آب و فاضلاب
سال:1398 | دوره:30 | شماره:5 (مسلسل123) |تعداد مقالات:10

استفاده از بقایای محصولات کشاورزی به عنوان جاذب های آلی ارزان قیمت برای حذف فلزات سنگین از آب، به خصوص در کشورهای در حال توسعه بسیار مناسب است. این پژوهش با هدف مقایسه میزان حذف سرب از محلول های آبی (0 تا 100 میلی گرم در لیتر) توسط جاذب های آلی (ساقه آفتابگردان، کاه گندم و ساقه ذرت) اصلاح نشده (خام) و اصلاح شده با بیکربنات سدیم 5/0 مولار و هیدروکسید سدیم 5/0 مولار انجام شد. همچنین در این پژوهش، همدماهای جذب سرب و کارایی حذف سرب توسط این جاذب های آلی بررسی شد. نتایج بررسی ترکیب بیوشیمیایی جاذب های آلی نشان داد که ساقه آفتابگردان دارای بیشترین مقدار سلولز، لیگنین و خاکستر، و کاه گندم و ساقه آفتابگردان به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار همی سلولز را دارند. برازش داده های آزمایشی جاذب های اصلاح نشده و اصلاح شده با مدل های جذب نشان داد که مدل های لانگمیر و فروندلیچ نسبت به مدل تمکین برازش بهتری با داده های آزمایش داشتند. کارایی حذف سرب برای جاذب های اصلاح نشده به ترتیب برای ساقه آفتابگردان 94 تا 99 درصد، برای کاه گندم 85 تا 97 درصد و برای ساقه ذرت 55 تا 95 درصد به دست آمد. همچنین با اصلاح شیمیایی جاذب های آلی با بیکربنات سدیم، کارایی حذف سرب برای ساقه آفتابگردان 97 تا 99 درصد، برای کاه گندم 96 تا 98 درصد و برای ساقه ذرت 95 تا 97 درصد حاصل شد. حداکثر جذب تک لایه ای لانگمیر ساقه آفتابگردان، کاه گندم و ساقه ذرت اصلاح شده با بیکربنات سدیم 5/0 مولار و هیدروکسید سدیم 5/0 مولار نسبت به نوع اصلاح نشده آنها به ترتیب حدود 293، 305 و 394 درصد و 226، 265 و 363 درصد بیشتر بود. با اصلاح جاذب های آلی، فاکتور جداسازیاز 73/0-014/0 برای جاذب های اصلاح نشده به ترتیب به 93/0-065/0 برای جاذب های اصلاح شده با بیکربنات سدیم و 56/0-023/0 برای جاذب های اصلاح شده با هیدروکسید سدیم رسید که نشان دهنده جذب مطلوب سرب بر روی جاذب های اصلاح شده و اصلاح نشده است. اصلاح شیمیایی جاذب های آلی با بیکربنات سدیم نسبت به هیدروکسید سدیم توانست کارایی و ظرفیت جاذب های آلی را بیشتر افزایش دهد. در کل، با توجه به روش تهیه آسان جاذب های آلی ارزان قیمت اصلاح شده به روش شیمیایی و راندمان بالای آنها در حذف سرب از محلول های آبی، می توان این نمونه جاذب های ارزان قیمت را برای مصارف کاربردی پیشنهاد داد.

تخلیه پساب های رنگی و غیررنگی صنایع مختلف مانند نساجی، کاغذسازی، آرایشی و بهداشتی، کشاورزی، پلاستیک و چرم، معضلات محیط زیستی شدیدی را به وجود می آورد. بسیاری از ترکیبات رنگی به علت ترکیب پیچیده آروماتیک و انحلال زیاد در آب، سمی، سرطان زا و زیست تخریب ناپذیرند و حذف آنها از پساب اهمیت زیادی دارد. در این پژوهش، کامپوزیت کیتوزان-پلی آکریل آمید بارگذاری شده با TiO2 (Ch-PAA-TiO2) سنتز شد و به عنوان جاذب برای حذف رنگزای آنیونی زرد سیریوسK-CF از محلول آبی مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات جاذب سنتز شده با استفاده از آنالیز های XRD، TEM، FT-IR و FE-SEM ارزیابی شد. تأثیر پارامترهایی مانند pH، مقدار جاذب و زمان تماس بر راندمان حذف رنگ بررسی شد. پارامتر های بهینه در این پژوهش شامل pH برابر 2، مقدار جاذب 50 میلی گرم، دمای 40 درجه سلسیوس و زمان تماس 90 دقیقه بودند. نتایج بررسی ترمودینامیکی نشان داد که فرایند جذب، گرماگیر، امکان پذیر و خودبه خودی است. همدماهای جذب نیز بررسی شدند که همدمای لانگمیر بهترین تطابق را با داده های تعادلی نشان داد و به عنوان همدمای غالب در نظر گرفته شد. حداکثر ظرفیت جذب، 86/142 میلی گرم بر گرم محاسبه شد. به منظور بررسی اثر دما بر میزان جذب، ظرفیت و سرعت جذب، سینتیک جذب نیز بررسی شد و نتایج حاصل از داده های آزمایشگاهی، نشان داد که این فرایند از مدل سینتیکی شبه مرتبه دو تبعیت می کند. در این پژوهش مشخص شد که کامپوزیت کیتوزان-پلی آکریل آمید بارگذاری شده با TiO2(Ch-PAA-TiO2) ظرفیت جذب زیادی در جذب رنگ داشته و به عنوان یک جاذب کارآمد و قوی برای حذف آلاینده ها از محیط های آبی قابل استفاده است.

