آب و فاضلاب
سال:1397 | دوره:29 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

همان طور که ایران در زمینه برنامه ریزی منابع آب با هدف توسعه پایدار به پیش می رود، استفاده مجدد از آب، از جمله برای مصارف خانگی، در میزان موفقیت و به کارگیری برنامه های کلی مدیریت منابع آب نقش مهمی ایفا می کند. به عنوان بخشی از این تلاش، مجله آب و فاضلاب ایران درخواست و اقدام به چاپ مقالاتی در زمینه استفاده مجدد از آب نمود. این مقاله در پاسخ به این درخواست تهیه شده و در سه بخش ارائه می شود و به طور ویژه به موضوع استفاده مجدد از آب و کاربردهای بالقوه آن برای مصارف خانگی در ایران می پردازد. در بخش اول این مقاله، اطلاعات لازم برای درک و ارزیابی پتانسیل به کار گیری استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی در ایران ارائه می شود. عناوین مورد بحث در این مقاله شامل موارد زیر است: 1) ملاحظاتی در رابطه با دلایل استفاده مجدد آب برای مصارف خانگی در ایران، 2) اطلاعات زمینه ای در مورد استفاده مجدد آب برای مصارف خانگی، و 3) ارزیابی آب بازیافت شده برای مصارف خانگی در مقایسه با دیگر منابع آبی. اطلاعات ارائه شده در این مقاله برای فهم مسائل و چالش های ارائه شده در مقالات بعدی ضروری است. مسائل فنی و مقررات مربوط به سلامتی عمومی و محیط زیستی در ارتباط با استفاده مجدد آب برای مصارف خانگی در بخش دوم ارائه می شود. در مورد راه های پیشبرد این اهداف و مقابله با چالش ها، از جمله ارتباطات و تبلیغات عمومی در ارتقای دانش مردم، در بخش سوم بحث می شود.

این مقاله، دومین بخش از سری مقالاتی است که در مورد استفاده مجدد از آب و پتانسیل کاربرد آن برای مصارف خانگی نوشته شده است. در بخش اول مقاله اطلاعات مقدماتی مورد نیاز در مورد دلایل و ضرورت های استفاده مجدد در مصارف خانگی و همچنین ارزیابی آب بازیافتی و مقایسه با منابع آبی دیگر ارائه شد. هدف اصلی در بخش دوم، بررسی مسائل فنی و مقررات مربوط به سلامت عمومی است که هنگام استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی باید مورد توجه قرار گیرد. عناوین مورد بحث در این مقاله شامل موارد زیر است: 1) الزامات مربوط به سلامت عمومی در استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی، 2) نقش سلسله تصفیه هایی که در استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی به کار گرفته می شود، 3) اهمیت کنترل آلاینده ها از منشأ تولید، 4) ارتقای تصفیه خانه فاضلاب ثانویه برای استفاده مجدد آب برای مصارف خانگی، و 5) حائل محیط زیستی برای استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی. چگونگی پیشبرد این امر و چالش های به کارگیری، از جمله ارتباط عمومی در ارتقای دانش مردم، در بخش سوم مورد بحث قرار گرفته اند.

این مقاله سومین بخش از سری مقالات در مورد استفاده مجدد از آب و پتانسیل کاربرد آن برای مصارف خانگی است. اطلاعات مقدماتی و زمینه ای در مورد ضرورت استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی در مقاله اول و مسائل فنی و مقررات مربوط به سلامت عمومی در مقاله دوم ارائه شد. هدف اصلی این بخش از مقاله، تمرکز بر مسائلی ورای مباحث فنی و مقررات سلامتی بحث شده در بخش دوم و مربوط به نکاتی است که به هنگام استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی باید مورد توجه قرار گیرد. مباحثی که در این مقاله به آن ها پرداخته شده است شامل موارد زیر است: 1) راه رو به جلو برای استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی در ایران، 2) مقابله با چالش ها، از جمله چالش های مربوط به وسایل ارتباط جمعی برای ارتقای دانش مردم در ارتباط با استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی، و 3) نظرات پایانی در مورد آینده استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی در ایران. استراتژی مدیریت غیرمتمرکز فاضلاب به عنوان راه پیش رو برای استفاده مجدد در مصارف خانگی مورد بررسی قرار می گیرد که در آن از تأسیسات تصفیه غیر متمرکز در نقاط مختلف شهر تأسیس می شود و از آب بازیافتی برای استفاده مجدد در مصارف محلی خانگی و غیر خانگی استفاده می شود. کمبود تجربه بهره برداری از تأسیسات تصفیه پیشرفته آب و نبود مقررات استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی، نمونه هایی از چالش های متعددی هستند که باید برای به کارگیری استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی در ایران مرتفع شوند. برای تأمین بخشی از کمبود آب در ایران، تدوین یک برنامه پایدار مدیریت منابع آب که شامل استفاده مجدد از آب برای مصارف خانگی نیز باشد، ضروری به نظر می رسد.

