آب و فاضلاب
سال:1388 | دوره:20 | شماره:4 (مسلسل 72) |تعداد مقالات:15

با توجه به این که سیاست های حاصل از مدیریت بهره برداری تلفیقی میتواند نقش قابل توجهی در پایداری و استفاده بهینه از منابع ایفا نماید، لذا اعمال شرایط واقعی سیستم منابع آب در مدل های مدیریتی منجر به نزدیکی قوانین بهره برداری به شرایط طبیعی می شود. در این تحقیق از ترکیب منطق فازی و روش بهینه سازی مبتنی بر جستجوی تصادفی برای در نظر گرفتن عدم دقت در پارامترهای تاثیرگذار بر تغییرات تراز سطح آب زیرزمینی استفاده شد. پارامترهای موثر مذکور شامل ضرایب ضریب ذخیره ویژه، میزان تغذیه و تخلیه طبیعی آبخوان بود که اغلب در مدل های مدیریتی به طور جزیی و یا گذرا دیده می شود. با استفاده از اطلاعات هیدروژئولوژیکی منطقه و داده های پیزومترها، بازه تغییرات هر پارامتر برای تعیین تابع عضویت مشخص گردید. با اعمال برشهای فازی (اعداد بین صفر و یک) بر هر پارامتر تاثیرگذار و تولید بازه ای متناسب با آن، مدل بهینه سازی مبتنی بر جستجوی تصادفی به منظور یافتن مقادیر حداقل و حداکثر تغییرات تراز، مورد اجرا قرار گرفت. با تکرار مراحل بالا می توان مقدار فازی پارامتر خروجی را تعیین نمود. برای مقایسه نتایج حاصل از اعمال عدم دقت منابع آبی موجود، تدوین گردید. در این مدل محدوده مورد مطالعه به مناطقی تقسیم و با توجه به اولویتهای هر منطقه و در نظر گرفتن اهمیت نوع مصرف و نوع منبع، میزان تخصیص های بهینه تعیین شد. نتایج مدل پیشنهادی نشان می دهد که هر چه در مدل تلفیقی شرایط واقعی سیستم منابع آبی به نحوه مطلوبی دیده شود، میزان اطمینان پذیری سیستم در تامین نیازهای آبی از قابلیت بیشتری برخوردار خواهد بود. همچنین این نتایج به دلیل دخالت دادن نظرات تصمیم گیران موثر در تخصیص منابع آب از مطلوبیت و قابلیت اجرایی بالاتری برخوردار بود و از حالت ثباتی که در مدل سازی های معمول وجود دارد خارج شده و به صورت دینامیک و متناسب با سیاست هایی بود که برای منطقه مورد مطالعه در نظر گرفته شد.ک

فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، همواره منجر به تولید رادیکال های بسیار فعال هیدروکسیل می گردند که این رادیکال ها، پتانسیل بالایی برای اکسیداسیون ترکیبات آلی دارند. یکی از فرایندهای اکسیداسیون شیمیایی، فنتون است که در آن، یون آهن به عنوان کاتالیست در یک محیط اسیدی با اکسیدان وارد واکنش شده و تولید رادیکال هیدروکسیل می نماید. این واکنش از نوع واکنش های اکسایش – احیا می باشد به این ترتیب که یون فلزی، انتقال یک الکترون را می پذیرد. کارایی این روش تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله pH، دما، غلظت آهن، پراکسید هیدروژن و زمان واکنش است. در این مطالعه نمونه های سنتتیک از سورفکتانت آنیونیک ABS و LAS که هر دو کاربرد وسیع خانگی و صنعتی دارند، تهیه گردید و تاثیر غلظتهای مختلف سولفات آهن و پراکسید هیدروژن در زمان های مختلف روی حذف و تصفیه پذیری آنها در محلول آبی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش ها در سیستم بسته در دستگاه جار (200 دور در دقیقه) و با غلظت اولیه دترجنت آنیونیک 200 میلی گرم در لیتر با pH ثابت 3 و دمای آزمایشگاه در زمان های 20، 40، 60 و 80 دقیقه انجام شد. نتایج نشان داد افزایش در غلظت اکسیدان و کاتالیست، کارایی حذف را افزایش می دهد. در غلظت H2O2 برابر 750 میلی گرم در لیتر و یون فرو برابر 130 میلی گرم در لیتر بیش از 86 درصد از LAS و ABS در زمان 80 دقیقه حذف گردید. در همین شرایط طی فرایند اکسیداسیون، COD نمونه های ABS از 470 میلی گرم در لیتر به 187 میلی گرم در لیتر کاهش یافت. نسبت BOD5/COD در زمان 60 دقیقه در غلظت 600 میلی گرم در لیتر H2O2 و 130 میلی گرم در لیتر یون فرو، 0.225 بهبود یافت. اندازه گیری pH بعد از واکنش نشان می دهد که pH به علت تولید مواد حد واسط اسیدی از 3 به 2.6 کاهش می یابد که می تواند برای کنترل فرایند مورد بررسی قرار گیرد.

