آب و فاضلاب
سال:1398 | دوره:30 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

ر تصفیه خانه های آب شرب به منظور ته نشینی ذرات کلوییدی از مواد منعقدکننده مختلفی مانند سولفات آلومینیوم (آلوم)، پلی آلومینیوم کلراید و کلرید فریک استفاده می شود. این مواد تاثیرات مثبتی در حذف کدورت دارند، اما به دلیل محدودیت ها و مشکلاتی مانند خورندگی، تولید محصول جانبی مضر و محدودیت های دیگر، اثرات نامطلوبی بر روی سلامت انسان و محیط زیست دارند. بنابراین لازم است از مواد شیمیایی کارآمدتر که مشکلات ذکر شده را به حداقل رسانند و باعث ارتقای کیفیت فرایند شوند، استفاده شود. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر فرات سدیم تولید شده به روش شیمیایی، بر حذف کدورت آب رودخانه زاینده رود در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا بود. این پژوهش در چهار حالت پیشنهادی توسط نرم افزار Design Expert که حالت های (30×40، 60×30، 60×60، 40×60) نامیده می شود، انجام گرفت. در هر حالت یکی از متغیرهای مستقل اثرگذار روی کدورت از جمله میزان تزریق ماده، سرعت اختلاط آرام، زمان اختلاط سریع و pH آب تغییر داده شد و تاثیر فرات سدیم بر ارتقای راندمان حذف کدورت سنجیده شد. به منظور طراحی آزمایش، آنالیز و بهینه سازی مجموعه متغیرهای مستقل موثر بر حذف کدورت، از روش سطح پاسخ استفاده شد. به علاوه در این پژوهش میزان آهن کل باقیمانده ناشی از کاربرد فرات سدیم بر اساس روش استاندارد متد اندازه گیری شد. نتیجه پژوهش نشان داد با کاربرد 54/1 میلی گرم در لیتر فرات سدیم، در شرایط بهینه pH معادل 5/8، سرعت اختلاط آرام نوسانی 60 دور در دقیقه به مدت 7 دقیقه، 50 دور در دقیقه به مدت 7 دقیقه و 40 دور در دقیقه به مدت 6 دقیقه و زمان اختلاط سریع 30 ثانیه با سرعت 120 دور در دقیقه بهینه ترین نتایج حذف کدورت در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت وضعیت سیلابی به ترتیب با مقادیر حذف 27/95 و 07/95 درصد به دست می آید. این مقادیر در شرایط متداول تصفیه خانه های آب معادل 40 دور در دقیقه به صورت ثابت به مدت 20 دقیقه و شرایط اختلاط 60 دقیقه است. در این پژوهش همچنین مقایسه ای بین تاثیر تزریق پلی آلومینیوم کلراید (در حالات سیلابی به همراه پلی الکترولیت) با تاثیر فرات سدیم بر حذف پارامتر کدورت آب انجام شد. نتایج حاصل تاثیر بالاتر فرات سدیم با میزان تزریق کمتر را نشان داد. همچنین نتایج پژوهش نشان داد آهن باقیمانده در هر دو مقطع قبل و پس از فیلتر در دامنه استاندارد بود که این امر به دلیل خاصیت واکنش پذیری فرات در حذف فلزات است. نتایج پژوهش نشان می دهد که فرات سدیم در فرایند حذف کدورت، در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا، دارای تاثیر مثبت است بدون اینکه آهن کل باقیمانده از حد استاندارد تجاوز نماید.

امروزه افزایش جمعیت و کاهش منابع آب شرب موجب شده است که استفاده از آب دریا به عنوان یک منبع جدید آبی معرفی شود و نمک زدایی از آن با استفاده از روش های جدید از جمله نانوذرات مورد توجه قرار گیرد. رس های معدنی مانند بنتونیت با قابلیت تبادل کاتیونی می توانند کاتیون های خود از جمله کلسیم و منیزیم را با یون های سدیم آب دریا مبادله کنند. در این پژوهش به منظور انجام آزمایش های نمک زدایی از آب دریا، از رس بنتونیت کلکته زنجان استفاده شد و روند کاهش یون سدیم با استفاده از دستگاه نشر شعله مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج استفاده از 5/5 گرم بنتونیت با سرعت اختلاط rpm200، به مدت 15 دقیقه در 20 میلی لیتر آب دریا به عنوان شرایط بهینه اختلاط بنتونیت و آب دریا معرفی شد. از طرفی به منظور کاهش یون های کلرید موجود در آب دریا، نانو ساختار هیدروکسید لایه ای دوگانه MgAl-CO3 در آزمایشگاه کیفیت آب دانشگاه زنجان سنتز و مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد شرایط بهینه اختلاط، شامل استفاده از 25/1 گرم LDH با سرعت اختلاط rpm200، به مدت 10 دقیقه، در 5 میلی لیتر آب دریا است.

