آب و فاضلاب
سال:1397 | دوره:29 | شماره:5 |تعداد مقالات:10

رنگ آلاینده ای است که به دلیل عدم تجزیه پذیری زیستی باعث آلودگی محیط زیست و آب های سطحی می شود. پژوهش های زیادی به منظور حذف این مواد از فاضلاب توسط فرایند جذب سطحی انجام شده است. در این پژوهش جاذب مغناطیسی بر پایه کیتوزان برای حذف رنگ آنیونی اریوکروم بلک تی تهیه و بررسی شد. نانوذرات مغناطیسی به صورت درجا در حضور کیتوسان تهیه شد و کیتوسان مغناطیسی به دست آمده با کاپا-کاراگینان شبکه ای شد تا مشکل انحلال آن در محیط اسیدی برطرف شود. ساختار نانوکامپوزیت مغناطیسی کیتوسان با استفاده از روش های معمول شامل XRD، SEM، TEM، FT-IR و VSM شناسایی شد. اثر عوامل مختلف از جمله غلظت رنگ، زمان تماس، pH محلول، دما و اثر نیروی یونی در جذب رنگ بررسی شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که داده های جذب همدما به خوبی با همدمای لانگمیر مطابقت دارد. حداکثر ظرفیت جذب جاذب تحت شرایط بهینه بر مبنای ایزوترم لانگمیر 150 میلی گرم بر گرم بود. سینتیک جذب اریوکروم بلاک تی برروی نانو کامپوزیت مغناطیسی با مدل شبه درجه دوم مطابقت داشت. با افزایش pH مقدار جذب سطحی رنگ بر روی کیتوسان مغناطیسی کاهش یافت. با توجه به روش تهیه آسان جاذب مغناطیسی کیتوسان و راندمان جذب بالای آن برای رنگ اریو کروم بلاک تی می توان این نمونه جاذب را برای مصارف کاربردی پیشنهاد داد.

استفاده از سیستم های نمک زدایی آب یکی از روش های تولید آب برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی است. یکی از این سیستم ها، اسمز معکوس است که به علت کاهش در مصرف انرژی و بازده زیاد و عملکرد بهینه آن، مورد توجه قرار گرفته است. این پژوهش با هدف ساخت نانوکامپوزیت حاوی نانو لوله های کربنی به منظور افزایش عملکرد غشا انجام شد. همچنین افزایش شار ناشی از تغییرات و کاهش میزان گرفتگی سطح غشا بررسی شد. در این پژوهش غشاهای پلی آمیدی نانوکامپوزیتی اسمز معکوس حاوی نانولوله های کربنی چند دیواره ساخته شد و برای تصفیه آب لب شور حاوی نمک NaCl و هدایت الکتریکی به میزان 4000 میکروزیمنس بر سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. نانولوله های کربن چند دیواره خام با پوشش پلی پیرول از طریق روش پلیمریزاسیون سطحی روی غشاهای پلی آمیدی اسمز معکوس برای افزایش تخلخل و همچنین آب دوستی نشانده شدند. آنالیزهای زاویه تماس، SEM، FTIR و AFM بر روی غشاهای نانوکامپوزیت برای تشخیص پیوندهای تشکیل شده و آبدوست بودن غشا انجام شد. پس از سنتز غشاهای اسمز معکوس با استفاده از روش پلیمریزاسیون سطحی شامل سه حمام MPD، TMC و هگزان، از دستگاه آزمایش که متشکل از سه سلول بود، به منظور بررسی میزان شار آب عبوری، درصد نمک تصفیه شده و گرفتگی بر روی هر غشا استفاده شد. نتایج نشان داد که غشاهای ساخته شده دارای سطح نرم و آبدوست است و میزان شار با افزایش غلظت نانولوله ها تا یک حد مشخص، افزایش یافته است. در غشاهای نانولوله خام با پیرول، میزان شار تا مقدارL/m2 h 30/8 افزایش یافت که نسبت به غشاهای پلی آمیدی ساده برتری قابل ملاحظه ای داشت. نتایج نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیت ساخته شده میزان گرفتگی را بهبود داده اند. درصد پس زنی نمک (در تمام غشاهای آزمایش شده) بیشتر از 97 درصد برای غشاهای نانوکامپوزیت همراه با پیرول بود که شرط غشاها برای استفاده در فرایند اسمز معکوس را تأیید می کند.

