آب و فاضلاب
سال:1398 | دوره:30 | شماره:4 (مسلسل 122) |تعداد مقالات:12

بحران آب و روش های مدیریت آن در سیستم های تامین آب شهری موضوعی حائز اهمیت است. در خطرات طبیعی و غیرطبیعی مختلفی مانند زلزله و حملات تروریستی، بیشترین آسیب به سیستم های تامین آب شهری وارد می شود. اولویت بندی راهکارهای موثر توسط تصمیم گیرندگان متخصص قبل از وقوع این بحران ها تا حد زیادی این آسیب را کاهش می دهد. در این پژوهش از روش تصمیم گیری چند معیاره PROMTHEE II با رویکرد فازی و با تجمیع و در نظر گرفتن نظرات کارشناسان و مدیران تامین و تصفیه شرکت آب و فاضلاب استان تهران برای رتبه بندی سناریوهای مدیریت ریسک تامین آب شرب شهر تهران شامل پیشگیری و آمادگی برای شرایط قبل از بحران استفاده شد. به دلیل عدم قطعیت های موجود در نظرات کارشناسی و پارامترهای مورد نیاز برای مدیریت ریسک تامین آب شهری، تئوری فازی به کار گرفته شد. نتایج پژوهش نشان می دهد که معیار قابلیت اطمینان تامین مقدار آب و پس از آن هزینه اجرای طرح به ترتیب بیشترین وزن را در سناریوها به خود اختصاص دادند. با رتبه بندی سناریوها مشخص شد اقداماتی مانند تقویت پدافند غیر عامل در سیستم های تامین و توزیع و مدیریت مصرف و ایجاد فرهنگ صرفه جویی و تشویق مردم برای ذخیره آب اضطراری و قرارداد با شرکت های تولید آب بسته بندی، به ترتیب با امتیاز 192/0، 176/0 و 132/0 بالاترین اولویت را در اقدامات پیش از بحران دارند. مدل تصمیم گیری ارائه شده می تواند به تصمیم گیرندگان در اولویت بندی سناریوهای تامین آب شرب در شرایط اضطرار کمک کند.

در سال های اخیر به علت برداشت و مصرف بی رویه و عدم توازن میان مصرف و منابع آب، کشور ایران به سمت کمبود شدید منابع آب تجدیدپذیر رفته است. لذا در این شرایط تحلیل وضعیت موجود و ارائه راهکارهای مناسب از اولویت اصلی سیاست گذاران محسوب می شود. برای این منظور با طراحی یک الگوی تعادل عمومی پویای تصادفی، وضعیت مصرف منابع آب در بخش های خانگی، کشاورزی و صنعت مورد بررسی قرار گرفت. همچنین وجود و معلوم بودن وضعیت پایدار، به صورت پارامتریک عددی و با توجه به مقادیر برآورد شده برای پارامترهای اقتصادی ایران، بررسی شد. با توجه به نتایج حاصل از پژوهش، سرانه مصرف آب 1000 مترمکعب در سال است؛ در حالی که میزان منابع آب تجدیدپذیر سرانه در وضعیت پایدار باید 1850 مترمکعب باشد، در حال حاضر سرانه منابع تجدیدپذیر برابر 1300 مترمکعب است. به عبارت دیگر با سرانه مصرف خانگی فعلی، سرانه منابع آب کمتر از حالت بهینه است. انتظار می رود با اصلاح مصرف و ارائه راهکارهای سیاستی، در یک افق بلندمدت بتوان به تعادل پایدار دست یافت. همچنین بر اساس شبیه سازی صورت گرفته، از میان سیاست های مختلف، ایجاد محدودیت 8 ساله بر محصولات کشاورزی با مصرف زیاد آب، مهم ترین سیاست برای رسیدن به این تعادل است.