قرارگیری تصفیه خانه ها در مناطق ساحلی لزوم افزایش توجه به این زیرساخت ها را افزایش می دهد. وقوع سیلاب می تواند باعث آب گرفتگی اجزا و افزایش بار ورودی به تصفیه خانه شود که این امر موجب کاهش عملکرد قسمت های مختلف این زیرساخت و خسارت های هنگفت می شود. در این مطالعه، در راستای کاهش خطرپذیری تصفیه خانه ها در برابر سیل، به منظور کمی سازی خصوصیات تصفیه خانه از شاخص تاب آوری استفاده شد. برای ارتقای عملکرد تصفیه خانه در مواجهه با سیل دو رویکرد اصلی رفتار همکارانه میان تصفیه خانه ها و تخصیص مالی میان بخش های قابل سرمایه گذاری درون هر تصفیه خانه مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور در رویکرد اول، خصوصیاتی از تصفیه خانه که با سرمایه گذاری مالی قابل بهبود هستند، شناسایی شدند و تخصیص بودجه در میان هریک به منظور ارتقای عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه، رویکردهای مدیریتی پیشنهادی برای درک دقیق تر سیستم نیز ارائه شد. در نتیجه، رویکرد بهره برداری توامان بین تصفیه خانه ها و ارتقای عملکرد این زیرساخت ها با ایجاد ارتباط بین تصفیه خانه های مجاور محقق می شود. به منظور ایجاد این ارتباط و همکاری که مبنای کار مقاله می باشد، عملکرد تصفیه خانه های مجاور به صورت یکپارچه در نظر گرفته شد. در ادامه، نتایج رویکرد بهره برداری توامان و میزان اثرگذاری آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در این پژوهش، سه همکاری شامل تصفیه خانه هایBowery Bay، Tallman، Newtown Creek و Red Hook تاب آوری را به میزان قابل توجهی بهبود داده است. چارچوب ارائه شده در این پژوهش برای به کارگیری در سایر تصفیه خانه های فاضلاب مناطق ساحلی پیشنهاد می شود.

با افزایش جمعیت و گسترش شهرها، دسترسی به آب شیرین کمتر شده است و منابع آب شیرین نمی توانند تمامی نیازهای بشر را تامین کنند. با توجه به رشد جمعیت جهان و محدودیت ذخائر آب شیرین، نمک زدایی از آب دریا، اهمیت روز افزونی پیدا کرده است. در واقع انتخاب و توسعه یک فرایند نمک زدایی کارآمدتر و کم هزینه تر از روش های موجود، نیاز ضروری است. در پژوهش حاضر بهینه سازی شرایط عملیاتی جهت کاهش تاثیر پلاریزاسیون غلظت خارجی بر عملکرد فرایند اسمز مستقیم به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تعداد و تنوع پارامترهای تاثیرگذار بر میزان شار آب عبوری از غشاهای اسمز مستقیم و همچنین با هدف کاهش تعداد آزمایش ها و هزینه ها از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شد. ساختار غشاها با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. بهترین عملکرد غشای اسمز مستقیم مربوط به غشای شماره 1 بود که در آن غلظت محلول نمک 1 مولار، اختلاف فشار psi 2 و pH برابر 9 بود. در شرایط ذکر شده میزان شار آب عبوری از غشای اسمز مستقیم برابر باL/m2. h 36/42 بود. همچنین بیشترین مقدار شار نمک عبوری از غشاهای اسمز مستقیم معادل gr/m2. hr 26/11 مربوط به غلظت محلول نمک 1مولار، اختلاف فشار psi 2 و pH برابر 9 مقدار بود. نتایج نشان داد که با انجام بهینه سازی شرایط عملیاتی، شار آب عبوری از غشای اسمز مستقیم 51/55 درصد نسبت به حالت بدون بهینه سازی، افزایش می یابد.