پایدارسازی نانوذره آهن صفر ظرفیتی در محیط های آبی با پوشش های مختلف، کارایی آن را تا حدود زیادی کاهش می دهد. پژوهش حاضر با هدف بهینه سازی تحرک و پراکندگی نانوذره برای افزایش راندمان غیر فعال سازی باکتری های هتروتروف پساب فاضلاب های شهری، انجام شد. طراحی آزمایش، به روش سطح پاسخ و متد مکعب مرکزی با استفاده از نرم افزار دیزاین اکسپرت انجام شد. نانوذره آهن در دو نوع پوشش دار با کربوکسی متیل سلولز و نوع ساده سنتز شد. nZVIB-با تزریق پنوماتیک توسط گاز نیتروژن وارد پساب شد و CMC-nZVI نیز توسط میکسر در پساب مخلوط شد. مقایسه نتایج با دو روش HPC و سلولی، مولکولی (ردیابی ژنتیکی توالی 16s rRNA باکتری ها) صورت گرفت. بیشترین راندمان غیر فعال سازی در تزریق پنوماتیک B-nZVI، توسط گاز نیتروژن در فلوی جریان 10 لیتر در دقیقه مشاهده شد که به میزان 90 درصد در 23 دقیقه بود و نهایتاً با بهبود فشار و سرعت جریان گاز، راندمان غیرفعال سازی 6/95 درصد در 32 دقیقه ثبت شد. مدل نهایی به دست آمده از این فرایند از معادله درجه دوم تبعیت می کند. پیش بینی کلی مدل با ضریب تعیین (R2=0. 9447) برازش بسیار خوبی با داده های پاسخ نشان داد و اهمیت آماری آن به وسیله آزمون آماری فیشر (F-value=13. 29) مشخص شد. برای به کارگیری بهینه nZVI در فرایند غیر فعال سازی باکتری های هتروتروف پساب شهری می توان nZVI را در دو مرحله از طریق تزریق پنوماتیک مخلوط nZVI با یک گاز بی اثر مانند نیتروژن به پساب وارد نمود. راندمان غیرفعال سازی باکتری های تصفیه خانه های پساب شهری در تزریق پنوماتیک nZVI نسبت به استفاده nZVI پوشش دار مانندCMC، 17 تا 39 درصد بهبود یافت.

فلز سنگین کروم شش ظرفیتی یک ترکیب بسیار سمی است. این فلز مطابق استاندارد سازمان بهداشت جهانی در غلظت های بالاتر از 50 میکروگرم در لیتر منجر به واکنش های آلرژیک، سرطان پوست، سرطان ریه، آسیب به کلیه ها، کبد و همچنین ایجاد تغییر شکل ژنتیکی DNA می شود. هدف از این پژوهش بررسی عملکرد سیستم هیبرید فرایندهای نانوفیلتراسیون و میکروفیلتراسیون به منظور حذف کروم شش ظرفیتی از آب بود. پایلوت شامل فیلترهای 1 و 5 میکرون، فیلتر شن، فیلتر کربن فعال و نانوفیلتر (NF 90-400) ساخته شد و تأثیر پارامترهای مختلف از قبیل pH، فشار، غلظت کروم، غلظت سولفات و جامدات محلول کل (TDS) بر راندمان حذف کروم شش ظرفیتی از آب آشامیدنی بررسی شد. پارامتر فشار در محدوده 1/0 تا 4/0 مگاپاسکال، pH در محدوده 2 تا 10، غلظت کروم شش ظرفیتی در 100 تا 400 میکروگرم در لیتر و محدوده غلظت سولفات محلول خوراک 40 تا 500 میلی گرم در لیتر انتخاب شد. نتایج نشان داد که با افزایش pH، راندمان حذف کروم افزایش می یابد. همچنین با افزایش فشار از 1/0 تا 4/0 مگاپاسکال، از میزان حذف کروم کاسته می شود. در مورد تأثیر غلظت کروم و غلظت سولفات، نتایج نشان دهنده کاهش میزان راندمان حذف با افزایش غلظت بود. سطح بهینه غلظت کروم شش ظرفیتی در حدود 100 میکروگرم در لیتر، فشار 1/0 مگاپاسکال، pH برابر 10 و غلظت سولفات در حدود 40 میلی گرم در لیتر تعیین شد. به طور کلی نتایج ساخت پایلوت و اجرای آزمایش ها نشان داد که سیستم ارائه شده قابلیت حذف کروم از آب آشامیدنی (آب شهر و آب مقطر) را به میزان 99 درصد دارد.

