آب و فاضلاب
سال:1392 | دوره:24 | شماره:4 (مسلسل 88) |تعداد مقالات:17

تامین آب شرب کافی با کیفیت مناسب همواره از مهم ترین چالش های پیش روی مدیران و تصمیم گیرندگان حوزه آب شهری بوده است. وقوع تهدیدات مختلف طبیعی، غیر طبیعی و عملکردی همواره بخش های مختلف سیستم های آب شهری را تهدید نموده و ممکن است در قابلیت اطمینان کمی و کیفی آبی که در اختیار مصرف کنندگان قرار می گیرد، اثرات جبران ناپذیری بگذارد. در این تحقیق مدل تحلیل ریسک سلسله مراتبی فازی برای در نظر گرفتن پیچیدگی ها و عدم قطعیت های حاکم بر این سیستم ها ارائه شد. گام های مختلف این مدل عبارت از شناسایی اجزای سیستم، شناسایی خطرات، دریافت اطلاعات مربوط به خطرات مختلف شامل احتمال وقوع، شدت وقوع و آسیب پذیری هر بخش از سیستم تحت تاثیر وقوع این خطرات به صورت فازی، و نهایتا ترکیب ریسک بخش های مختلف و محاسبه ریسک نهایی سیستم و بخش های مختلف آن است. در کنار معرفی این مدل، روش ارزیابی ریسک سلسله مراتبی بر مبنای تحلیل مونت کارلو و استفاده از داده های صریح نیز ارائه شد و نتایج هر دو مدل در قالب یک مثال کاربردی از سیستم های آب شهری با یکدیگر مقایسه شدند. رویکرد ارائه شده در این تحقیق، کمک شایانی به ساختار تصمیم گیری مبتنی بر ریسک در سیستم های تامین آب شهری با در نظر گرفتن خطرات محتمل خواهد نمود.

احیای درجای بیولوژیکی، فناوری رایج برای پاک سازی آبخوان های آلوده به ترکیبات نفتی محلول است. فرایند کنترل چنین سیستمی بسیار پیچیده است و بررسی جامع آن نیاز به در نظر گرفتن بیش از یک هدف دارد. این تحقیق به توسعه یک مدل شبیه سازی- بهینه یابی می پردازد که به صورت چندهدفه رویکردهای مدیریتی را با در نظر گرفتن هزینه، زمان عملیات احیا و استانداردهای کیفیت آب، مورد بررسی قرار داده است. برای این منظور از الگوریتم بهینه یابی چندهدفه چندجامعه ای مورچه ها در قالب دو مدل مدیریتی پیشنهادی هزینه- زمان احیا و همچنین هزینه- تخطی از غلظت مجاز در پایان زمان احیا در تمامی نقاط آبخوان، استفاده شد. مدل بیوفلوم نسخه 2 برای شبیه سازی کمی و کیفی آب زیرزمینی، در نظر گرفته شد. متغیرهای تصمیم در مساله دبی پمپاژ در چاههای تزریق اکسیژن و مواد مغذی، دبی تخلیه و همچنین مکان این چاهها است. آبخوان شبیه سازی شده، فرضی و همگن بود. خروجی مدل منجر به ایجاد منحنی های مصالحه ای شد که بر اساس آنها تصمیم گیرنده قابلیت انتخاب جوابهای بهینه مختلف را خواهد داشت. منحنی مصالحه هزینه– زمان به دست آمده حداقل زمان ممکن را برای انجام عملیات احیا در اختیار تصمیم گیرنده قرار می دهد. حداکثر زمانی که فرصت انجام عملیات احیا تا قبل از رسیدن توده آلودگی به چاههای کنترلی وجود دارد، از جمله نتایج به دست آمده است. همچنین منحنی مصالحه هزینه- تخطی، چگونگی تغییرات هزینه با آزادسازی قید غلظت مجاز را ارائه می دهد. نتایج نشان از مفید بودن مدل های پیشنهادی و قابلیت الگوریتم چند جامعه ای مورچه ها در حل مسائل چند هدفه طراحی سیستم احیای آلودگی آبهای زیرزمینی دارد.