شبکه های توزیع آب زیرساخت های پیچیده ای هستند که ساخت، بهره برداری و نگهداری از آنها نیازمند صرف هزینه های قابل توجهی است. از آن جایی که اکثر متغیرهای موثر در طراحی و بهره برداری از شبکه های توزیع آب به طور دقیق و قطعی قابل محاسبه و دست یابی نیستند، لذا بحث عدم قطعیت به عنوان یک موضوع جدا نشدنی در زمینه محاسبات این شبکه ها نیز باید مد نظر قرار گیرد. در این پژوهش با استفاده از مفهوم منطق فازی و به کارگیری الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، تاثیر عدم قطعیت های موجود در متغیرهای ورودی شبکه (تقاضای گرهی و ضریب زبری لوله) بر نتایج تحلیل هیدرولیکی دو شبکه توزیع آب نمونه بررسی شد. در ابتدا توابع عضویت فازی متغیرهای ورودی به دست آمد و با منظور نمودن تاثیر توام عدم قطعیت این متغیر ها، متغیرهای خروجی تحلیل هیدرولیکی با دقت بیشتری محاسبه شد. در ادامه متغیرهای فشار، سرعت و افت انرژی به عنوان نشانگرهایی برای ارزیابی عملکرد هیدرولیکی اجزای شبکه (گره های مصرف و لوله ها) در نظر گرفته شد. به منظور محاسبه شاخص عملکرد هیدرولیکی این اجزا، پس از تحلیل هیدرولیکی شبکه با استفاده از مدل تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار، از منحنی های جریمه تعریف شده مطابق با استانداردهای موجود، استفاده شد و نتایج با خروجی های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا مقایسه شد. به علاوه معادله جدیدی برای تلفیق عملکرد اجزای شبکه و به دست آوردن شاخصی برای ارزیابی عملکرد کل لوله و محاسبه اندیس عملکرد هیدرولیکی کل شبکه معرفی شد. طبق نتایج حاصل، مقادیر عدم قطعیت جزئی در متغیرهای ورودی تحلیل هیدرولیکی، عدم قطعیت بالایی در نتایج تحلیل هیدرولیکی شبکه های توزیع آب به دنبال داشت. البته متغیر سرعت جریان در لوله ها بیشتر از متغیر فشار گرهی تحت تاثیر عدم قطعیت موجود در متغیرهای ورودی تحلیل هیدرولیکی قرار می گیرد. همچنین استفاده از روش تحلیل مبتنی بر فشار در ارزیابی عملکرد هیدرولیکی شبکه های توزیع آب در طول دوره بهره برداری منجر به نتایج منطقی تر و نزدیک تر به واقعیت می شود. به طور مثال شاخص عملکرد کل شبکه برای شبکه 9 حلقه ای برابر 56/0 و برای شبکه دو حلقه ای هم براساس روش های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا و مبتنی بر فشار به ترتیب برابر 26/0 و 59/0 به دست آمد.

پرش هیدرولیکی دارای کاربردهای فراوانی در انتقال و تصفیه آب و فاضلاب است. این پدیده از دیدگاه ماکروسکوپی، یک جریان متغیر ناگهانی است که با گرداب های قوی همراه است و نوسانات تلاطمی بزرگی را ایجاد می کند. اثر فشارهای نوسانی ناشی از تلاطم در پرش با اهمیت است و باید در طراحی سازه مورد توجه قرار گیرد. نوسانات فشار می تواند با فرسایش و لرزش موجب آسیب در حوضچه آرامش شود. در این پژوهش به مشخصات تلاطمی پرش هیدرولیکی مستغرق در پایین دست یک سرریز بلند و بررسی اثرات درجه استغراق پرش در میزان ضرایب نوسانات فشار پرداخته شد. به این منظور آزمایش ها در یک مجرای مستطیلی شامل سرریزی با زاویه 30 درجه و ارتفاع 1/8 متر و کانال افقی به عرض 0/3و طول 3 متر، برای عدد فرود 7/07 با درجات مختلف استغراق انجام شد. داده های فشار با استفاده از مبدل فشار با فرکانس نمونه برداری 100 هرتز ثبت شد. آزمایش ها نشان داد شدت نوسانات فشار در بستر پرش هیدرولیکی مستغرق تابعی از عدد فرود، فاصله نسبی از ابتدای حوضچه و درجه استغراق است. با افزایش درجه استغراق، ضرایب نوسانات فشار (، و) کاهش می یابد به طوری که با افزایش درجه استغراق از 1 تا 2، حداکثر ضریب انحراف معیار 89 درصد کاهش یافت. همچنین حداکثر ضرایب و در کف حوضچه آرامش در فاصله کمتر از 20 برابر عمق اولیه پرش (X/Y1£ 20 ) از محل شروع حوضچه رخ داد. بنابراین فاصله مذکور به لحاظ طراحی سازه ای حوضچه حساسیت بیشتری دارد و درجه استغراق بیشتر در جهت اطمینان طراحی است.