فرایندهای غشایی از جمله مهم ترین روش های جداسازی هستند که در تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند. غشاهای الیاف توخالی به دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا در بسیاری از فرایندهای جداسازی استفاده می شوند. با توجه به این که تخلخل و نفوذپذیری محیط متخلخل به مشخصات هندسی آن بستگی دارد، تغییر در هندسه محیط، باعث تغییر در مقدار و عملکرد تخلخل و نفوذپذیری می شود. در این پژوهش، مدل سازی ریاضی بر اساس هندسه الیاف، به سه دسته دایروی، مربعی و بیضوی تقسیم بندی شد و مشخصات هندسی آنها بر اساس سه استراتژی محاسبه شد. به منظور بررسی اثر مورد نظر، محیط شامل الیاف توخالی، به صورت یک محیط دومتخلخله در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که نسبت سطح به حجم غشای الیاف توخالی و نفوذپذیری محوری در هندسه های مربعی و بیضوی، از الیاف دایروی معمول بزرگ تر بوده و به ترتیب تا حداکثر 27 و 63 درصد افزایش یافته است. همچنین هم ارزی شعاع دایره محاطی هندسه جدید با شعاع داخلی الیاف معمولی برای همه الیاف، از دایره کمتر بود که نتیجه مطلوبی است و باعث کاهش انرژی مصرفی و هزینه بهره برداری از سیستم می شود.

با وجود پیشرفت های قابل توجه در زمینه مدیریت پایدار سیستم های زهکشی رواناب شهری (UDSs)، این قبیل زیرساخت ها در معرض تهدید روزافزون محرک های غیر قطعی تغییرات آینده قرار دارند. کمّی سازی بازگشت پذیری، گامی مهم در راستای افزایش بلندمدت پایداری مناطق شهری تحت پوشش سیستم های زهکشی رواناب است. در پژوهش حاضر از طریق ترکیب عملکرد هیدرولیکی شبکه زهکشی رواناب سطحی با تابع عملکرد سیستم، به کمّی سازی بازگشت پذیری این شبکه ها در مقابله با سیل پرداخته شد. به این منظور پس از تعیین مقادیر بارش، حدّی برای دوره بازگشت های مختلف، شبیه سازی هیدرولوژیکی و هیدرودینامیکی سیستم جمع آوری آب های سطحی حوضه سیل برگردان غرب در تهران با دو سناریوی وجود و عدم وجود بهترین اقدامات مدیریتی (BMP) صورت گرفت. سپس این روش برای یکی از گره های سیلابی شبکه به کار گرفته شد و میزان عملکرد و بازگشت پذیری سیستم در این گره انتخابی تحت بارش های حدی با دوره بازگشت های مختلف برآورد شد. نتایج نشان داد که با اضافه نمودن یک جوی باغچه به سیستم زهکشی شهری، مدت سیل گرفتگی در گره منتخب شبکه و حجم آبگرفتگی به ترتیب تا میزان 15 و 47 درصد کاهش یافته و بازگشت پذیری نسبت به سیل از 37/0 درصد تا 89/5 درصد افزایش می یابد. بنابراین وجود راهکارهای توسعه کم اثر (LID)همراه شبکه سنتی زهکشی شهری می تواند در افزایش پایداری سیستم مؤثر باشد.

هدفاین پژوهش بررسی امکان حفاظت بخش هایی از خط لوله در مقابل ضربه قوچ بود که با ایجاد ساختارهای متخلخل در مسیر خط لوله انجام شد و برای انجام آن از موج شکن های متخلخل که برای حفاظت سواحل ایجاد می شود، الهام گرفته شد. از این رو در یک سامانه آزمایشگاهی که در آن خط لوله توسط یک پمپ تغذیه می شد و توسط شیری در بالادست امکان ایجاد ضربه قوچ وجود داشت، ساختارهای متخلخلی تعبیه شد. این ساختارهای متخلخل همگن توسط ذرات کاملاً کروی با قطرهای متفاوت، سنگدانه های تیزگوشه با قطرهای متفاوت و در طول های متفاوت ایجاد شد و در خط لوله تحت شرایط وقوع ضربه قوچ مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشینه فشار در سیکل اول ضربه قوچ، در پایین دست ساختار متخلخل به مقدار 95/0 تا 6/0 از مقدار متناظر در بالادست ساختار متخلخل کمتر است؛ اما در سایر سیکل ها فشار بالادست و پایین دست بسیار به هم نزدیک است. به طور کلی نمی توان گفت که یک ساختار متخلخل نواحی پایین دست خود را در مقابل امواج فشاری ضربه قوچ حفاظت می کند اما نوسانات فشاری در یک لوله حاوی ساختار متخلخل کمتر از نوسانات فشار در یک لوله با مسیر کاملاً باز در دبی مشابه است. این مسئله در بالادست و پایین دست ساختار متخلخل صادق است. مطابق نتایج، دلیل آن کاهش سرعت انتشار موج فشاری بر اثر وجود ساختار متخلخل تشخیص داده شد. نتایج نشان می دهد که ساختارهای متخلخل می توانند در شرایط خاص برای کنترل نوسانات فشار در خطوط لوله به کار برده شوند و پیشنهاد می شود در تحقیقات آینده، اجرای عملیاتی آن بررسی شود.