استفاده فزاینده از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی دشت مشهد در نتیجه توسعه کشاورزی و صنایع وابسته در این دشت منجر به تشدید روند نزولی سطح آبخوان آن شده است. در این مقاله با هدف بیان چگونگی عملیاتی کردن ارزیابی یکپارچه منابع آب، ارزیابی سیستم منابع آب دشت مشهد در نتیجه اقدامات و سیاست های اتخاذ شده در فرایند برنامه های توسعه اقتصادی کشور مورد بررسی قرار گرفت. در طی فرایند مدل سازی با رویکرد پویایی سیستم ها، با شناخت از سیستم و استفاده از شاخصهایی که مبتنی بر ایده حلقه های کارایی تحت عناوین تنش منبع، بهره وری اقتصادی منبع و متوسط نیاز آبی دشت معرفی گردیدند، به تبیین استراتژی های دشت در راستای پایداری منطقه اقدام گردید. در ادامه متناسب با راهبردهای سه گانه (رشد اقتصادی با رویکرد محدودیت منابع آب؛ تخصیص منابع آب با رویکرد ارزش افزوده؛ و تغییر الگوی کشت) بسته های سیاستی تدوین شد و تاثیر آنها بر شاخصهای انتخابی شامل: تراز آبخوان، تنش منبع، بهره وری اقتصادی منبع، کمبود آب، و متوسط نیاز آبی دشت مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل مشاهده شد که تاثیر کاهش یا افزایش همه فاکتورها، برابر با مجموع تاثیر کاهش یا افزایش تک تک آنها بر پایداری منطقه نیست. همچنین تغییر الگوی کشت به کشت پیشنهادی (در این تحقیق کشت گندم با نیاز آبی 3000 مترمکعب در هر هکتار) به عنوان یک سیاست برتر می تواند گامی اثربخش در جهت بهبود وضعیت منابع آب دشت مشهد بردارد.

رنگها به دلیل ماهیتشان از آلاینده های ظاهری بوده و حتی در غلظتهای نسبتا پایین شفافیت و کیفیت زیبایی شناختی آبهای سطحی را از بین می برند. تا کنون از فرایندهای متعددی برای حذف رنگ از پساب استفاده شده است. در سالهای اخیر از روشهای الکتروشیمیایی به طور موفقیت آمیزی برای تصفیه فاضلاب رنگی استفاده شده است. در این مطالعه فرایند انعقاد الکتریکی با الکترودهای آلومینیوم به منظور تصفیه فاضلاب نساجی با COD برابر 1400 میلی گرم در لیتر به کار گرفته شد. این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی انجام گردید. نمونه مورد نظر به درون راکتور الکتروشیمیایی حاوی 4 عدد الکترود آلومینیوم وارد شد. سپس به حالت تک قطبی به یک منبع جریان برق مستقیم متصل گردید و اثر 3 پارامتر عملیاتی زمان الکترولیز از 20 تا 60 دقیقه، شدت جریان الکتریکی 0.5 تا 2.5 آمپر و pH از 4 تا 9، بر کارایی حذف رنگ و COD مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مطالعه نشان داد که کارایی حذف رنگ و COD با افزایش جریان الکتریکی و زمان واکنش رابطه مستقیم و با افزایش pH رابطه عکس دارد. شرایط بهینه عملیاتی در شدت جریان 1.5 آمپر، زمان واکنش 60 دقیقه و pH طبیعی فاضلاب خام حاصل شد که در آن 86 درصد از رنگ و 85 درصد از COD حذف گردید. این مطالعه نشان داد که فرایند انعقاد الکتریکی با الکترودهای آلومینیوم می تواند به عنوان یک روش موثر و کارآمد برای تصفیه فاضلاب نساجی پلی آکریلیک باشد.