در اینپژوهش، بهینه سازی بهره برداری از مخزن در ساختار برداشت انتخابی با در نظر گرفتن جنبه های کمّی و کیفی منابع آب مورد بررسی قرار گرفت. حل این مسئله بزرگ مقیاس، با استفاده از رویکرد شبیه سازی بهینه سازی مبتنی بر فرامدل با هدف ارتقاء تأمین نیازهای آبی پایین دست و بهبود کیفیت جریان آب خروجی از مخزن مورد توجه این پژوهش بوده است. شبیه سازی هیدرودینامیک و کیفیت سیستم رودخانه-مخزن مورد بررسی، توسط مدل دو بعدی هیدرودینامیک و کیفیت آب CE-QUAL-W2 انجام و الگوریتم بهینه سازی چند هدفه هوش جمعی ذرات به عنوان ابزار بهینه سازی به کار گرفته شد. با توجه به لزوم فراخوانی های متعدد مدل CE-QUAL-W2 توسط الگوریتم بهینه سازی در رویکرد شبیه سازی-بهینه سازی و نیز حجم محاسباتی زیاد این مدل عددی در تخمین پارامترهای کیفیت آب جریان خروجی از مخزن، مدل/مدل های جایگزین تقریب غلظت پارامترهای کیفی جریان خروجی مخزن، از جمله اکسیژن محلول، نیترات، فسفات، BOD و آهندر پژوهش حاضر توسعه یافت. در ادامه ارتباط میان الگوریتم بهینه سازی و مدل های جایگزین تقریب کیفیت و مدل موازنه حجم آبی در مخزن دنبال شد. تابع هدف کیفی این مسئله بهینه سازی به صورت شاخص کیفیت تجمیع کننده زیرشاخص های غلظت پارامترهای متعدد کیفی تعریف شد. رویکرد پیشنهادی در این بررسی به منظور استخراج الگوی بهینه بهره برداری از مخزن در ساختار برداشت انتخابی در سیستم رودخانه-مخزن ایلام مورد آزمون قرار گرفت. نتایج بیانگر کارایی و دقت قابل توجه مدل های جایگزین توسعه داده شده در تقریب غلظت پارامترهای متعدد کیفی خروجی از مخزن در مقایسه با مدل CE-QUAL-W2 بود. خطای تقریب اکسیژن محلول، نیترات، فسفات، آهن و BOD به ترتیب 3، 1، 2، 2 و 3 درصد بود. همچنین نتایج، ارتقاء کیفیت جریان خروجی و بهبود تأمین نیاز آبی پایاب مخزن ایلام را نشان داد. دلیل این رویداد، افزایش برداشت از مخزن، کاهش زمان ماند و به تبع آن کاهش فرصت ته نشینی آلاینده ها و رخداد واکنش های شیمیایی است.