امروزه پراکندگی وسیع آلاینده های مختلف نظیر فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو در آبهای سطحی و زیرزمینی، به عنوان یک بحران جهانی مطرح است. پژوهش های مختلف نشان داده است که نانو ذرات اکسید آهن هماتیت توانایی مطلوبی در حذف آلاینده ها دارد. در این پژوهش، نانو ذرات اکسید آهن هماتیت?-Fe2O3 با سطح اصلاحی جدید با استفاده از کلریدفریک شش آبه (FeCl3. 6H2O) و سورفکتانت اسید اولئیک (C18H34O2) تحت شرایط هیدروترمال در دمای 250 درجه سلسیوس تولید شد و نتایج آنالیزهای ساختاری XRD، FT-IR، SEM، TEM و BET تصریح کرد که بیشتر از 90 درصد این نانوذرات متشکل از نانو میله هایی هستند (قطر 60-30 نانومتر و طول 700-400 نانومتر) که در میان آنها نانو ذرات فلسی شکل شش وجهی نامنظم با ضخامت متوسط 100-40 نانومتر به صورت پراکنده توزیع شده اند. از طرفی عوامل موثر بر جذب Pb2 توسط نانو ذرات سنتز شده?-Fe2O3، اعم از pH، غلظت آلاینده، غلظت نانو جاذب و زمان تماس، به صورت ناپیوسته و تحت شرایط مشخص دمایی C1± 25 و اختلاط 120 دور در دقیقه مورد بررسی قرار گرفتند و شرایط بهینه جذب به دست آمد. با افزایش مقدار pH همواره راندمان حذف سرب از محلول آبی افزایش یافت و در مقادیر بالای 7 با توجه به تشکیل رسوب های هیدروکسیدی مزاحم، مقدار pH بهینه جذب، حدود 5/6 به دست آمد. از طرفی داده های تعادلی به دست آمده از پژوهش نشان داد که ایزوترم مناسب برای توصیف روند جذب کاتیون های Pb2 بر روی نانو ذرات?-Fe2O3 سنتز شده، مدل دوبعدی لانگمیر است که دارای ظرفیت جذب حداکثری 11 میلی گرم در گرم می باشد. براین اساس بالاترین راندمان حذف Pb2 در شرایط بهینه جذب 44/99 درصد گزارش شد و مساحت سطح نسبتا بالای نانو ذرات هماتیت سنتز شده جدید (29/31 مترمربع بر گرم) نیز نشان داد که این نانو ساختارها توانایی بالایی در حذف کاتیون های فلزی سرب (Pb2) از بستر محلول های آبی دارند. از نظر سینتیکی نیز برازش مدل های سینتیکی مختلف جذب بر داده های حاصل از پژوهش ثابت کرد که کاتیون های Pb2 با مدل شبه درجه دوم هو همپوشانی مطلوبی دارد و عملا امکان مدلاسیون فرایند با این مدل سینتیکی خطی وجود دارد. نتایج پژوهش نشان می دهد که نانوذرات?-Fe2O3 سنتز شده جدید عملا نانو جاذب هایی کارآمد و توانمند در حذف سرب به عنوان فلزی سنگین، از محلول های آبی هستند.

ترکیب نانوذرات مغناطیسی با سایر جاذب ها، نه تنها تاثیری بر خواص مغناطیسی شان نمی گذارد بلکه منجر به ایجاد جاذب هایی می شود که فرایند تصفیه را اصلاح کرده و بهبود می بخشند. هدف از این پژوهش سنتز کربن فعال مغناطیسی شده با نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی Fe3O4 برای حذف فلز سمی سرب از محیط های آبی بود. جاذب مغناطیسی با استفاده از روش هم ترسیبی آماده شد و مشخصات فیزیکی و ساختاری آن با روش های XRD و TEM مورد آنالیز قرار گرفت. برای بهینه سازی متغیرها، آزمایش ها با روش سطح پاسخ با کاربرد مدل باکس بنکن توسط نرم افزار Minitab 17 طراحی شدند. متغیرهایpH (9-5)، دما (25 تا 45 درجه سلسیوس) و مقدار جاذب (5/0 تا 2 گرم) بررسی شدند و تعداد 15 آزمایش طراحی شد. شرایط بهینه به دست آمده برای حذف سرب با سنتز کربن فعال مغناطیسی شده با نانوذرات Fe3O4، در pH برابر 7، دمای 45 درجه سلسیوس و مقدار 2 گرم جاذب اتفاق افتاد. مطالعات سینتیکی نشان داد که حذف سرب از مدل مرتبه دوم تبعیت می کند و زمان تماس مناسب 15 دقیقه است. حداکثر درصد حذف سرب بعد از 90 دقیقه 87/86 درصد بود. همچنین طبق نتایج به دست آمده، همدمای جذب سطحی سرب تطابق خوبی با ایزوترم لانگمیر نشان داد. مطالعه حاضر نشان داد که کربن فعال مغناطیسی پتانسیل بالایی در حذف آلاینده سرب دارد. لذا انتظار می رود که مغناطیسی کردن پودر کربن فعال با حفظ ویژگی های فیزیکی و سطحی آن، یک روش مناسب برای رفع مشکلات استفاده از جاذب های پودری به ویژه در مورد جداسازی و فیلتراسیون آن ها باشد.