اکثر ترکیبات آلی نسبت به تصفیه های شیمیایی و بیولوژیکی متداول مقاوم هستند. بنابراین روشهای دیگری به عنوان جایگزین فرایندهای فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی کلاسیک مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته اند. در این تحقیق، فناوری های اکسیداسیون فتوشیمیایی پیشرفته شامل UV/H2O2/Fe (III)، UV/H2O2/Fe (II)، UV/H2O2 و UV برای حذف فنل در محلول آبی در مقیاس آزمایشگاهی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. از یک لامپ فرابنفش جیوه ای فشار متوسط 300 وات به عنوان منبع تابش و از پراکسید هیدروژن 30 درصد به عنوان ماده اکسید کننده و از فنل با غلظت اولیه 0.5 میلی مول در لیتر به دلیل کاربرد و مصرف زیاد به عنوان مدل استفاده گردید. برای بررسی عوامل موثر مانند pH، غلظت پراکسید هیدروژن، غلظت و نوع نمک آهن و زمان تابش نور UV، آزمایش ها بر اساس روشهای استاندارد، آنالیز گردیدند. نتایج آزمایش ها نشان داد فرایند فتوفنتون موثرترین فرایند تصفیه تحت شرایط اسیدی بوده و دارای سرعت بیشتر تصفیه فنل در زمان تابش خیلی کم است. سرعت اکسیداسیون در این فرایند 4 تا 5 بار بیشتر از فرایند UV/H2O2 می باشد. شرایط بهینه برای فرایند فتوفنتون، مقدار pH برابر 3، نسبت مولی H2O2/Phenol برابر 11.61 و نسبت مولی Iron/H2O2 برای سیستم های UV/H2O2/Fe (II) و UV/H2O2/Fe (III) به ترتیب 0.083 و 0.067 به دست آمد.

فنل یا هیدروکسی بنزن یکی از هیدروکربن های آروماتیک سمی است. این ماده از طریق دفع فاضلاب تعدادی از صنایع باعث آلودگی محیط زیست و به خصوص منابع آبی می شود هدف از انجام این تحقیق، مقایسه راندمان تجزیه فنل با استفاده از روش های اکسیداسیون پیشرفته با کاربرد ازن و پرتوتابی اشعه فرابنفش بود. محفظه واکنش در این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی و با ظرفیت 3 لیتر به کار گرفته شد. در این تحقیق از یک لامپ 125 UV وات استفاده شد. ازن مصرفی قبل از ورود به راکتور تولید و از طریق ازن ساز مدل COG-OM با مقدار تولید 1 گرم ازن بر ساعت به راکتور منتقل می شد. به منظور بررسی تاثیر pH بر تجزیه فنل، آزمایش هایی در pHهای 5، 7، 9 و 11 انجام و نمونه های جمع آوری شده با دستگاه اسپکتروفتومتر مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که فنل با روش ازن دهی در pH برابر 11 و با استفاده از اشعه UV در pH معادل 5 قابل تجزیه می باشد. درصد تجزیه فنل با استفاده از لامپ 125 وات UV پس از یک ساعت زمان تماس، 32.4 بود در حالی که طی همین مدت زمان و با استفاده از روش ازن دهی به 93.6 درصد رسید. می توان انتظار داشت فرایند اکسیداسیون پیشرفته با مزایایی از قبیل جنبه های بهداشتی و زیست محیطی مطلوب و بازده بسیار بالا، چشم انداز مطلوبی در حذف فنل و سایر آلاینده های مشابه از آب و فاضلاب به دست آورد.