با توجه به وسعت و پیچیدگی شبکه های توزیع آب، برای پایش عملکرد آنها در مرحله بهره برداری، نیاز به مدل سازی کامپیوتری است. از موضوعات بسیار مهم در مدل های کامپیوتری، تطبیق نتایج حاصل از مدل با واقعیت است که لازم است با تنظیم دقیق ضرایب مدل انجام شود. یافتن یک روش مناسب برای تنظیم ضرایب مدل یکی از چالش های اصلی در مدل سازی کامپیوتری است. در این پژوهش، با اصلاح رابطه سرعت حرکت دسته ذرات و ترکیب آن با عملگر جهش، یک مدل دسته ذرات اصلاح شده با عملگر جهش برای تنظیم ضرایب شبکه های توزیع آب ارائه شد. با تعریف ضرایب مدل ها، چهار مدل شامل مدل بهینه سازی دسته ذرات استاندارد، مدل بهینه سازی دسته ذرات استاندارد اصلاح شده، مدل بهینه سازی دسته ذرات استاندارد با عملگر جهش و مدل بهینه سازی دسته ذرات استاندارد اصلاح شده با عملگر جهش ساخته شد. برای صحت سنجی معادله اصلاح شده از تابع محک ریاضی راسترین، برای صحت سنجی مدل ها از شبکه دوحلقه ای و برای بررسی تفضیلی آنها از شبکه چهار حلقه ای و شبکه واقعی استفاده شد. بهینه سازی در محیط MATLAB و با تلفیق الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات و نرم افزار EPANET انجام شد. مقایسه نتایج مدل دسته ذرات استاندارد با مدل دسته ذرات استاندارد اصلاح شده برای تابع محک ریاضی راسترین نشان می دهد که اصلاح معادله سرعت حرکت دسته ذرات، قابلیت مدل در تعیین جواب واقعی را افزایش و هزینه محاسبات را کاهش می دهد. مقایسه نتایج مدل ها برای شبکه دو حلقه ای و چهارحلقه ای نشان می دهد که مدل دسته ذرات اصلاح شده با عملگر جهش به ترتیب با 7/96 و 95 درصد احتمال پیدا کردن جواب بهینه، بهترین عملکرد را در بین مدل های موجود بر اساس این شاخص دارد. همچنین مدل دسته ذرات اصلاح شده برای هر دو شبکه نمونه دوحلقه ای و چهار حلقه ای در کمترین زمان جواب بهینه را پیدا کرده است و بهترین مدل بر اساس این شاخص در بین مدل های موجود است. مقایسه نتایج مدل ها در شبکه توزیع آب اهر نشان می دهد مدل دسته ذرات استاندارد اصلاح شده با عملگر جهش با داشتن کمترین مقدار حداقل و متوسط خطای داده های ساخت، بهترین عملکرد را در بین مدل های دسته ذرات دارد. به طورکلی، اصلاح معادله سرعت حرکت دسته ذرات در قالب مدل دسته ذرات استاندارد اصلاح شده و همچنین اصلاح معادله دسته ذرات و تلفیق آن با عملگر جهش در قالب مدل دسته ذرات استاندارد اصلاح شده با عملگر جهش، توانمندی بیشتری را برای تنظیم ضرایب شبکه توزیع آب به وجود می آورد.

تخمین نیاز آبی یکی از عوامل اساسی ایجاد خطا حین تهیه مدل های شبیه سازی هیدرولیکی شبکه آب است. روش های مختلفی برای این منظور وجود دارد که هر کدام محدودیت ها و مزایایی دارند. اگر اطلاعات GIS مصرف مشترکان موجود نباشد، می توان از روش های معمول مانند تیسن یا روش توزیع نیاز آبی بر اساس طول لوله در تخمین نیاز آبی شبکه استفاده کرد و اگر این اطلاعات ناقص باشد، می توان از روش های ترکیبی بهره برد. در این پژوهش روش ترکیبی SAWDDC برای تخصیص مکانی نیاز آبی شبکه با استفاده از اطلاعات اکسلی مصرف مشترکان پیشنهاد شد که در آن، مصارف بر اساس آدرس، گروه بندی شده و مصارف هر گروه به نزدیک ترین لوله اختصاص یافت. نتایج شبیه سازی مدل WaterGEMS با استفاده از این روش و روش های تیسن و LDM پس از واسنجی، با مقدار اندازه گیری شده در شبکه توزیع آب پهنه I1 شهر مشهد مقایسه شد. مقدار RMSE بین مقدار اندازه گیری شده و شبیه سازی شده فشار در روش های تیسن، SAWDDC و LDM به ترتیب 3/2، 9/0 و 4/1 تعیین شد که نشان می دهد در صورت وجود اطلاعات ناقص مصرف مشترکان و زمان کافی برای استفاده از آنها، روش SAWDDC دقت شبیه سازی را افزایش می دهد و اگر این اطلاعات موجود نباشد، روش LDM از روش تیسن دقیق تر است.