-کلروفنل یکی از ترکیبات سمی خانواده کلروفنل هاست که در پساب فاضلاب های تولید شده در صنایع پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، صنایع داروسازی و صنایع فراوری چوب و کاغذ تولید و به منابع آب های سطحی و زیر زمینی وارد می شود. این پژوهش با هدف بررسی امکان استفاده از نانو ذره آهن به منظور فعال سازی اکسیدان های پراکسید هیدروژن و پرسولفات در حضور امواج UVA-LED به منظور حذف 4-کلروفنل با طراحی آزمایش براساس مدل آماری تاگوچی انجام گرفت. برای انجام این پژوهش از یک راکتور بسته در مقیاس آزمایشگاهی مجهز به 18 لامپ دیودی منتشرکننده امواج فرابنفش با طول موج 390 نانومتر استفاده شد. تاثیر پارامترهای بهره برداری نظیر pH محلول، زمان تماس، غلظت نانو ذره آهن، غلظت پراکسید هیدروژن، غلظت پرسولفات و غلظت اولیه 4-کلروفنل توسط فاکتور تعریف شده 4*4 با استفاده از آرایه ارتئوگونال L-16 مدل تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج حاصل از آنالیز آماری با استفاده از مدل تاگوچی، شرایط بهینه برای حذف 4-کلروفنل در فرایند پرسولفات فعال شده توسط نانوذره آهن در حضور امواج فرابنفش در غلظت اولیه 25 میلی گرم در لیتر 4-کلروفنل، زمان تماس 60 دقیقه، غلظت نانوذره آهن 2 میلی مولار و غلظت پرسولفات 2 میلی مولار تعیین شد. بالاترین کارایی حذف و بالاترین مقدار S/N برای این فرایند به ترتیب 83/51 درصد و 29/34 بود. شرایط بهینه به منظور حذف 4-کلروفنل در فرایند پراکسید هیدروژن فعال شده توسط نانوذره آهن در حضور امواج فرابنفش در غلظت اولیه 4-کلروفنل 25 میلی گرم در لیتر، زمان تماس 30 دقیقه، غلظت نانوذره آهن 1 میلی مولار و غلظت پراکسید هیدروژن برابر با 75/0 میلی مولار بود که بالاترین کارایی حذف و بالاترین مقدار S/N برای این فرایند به ترتیب 76/81 درصد و 25/38 حاصل شد. با توجه به این که در شرایط اسیدی، افزایش شکل فعال کاتالیزگر (آهن دو ظرفیتی) سبب فعال شدن بهتر و بیشتر اکسیدکننده ها (رادیکال هیدروکسید و رادیکال سولفات) می شود، در نتیجه کارایی فرایندها در این شرایط بهتر بوده است. نتایج این پژوهش نشان داد که فرایند فعال سازی پراکسید هیدروژن با نانو ذرات آهن در حضور امواج فرابنفش به دلیل راندمان بالای حذف، زمان تماس کم و کمترین استفاده از ماده اکسیدان می تواند به عنوان یک روش قابل قبول برای حذف 4-کلروفنل و سایر آلاینده های آلی از محیط های آبی مورد استفاده قرار گیرد.

