آب و فاضلاب
سال:1399 | دوره:31 | شماره:1 (مسلسل 125) |تعداد مقالات:11

کلر به عنوان متداول ترین ماده گندزدا برای جلوگیری از رشد میکربی در شبکه های آبرسانی استفاده می شود. غلظت کلر در سیستم های توزیع و یا خطوط انتقال آب به علت دو نوع مختلف زوال توده ای و زوال جدار کاهش می یابد. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار EPANET، زوال کلر در خط انتقال آب اصفهان از تصفیه خانه باباشیخعلی تا شهر نایین در فصول تابستان و زمستان با مدل سینتیکی مرتبه اول به دو روش تک بخشی و دو بخشی شبیه سازی و نتایج با یکدیگر مقایسه شد. در روش اول شبیه سازی کلر با در نظر گرفتن کل خط انتقال آب اصفهان به عنوان یک بخش (تک بخشی) و تعیین یک ضریب زوال حجمی و یک ضریب زوال جدار برای کل خط انتقال انجام شد. در روش دوم خط انتقال به دو بخش تقسیم شد (دوبخشی) و ضرایب زوال کلر برای هر بخش جداگانه اختصاص داده شد. برای تعیین ضریب زوال توده ای کلر، آزمایش های بطری در دماهای 6 و 18 درجه سلسیوس انجام شد. نتایج نشان داد با جداسازی خط انتقال به دو قسمت و استفاده از ضرایب و پارامترهای زوال متناسب با همان قسمت، مقدار خطای جذر میانگین مربعات برای غلظت های کلر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در فصل تابستان از مقدار 09/0 به 03/0 و در فصل زمستان از 064/0 به 025/0 کاهش پیدا کرده است. بنابراین کاربرد روش چند بخشی به صورت قابل ملاحظه ای باعث بهبود نتایج شبیه سازی غلظت کلر در خطوط انتقال طولانی می شود.

برای بهره برداری بهتر از شبکه های توزیع آب توصیه می شود که شبکه های موجود به نواحی مجزا تبدیل شود. به دلیل پیچیدگی شبکه های قدیمی، تبدیل این شبکه ها به نواحی مجزا، پرهزینه و حساس است. در پژوهش حاضر مدلی ارائه شد که با استفاده از تئوری گراف و نرم افزار شبیه سازی هیدرولیکی EPANET، تبدیل شبکه های قدیمی به نواحی مجزا را به صورت بهینه انجام می دهد، به صورتی که ضمن رعایت حداقل فشار مورد نیاز گره ها، تعداد لوله های رابط بین نواحی مجزای پیشنهادی حداقل باشد. حداقل بودن تعداد لوله های رابط، باعث حداقل شدن هزینه برای دبی سنج های مورد نیاز می شود. مدل ارائه شده برای تعیین نواحی مجزا برای شبکه توزیع آب پولاکیس با 50 لوله و 30 گره در حالت های مختلف هیدرولیکی و همچنین برای شبکه واقعی آب شهر بوشهر با حدود 3740 گره و 3980 لوله به کار گرفته شد. نتایج خروجی نشان داد که مدل ارائه شده، توانایی طراحی شبکه های آب موجود به نواحی مجزا را با رعایت قیدهای هیدرولیکی به صورت بهینه دارد.