نشت در سیستم های انتقال و شبکه های توزیع، علاوه بر هدررفت آب و انرژی، موجب کاهش کیفیت آب به دلیل تماس با آلاینده ها در شرایط کم فشار می شود. جاده ها بناها و زیرساخت ها نیز در اثر نشت زیان می بینند. بنابراین، تعیین و کنترل نشت به دلیل تأثیرات منفی اقتصادی، محیط زیستی، ایمنی و اجتماعی آن، یکی از مباحث مهم و پیچیده در مهندسی سیستم های آبرسانی است. در این پژوهش به ارزیابی و تشخیص نشت بر پایه جریان گذرا در خطوط لوله پلی اتیلن پرداخته شد. برای این منظور در ابتدا یک مدل حل معکوس جریان گذرا توسعه داده شد و سپس برای ارزیابی این مدل، یک مدل آزمایشگاهی برای برداشت داده های مورد نیاز نشت های شبیه سازی شده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز ساخته شد و مجموعه ای از داده های نشت در دو مکان و با اندازه های مختلف برای ارزیابی روش حل معکوس مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از یک سیکل (T=4L/a) از سیگنال فشار برداشت شده در مدل حل معکوس، مکان نشت برای نشت های قابل توجه، با خطای بین 17/0 تا 17/2 درصد طول لوله قابل تشخیص است. همچنین با استفاده از دو سیکل (2T) از سیگنال فشار، اندازه نشت با خطای قابل قبولی کمتر از 23 درصد اندازه واقعی نشت قابل تشخیص است. علاوه بر این، مقایسه داده های آزمایشگاهی با نتایج مدل هیدرولیکی در شرایط مختلف نشان می دهد که مدل عددی، تنها با اضافه کردن اثرات ویسکوالاستیک دیواره لوله، فشار گذار را با دقت خوبی توصیف می کند.

پیش بینی میزان مصرف در مدیریت منابع آب، به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک مانند کشور ایران اهمیت بسیار زیادی دارد و برنامه ریزی مناسب به منظور بهره برداری مطمئن از این منابع مستلزم وجود ابزار توانمند پیش بینی در این زمینه است. در این پژوهش با توجه به توانایی شبکه های عصبی مصنوعی در مدل سازی سیستم های پیچیده و قابلیت علم زمین آمار در مدل سازی داده های مکانی، یک مدل تجربی ترکیبی به منظور پیش بینی زمانی و مکانی مصرف آب شهری تهیه و ارائه شده است. از داده های ایستگاه هواشناسی سهند و مصارف آب به دست آمده از شرکت آب و فاضلاب استان آذربایجان شرقی به منظور آموزش، صحت سنجی و ارزیابی نتایج مدل پیشنهادی استفاده شد. نتایج به دست آمده از به کارگیری مدل ترکیبی، نشان دهنده قابلیت بسیار زیاد مدل تهیه شده در پیش بینی مصرف آب شهری در محدوده مورد مطالعه است.

با توجه به محدودیت منابع آب شرب، کاهش نشت در شبکه های آبرسانی اهمیت بسیار دارد. در حال حاضر شبکه های توزیع آب بر اساس حداکثر مصرف ساعتی طراحی می شوند، لذا تغییرات زمانی مصرف آب در ساعات مختلف سبب نوسان فشار و افزایش نشت در این شبکه ها می شود. درصورت استفاده از مخازن داخلی آب در ساختمان ها، می توان شبکه های آبرسانی را بر مبنای حداکثر مصرف روزانه طراحی کرد تا نوسان های ساعتی جریان در شبکه به حداقل برسد. در پژوهش حاضر، تأثیر استفاده از مخازن داخلی بر میزان نشت شبکه با استفاده از شبیه سازی هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد به کارگیری مخازن داخلی برای شبکه های درحال بهره برداری باعث کاهش قابل توجه نشت می شود. در شبکه های بررسی شده، برای حالت های پیشنهادی قرارگیری مخزن بر روی بام و در محل پارکینگ حداقل میزان متوسط کاهش نشت شبکه به ترتیب 31 و 67 درصد به دست آمد. همچنین نشان داده شد که شکل شبکه از نظر شاخه ای و یا حلقوی بودن، تأثیر قابل توجهی بر میزان کاهش نشت ندارد. نتایج پژوهش حاضر توسعه روش های جدید طراحی شبکه های توزیع آب با هدف مدیریت فشار و کاهش نشت را ممکن می سازد.