ساختار شیمیایی مواد رنگزای موجود در پساب صنایع نساجی در برابر فرایندهای تصفیه مرسوم شامل روش های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مقاوم هستند، راندمان حذف آنها کم است و تولید پساب ثانویه می کنند، بنابراین باید از روش های پیشرفته دیگری برای حذف ترکیبات آلی این گونه پساب ها استفاده شود. در این پژوهش از نانوذرات بیسموت اکسید برای حذف ترکیبات آلی موجود در فاضلاب کارخانه نساجی اردبیل استفاده شد. ابتدا نانوذرات بیسموت اکسید به روش سل-ژل سنتز شد و با روش های XRD، FESEM و DRS مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت سونوکاتالیستی و فتوکاتالیستی این ذرات در حذف ترکیبات آلی موجود در فاضلاب کارخانه نساجی اردبیل بررسی شد. نتایج نشان داد که حدود 70 درصد فراوانی ترکیبات شیمیایی، مربوط به ترکیباتn-Decane، n-Dodecane، n-tetradecane و Hexadecane بودند. در نمونه تحت تاثیر امواج التراسونیک بدون نانو ذره، ترکیبات شیمیایی n-Decane، n-Dodecane، n-Tetradecane، Hexadecane به ترتیب به میزان 2/86، 6/25، 8/33، 25 درصد حذف شد، در صورتی که در نمونه تحت تاثیر امواج التراسونیک در حضور نانوذره بیسموت اکسید، ترکیبات شیمیایی n-Decane و n-Dodecane، به ترتیب به مقدار 92/14، 95/13درصد و ترکیبات شیمیایی n-Tetradecane و Hexadecane بیش از 99 درصد حذف شد. در نمونه تحت تاثیر امواج UV در حضور نانوذره بیسموت اکسید، ترکیبات شیمیایی n-Decane و n-Dodecane به ترتیب به میزان 92/82و 93/75درصد حذف و ترکیبات شیمیایی n-Tetradecane و Hexadecane نیز بیشتر از 99 درصد حذف شدند. نتایج مشخص نمود که فرایند US بدون حضور نانوذره، کارایی اندکی در حذف ترکیبات آلی دارد. در صورتی که هر دو فرایند US/Bi2O3 و UV/Bi2O3 دارای راندمان حذف بیش از 90 درصد هستند. بنابراین طبق نتایج، افزودن نانوذره Bi2O3 به محلول فاضلاب می تواند نقش بسزایی در حذف ترکیبات آلی فاضلاب داشته باشد.

در این پژوهش به بررسی قابلیت جذب کامپوزیت نانوالیاف پلی اکریلو نیتریل-نانو ذرات اکسید آهن (PAN/Fe-ONPs) عامل دار شده با 2-آمینو 3-متیل-1-هگزانتییل (AMH) در حذف یون توریم ((Th4+ از محلول های آبی به صورت ناپیوسته پرداخته شد. جاذبPAN/Fe-ONPs/AMH با ترکیب دو روش هیدروترمال و الکتروریسی سنتز شد و ساختار ومورفولوژی آن توسط آنالیزهایXRD، XRF، SEM، BET و FTIR مورد بررسی قرار گرفت. اثر سه متغیر مستقل شامل pH محلول، غلظت اولیه محلول یون های توریم و زمان تماس با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) بر پایه طرح مرکب مرکزی (CCD) با 8 نقطه مکعبی، 6 نقطه محوری و 6 نقطه تکرار مورد ارزیابی قرار گرفت. شاخص های برازندگی آماری (به عنوان مثال، جدول ANOVA، ضریب تعیین، آزمون عدم برازش و مقادیر P) نشان داد که مدل تبیینی از مقبولیت لازم برخوردار است. نتایج بهینه سازی نشان داد که درصد جذب توریم (IV) در دمای 25 درجه سلسیوس تحت شرایط بهینه (pH برابر با 5/7، غلظت اولیه 23/2میلی گرم در لیتر محلول توریم و زمان تماس 67/8دقیقه) برابر 98/01درصد است. نتایج مدل سازی نشان داد که داده های تجربی سینتیک جذب توریم، به وسیله مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم بهتر برازش می شوند و همچنین همدمای لانگمیر داده های تجربی تعادلی جذب را به خوبی توصیف می کند. حداکثر ظرفیت جذب PAN/Fe-ONPs/AMH برای توریم 472 میلی گرم در گرم تخمین زده شد. یون توریم جذب شده به راحتی با استفاده از ترکیب محلول نیتریک و کلریک اسید بازیابی شد و جاذب PAN/Fe-ONPs/AMH بدون کاهش قابل توجه در ظرفیت جذب مجددا مورد استفاده قرار گرفت. بازیابی با استفاده از ترکیب محلول نیتریک و کلریک اسید با نسبت به ترتیب 0/4 و 0/2مولار نشان داد که بعد از 5 مرحله جذب-واجذب، ظرفیت جذب PAN/Fe-ONPs/AMH حدود 7/5 درصد کاهش می یابد. مطابق نتایج، جاذب PAN/Fe-ONPs/AMH از قابلیت بالایی در جذب و واجذب یون توریم برخوردار است.