فنل آلاینده ای سرسخت در مقابل تصفیه های فیزیکی- شیمیایی و بیولوژیکی است که در پساب بسیاری از صنایع وجود دارد و به شدت محیط زیست را به خطر می اندازد. لذا، فرایندهای اکسایش پیشرفته به عنوان فرایندهای موثر برای تصفیه پساب های دارای آلاینده های سمی و آلاینده های آلی مقاوم توسعه یافته اند. هدف از این تحقیق ارائه یک مدل ریاضی برای اکسایش الکتروشیمیایی فنل با توجه به تغییرات COD با زمان در راکتور ناپیوسته بود. در این مدل با توجه به نسبت دانسیته جریان عملی به دانسیته جریان حدی، رژیم های عملیاتی مختلفی برای کنترل فرایند در نظر گرفته شد. به این ترتیب که در دانسیته جریان پایین و غلظت اولیه بالا، به گونه ای که شرایط فرایند همواره پایین تر از شرایط حدی باشد، COD با زمان به صورت خطی کاهش می یابد و فرایند توسط جریان کنترل می گردد اما در دانسیته جریان های بالاتر از شرایط حدی و غلظت کم آلاینده، فرایند تحت کنترل انتقال جرم است که در این رژیم COD به صورت نمایی با زمان تغییر می کند. پارامترهای مدل عبارت اند از دانسیته جریان، غلظت اولیه فنل و مساحت الکترود. با توجه به اهمیت مقدار انرژی الکتریکی مورد نیاز، محاسبه میزان مصرف انرژی فرایند اکسایش الکتروشیمیایی فنل در مدل ریاضی مورد توجه قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که افزایش دانسیته جریان و پتانسیل عملی منجر به افزایش میزان مصرف انرژی الکتریکی می گردد و با کاهش غلظت اولیه فنل میزان مصرف انرژی نیز کاهش می یابد. در بخش اعتبارسنجی مدل، نتایج حاصل از مدل با مقادیر آزمایشگاهی ارائه شده در منابع مورد مقایسه قرار گرفتند. تطابق خوبی بین نتایج تجربی و پیش بینی شده از مدل در همه شرایط آزمایشگاهی با محاسبه ریشه متوسط مربعات خطا(RMSE)  در محدوده0.41  تا 1.22 و ضریب تعیین بالاتر از 0.91 مشاهده شد.

در تصفیه خانه های فاضلاب حجم زیادی از لجن مازاد بیولوژیکی تولید می شود که هزینه فرایند تصفیه و دفع آن تقریبا نیمی از کل هزینه بهره برداری از تصفیه خانه است. در این تحقیق سعی بر آن شد تا در مقیاس آزمایشگاهی به کمک روشی نسبتا کم هزینه تر و با صرف انرژی کمتر، میزان حجم و جرم لجن کاهش داده شود. لذا با ایجاد شرایط زیستی مطلوب و رشد و تکثیر کرمهای نوع توبیفکس در بستر لجن که نوع متداول کرم در تصفیه خانه فاضلاب است، سپس با اندازه گیری TSS،VSS  و میزان رشد کرمها، مقدار کاهش جرم و حجم تعیین شد. در این روش با حضور کرمها با ضریب رشد 0.05 بر روز، روند کاهش VSS معادل 26 میلی گرم در لیتر در روز، کاهش TSS و حجم لجن با مقدار اولیه 2850 میلی گرم در لیتر و 2000 لیتر به ترتیب معادل 40 و 20 درصد مشاهده شد. همچنین COD محلول با مقدار اولیه 500 میلی گرم در لیتر تا 50 درصد در شرایط آزمایش کاهش یافت.