آلودگی نیترات آب های سطحی و زیرزمینی مشکل مهم کیفیت آب در کره زمین است. در پژوهش های متعدد از روش علمی تعیین روابط δ 15N-و δ 18O-برای مشخص نمودن منابع غالب نیترات در آب های زیرزمینی، با وجود همپوشانی دامنه های ایزوتوپ نیترات و وقوع تفریق ایزوتوپی نیترات، استفاده می شود. منابع پتانسیل نیترات در منطقه مورد مطالعه شامل کودهای شیمیایی آمونیوم دار، پساب تصفیه خانه فاضلاب جنوب تهران، فاضلاب های انسانی و حیوانی، رودخانه شور، بارندگی و نیتروژن آلی خاک است. برای شناسایی منابع مختلف نیترات و تخمین سهم نسبی آن ها در آب زیرزمینی آبخوان ورامین، از ایزوتوپ های دوگانه نیترات (δ 15N-و δ 18O-) و مدل اختلاط ایزوتوپی بیزی برای 38 نمونه در آبان 1396 استفاده شد. بر اساس آنالیز خوشه ای سلسله مراتبی، 38 نمونه آب زیرزمینی از لحاظ خصوصیات هیدروشیمیایی به سه خوشه (گروه های یک تا سه) تقسیم بندی شدند. میانگین مقدار δ 15N-برای گروه های 1، 2 و 3 به ترتیب ‰ 1/2 ± 7+، ‰ 1/1 ± 2/10+ و ‰ 1/2 ± 1/16+ و میانگین δ 18O-، به ترتیب ‰ 9/1 ± 3/2+، ‰ 8/0 ± 6/0+، ‰ 4/1 ± 2/6+ بود. مدل SIAR نشان داد که کودهای آمونیوم دار و فاضلاب، بیشترین سهم نیتروژن آلی خاک و بارندگی کمترین سهم را در آلودگی نیترات آبخوان ورامین دارند.

اتیلن دی کلراید یکی از مهم ترین هیدروکربن های کلرینه در پساب صنایع پتروشیمی است که عمدتا برای تولید مونومر وینیل کلراید که پیش ماده اصلی تولید پی وی سی است، استفاده می شود. ایران یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان پی وی سی در جهان است. در فرایند تولید 1000 کیلوگرم اتیلن دی کلراید، در حدود 4/0 مترمکعب پساب تولید می شود که حاوی 50 تا 200 میلی گرم در لیتر اتیلن دی کلراید است. در این پژوهش، روش تجزیه فتوکاتالیستی برای حذف این هیدروکربن کلرینه مورد استفاده قرار گرفت. نانوکامپوزیت PAni-TiO2 به روش لایه نشانی غوطه وری بر سطح گلوله های شیشه ای تثبیت شد. خصوصیات مورفولوژی نانوکامپوزیت PAni-TiO2 با استفاده از تحلیل های میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس و طیف سنجی مرئی-فرابنفش مورد تایید قرار گرفت. یک راکتور فتوکاتالیستی بستر ثابت در مقیاس نیمه صنعتی برای آزمایش های فوتوکاتالیستی مورد استفاده قرار گرفت. روش سطح پاسخ بر اساس طراحی مرکب مرکزی برای ارزیابی و بهینه سازی پارامترهای غلظت اولیه اتیلن دی کلراید، زمان ماند، pH و ضخامت پوشش به عنوان پارامترهای مستقل و حذف فتوکاتالیستی اتیلن دی کلراید به عنوان پاسخ، در نظر گرفته شد. بر اساس نتایج به دست آمده، داده های واقعی و مقادیر پیش بینی شده توسط روش سطح پاسخ با ضریب رگرسیون 9870/0 و ضریب رگرسیون اصلاح شده 9718/0 و ضریب رگرسیون پیش بینی شده 9422/0 همبستگی داشتند. مطابق نتایج، در شرایط بهینه غلظت اولیه اتیلن دی کلراید 250 میلی گرم در لیتر, زمان ماند 240 دقیقه, pH برابر 5 و ضخامت پوشش 5/0 میلی گرم بر سانتی متر مربع، درصد تجزیه فتوکاتالیستی اتیلن دی کلراید 84/88 بود. سینتیک تجزیه فتوکاتالیستی در شرایط بهینه از مدل مرتبه اول لانگمیر-هینشلوود با ثابت سرعت مرتبه اول (K) برابر 0095/0 و ضریب رگرسیون برابر 9455/0 پیروی می کرد. حذف کامل فتوکاتالیستی اتیلن دی کلراید پس از 360 دقیقه به دست آمد. از نتایج به دست آمده در این پژوهش می توان نتیجه گرفت راکتور طراحی و ساخته شده، احتمالا قابلیت صنعتی شدن را دارد.