مشارکت مردم یکی از روش های تأمین هزینه های سرمایه گذاری است که از طریق آن سرمایه گذاری در بخش های مختلف از جمله عرضه کالاهای عمومی توسعه می یابد. در این پژوهش، نحوه مشارکت مردم در پروژه پیشنهادی انتقال آب دریای خزر به فلات مرکزی ایران مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزش مشارکت شهروندان سمنان در پروژه انتقال آب دریای خزر با استفاده از روش ارزش گذاری مشروط، پرسشنامه دوگانه دو بعدی برآورد و عوامل مؤثر بر تمایل به پرداخت افراد پس از تخمین الگوی لاجیت به روش حداکثر راست نمایی ارزیابی شد. اطلاعات پژوهشی از طریق پرسشنامه دو بعدی شامل 384 نفر گردآوری شد. طبق یافته های پژوهشی، اولاً، متغیرهای درآمد و سطح تحصیلات دارای اثر مثبت و معنی دار و متغیرهای تعداد اعضای خانوار و قیمت پیشنهادی دارای اثر منفی و معنی دار بر تمایل به پرداخت پرسش شوندگان در شهر سمنان هستند. ثانیاً، میانگین تمایل به پرداخت سالانه هر خانوار، 433077 ریال و ارزش مشارکت سالانه شهروندان برای اجرای پروژه انتقال آب دریای خزر، 11/30 میلیارد ریال است. تمایل شهروندان به مشارکت در تأمین بخشی از هزینه های اجرای طرح، بیانگر مسئولیت پذیری مردم در حل مشکلات منطقه ای است که می تواند به عنوان الگویی مناسب در اجرای طرح های ملی و حل مشکلات منطقه ای ارائه شود.

مدیریت لجن تصفیه خانه آب یکی از مشکلات اصلی شرکت های آب و فاضلاب است. دفع لجن فراوری شده توسط پلیمرهای شیمیایی با توجه به اثرات بهداشتی و محیطزیستی با محدودیت مواجه است. برای کاهش اثرات جانبی پلیمرهای شیمیایی، اخیراً استفاده از پلیمرهای طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش، اثربخشی بذرهای گیاه مورینگا پرگرینا به عنوان پلیمر طبیعی در فراوری لجن تصفیه خانه آب مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی، نمونه های لجن از مخزن ته نشینی پولساتور تصفیه خانه آب تهرانپارس به صورت روزانه برداشت شد. فراوری لجن نمونه گیری شده با استفاده از آزمون جار توسط پودر دانه های مورینگا پرگرینا در حالت محلول در آب نمک انجام شد. بهینه سازی سه عامل مهم در آزمون جار اعم از سرعت اختلاط، مدت زمان اختلاط و میزان دز بهینه با استفاده از طرح مرکب مرکزی، روش طراحی سطح پاسخ در نرم افزار Design Expert انجام شد. کمترین مقدار زمان موکش مویین و مقاومت ویژه در برابر فیلتراسیون به ترتیب برابر با 30/294 ثانیه و 6/19*1012 متر بر کیلوگرم تحت شرایط مطلوب حاصل شد. شرایط بهینه در سرعت و مدت زمان اختلاط 50 دور در دقیقه و 3 دقیقه، 250 دور در دقیقه و 100 ثانیه با مقدار دز بهینه 5040 میلی گرم در لیتر از مورینگا پرگرینا در فرم محلول در آب نمک و شاخص قابلیت اطمینان 000/1 حاصل شد. بهترین اثر بخشی مورینگا پرگرینا برای فرآوری لجن در محیط اسیدی حاصل شد. در شرایط عملیاتی بهینه، SRF و CST به ترتیب 75 و 42 درصد نسبت به شرایط اولیه لجن، کاهش یافت.