از سال 1979 در امریکا برای افزایش عدد اکتان در سوخت به جای آلکیل سرب، متیل ترشیری بوتیل اتر به کار گرفته شد. افزایش مصرف این ماده در سالهای اخیر در کشورهای مختلف موجب آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی گردیده است. روشهای معمول برای تصفیه آبهای آلوده به متیل ترشیری بوتیل اتر عموما ناکافی و ناکارآمد می باشد. در این تحقیق، تجزیه شیمیایی متیل ترشیری بوتیل اتر با واکنش فنتون با کاتالیزور سولفات آهن و تشکیل ترکیبات جانبی در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. غلظت اولیه محلول مورد آزمایش 1000 میلی گرم در لیتر بود. متغیرهای آزمایش شامل pH محیط، زمان تماس آب آلوده و اکسید کننده و غلظت مواد واکنش اکسیداسیون (شامل پراکسید هیدروژن و آهن دو ظرفیتی) بود. آزمایش ها در زمان تماس یک ساعت انجام شد و راندمان حذف تا 99.99 در حالت بهینه به دست آمد. بهترین غلظت هایی از سولفات آهن و پراکسید هیدروژن که باعث حذف محلول متیل ترشیری بوتیل اتر با غلظت 1000 میلی گرم در لیتر شد به ترتیب، برابر 5.4 و 550 میلی مولار به دست آمد. pH بهینه 3 و میزان حذف تا غلظت کمتر از 50 میکروگرم در لیتر به دست آمد. بررسی تغییرات غلظت متیل ترشیری بوتیل اتر در طول زمان نشان داد واکنش در ابتدا با سرعت زیاد و پس از چند دقیقه نرخ انجام واکنش بسیار آرام خواهد شد. تغییرات pH در طول زمان برای pHهای مختلف اندازه گیری و بحث شد. اضافه کردن پراکسید هیدروژن، حذف مقادیر محصولات جانبی اندازه گیری شده شامل استون و ترشیاری بوتیل الکل را افزایش داد. نتایج بررسی نشان داد که مقادیر این دو محصول در pHهای بالا افزایش می یابد. به طوری که در pH بهینه غلظت ترشیری بوتیل الکل و استون به ترتیب برابر 30 و 120 میلی گرم در لیتر و در pH برابر 7 این مقادیر به ترتیب برابر 150 و 250 میلی گرم در لیتر به دست آمد.

امروزه آلودگی آب با مواد نفتی یکی از مشکلات زیست محیطی جدی در ایران است. نشت بنزین از مخازن ذخیره قدیمی، مخازن پمپ بنزین ها و به خصوص پالایشگاهها یکی از دلایل مهم این آلودگی به شمار می رود. در این تحقیق، جذب ترکیبات نفتی (بنزین) توسط کربن فعال دانه ای به عنوان یک جاذب موثر با روش جذب ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد که ظرفیت جذب کربن فعال تابع پارامترهایی مانند pH، دما و غلظت پراکسید هیدروژن می باشد و بیشینه ظرفیت تعادل کربن فعال برای حذف ترکیبات بنزین در pH برابر 8 بوده و میزان جذب ترکیبات نفتی توسط کربن فعال با افزایش دما (کاهش نیروی واندروالس بین جاذب و آلاینده) و غلظت پراکسید هیدروژن در سیستم (کاهش غلظت اولیه مواد آلاینده به دلیل اکسیداسیون) کاهش می یابد. به این ترتیب مقدار بیشینه جذب مواد نفتی در pH برابر 8 و دمای 10 درجه سلسیوس به مقدار 129.05mg COD/g GAC تعیین گردید. داده های آزمایشگاهی به دست آمده در این مطالعه با دو مدل فروندلیچ و لانگمیر برازش داده شدند و ضریب تعیین به دست آمده حکایت از مناسب بودن مدل فروندلیچ دارد. همچنین با تحلیل رگرسیون مدلی با ضریب تعیین 0.981، برای توصیف بهتر تغییرات میزان جذب در حالت تعادل با در نظر گرفتن تاثیرات pH، دما و پراکسید هیدروژن، ارایه گردید. به طور کلی مدل پیشنهادی دارای ضریب تعیین بالاتری نسبت به مدل فروندلیچ می باشد.