فرایندهای صنعتی از جمله فعالیتهای بشر هستند که سبب تولید حجم بالایی از پساب حاوی آلاینده های آلی از جمله فنل و مشتقات آن می شوند. این آلاینده ها از جمله موادی هستند که برای سلامت محیط زیست، خاک و انسان تهدید جدی به حساب می آیند. برای پاکسازی منابع خاکی آلوده به فنل روشهای زیادی وجود دارد که از جمله این روشها حذف زیستی آن است. این تحقیق با هدف حذف زیستی فنل به جداسازی باکتری های تجزیه کننده از خاک آلوده به فنل در مجاورت استخر ایزوله کارخانه ذوب آهن اقدام شد. پس از نمونه برداری اسیدیته، مقدار مواد آلی، هدایت الکتریکی و غلظت فنل با هدف امکان وجود شرایط مساعد برای رشد باکتری تعیین گردید. همچنین اقدام به غنی سازی، جداسازی، شناسایی و بررسی روند تجزیه فنل توسط جدایه برتر گردید. نتایج نشان داد بهترین گونه در خاک مورد مطالعه، گونه ای از انتروباکتر است که توانایی حذف 400 میلی گرم در لیتر فنل را در طی مدت زمان 72 ساعت دارد. نتایج این تحقیق می تواند تاکیدی بر استفاده باکتری ها برای تصفیه آلاینده های آلی مانند فنل از محیط خاک باشد.

باکتری لیستریا از جمله باکتری هایی است که در محیط طبیعی پراکندگی گسترده ای دارد و مهم ترین گونه این باکتری ها لیستریا مونوسیتوژنز است که عامل بیماری لیستریوزیس در انسان و حیوان است. در موارد حاد بیمار ممکن است منجر به مننژیت، مننگوآنسفالیت، سپتی سمی و سقط جنین شود. همچنین ممکن است باکتری به طور مستقیم یا غیر مستقیم از طریق محیط به انسان یا مواد غذایی منتقل شود تاکنون در ایران مطالعه ای در زمینه شناسایی باکتری لیستریا در فاضلاب شهری صورت نگرفته، لذا در این مطالعه باکتری لیستریا مونوسیتوژنز از نمونه های فاضلاب و لجن تصفیه خانه فاضلاب شمال اصفهان که برای مصارف کشاورزی کاربرد دارد، جداسازی و شمارش شده و عملکرد آن در حذف این باکتری مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق نمونه برداری از فاضلاب ورودی، پساب خروجی، لجن خام، لجن تثبیت شده و لجن خشک شده آماده فروش تصفیه خانه فاضلاب شمال اصفهان، به تعداد 65 نمونه در 13 بازدید از 5 نقطه انجام گرفت. برای جداسازی باکتری از روش USDA و برای شمارش لیستریا مونوسیتوژنز از روش سه لوله ای MPN با محیط کشت فریزربراث ساپلیمنت دار استفاده شد. گونه های لیستریامونوسیتوژنز جدا شده هم به روش بیوشیمیایی و PCR نیز تایید شدند. گونه بیماریزای لیستریا مونوسیتوژنز از نمونه های فاضلاب ورودی، پساب خروجی، لجن خام، لجن تثبیت شده و لجن خشک شده به ترتیب 76.9، 38.5، 84.6، 69.2 و 46.2 درصد جداسازی شد و کارایی فرایندهای تصفیه فاضلاب، تانک هاضم و بسترهای خشک کننده لجن برای حذف باکتری لیستریا مونوسیتوژنز به ترتیب 69.6، 64.7 و 73.4 درصد محاسبه گردید. تمامی موارد لیستریا مونوسیتوژنز شناسایی شده با آزمون های بیوشیمیایی با انجام آزمون PCR مورد تایید قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که گونه بیماریزای لیستریا مونوسیتوژنز در پساب خروجی و لجن خشک شده آماده برای فروش تصفیه خانه شمال اصفهان وجود دارد. بنابراین می تواند باعث انتشار این باکتری در زمین های کشاورزی و محیط گردد. به عبارت دیگر محصولات کشاورزی ممکن است با توجه به قدرت بقاء باکتری در محیط، منشا آلودگی انسان و دام باشند.