منابع آب محدود و آسیب پذیر در جهان، ارزش اقتصادی، اجتماعی، اقتصادی و محیط زیستی ویژه ای دارند. محدودیت منابع آب و ضرورت استفاده بهینه از این منابع، اهمیت استفاده از پساب های تصفیه شده را نشان می دهد. در پژوهش حاضر، ارزیابی اقتصادی استفاده از پساب تصفیه شده فاضلاب در آبیاری فضای سبز زاهدان، با توجیه پذیری اقتصادی و مالی و تمرکز بر منافع محیط زیستی ناشی از فرایند تصفیه فاضلاب مورد توجه قرار گرفت. دو سناریو در این پژوهش مدنظر قرار گرفتند. در حالت اول با توجه به قیمت فروش آب که برابر با 3000 و 45000 ریال است، اقدام به تخمین طرح شد و در سناریو دوم، با برآورد قیمت سایه ای آلودگی ها و آلاینده های ناشی از تصفیه فاضلاب، به ارزیابی مزایا و منافع محیط زیستی طرح پرداخته شد. داده های مورد استفاده در این پژوهش، بر اساس الگوهای هزینه کرد شرکت آب و فاضلاب استان سیستان و بلوچستان جمع آوری شد. بر اساس نتایج به دست آمده، انجام طرح پروژه از نظر اقتصادی توجیه پذیر نیست و ارزش خالص پروژه طی مدت 20 سال و با نرخ بازدهی 25 درصد برابر 2065617/182-ریال و همچنین نسبت منفعت به هزینه در این سناریو برابر 68/0 به دست آمد. در سناریوی دوم به بررسی کاهش اثرات محیط زیستی ناشی از فرایند تصفیه فاضلاب با تبیین قیمت سایه ای برای تولیدات نامطلوب و کنترل آلاینده ها، با استفاده از تابع مسافت نهاده پرداخته شد. نتایج نشان داد که میانگین قیمت سایه ای برای خروجی نامطلوب شامل BOD و COD تصفیه فاضلاب در بازه زمانی بین سال های 92 تا 94 به ترتیب 01/100-، 75/319-و 6/500-است.

تصفیه فاضلاب صنایع دارویی به دلیل وجود انواع مختلف مواد شیمیایی سمی و آنتی بیوتیک هایی که می تواند برای هر موجود زنده ای مضر باشد، فرایندی پیچیده است. در این پژوهش به بررسی حدف آنتی بیوتیک سولفامتوکسازول در فاضلاب مصنوعی پرداخته شد. به این منظور، تصفیه این آنتی بیوتیک در یک پایلوت دیسک های بیولوژیکی چرخان با سه مرحله، 48 دیسک و حجم کلی 75/78 لیتر مورد بررسی قرار گرفت. در این سیستم راندمان حذف آنتی بیوتیک برای غلظت های مختلفCOD و در زمان های ماند هیدرولیکی مختلف بررسی شد. زمان ماند هیدرولیکی بهینه برای مقادیر متفاوت COD، 36 ساعت در نظر گرفته شد. مطابق نتایج با افزایش OLR و HRT، راندمان حذف SMX افزایش یافت. در 12 ساعت اول فرایند تصفیه، راندمان حذف SMX حدود 50 درصد بود و بیشینه حذف در 72 ساعت اول اتفاق افتاد و به بیش از 95 درصد رسید. همچنین به دلیل اینکه SMX منبع نیتروژن است، افزایش غلظت COD اثر مثبتی بر راندمان حذف SMX داشت. راندمان حذف SMX در OLRهای صفر، 2، 4، 8، 16 و g COD/L. d 32، به ترتیب برابر با 17، 44، 75، 72، 78 و 82 درصد بود. مطابق نتایج بیشترین مقدار حذف SMX در بخش اول سیستم NRBC و برابر با 57 درصد بود. با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش، می توان سیستم رشد چسبیده را جایگزین مناسبی برای سیستم لجن فعال متعارف در تصفیه پساب های صنایع دارویی دانست.

به طور کلی کانال های دایروی در سیستم های جمع آوری فاضلاب های شهری مورد استفاده قرار می گیرند. در مقابل جریان درون این مجاری یک جریان سه فازی شامل آب، هوا و رسوبات است. مطالعات فراوانی در ارتباط با جریان درون کانال های فاضلاب توسط پژوهشگران مختلف انجام شده است. در پژوهش حاضر با استفاده از مدل ماشین آموزش نیرومند، عدد فرود جریان سه فازی درون کانال های دایروی فاضلاب رو تخمین زده شد. سپس با استفاده از پارامترهای مؤثر بر روی عدد فرود، 127 مدل ماشین آموزش نیرومند مختلف تولید و مدل برتر معرفی شد. برای مدل برتر که تابعی است از غلظت حجمی رسوبات، نسبت قطر متوسط ذرات رسوب به شعاع هیدرولیکی و ضریب مقاومت کلی بار رسوب، در شرایط 60 درصد آموزش و 40 درصد آزمون، مقادیر ضریب تبیین، درصد میانگین مطلق خطا و خطای جذر میانگین مربعات در حالت آزمون به ترتیب 856/0، 117/0 و 738/0 محاسبه شد. علاوه بر این، نتایج مدل برتر با مدل های شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان مقایسه شد. تجزیه و تحلیل نتایج مدل سازی نشان داد که ماشین آموزش نیرومند، مقادیر تابع هدف را با دقت بیشتری شبیه سازی می کند.