مواد فنلی (TP)از جمله ترکیبات آروماتیک در پساب صنایع مختلف می باشند که به عنوان آلاینده های سمی محیط زیست و مقاوم در برابر شکست شناخته شده اند. پساب کارخانه روغن گیری از دانه های زیتون حاوی مقدار زیادی مواد فنلی و CODاست و تخلیه آن به ابهای سطحی و عدم تیمار مناسب آن صدمات جبران ناپذیری در محیط زیست ببار می اورد. در این پژوهش روش تجزیه زیستی به دلیل مزایایی همچون سازگاری با محیط زیست، هزینه اولیه و عملیاتی کم و بازدهی زیاد در تیمار پساب های کشاورزی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. فرایند تجزیه زیستی پساب کارخانه روغن گیری از زیتون توسط باکتری رالستونیا یوتروفا در بیوراکتور هواراند با لوله داخلی مشبک (ALR-NDT) بررسی شد و اثر میزان هوادهی و غلظت اولیه پساب بر بازدهی حذف مواد فنلی و COD بررسی شد. ابتدا تأثیر میزان هوادهی در شرایط ناپیوسته در کاهش TP مورد بررسی قرار گرفت و بر اساس نتایج آزمایش، نرخ هوادهی 200 میلی لیتر بر دقیقه به عنوان نرخ بهینه هوادهی در شرایط محیط هوازی انتخاب شد. سپس تأثیر غلظت اولیه OMW در سه مقدار 660، 1220 و 2620 میلی گرم در لیتر بر کاهش مقدار TP و CODبررسی شد و به ترتیب میزان 95، 96 و 58 درصد کاهش TP برای سه غلظت بالا مشاهده شد. بیشینه میزان کاهش TP و CODبرابر 96 و 45 درصد و مربوط به غلظت اولیه 1220 میلی گرم در لیتر بود که این بازدهی نشانگر کارایی مناسب راکتور زیستی و باکتری هوازی سازگار شده در تخریب زیستی این پساب واقعی است. با انجام مطالعات سینتیکی، مدل مونود با ضرایب سینتیکی 22/0 = mmaxوmg. L-1863= Ksبا تطبیق قابل قبول با داده های تجربی، به عنوان مدل سینتیکی تخریب OMW مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج، باکتری رالستونیا یوتروفا کارایی مناسبی در مصرف مواد فنلی در غلظت زیاد دارد و راکتور زیستی هواراند با لوله مشبک داخلی با غلبه بر محدودیت های انتقال جرمی نقش اساسی در فرایند ایفا می کند.

رشد سریع باکتری های پاتوژن در سیستم های آبی منجر به بروز مشکلاتی پیچیده و جدی می شود که رفع آنها نیاز به صرف وقت و هزینه زیادی دارد. اکسید نانوذرات روی، فعالیت آنتی باکتریال قابل توجهی دارند و می توان از این پتانسیل بالقوه برای حذف باکتری های پاتوژن استفاده کرد. در این پژوهش از نانوذرات اکسید روی در فرمولاسیون سیمان استفاده شد و سپس فعالیت فوتوکاتالیستی آنها به منظور جلوگیری از رشد باکتری های سودوموناس آئروژینوزا و باسیلوس سرئوس مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج به دست آمده، نانوذرات اکسید روی با اندازه کمتر از 20 نانومتر در ماتریس سیمان به خوبی قرار گرفت و اثر مهاری قابل توجهی بر روی رشد دو باکتری مورد بررسی داشت. نتایج همچنین نشان داد که رشد باکتری گرم منفیسودوموناس آئروژینوزا بیشتر از باکتری گرم مثبت باسیلوس سرئوس مهار شده بود. همچنین محصورشدگی نانوذرات اکسید روی توسط ماتریس مواد پایه سیمانی، به میزان کمی سبب کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی آنها شده بود. با توجه به تهیه فرمولاسیون ضد باکتری ماتریس سیمان حاوی نانوذرات اکسید روی، می توان از این سطوح سیمانی بهبودیافته با نانوذرات، در گستره وسیعی از محیط های آبی به منظور مهار رشد باکتری های پاتوژن استفاده نمود.