آنتی بیوتیک ها، آلاینده هایی با منشا آلی هستند که به طور عمده از طریق پساب های شهری و صنعتی وارد منابع آب سطحی و زیرزمینی می شوند و به دلیل پایداری بالا، نه تنها باعث اختلال در فرایندهای متداول تصفیه فاضلاب می شوند، بلکه اثرات سمی بر انسان و دیگر موجودات زنده دارند و از اینرو حذف آنها ضروری است. این پژوهش یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی است که با هدف بررسی کارایی نانوکامپوزیت مغناطیسی جدید FeNi3/SiO2/CuS به منظور تجزیه مترونیدازول در حضور H2O2 به عنوان فرایند کاتالیستی شبه فنتون ناهمگن در محلول های آبی صورت گرفت. در این پژوهش، ابتدا نانوکامپوزیت مورد نظر سنتز و خصوصیات آن توسط دستگاهFESEM، TEM، FTIR، XRD و VSM بررسی شد. این پژوهش به صورت ناپیوسته بر روی فاضلاب سنتتیک انجام شد و پارامترهایی مانند pH (3، 5، 7، 9 و 11)، دز نانوکامپوزیت (0/005 تا 0/1 گرم در لیتر)، غلظت مترونیدازول (10 تا 30 میلی گرم در لیتر) و غلظت پراکسید هیدروژن (50 تا 200 میلی گرم در لیتر) در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد، بیشترین درصد حذف مترونیدازول در pH برابر 7، دز نانوکامپوزیت 1/0 گرم در لیتر، غلظت پراکسید هیدروژن 150 میلی گرم در لیتر برای غلظت آلاینده 20 میلی گرم در لیتر در زمان 180 دقیقه، 77/92درصد است. همچنین سینتیک واکنش از معادله شبه درجه اول (R2>0/95) تبعیت کرده و نرخ ثابت تخریب این واکنش min-0/10038بود. بر اساس داده های حاصل از این پژوهش، می توان نتیجه گرفت که فرایند کاتالیستی شبه فنتون ناهمگن کارایی خوبی در حذف آلاینده آنتی بیوتیک مترونیدازول از محلول های آبی دارد.

فاضلاب صنایع نساجی برای موجودات زنده سمی است. این فاضلاب باعث تغییراتی مانند کاهش شفافیت آب، کاهش نفوذپذیری نور خورشید و افزایش COD می شود. از این رو، این پژوهش با هدف جداسازی رنگزای کاتیونی 46 از محلول آبی انجام شد. به این منظور کامپوزیت پلیمری مغناطیسی در اندازه میکرو از نانوذرات اکسید گرافیت و نانوذرات مگنتیک (MNP) در ماتریسی از الیاف پلی اکریلونیتریل بر اساس روش الکترواسپینینگ تهیه شد. شناسایی ویژ گی های جاذب پلیمری با استفاده از روش XRD و SEM انجام شد. با استفاده از آنالیز ارتعاشات مغناطیسی نمونه (VSM) میزان مغناطیس اشباع نانوذرات مگنتیک و جاذب پلیمری اندازه گیری شد. آزمایش های جذب سطحی با استفاده از روش تاگوچی طرح ریزی شد. اثر متغیرهای pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه رنگزا و زمان تماس بر حذف رنگزا مورد بررسی قرار گرفت و پارامتر pH موثرترین فاکتور در حذف رنگزا بود. داده های ایزوترم جذب نشان داد که جذب رنگزا با مدل فروندلیچ تطابق بهتری دارد(0/99 = R2). علاوه بر این، سینتیک جذب رنگزا از مدل شبه مرتبه دوم پیروی کرد. بر اساس نتایج، ترکیب پلیمری ساخته شده، جاذبی موثر برای حذف رنگزا با راندمان بیش از 96درصد و قابلیت جداسازی سریع و راحت از محلول آبی است.

