آب و فاضلاب
سال:1397 | دوره:29 | شماره:6 |تعداد مقالات:12

سرمایه گذاری کلان و صرف هزینه های فراوان عملیاتی از مشخصه های صنعت آب و فاضلاب در راستای انجام رسالت سازمانی آن است. برنامه ریزی تولید و بهبود بهره وری عامل های تولید در بستر مدل های کمی از شیوه های متداول در مدیریت سرمایه گذاری، هزینه و تامین منابع مالی است. این پژوهش با هدف شناسایی سهم و کشش های عامل های تولید آب شهری و بهره وری کل عامل های تولید در راستای برنامه ریزی تولید انجام شد. داده های مورد استفاده از نوع ترکیبی منطبق بر عامل های تولید (نیروی کار، موجودی سرمایه و انرژی) و حجم تولید طی بازه زمانی 1395-1385 و در محدوده 34 شرکت آب و فاضلاب شهری (374 مشاهده) بود و از روش اقتصادسنجی اثرات ثابت برای برآورد تابع تولید کاب-داگلاس استفاده شد. نتایج نشان می دهد که در صنعت آب و فاضلاب، کشش عامل نیروی کار 32/0، موجودی سرمایه 42/0 و انرژی 21/0 است. یافته های پژوهش نشان می دهد که بهره وری سرمایه، انرژی و کل عامل های تولید در سال های 1394 و 1395 کاهش یافته و بهره وری نیروی کار تقریبا ثابت مانده است. نتایج پژوهش می تواند به عنوان ابزاری قدرتمند با ضریب اطمینان زیاد در راستای برنامه ریزی راهبردی تولید مورد استفاده مدیریت ارشد صنعت قرار بگیرد.

در دهه های گذشته، توسعه شهری و افزایش فضاهای متراکم شهری باعث افزایش سطوح نفوذناپذیر و در نتیجه افزایش حجم و اوج رواناب شده است. با توجه به گسترش مشکلات متاثر از سیلاب شهری در سراسر جهان، اقدامات مدیریتی متعددی به منظور کنترل رواناب معرفی شده است. در این پژوهش، تعدادی سناریوی مناسب برای مدیریت رواناب سطحی در شهر بجنورد انتخاب و اولویت بندی شد. ابتدا با مطالعه و مرور منابع علمی در مورد نتایج حاصل از اجرای این اقدامات در سایر کشورها، بررسی شرایط اجرایی هر کدام و استفاده از نظر کارشناسان محلی، شش اقدام مدیریتی شامل سیستم نگهداشت زیستی، ترانشه نفوذ، آسفالت نفوذپذیر، پیاده رو نفوذپذیر، پشت بام سبز و مخازن جمع آوری آب باران برای اجرا در سطح شهر بجنورد انتخاب شد و اثرات اجرایی هر سناریو، از سه جنبه هیدرولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی بررسی شد. به منظور ارزیابی سطح پذیرش مردمی تعداد 60 پرسشنامه توسط جامعه شهروندان عادی و همچنین تعداد 30 پرسشنامه توسط کارشناسان و مسئولان ذی ربط تکمیل شد. بعد از محاسبه هزینه هر کدام از اقدامات مدیریتی و همچنین برآورد حجم رواناب تولیدی در هر سناریو با کمک مدل SWMM برای دوره بازگشت 5 ساله، از روش تصمیم گیری چند معیاره برای اولویت بندی این اقدامات استفاده شد. تکنیک تصمیم گیری چند معیاره استفاده شده در این پژوهش TOPSIS بود که در حالت های مختلف وزن دهی (وزن دهی یکسان، دلفی، آنتروپی شانون، تاکید بر معیار هیدرولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی) مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده در این پژوهش با تاکید بر روش وزن دهی یکسان، دلفی و با تاکید بر معیار اجتماعی سناریوی ترانشه نفوذ که سازگارترین گزینه به راه حل ایده آل است، در اولویت اول قرار گرفت. همچنین در این روش با تاکید بر معیار اقتصادی و آنتروپی شانون سناریوی مخازن آب باران و با تاکید بر معیار هیدرولوژیکی سناریو پشت بام سبز در اولویت اول قرار گرفت.