پیل های سوختی میکربی سیستم های بیوشیمیایی می باشند که با تجزیه مواد آلی توسط باکتری، همزمان با تولید الکتریسیته، عمل تصفیه را نیز انجام می دهند. این پژوهش با هدف ارزیابی راندمان حذف COD و تولید الکتریسیته از پساب توسط پیل سوختی میکربی دو محفظه ای بی واسطه انجام شد. در این بررسی از غشای نفیون برای انتقال پروتون از آند به سمت کاتد و از گرافیت به عنوان الکترود و همچنین از گلوکز، ملاس، شیره خرما، پساب گوشتی (سوسیس و کالباس) و مخمر ساکارومایسس سرویسیه به ترتیب به عنوان منبع کربن و بیوکاتالیست در شرایط دمای اتاق و pH خنثی استفاده شد. برای تعیین عملکرد پیل سوختی میکربی، سیستم با منابع کربن متفاوت، غشاهای نفیون مختلف (212، 112، 117) و دو نسبت حجمی متفاوت 2و 5 درصد تلقیح بیوکاتالیست مورد بررسی قرار گرفت. در میان منابع مختلف کربن، سیستم با منبع گلوکز و غشای نفیون 117 و 5 درصد حجمی بیوکاتالیست به بیشترین تولید الکتریسیته برابر با 68/77 میلی وات بر مترمربع و همچنین بیشترین مقدار حذف COD برابر با 14/91 درصد رسید زیرا گلوکز به دلیل ساختار ساده به راحتی توسط ساکارومایسس تجزیه می شود. استفاده از پیل سوختی میکربی از طریق مصرف بیولوژیکی سوبسترا یکی از راه های نوین برای تولید الکتریسیته و کاهش مواد آلی است.

رنگ های آزو یک دسته مهم از ترکیبات رنگزا هستند که به طور گسترده در صنایع نساجی استفاده می شوند. حجم بالای پساب تولیدی در صنایع نساجی ممکن است منجر به دفع این ترکیبات به محیط زیست و آسیب به آن می شود. در دو دهه گذشته، چندین روش فیزیکی و شیمیایی برای حذف رنگ از پساب گزارش شده است که تعداد اندکی از آنها در صنایع نساجی پذیرفته شده اند. هدف پژوهش حاضر بررسی پتانسیل استفاده از سیستم های دوفازی آبی برای حذف رنگ قرمز کنگو از پساب خروجی صنایع نساجی بود. در این پژوهش سیستم های دوفازی آبی مختلف شامل پلی اتیلن گلایکول با وزن مولکولی متوسط 1000، 4000 و 8000 گرم بر مول و نمک های مختلف سدیم سولفات، سدیم سولفیت و سدیم کربنات برای حذف رنگ کنگو قرمز از پساب مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که سیستم متشکل از پلی اتیلن گلایکول با وزن مولکولی 1000 و نمک سدیم سولفیت برای حذف رنگ کنگو قرمز از پساب مناسب تر است و در بهترین شرایط عملیاتی (25 درصد وزنی، وزنی پلی اتیلن گلایکول 1000 و 7/10 درصد وزنی، وزنی سدیم سولفیت)، راندمان حذف رنگ قرمز کنگو 8/98 درصد به دست آمد. نتایج نشان داد که استفاده از سیستم های دو فاز آبی برای حذف رنگ قرمز کنگو روش بسیار مناسبی است.

تخصیص بهینه بار آلودگی یکی از مهم ترین مسائل در حوزه مدیریت کیفی منابع آب است. در این مسئله ذی نفعان متعددی با اهداف ارتقای شرایط کیفیت آب و پرداخت هزینه های کمتر بابت تصفیه واحدهای آلاینده حضور دارند. با توجه به ماهیت چندگانه و متضاد اهداف در این گونه مسائل، مجموعه ای از جبهه پرتوی بهینه به عنوان پاسخ ارائه می شود که انتخاب یکی از این پاسخ ها، می تواند سبب ایجاد تعارضاتی شود. به منظور مواجهه با تعارضات میان ذی نفعان، استفاده از مدل ها و مفاهیم تئوری بازی ها توصیه می شود. در این پژوهش از رویکرد شبیه سازی-بهینه سازی با استفاده از مدل شبیه سازی QUAL2Kw و الگوریتم بهینه سازی هوش جمعی ذرات به منظور تخصیص بهینه بار آلودگی های cBOD (اکسیژن خواهی بیولوژیکی کربنه) امتداد رودخانه قشلاق استفاده شد. به منظور مواجهه با تعارضات اهداف ذینفعان حاضر در بهره برداری از منابع آب این رودخانه از رویکرد تئوری بازی ها و تکنیک های رهبر-پیرو و تئوری چانه زنی نش استفاده می شود. بر اساس نتایج حاصل در مسئله این پژوهش، هزینه های احداث، نگهداری و بهره برداری تصفیه خانه ها در بازی استاکلبرگ و تئوری چانه زنی نش به ترتیب 57/191 و 39/293 میلیارد ریال و جریمه های تخطی از استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست در این دو بازی به ترتیب 86/31 و 89/3 میلیارد ریال برآورد شد. همچنین تعرفه جریمه در بازی استاکلبرگ و تئوری چانه زنی نش به ترتیب 75/10 و 3 ریال به ازای هر واحد تخطی از استاندارد مجاز تخلیه cBOD برآورد شد. مقدار تعرفه جریمه برآورد شده در بازی استاکلبرگ به مقدار تعرفه کنونی سازمان حفاظت محیط زیست بسیار نزدیک است.