سیکلودکسترین ها با توجه به تعداد واحدهای گلوکزی تشکیل دهنده خود، 6، 7 و 8 واحد، به ترتیب به سه دسته آلفا، بتا و گاما سیکلودکسترین طبقه بندی می شوند. این ترکیبات حلقوی دارای دو سطح آبدوست و آبگریز برای به دام انداختن ترکیبات با قطبیت های مختلف هستند. رفتار دوگانه سیکلودکسترین ها سبب کاربرد آن ها در زمینه های مختلف از جمله داروسازی، پزشکی، زیست محیطی و آرایشی شده است. کاتیون های فلزی یکی از منابع آلودگی پساب های معدنی و صنعتی هستند، که فرایند حذف آن ها با سیکلودکسترین موضوع پژوهش حاضر است. در این پژوهش، آنالیز تئوری برهمکنش کاتیون فلزی Cu1+با آلفا، بتا و گاما سیکلودکسترین مورد مطالعه قرار گرفت. ساختار و انرژی های پایداری این ترکیبات با استفاده از نظریه دانسیته الکترونی و روش B3LYP در فاز گازی و محلول بررسی شد. با استفاده از محاسبات NBO، جایگاه های فعال این ترکیبات برای برهم کنش با کاتیون فلزی مشخص شدند. محاسبات نشان داد توزیع بار الکتریکی بر روی اتم های اکسیژن گلوکوپیرانوز به عنوان واحدهای سازنده هر ترکیب تقریبا یکسان است. همچنین کمپلکس های مربوطه با استفاده از سطح محاسباتی مذکور بهینه سازی شد و قدرت کیلیت شدن هرکدام از این الیگوساکاریدهای حلقه ای مورد مقایسه قرار گرفت. داده ها نشان دادند که آلفا و بتا سیکلودکسترین به ترتیب تمایل بیشتری برای برهم کنش با کاتیون Cu1+در فاز گازی و آبی دارند و بنابراین نامزدهای احتمالی برای زدودن این یون از پساب های صنعتی و یا معدنی به شمار می روند.

فسفر در محیط های آبی به عنوان یک ماده مغذی ضروری شناخته می شود اما افزایش غلظت آن در منابع آبی باعث بروز پدیده یوتریفیکاسیون در آب و در نتیجه مرگ آبزیان می شود. بنابراین حذف فسفات از آب بسیار مهم است. در این پژوهش به منظور حذف فسفات از منابع آب از سیستم تالاب بافل دار ساختگی با جریان زیر سطحی استفاده شد. در همین راستا برای افزایش کارایی سیستم تالاب ساخته شده در حذف بهینه فسفات، آزمایش هایی در 3 فاز مختلف طراحی شد. در فاز اول در قالب آزمایش های ناپیوسته، عملکرد کامپوزیت مواد ارزان قیمتی همچون زئولیت، بنتونیت و سنگدانه پامیس به صورت تثبیت نانوذرات زئولیت/ بنتونیت بر روی سطح سنگدانه های پامیس به منظور جذب فسفات و انتخاب کاندید برتر به منظور قرارگیری در بستر تالاب مورد بررسی قرار گرفت. در فاز دوم در قالب آزمایش های گلدانی، عملکرد گیاهان بومی استان خوزستان همچون سالیکورنیا، لویی و سازو به منظور جذب فسفات و انتخاب کاندید برتر جهت کشت در بستر تالاب مورد بررسی قرار گرفت و در نهایت در فاز سوم با قرارگیری بستر و گیاه منتخب در سیستم تالاب ساخته شده، آزمایش هایی به منظور بررسی اثر پارامترهایی همچون درصد ترکیب بهینه بستر منتخب با شن، زمان ماند هیدرولیکی و تغییرات دمایی بر راندمان حذف فسفات انجام و تحلیل شد. از بین مواد جاذب و گیاهان کاندید شده برای قرارگیری و کشت در بستر تالاب، بیشترین ظرفیت جذب و انباشت فسفات در سنگدانه های پامیس پوشش داده شده نانوذرات زئولیت 02/1 میلی گرم بر گرم و گیاه سالیکورنیا (68/9 میلی گرم در گرم وزن خشک گیاه) مشاهده شد. در این آزمایش استفاده از ترکیب 10 درصد بستر منتخب با 90 درصد شن به عنوان بهترین و اقتصادی ترین گزینه در حذف فسفات به دست آمد. همچنین راندمان حذف فسفات در زمان ماند هیدرولیکی 1 روزه در بیشترین شدت، 60/99 درصد به دست آمد و به عنوان زمان ماند بهینه مناسب برای حذف فسفات انتخاب شد. در نهایت بررسی نتایج اثر تغییرات دمایی در کارایی سیستم تالاب نشان داد که راندمان حذف از اسفندماه 1396 (دمای 20 درجه سلسیوس) تا تیرماه 1397 (دمای 40 درجه سلسیوس) به میزان 1 درصد افزایش یافت که نشان دهنده تاثیر تغییرات دمایی بر کارایی سیستم تالاب است. با توجه به نتایج به دست آمده در صورت در دسترس بودن زمین کافی، استفاده از سیستم های تالاب مصنوعی با جریان زیر سطحی برای تصفیه پساب واحدهای کشاورزی و صنعتی بسیار مناسب و مقرون به صرفه است.

پساب خروجی از تصفیه خانه لجن فعال شهرک صنعتی شکوهیه قم به آب های سطحی جریان دارد و استفاده مجدد از آب در فرایند صنعتی امری ضروری است. این پژوهش با هدف بررسی کارایی سولفات آلومینیوم، کلرورفریک و پلی آلومینیوم کلراید در حذف کدورت و بقیه پارامترها در پساب صنعتی، قبل از ورود به سیستمRO در تصفیه خانه صنعتی شکوهیه قم انجام شد. آزمایش ها بر اساس غلظت های متغیر منعقدکننده ها (200، 400، 700، 800، 1000، 1200 میلی گرم در لیتر) و pH (2، 4، 6، 7، 8 و 10) انجام شد. مراحل اختلاط سریع، اختلاط آرام و سکون انجام شد و عواملی از قبیل کدورت، pH، COD، BOD5، EC، SVI و TSS مورد بررسی قرار گرفت. کارایی منعقدکننده ها در حذف کدورت، متفاوت بود. بالاترین میزان حذف کدورت با پلی آلومینیوم کلراید (95 درصد) و کمترین مقدار حذف کدورت با کلرورفریک (50 درصد) مشاهده شد. بیشترین و کمترین میزان کاهش به ترتیب در pH برابر 2 با 72 درصد و در pH برابر 8 با 10 درصد مشاهده شد. کمترین راندمان حذف BOD5 در پلی آلومینیوم کلراید برابر 88 درصد در pH برابر 4 و بالاترین میزان حذف BOD5 در منعقدکننده کلرورفریک برابر 96 درصد و در pH برابر 4 رخ داد. بالاترین میزان کاهش COD در پلی آلومینیوم کلراید در pH برابر 9، 89 درصد و کمترین مقدار کاهش COD در غلظت 800 میلی گرم در لیتر آلوم برابر 34 درصد بود. بیشترین کاهش هدایت الکتریکی در پلی آلومینیوم کلراید با 87 درصد و کمترین مقدار کاهش هدایت الکتریکی در غلظت 500 میلی گرم در لیتر آلوم با 12 درصد رخ داد. بیشترین مقدار حذف کل جامدات معلق در منعقدکننده کلرورفریک 88 درصد و کمترین مقدار حذف 18 درصد بود. بیشترین حجم لجن ته نشین شده در pH برابر 9 معادل 240 میلی گرم در لیتر در پلی آلومینیوم کلراید و کمترین مقدار لجن ته نشین شده در pH برابر 2 معادل 5 میلی گرم در لیتر بود. استفاده از مواد منعقدکننده می تواند موجب افزایش راندمان تصفیه و حذف کدورت و بازگشت آب به چرخه شود. منعقدکننده PAC و آلوم کارایی بالایی در حذف کدورت و بقیه پارامترهای پساب تصفیه خانه دارند و می توانند برای تصفیه پساب جهت تغذیه در سیستم RO مورد استفاده قرار گیرند.