بررسی عملکرد شبکه های توزیع آب در فاز طراحی و بهره برداری در بهینه سازی این شبکه ها اهمیت فراوانی دارد. از جمله شاخص های برآورد عملکرد این شبکه ها، شاخص قابلیت اعتماد است که نشان دهنده توانایی شبکه برای رساندن آب کافی با کیفیت مناسب به مصرف کنندگان در زمان مناسب است. قابلیت اعتماد از جنبه های گوناگون مکانیکی، هیدرولیکی و کیفی در شرایط عادی و غیرعادی مانند وقوع انواع شکست های مکانیکی و هیدرولیکی قابل بررسی است. در این پژوهش قابلیت اعتماد هیدرولیکی از جنبه برآورده شدن میزان تقاضای گرهی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، ابزار شبیه سازی مبتنی بر فشار بر پایه الگوریتم EPANET-IMNO توسعه داده شد و در محیط Visual Studio به زبان Cنوشته شد. همچنین قابلیت اعتماد مکانیکی با استفاده از روش نمودارهای تصمیم گیری دودویی از جهت احتمال ارتباط گره های مصرف شبکه با گره های منبع مورد بررسی قرار گرفت. نرم افزارهای DNA و RNA برای محاسبه قابلیت اعتماد مکانیکی بر مبنای روش نمودارهای تصمیم گیری دودویی استفاده شدند. در نهایت قابلیت اعتماد تلفیقی هیدرولیکی و مکانیکی شبکه به منظور طراحی هرچه بهتر شبکه توزیع آب ارائه شد. شبکه توزیع آب حلقوی 9 گره ای و همین طور شبکه توزیع آب شاخه ای برای مقایسه و ارزیابی روش ارائه شده، در نظر گرفته شد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ارزیابی شاخص قابلیت اعتماد مکانیکی در فاز طراحی و حلقوی کردن شبکه ها به بهره برداری بهینه از آن ها و افزایش قابلیت اعتماد تلفیقی هیدرولیکی و مکانیکی شبکه کمک شایانی می نماید. به طوری که با ایجاد 4 حلقه در شبکه توزیع آب شاخه ای به میزان 3/18 درصد به قابلیت اعتماد کلی شبکه افزوده خواهد شد. در مورد شبکه توزیع آب حلقوی نیز عدم وجود یک لوله در شبکه در بدترین وضعیت، کاهش قابلیت اعتماد حدود 28 درصد را در پی خواهد داشت.

یکی از مهم ترین زیرساخت های شهری شبکه های توزیع آب است که برنامه ریزی برای بازسازی این تاسیسات، همواره به علت استفاده از اطلاعات غیردقیق بهره برداری، با پیچیدگی های فراوانی همراه است. هدف اصلی در این پژوهش، توسعه یک مدل برنامه ریزی بازسازی لوله های شبکه توزیع آب با استفاده از حداقل اطلاعات ساختاری و مستقل از اطلاعات بهره برداری است. مدل توسعه داده شده در این پژوهش تحت عنوان WDSR-Min نامگذاری شده، که در آن با استفاده از هسته تحلیل گر Fuzzy TOPSIS علاوه بر ارائه اولویت بازسازی لوله ها، سیاست های بازسازی آنها نیز مستقل از اطلاعات بهره برداری ارائه می شود. با استفاده از مدل توسعه داده شده، اولویت بندی بازسازی لوله های یک شبکه توزیع آب دو حلقه ای به همراه سیاست های بازسازی آنها با دو روش 1) استفاده از الگوی پیش فرض مدل WDSR-Min؛ و 2) استفاده از الگو منطبق با شرایط مسئله موجود مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن با هم مقایسه شد. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که برنامه بازسازی به دست آمده از مدل WDSR-Min، منطبق بر نیازهای واقعی لوله های شبکه توزیع آب برای عملیات بازسازی است. همچنین مشخص شد که برای تعیین اولویت بازسازی لوله ها ابتدا باید معیارهای مدل با شرایط منطقه مورد بررسی، تطبیق داده شود؛ در حالی که برای تعیین سیاست های بازسازی لوله ها ضروری است که صرفا از الگوی پیش فرض مدل WDSR-Min استفاده شود. به وسیله مدل ارائه شده در این پژوهش می توان با استفاده از حداقل اطلاعات ساختاری شبکه های توزیع آب و مستقل از اطلاعات بهره برداری، اولویت بندی و سیاست های بازسازی لوله های شبکه را با دقت قابل قبولی تعیین نمود.

کمبود آب و بروز مشکلات محیط زیستی باعث شده تا تصفیه فاضلاب و بررسی امکان استفاده مجدد آن مورد توجه قرار گیرد. این پژوهش با هدف بررسی اثر فتوکاتالیستی استفاده از زئولیت و گارنت در حذف آلاینده های آلی فاضلاب صنعتی در تابستان سال 1395 انجام گرفت. فاضلاب صنعتی از ایستگاه شماره 13 کارخانه فولاد خوزستان تهیه شد. پایلوت با مقیاس 1: 150 شرایط هیدرولیکی با ابعاد 10×24×100 سانتی متر از جنس فایبرگلاس ساخته شد. 5 حوضچه با ابعاد 10×24×20 سانتی متر مجهز به شیر خروجی در پایلوت تعبیه شد و در هر حوضچه مقادیر مختلفی از زئولیت و گارنت با 3 تکرار شامل: G100، 100Z، 50Z50G، 30Z70G، 70Z30G با دانه بندی 2/0 میلی متر به ارتفاع 5 سانتی متر ریخته شد و 5 سانتی متر از ارتفاع باقیمانده هر حوضچه فاضلاب ریخته شد و در برابر نور خورشید قرار گرفت. نمونه برداری پس از 2، 4 و 6 روز از طریق شیر خروجی انجام و فاضلاب جدید جایگزین آن شد. اندازه گیری ها شامل مقادیرBOD5، COD، TSS، TDS، EC، SS، کدورت، pH و Oil با روش های استاندارد بود. تیمارهای به کار برده شده باعث کاهش BOD5، COD، TSS، SS، Oil و کدورت به ترتیب به میزان 1/94، 94/94، 84، 59/90، 84/92 و 26/87 درصد در پساب خروجی شد. همچنین میزان TDS و DO به ترتیب به 9/1 و 2/1 برابر افزایش یافت. نتایج آزمایش های مربوط به تیمارها بیانگر عملکرد خوب و کارایی مناسب این سیستم به ویژه در مورد تیمارهای حاوی گارنت بود و توانایی انجام فرایند فتوکاتالیستی برای حذف آلاینده های آلی موجود در فاضلاب صنعتی را نشان داد.