رشد جمعیت و صنعتی شدن کشورهای در حال توسعه باعث کاهش کیفیت و کمیت منابع آب شده است. تکنولوژی های تصفیه و خالص سازی آب معدنی در فرایندهای جداسازی غشایی به سرعت در حال پیشرفت هستند. در این پژوهش اثر مواد فعال سطحی آنیونی و کاتیونی بر عملکرد غشاء پلی آمیدی نانوفیلتراسیون به طور آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. غشاهای نانوفیلتراسیون با افزودن مواد فعال سطحی آنیونی سدیم دودسیل سولفات (SDS) و مواد فعال سطحی کاتیونی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم برماید (CTAB) و کاتیونی هگزا دسیل تری متیل آمونیوم بروماید ساخته شد و سپس آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی تبدیل فوریه انجام شد. بیشترین درصد دفع نمک مربوط به غشاء نانوفیلتراسیون پلی آمید بدون افزودن مواد فعال سطحی با مقدار 91/16 درصد در زمان 180 دقیقه به دست آمد. همچنین بیشترین مقدار شار آب عبوری از غشاء نانوفیلتراسیون پلی آمید مربوط به زمان 30 دقیقه و حالتی که 0/10 درصد وزنی مواد فعال سطحی آنیونی به غشاء افزوده می شود که در این حالت مقدار شار آب عبوری از غشاء نانوفیلتراسیون پلی آمید L/m2. hr 37/76 حاصل شد. در حالتی که 10/0 درصد وزنی مواد فعال سطحی آنیونی به غشاء افزوده شد، شار آب عبوری از غشاء 81/41درصد نسبت به غشا خالص بدون افزودنی، افزایش پیدا کرد.

ارزیابی کیفیت منابع آب زیرزمینی، یکی از مهم ترین موضوعات در توسعه منابع آب است. هدف اصلی این پژوهش، شناخت ویژگی های انتقالی آبخوان و نحوه انتقال نیترات با سیستم جریان آب زیرزمینی و نیز شناخت تغییرات مکانی و زمانی غلظت نیترات به عنوان شاخص آلودگی آب های زیرزمینی در طی دوره مدل سازی و سال های آتی در دشت ورامین است. به این منظور، جمع آوری، سازمان دهی داده های صحرایی و فرمول بندی ویژگی های هیدرودینامیکی و پدیده انتقال در سیستم آبخوان صورت پذیرفت. در انجام این پژوهش، ابتدا مدل کمی در نرم افزار GMS با استفاده از کد MODFLOW تهیه شد و داده های کیفی به مدل وارد شد. سپس از کد MT3Dبرای اجرای مدل استفاده شد. بر اساس نتایج به دست آمده، طی یک دوره کوتاه مدت، بخش هایی از آبخوان آزاد، از شرایط استاندارد برای تخصیص به آب شرب خارج خواهد شد ولی غلظت نیترات در هیچ جای آبخوان محصور، از حد استاندارد شرب فراتر نخواهد رفت. این امر به دلیل وجود لایه نفوذناپذیر در بالای آبخوان محصور است که باعث شده این آبخوان کمتر تحت تاثیر منابع آلاینده نیترات در دشت ورامین قرار گیرد. مهم ترین عامل افت کیفیت آب به ویژه در پایین دست شهرها، چاه های جذبی موجود در سطح شهرها است که بار نیترات قابل توجهی را در کنار نیترات ورودی از بخش کشاورزی، وارد آبخوان می کند. با توجه به تاثیر کمتر آبخوان محصور از عوامل افت کیفیت آب در منطقه، پیشنهاد می شود برای تامین آب شرب منطقه از چاه هایی که از آبخوان محصور تغذیه می شوند، استفاده شود.