امروزه شبکه فاضلاب بخش جدایی ناپذیر زندگی شهری محسوب می شود. با توجه به اهمیت این شبکه به عنوان یکی از زیرساخت های شهری، وقوع شکست در این سیستم علاوه بر توقف سرویس دهی، منجر به ایجاد پیامدهای اجتماعی، اقتصادی و محیط زیستی زیادی می شود. از این رو ارزیابی وضعیت شبکه های فاضلاب و شکست هایی که در شبکه اتفاق می افتد یک رویکرد مهم در مدیریت آن است. در حالت کلی منظور از شکست، کلیه حالاتی است که عملکرد سیستم با مشکل مواجه می شود. به طور کلی روش های هوش مصنوعی به عنوان روشی کم هزینه به منظور پیش بینی شکست مورد استفاده قرار می گیرند. در این پژوهش از برنامه ریزی ژنتیک به منظور پیش بینی تعداد گرفتگی (شکست هیدرولیکی) در شبکه فاضلاب، استفاده و نتایج آن با نتایج حاصل از مدل شبکه عصبی مقایسه شد. به این منظور قسمتی از شبکه فاضلاب شهر اصفهان به عنوان مطالعه موردی بررسی شد. با توجه به پارامترهای تاثیرگذار بر شکست هیدرولیکی، پارامترهایی نظیر سن، طول، شیب و عمق دفن لوله ها به عنوان ورودی و تعداد گرفتگی به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شد. در این پژوهش از اطلاعات مربوط به گرفتگی در شبکه فاضلاب مربوط به سال های 1394 و 1395 استفاده شد که 70 درصد داده ها برای آموزش و 30 درصد برای آزمایش به کار رفت. اطلاعات به سه شکل دسته بندی شد و سه مدل مختلف ارائه شد. در مدل اول اطلاعات بر اساس شیب و در دو مدل دیگر اطلاعات بر اساس عمق دفن، دسته بندی شدند و نتایج تحلیل شد. بررسی نتایج نشان داد که هر سه مدل دارای نتایج قابل قبولی هستند. همچنین مقایسه نتایج دو مدل نشان داد که دقت روش برنامه ریزی ژنتیک نسبت به شبکه عصبی بهتر است. به طور نمونه، در برنامه ریزی ژنتیک مقدار R2 و RMSE برای مدل دوم در مرحله آموزش، 97/0 و 8/0 و در مرحله آزمایش به ترتیب برابر 94/0 و 69/0 بود که این مقادیر در شبکه عصبی در مرحله آموزش، 96/0 و 95/0 و در مرحله آزمایش به ترتیب برابر 87/0 و 96/0 بود. با بررسی نتایج به دست آمده، برتری روش برنامه ریزی ژنتیک نسبت به شبکه عصبی مشهود است. همچنین مدل دوم نتایج بهتری داشت. نتایج حاصل از این مدل ها را می توان در زمینه تعمیرات پیشگیرانه، اولویت بندی تعمیرات و بازرسی های شبکه فاضلاب به کار برد و در نتیجه از وقوع حوادث ناگهانی در شبکه جلوگیری نمود.