محدودیت منابع آبی و خطر بحران آب در ایران و اهمیت بازیابی آب از یک سو و از سویی دیگر افزایش آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی به وسیله فلزات سنگین از جمله جیوه که ناشی از ورود فاضلابهای صنعتی و شهری می باشد، یافتن راه حلهای قابل قبول زیست محیطی را در جهت حذف این ماده از منابع آبی ضروری می سازد. روشهای مختلفی برای حذف جیوه از منابع آب پیشنهاد گردیده است. این روشها علاوه بر تاثیر قابل قبول بر حذف ماده مذکور باید از لحاظ قابل اجرا بودن و داشتن صرفه اقتصادی نیز مورد توجه قرار گیرند. در این تحقیق از ستون های کربن فعال دانه ای، زئولیت و آنتراسیت به عنوان جاذبهای ارزان قیمت و پر بازده به منظور حذف جیوه استفاده گردید. قابلیت جاذبهای مذکور نیز اثر عوامل مختلف موثر بر کارایی حذف شامل تغییرات pH که در محدوده مورد قبول برای آشامیدن می باشد (6-8)، تغییرات غلظت جیوه ورودی به سیستم (1ppm، 0.75، 0.5، 0.25) و تغییرات زمان تماس (3، 2، 1، 0.5 ساعت) در حذف ماده مذکور مورد مطالعه قرار گرفت. اندازه گیری غلظت جیوه در نمونه های آب ورودی و خروجی از ستون ها به روش اسپکتروفتومتری در طول موج 492 نانومتر با معرف دی تیزون انجام شد. بر اساس نتایج به دست آمده از این تحقیق مشخص گردید با کاهش غلظت ماده ورودی از 1ppm به 0.25ppm در شرایط ثابت، درصد حذف جیوه در ستون های جاذب آنتراسیت، کربن فعال و زئولیت به ترتیب از 22 درصد، 63 درصد و 55 درصد به 28 درصد، 72 درصد و 64 درصد افزایش می یابد. همچنین در شرایط ثابت با افزایش زمان ماند از 0.5 ساعت به 3 ساعت، درصد حذف جیوه به ترتیب برای ستون های آنتراسیت، کربن فعال و زئولیت از 22، 56 و 54 درصد به 42، 86 و 82 درصد افزایش پیدا می کند. همچنین افزایش pH در محدوده، موجب افزایش کارایی ستونها می گردد. در مجموع نقش عامل زمان ماند در کارایی حذف جیوه به وسیله ستون کربن فعال به مراتب بیشتر از ستون های زئولیت و آنتراسیت مورد مطالعه بوده است. با تغییر پارامترهای مختلف مورد مطالعه در این تحقیق، کارایی حذف جیوه با استفاده از ستون کربن فعال، زئولیت و آنتراسیت به ترتیب دامنه 51 تا 92 درصد، 42 تا 88 درصد و 16 تا 52 درصد داشت. بیشترین کارایی حذف مربوط به ستون آکنده کربن فعال بوده و با توجه به سهولت کاربرد، هزینه پایین و نیز کارایی حذف بالا، می توان کربن فعال را به عنوان مناسب ترین جاذب به منظور حذف جیوه از منابع آب آشامیدنی معرفی نمود.