حضور کروم در آب آشامیدنی و ورود پساب صنایع به منابع آب های زیرزمینی، سلامت بشر و محیط زیست را به خطر می اندازد. این پژوهش به منظور بررسی تاثیر لئوناردیت در حذف آلایندهای Cr، Cr از محیط های آبی انجام شد. مقادیر بهینه فاکتورها به روش مدل سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی تعیین شد. داده های جذب با معادلات سینتیکی شبه مرتبه اول و دوم برازش داده شدند. همچنین اثرات کاتیون ها و آنیون های تداخل کننده در جذب کروم تعیین شد. نتایج نشان داد که فاکتور زمان تماس، مقدار لئوناردیت و pH بیشترین تاثیر را در حذف کروم دارند. داده های سینتیکی کروم نسبت به معادله شبه مرتبه دوم (995/0=R2) به خوبی برازش داده شد. مقادیر پارامترهای ظرفیت (qe) و ضریب جذبی (Kads) Cr3نسبت به Cr6 بیشتر بود. به طوری که Cr3 در فاصله زمانی کوتاه به مقدار زیاد توسط جاذب جذب شد. همچنین Fe (III) به عنوان کاتیون و SO42-به عنوان آنیون تداخل کننده، باعث کاهش حذف کروم Cr3 و Cr6 توسط لئوناردیت شدند. استنباط می شود که لئوناردیت به عنوان جاذب زیست تخریب پذیر، برای حذف کروم مناسب است و می توان از آن در حذف کروم از آب های آلوده استفاده نمود.

فلز سنگین سرب یکی از عناصر بسیار خطرناک و سمی است و برای انسان و محیط زیست تهدید جدی محسوب می شود. روش جذب سطحی با استفاده از جاذب های طبیعی یکی از فناوری های موثر برای حذف این فلز از فاضلاب است. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی جاذب طبیعی نانوفیبرکیتین در حذف فلز سرب از محلول های آبی انجام شد. برای شناسایی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری نانوفیبرکیتین، آنالیز XRD، FT-IR و میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM انجام گرفت. در سیستم ناپیوسته پارامترهای pH در محدوده 4 تا 9، دز جاذب 1/0 تا 1 گرم در لیتر، زمان تماس15 تا 120 دقیقه، غلظت اولیه فلز سرب 10 تا 50 میلی گرم در لیتر و دما 15 تا 40 درجه سلسیوس مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج، بیشترین درصد حذف فلز سرب، در دمای 25 درجه سلسیوس، pH برابر 5، زمان60 دقیقه، دز جاذب 3/0 گرم در لیتر و غلظت سرب 10 میلی گرم در لیتر، 45/98 به دست آمد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که نانوفیبرکیتین با حذف بیش از 98 درصد از سرب، به عنوان یک جاذب مطلوب برای حذف فلز سرب از محلول های آبی محسوب می شود.

با توجه به محدودیت کمی و کیفی منابع آب، مدیریت مصرف آب ضروری است. جداسازی آب شرب از آب بهداشتی یکی از مولفه های مدیریت کیفی مصرف است. این پژوهش بر اساس روش SWOT و AHP انجام شد. نقاط قوت، ضعف، فرصت ها و تهدیدهای تفکیک آب شرب از آب بهداشتی با نظرسنجی از خبرگان به دست آمد. سپس با استفاده از روش مقایسه زوجی، ضریب اهمیت عوامل و ضریب سازگاری ماتریس ها محاسبه شد. در تحلیل SWOT، از ماتریس های ارزیابی عوامل داخلی، ارزیابی عوامل خارجی و عوامل داخلی-خارجی استفاده شد. ماتریس های IFE و EFE نشان دادند که نمره نهایی عوامل داخلی و خارجی به ترتیب 51/2 و 78/1 است که نشان می دهد، شهر یزد از نظر عوامل داخلی دارای نقاط قوت است و در بهره برداری از عوامل فرصت، دارای نقاط ضعف است. با توجه به عوامل داخلی و خارجی، استراتژی ها شامل شبکه گسترده توزیع آب شرب (خط لوله مختص آب شرب) (SO)، شبکه متمرکز دولتی توزیع آب شرب (ST)، سیستم های متمرکز توزیع آب شرب توسط بخش خصوصی (WO) و توزیع متحرک آب شرب توسط بخش خصوصی (WT) است. نتایج ماتریس IE نیز گویای این است که سازمان آب و فاضلاب استان یزد باید در افق 5 تا 10 ساله برای جبران کمبود آب شرب سالم و بهداشتی و بحران های احتمالی، احداث شبکه متمرکز دولتی توزیع آب شرب تا محل واحدهای مصرف کننده را همراه با قوانین و مقرارت و فهرست بهای شناور در دستور کار خود قرار دهد.