به منظور بررسی کادمیم و نیکل در اندامهای مختلف گیاه گاوزبان کاشته شده در خاک همراه با کاربرد کودهای آلی لجن فاضلاب و کمپوست زباله شهری، آزمایشی به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در سال 1388 در شرایط مزرعه اجرا شد. فاکتور اصلی در پنج سطح شاهد، 20 و 40 تن لجن فاضلاب و کمپوست زباله شهری در هکتار و فاکتور فرعی، تیمار سال در شش سطح (مصرف در سال 85، سالهای 85 و 86، سالهای 85 و 88، سالهای 85 الی 87، سالهای 85، 86، 88 و سالهای 85 الی 88) در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که مصرف 40 تن لجن فاضلاب و کمپوست زباله شهری در هکتار سبب افزایش کادمیم و نیکل قابل جذب خاک به ترتیب حدود 2 و 2.5 برابر و مقدار کادمیم و نیکل در ریشه گیاه به میزان 5 و 2.5 برابر نسبت به شاهد می گردد. بالاترین میزان کادمیم در برگ و گل گاوزبان در تیمار 40 تن لجن فاضلاب در هکتار مشاهده شد. ضمنا سطوح 40 تن لجن فاضلاب و کمپوست زباله شهری در هکتار نیز بیشترین تجمع نیکل را به ترتیب در برگ و گل گاوزبان موجب شدند. به علاوه بیشترین میزان انتقال کادمیم در تیمار 40 تن لجن فاضلاب در هکتار به قسمت گل در مورد نیکل نیز در همین تیمار کودی به قسمت برگ گاوزبان بوده است.

خشکسالی نتیجه اندرکنش بین محیط زیست و چرخه آب در طبیعت است که تهدیدی مخاطره آمیز برای محیط زیست و حیات گونه های زیستی محسوب می شود. لذا یافتن نمایه های اندازه گیری خشکسالی برای پیش بینی و ارزیابی مکانی و زمانی این پدیده به منظور مدیریت بحران آن ضرروی و حیاتی به نظر می رسد. در این مقاله ابتدا به بیان مفهوم خشکسالی و مقایسه نمایه های اندازه گیری آن پرداخته شد و سپس از مبانی شبکه های عصبی- فازی به همراه آنالیز خوشه بندی برای پیش بینی خشکسالی با نمایه بارش استاندارد استفاده شد. نتایجی حاکی از آن است که نمایه SPI قابلیت بیشتری در پیش بینی نسبت به نمایه هایی چون پالمر، پالفی و دیگر نمایه ها دارد و از سویی راهبرد شبکه عصبی- فازی تطبیقی بر مبنای روش خوشه بندی C-mean در امر مدل سازی برای پیش بینی خشکسالی از کارایی بالایی برخودار است.

کاربری اراضی از جمله عواملی است که بر چرخه طبیعی آب در اکوسیستم اثر می گذارد. تحقیق حاضر با هدف تعیین اثر تغییر کاربری اراضی بر هیدروگراف سیل رودخانه زاینده رود در محدوده شهری اصفهان انجام شد. نقشه کاربری اراضی حوضه با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست1990 (TM+) ، تصویر IRS سال 2008 و به کمک نرم افزار ENVI تعیین گردید. در مرحله بعد شبیه سازی وقایع بارش- رواناب به کمک روش SCS انجام گرفت و پارامترهای هیدرولوژیکی زیر حوضه ها واسنجی گردید. نتایج نشان داد که متوسط ضریب تلفات اولیه در حوضه مطالعاتی 0.21 است. همچنین هیدروگراف بارشهای طرح شبیه سازی شده از تلفیق GIS و مدل HEC-HMS نشان داد که اثر تغییر کاربری اراضی در دبی پیک سیلاب با افزایش دوره بازگشت سیل، کاهش می یابد به طوری که در دوره بازگشت 5 ساله، دبی اوج کل حوضه در محل خروجی از سال 1369 تا 1387، 39.9 درصد افزایش یافته ولی در دوره بازگشت 200 ساله تنها 10.3 درصد افزایش داشته است.