آلودگی محیط زیست با فلزات سنگین و انتقال آن به محصولات زراعی به عنوان یک مشکل جهانی در حال گسترش، مطرح می باشد. مطالعات زیادی در زمینه استفاده از آبهای آلوده و پسابهای حاوی فلزات سنگین در کشاورزی انجام شده است، ولی اطلاعات در زمینه جذب فلزات سنگین از محیط ریشه و تجمع آن در بخشهای مختلف گونه های زراعی، به ویژه محصولات غده ای بسیار محدود است. این تحقیق با هدف بررسی تاثیر غلظت کادمیم در خاک محیط ریشه بر مقدار جذب و تجمع آن در اندام مختلف چهار محصول عده ای رایج در کشور به صورت یک طرح آزمایشی فاکتوریل در قالب بلوکهای کاملا تصادفی در چهار تیمار و سه تکرار به اجرا در آمد. تیمارها شامل غلظتهای صفر، 50 و 100 میلی گرم کادمیم در خاک و 50 میلی گرم کادمیم در خاک همراه با 0.5 مولار اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) در آب آبیاری می باشد. خاک مورد استفاده بعد از دو بار الک کردن با مش 2 میلی متر و افزودن نیترات کادمیم (Cd (NO3)2) و مخلوط نمودن کامل، تهیه و برای کاشت از گلدان های پلاستیکی استوانه ای به قطر 30 و ارتفاع 60 سانتی متر استفاده شد. در پایان فصل زراعی از بخشهای مختلف گونه های مورد مطالعه برای سنجش مقدار تجمع کادمیم، نمونه برداری و آزمایش به عمل آمد و نتایج حاصل با استفاده از نرم افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. بر اساس نتایج حاصل، میزان تجمع کادمیم با افزایش غلظت آن در محیط ریشه نسبت مستقیم داشته و افزایش 0.5 مولار EDTA به آب آبیاری، به طور متوسط باعث افزایشی معادل 32 درصد در جذب کادمیم برگها، 53.6 درصد در ریشه، 62 درصد در غده و 65.2 درصد در پوست می گردد. همچنین نتایج نشان می دهد که به جز تیمار شاهد در سایر تیمارها میزان تجمع کادمیم در بخشهای مختلف گونه های مورد مطالعه بیش از حد مجاز برای مصارف انسانی است. ترتیب تجمع کادمیم در بخشهای مختلف گونه های مورد بررسی به شرح زیر است: ریشه: چغندرقند، تربچه، سیب زمینی و هویج؛ برگ: چغندرقند، هویج، تربچه و سیب زمینی؛ غده: تربچه، چغندرقند، هویج و سیب زمینی؛ پوست: هویج، تربچه، سیب زمینی و چغندرقند.