در سال های اخیر استفاده بی رویه از منابع آب سطحی و زیرزمینی، تنش زیادی بر منابع آب ایران وارد کرده است. بررسی روند مصرف آب در سال های گذشته و پیش بینی های صورت گرفته از نیاز آبی در سال های آتی، چشم انداز نامطلوبی از عدم تناسب بین تقاضا و منابع آب کشور در آینده نزدیک ترسیم می کند. برنامه ریزی برای شناسایی و استفاده از منابع آبی نامتعارف، مانند استفاده مجدد از آب خاکستری و پساب، کمک شایانی به تعدیل کمبود آب خواهد نمود. در این پژوهش، فاضلاب تولیدی استخر های شنا به عنوان یکی از انواع فاضلاب شهری که از نظر فنی، اقتصادی و محیط زیستی از پتانسیل زیادی برای اجرای طرح استفاده مجدد پساب شهری برخوردار است، مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه موردی بر روی 10 استخر شنای عمومی در شهر تهران برای تعیین حجم و 7 استخر برای بررسی کیفی فاضلاب تولیدی در بخش های مختلف استخرهای شنا انجام شد. نتایج حاصل بیانگر آن است که آب دورریز در استخرها، فاضلابی با کیفیت و حجم زیاد است که پتانسیل خوبی برای استفاده مجدد دارد. به عنوان مثال میانگین COD نمونه های آزمایش شده ppm 153 و بیشترین مقدار آن ppm 246 بود که معادل بار آلی فاضلاب ضعیف شهری است. این پساب در بسیاری پارامترها منطبق بر استانداردهای آبیاری فضای سبز است و در برخی موارد مانند بار آلودگی آلی تعدادی از نمونه ها نیز اختلاف کمی با استانداردهای آبیاری فضای سبز دارد که با به کارگیری یک تصفیه ساده همچون فیلتراسیون عمقی و کربن فعال، این استانداردها را اقناع خواهد نمود. افزون بر این، به طور میانگین در هر مجموعه آبی روزانه 120 مترمکعب پساب تولید می شود که این عدد بیش از آب خاکستری تولیدی در یک مجتمع مسکونی 700 نفری است. استفاده مجدد از این پساب علاوه بر کاهش هزینه های انتقال و کاهش بار وارد بر تصفیه خانه های متمرکز، با تامین آب مورد نیاز برای مصارف غیر شرب شهری مانند آبیاری فضای سبز منجر به کاهش فشار بر منابع آب کشور خواهد شد.

خطوط بزرگ انتقال آب، خطوط لوله ای هستند که آب را از چاه، منابع سطحی نظیر رودخانه ها و یا از محل سدها برداشته و به گره های نیاز شرب، صنعت یا کشاورزی منتقل می کنند. به دلیل کمبود شدید منابع آب به ویژه در بخش های شرقی و مرکزی کشور، طی سال های اخیر طرح هایی برای انتقال آب بین حوضه ای مطرح شده است. این امر سبب ایجاد تنش های اجتماعی زیادی در مناطق اجرای طرح شده و همچنین باعث بروز اعمال خرابکارانه در مسیر خط انتقال و تاسیسات وابسته شده است. در نتیجه، مکان یابی خط انتقال از منظر پدافند غیرعامل از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این پژوهش به معرفی روش مکان یابی خطوط بزرگ انتقال با در نظر گرفتن شاخص های حریم، دسترسی، نظامی، اقتصادی، جمعیتی، زمین شناسی و ژئومورفولوژی و اقلیم و هیدرولوژی پرداخته شد. هر کدام از شاخص ها به چندین زیرشاخص طبقه بندی شد. بر این اساس کلیه زیرشاخص ها در نرم افزار Arc-GIS کمی سازی شدند. سپس با برهم نهی لایه های فوق، منطقه طرح لکه گذاری شده و نقاط با خطر بالا مشخص شدند. در نهایت با ترسیم نقشه پهنه بندی، منطقه امن برای مسیر خط انتقال از بین خطوط پیشنهادی مشخص شد.