آلودگی آب و خاک به فلزات سنگین تهدیدی جدی برای محیط زیست و سلامت بشر است. یافتن روشی موثر برای پالایش این فلزات از آب اهمیت فراوانی دارد. هدف از انجام این پژوهش امکان یابی اصلاح پسماندهای چای با نانو ذرات مگنتیت و بررسی کارایی آن برای حذف فلز مس از محلولهای آبی بود. به این منظور جاذب طبیعی از پسماند چای تولید و با نانو ذرات مگنتیت اصلاح گردید. ویژگی های جاذب با استفاده از SEM و طیف سنجی مادون قرمز تعیین شدند. اثر پارامترهای مختلف مانند زمان تماس، pH محلول مس، غلظت فلز و غلظت جاذب بر شدت حذف مس بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش pH از 2 تا 5، درصد حذف مس از 87 به 98 درصد افزایش یافت و حداکثر جذب در pH برابر 5 حاصل شد. با افزایش غلظت اولیه مس، درصد حذف آن از 98.5 به 89 درصد کاهش و با افزایش مقدار جاذب، درصد حذف به 94.6 درصد افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد که جذب فلز مس از هر دو مدل همدمای لانگمیر و فروندلیچ پیروی می کند. ظرفیت جذب لانگمیر 22.4 میلی گرم بر گرم به دست آمد. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد پسماندهای چای اصلاح شده با نانو ذرات مگنتیت توانایی بالایی در حذف مس از آبهای آلوده دارند. همچنین جداسازی جاذب پس از حذف فلزات آسان است.

در این تحقیق برای پیلارینگ رس مورد نظر از عناصرAl ،Cu ،Ti و Fe استفاده گردید. این عاملهای پیلارینگ برای تعدیل مونتموریلونیت توسط بر هم کنش های تبادل کاتیونی مورد استفاده قرار گرفت. فاصله های بین صفحه ای هنگامی که مونتموریلونیت سدیم دار شد، توسط این عاملهای پیلارینگ تا حد قابل توجهی افزایش یافت. گل قرمز حاصل از تولید بوکسیت با استفاده از روشهای مختلف تیمار و تعدیل می تواند به یکی از جاذبهای قوی آلاینده ها تبدیل گردد. در این تحقیق از گل قرمز تعدیل شده به اضافه رس پیلارد شده برای حذف کادمیم از آب استفاده شد. کمپلکس قرمز تعدیل شده و رس پیلارد با استفاده ازXRD ،SEM   XRF ومشخص و جذب کادمیم در این کمپلکس به عنوان تابعی ازpH ، زمان و دما توسط AAS مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان جذب در این مطالعه در pH برابر 6 و دمای 40 درجه سلسیوس بود که میزان جذب تا 96.69 درصد رسید. رابطه ایزوترم های لانگمیر و فروندلیچ به منظور تطابق ایزوترم های جذب، مورد بررسی قرار گرفت. این مطالعه به خوبی نشان داد که کمپلکس گل قرمز تعدیل شده و رس پیلارد یک جاذب مناسب به منظور حذف کادمیم از محلولهای آبی است.

ایستگاههای پمپاژ در سیستم های آبرسانی شهری به عنوان یکی از مصرف کنندگان اصلی انرژی محسوب می گردند لذا مهم است تا حد امکان از اتلاف انرژی در این گونه سیستم ها جلوگیری شود. از طرفی پمپ های صنعتی به مرحله ای از توسعه رسیده اند که راندمان تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی هیدرولیکی در آنها بالا است، بنابراین باید صرفه جویی انرژی را در دیگر عناصر سیستم بررسی کرد. در میان عناصر اصلی تشکیل دهنده شبکه های آبرسانی شهری، مخازن ذخیره نقش مهمی را ایفا می کنند که می توان با بهینه سازی طراحی آنها، در مصرف انرژی صرفه جویی نمود. در این تحقیق با استفاده از مدل دینامیکی یک سیستم انتقال سیال، ظرفیتها و ابعاد مختلف مخازن در شرایط متفاوت بهره برداری در یک ایستگاه پمپاژ آب شرب واقعی در محیط نرم افزار شبیه سازی متلب بررسی شد. از نتایج این تحلیل می توان به منظور ارائه پیشنهادهایی برای بهینه سازی طراحی مخازن ذخیره آب با دید حداقل مصرف انرژی در ایستگاههای پمپاژ، تعداد پمپ های در مدار قرار گرفته، مقدار ذخیره سازی آب در مخزن و غیره با توجه به شرایط بهره برداریی آنها استفاده نمود.