به منظور مقایسه و بررسی کارایی شن، خاک (آهکی و غیرآهکی) و ماده آلی (پوسته برنج و کمپوست برگ) در حذف یا کاهش فلزات سنگین مس، نیکل، روی و کروم از فاضلابهای صنعتی و بررسی اجمالی اثر متقابل آنها، آزمایشی در گلخانه و در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تیمار و چهار تکرار انجام گرفت. تیمارها در این آزمایش عبارت بودند: از خاک آهکی – پوسته برنج، خاک آهکی – کمپوست برگ، خاک غیر آهکی – پوسته برنج و خاک غیرآهکی – کمپوست برگ. برای آماده سازی تیمارها، لوله های پلی وینیل کلراید به ارتفاع 66.5 و قطر 10 سانتی متر انتخاب و با توجه به تیمارهای آزمایشی، به ترتیب از پایین به بالا به وسیله ریگ درشت، شن، خاک، ماده آلی و ریگ ریز پر شدند. سپس به مجموعه مذکور، فاضلاب صنعتی حاصل از کارخانه آبکاری به تعداد نه مرتبه (9 pore volumes) اضافه گشت؛ به این صورت که بعد از هر بار افزودن فاضلاب و خشک شدن کامل سطح فیلترها، فاضلاب مرحله بعد ریخته شد. سپس در انتهای آزمایش، مقاطعی از هر کدام از جاذبها تهیه گردید و بعد از هوا خشک شدن، به منظور اندازه گیری غلظت کل فلزات سنگین و بررسی کارایی آنها به آزمایشگاه منتقل شد. نتایج این مطالعه نشان داد که قرار گرفتن خاک آهکی و غیرآهکی در زیر هر یک از مواد آلی به کار رفته در این مطالعه، بر توانایی آنها در جذب فلزات سنگین اثرگذار بوده و یافته های حاصل متفاوت بود. همچنین مشخص شد که ظرفیت پایین تبادل کاتیونی خاک نسبت به مواد آلی همواره باعث کاهش قدرت جذب توسط آن نمی گردد. آنالیز مواد آلی به کار رفته نیز مشخص کرد که پوسته برنج برای عنصر کروم و کمپوست برگ برای عناصر روی و نیکل جاذب مناسب تری به نظر می رسند. علاوه بر این، شن مورد استفاده در این آزمایش نیز، توانایی جذب مناسبی را برای فلزات سنگین موجود در فاضلاب از خود نشان داد. در نهایت می توان گفت که کاربرد جاذبهای مورد مطالعه برای حذف فلزات سنگین موجود در فاضلابها موثر بود.

تجزیه بخش آلی زباله در محل دفن زباله به همراه نفوذ آب باران، مایع آلوده ای به نام شیرابه را تولید می کند که به دلیل دارا بودن ترکیبات سمی و خطرناک، خطر قابل توجهی برای محیط زیست تلقی می شود. در این تحقیق تصفیه پذیری شیرابه با استفاده از هاضم بی هوازی دو مرحله ای بررسی گردید. حجم مفید هر یک از هاضم ها 150 لیتر، دبی 10 لیتر در روز، زمان ماند هیدرولیکی 15 روز برای هر یک از هاضم ها، و دما 31 درجه سلسیوس (مزوفیلیک) در نظر گرفته شد. بار آلی سیستم از 0.07 تا 3.4 گرم در لیتر در روز به صورت تدریجی و طی پنج مرحله افزایش داده شد. مقدار COD شیرابه 48552 تا 62150.4 میلی گرم در لیتر و نسبت BOD5/COD آن بیش از 0.7 به دست آمد. در بار آلی 2.2g/L.day بیشترین حذف COD به میزان 93.59 درصد در مجموع دو هاضم به دست آمد. میزان آمونیاک در سیستم بی هوازی حذف نگردید، بلکه اضافه شد. غلظت آمونیاک در بار بهینه در مخزن ورودی، هاضم اول و هاضم دوم به ترتیب 721، 952 و 1054 میلی گرم در لیتر به دست آمد. حداکثر میزان بیوگاز در بار آلی 3.4 گرم در لیتر در روز، تولید شد و معادل 9.823 و 6.298 لیتر در روز به ترتیب در هاضم اول و دوم بود.

تعیین پروفیل بستر رودخانه و توزیع سرعت متوسط عمقی به عنوان اطلاعات پایه در استفاده از معادلات تجربی و تحلیلی برای تخمین ضریب پخش طولی آلودگی، همواره مورد توجه محققان بوده است. با استفاده از مدل ساده ارایه شده توسط مغربی که توانایی تخمین خطوط هم سرعت بی بعد در مقطع عرضی رودخانه ها و کانال ها را داراست، می توان به تخمین توزیع سرعت متوسط عمقی مبادرت ورزید. اطلاعات مورد نیاز در این مدل شامل پروفیل بستر، توزیع تنش برشی و زبری بستر است. با مقایسه اطلاعات میدانی سرعت متوسط عمقی و ضریب پخش طولی آلودگی با سرعت متوسط عمقی تخمین زده شده با استفاده از روش مغربی و ضریب پخش طولی آلودگی که با استفاده از آن برآورد شد، نتیجه گردید که این روش از دقت مناسبی در تخمین سرعت متوسط عمقی برخوردار است.