وجود یک رویکرد جامع در ارزیابی عملکرد تصفیه خانه های آب و کاهش آسیب پذیری آنها، می تواند باعث کاهش هزینه های ناشی از عملکرد نامناسب در شرایط بحرانی و تمرکز بر روی مهم ترین نقاط آسیب پذیر و کاهش آسیب پذیری آنها شود و از این طریق هزینه مؤثر بودجه ها در برنامه های بهسازی صرف می شود. در این پژوهش روش تحلیل ریسک مشهور درخت خطا با دو رویکرد ساده و فازی برای ارزیابی ریسک تصفیه خانه آب استفاده شد و منطق فازی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت ها در نظرات کارشناسی و ماهیت خطرات تهدید کننده به کار گرفته شد. این مدل در قالب یک مطالعه موردی در تصفیه خانه جلالیه تهران ارائه می شود. رویداد نامطلوب در این ساختار، کمیت و کیفیت نامناسب آب بود. نتایج پژوهش نشان داد که عملکرد تصفیه خانه در رویکرد فازی با احتمال 19 درصد و در حالت غیر فازی حدود 10 درصد با شکست مواجه می شود که این مقدار ریسک در بازه کم تا متوسط به وجود میآید. عوامل مختلفی موجب تهدید عملکرد و راندمان تصفیه می شود. با رتبه بندی رویداد های پایه مشخص شد تهدیداتی از جمله طراحی نامناسب مخزن، خرابی تجهیزات برق رسانی، شکست لوله انتقال و تعمیر و نگهداری نامناسب پمپ ها، بیشترین سهم را در رویکرد و عملکرد تصفیه خانه دارند.

درک رفتار هیدرولیکی داخلی سامانه تالاب مصنوعی به منظور افزایش راندمان تصفیه سامانه از به روزترین مباحث در میان محققین مربوطه می باشد. در این پژوهش به مدل سازی نحوه توزیع جریان بر رفتار هیدرولیکی داخلی سامانه تالاب مصنوعی زیرسطحی افقی در سه آرایش ورودی جریان پرداخته شد. این آرایش های تحت مطالعه عبارت بودند از: ورودی وسط (1)، ورودی گوشه (2) و ورودی یکنواخت (3). در تمامی حالات، خروجی در وسط ثابت بوده است. مدل سازی بر پایه معادله دیفرانسیلی جریان زیرسطحی در محیط های متخلخل (دارسی) در نرم افزار کامسول انجام شد. پهنه بندی بار هیدرولیکی در سامانه حاکی از توزیع همگون جریان به صورت خطوط موازی از ورودی به سمت خروجی در آرایش 3 می باشد؛ در حالی که میزان اختلاف مناطق پرفشار و کم فشار و مسیرهای میان بر در آرایش 1 و به خصوص در آرایش 2 بیشتر بوده است. مسیرهای جریان ترسیمی و خطوط هم فشار در طول سامانه نیز گواه این ادعاست. دامنه تغییرات بار هیدرولیکی در هر آرایش به ترتیب برابر با 35/14، 25/15و 05/13 سانتی متر بود. تغییرات فشار در مقاطع طولی و عرضی سامانه به منظور تحلیل پخشیدگی جریان ترسیم شد و معادلاتی برای محاسبه بار هیدرولیکی در هر نقطه از سامانه مذکور و در آرایش های مختلف ورودی جریان برازش داده شد. نتایج مدل سازی حاکی از عملکرد هیدرولیکی مناسب آرایش ورودی یکنواخت به منظور استفاده از کل فضای محیط برای فرایند تصفیه می باشد. آرایش ورودی وسط نیز با رعایت نکاتی به منظور کاهش حجم مرده و میزان مسیرهای میان بر دارای عملکرد مناسبی است.