش از اندازه لجن است. با توجه به قوانین سخت گیرانه محیطی در مورد دفع لجن مازاد، هزینه تصفیه و دفع لجن حدود 60 درصد از هزینه های بهره برداری تصفیه خانه ها را شامل می شود. از این رو طی سال های اخیر کمینه سازی تولید لجن در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب مورد توجه قرار گرفته است. روش های متعدد فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی برای بهبود کاهش لجن ارائه شده است. این روش ها در اغلب موارد نیاز به سرمایه گذاری بالا و هزینه های بالای بهره برداری دارند. فناوری استفاده از راکتورهای کرمی بسیاری از محدودیت های این روش ها را ندارد. در این مقاله ویژگی های این روش و پژوهش های انجام شده در این زمینه به صورت مروری مورد توجه قرار گرفت.

آرسنیک یکی ازخطرناک ترین عناصر موجود در آب آشامیدنی است. مصرف آب آلوده به آرسنیک باعث بروز انواع بیماری های مختلف از جمله سرطان ها می شود. این مطالعه به منظور بررسی غلظت آرسنیک در منابع آب روستایی شهر ریوش کاشمر انجام گرفت. در این مطالعه توصیفی–تحلیلی مقطعی، 60 نمونه از 10 منبع آب شرب زیرزمینی شهر ریوش در طی ماه های اردیبهشت تا مرداد 1392 جمع آوری شد. نمونه برداری و محافظت نمونه ها مطابق با استاندارد متد انجام گرفت و توسط دستگاه جذب اتمی به روش VGA اندازه گیری شد. به منظور سنجش وجود ارتباط بین غلظت آرسنیک در آب و عواملی همچونpH، کلر باقیمانده، EC، TDS، شوری و دما این عوامل نیز اندازه گیری شد و میزان آرسنیک با استانداردهای ملی و بین المللی مقایسه شد. میانگین غلظت آرسنیک در ایستگاه های A، B، C، D، E، F، G، H، I، J به ترتیب 07.53±1.03، 1.30±1.1، 10.55±3.83، 11.21±5.01، 10.57±3.68، 2.34±0.73، 3.22±0.58، 9.89±3.57، 10.48±5.07، 2.23±0.53 میکروگرم در لیتر بود. غلظت آرسنیک در پنج ایستگاه بیشتر از رهنمودهای WHO بود ولی در سایر ایستگاه ها بیش از استاندارد ملی نبود. میزان آرسنیک نسبت به استاندارد ملی دارای تفاوت معنی دار (P<0.001)، ولی نسبت به استاندارد بین المللی تنها 50 درصد ایستگاه ها دارای تفاوت معنی دار (P<0.001) بودند. همچنین ارتباط معنی داری بین غلظت آرسنیک و TDS، EC، دما، شوری و کلر باقیمانده به جز pH وجود نداشت. برنامه ریزی برای جایگزینی آب آشامیدنی سالم با منابع موجود در مناطقی که میزان آرسنیک بیش از استاندارد بین المللی است و همچنین برای کنترل مداوم منابع آبی ضروری است.