عمده ترین پساب صنایع نفت و گاز، آب همراه آن است که تصفیه آن به منظور کاهش حجم و فراهم کردن شرایط مناسب برای کاربردهایی همچون کشاورزی مورد توجه است. از آنجا که فناوری های غشائی نقش مهمی در جداسازی ترکیبات محلول و قطرات روغن امولسیونی دارند، از فرایند غشایی اسمز مستقیم (FO) برای کاهش حجم این پساب استفاده شد. این فرایند، با استفاده از غشای تخت سلولزی تجاری در یک سامانه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. شار آب در غلظت های مختلف شوری و نفت سنجیده شد و مورفولوژی و آبدوستی غشا پس از شار آب مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش غلظت نمک های معدنی معمول در آب همراه، از صفر تا 20 میلی گرم در لیتر، شار آب از 11 به 6/6 لیتر در مترمربع در ساعت کاهش یافت. این کاهش به دلیل افزایش فشار اسمزی خوراک است. در حضور 1000 و 3000 میلی گرم در لیتر نفت در خوراک آب دیونیزه، افزایش ویسکوزیته و چسبیدن قطرات نفت بر سطح غشا باعث کاهش 12 و 15 درصدی شار آب نسبت به شار آب دیونیزه شد. با اضافه کردن نفت به آب همراه با غلظت های مختلف نمک، کاهش بیشتر شار آب مشاهده شد که این کاهش به دلیل افزایش فشار اسمزی خوراک و همچنین تغییر شرایط امولسیون نفت-آب در حضور نمک بود. حضور نمک باعث افزایش کشش سطحی محلول و در نتیجه انعقاد قطرات نفت و گرفتگی بیشتر در غشا شد که در زمان های طولانی منجر به کاهش شار می شود.

به دلیل حلالیت بسیار زیاد نیترات در آب، روش های متداول تصفیه قادر به حذف آن نیستند. این پژوهش با هدف تعیین کارایی نانوکامپوزیت عاملدار شده PAMAM-Go به منظور حذف نیترات از محیط های آبی در مقیاس آزمایشگاهی و به صورت پایلوت و برای اولین بار در ایران و جهان انجام شد. در این پژوهش سنتز گرافن اکساید به روش اصلاح شده هومر صورت گرفت و مشخصات گرافن اکساید و نانوکامپوزیت سنتز شده توسط تکنیک AFM مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها به صورت ناپیوسته بر روی نمونه های سنتتیک و با تغییر فاکتورهای موثر در واکنش (غلظت نیترات، pH، زمان ماند وغلظت نانوکامپوزیت عاملدارشده PAMAM-Go) صورت گرفت. بیشترین راندمان حذف نیترات در غلظت 5 میلی گرم در لیتر نانوکامپوزیت عاملدارشده PAMAM-Go با pH برابر 3 و زمان ماند 25 دقیقه و به میزان 84 درصد برای نمونه با غلظت 45 میلی گرم در لیتر نیترات به دست آمد. نتایج نشان داد که راندمان حذف نیترات توسط نانوکامپوزیت عاملدارشده PAMAM-Go با غلظت نانوکامپوزیت و زمان تماس، رابطه مستقیم و با pH و غلظت اولیه نیترات رابطه عکس دارد. با توجه به عاملدار نمودن PAMAM-Go توسط اسید کلریدریک به نظر می رسد تبادل یون میان یون نیترات و یون کلراید، عامل اصلی حذف نیترات از محیط واکنش باشد. بهره برداری آسان، عدم نیاز به تخصص بالا و تجهیزات پیچیده، عدم نیاز به فضای زیاد برای احداث، سرمایه گذاری اولیه کم، مواد اولیه ارزان و در دسترس، سنتز ساده گرافن اکساید و شیوه عاملدار نمودن آسان آن، سبب شده است تا این روش به عنوان یک روش مناسب برای حذف و کاهش بسیاری از آلاینده ها به ویژه نیترات به صورت تصفیه درجا معرفی شود.

بخش زیادی از آلاینده های موجود در صنعت آلاینده های آلی هستند که در برابر تصفیه بیولوژیکی مقاومت بالایی از خود نشان می دهند. استفاده از روش های اکسایش پیشرفته راه حل مناسبی برای از بین بردن این نوع آلاینده ها است. در این پژوهش، ماده رنگزای آلی طی فرایند فنتون هتروژن داخل راکتور بستر سیال حذف شد. استفاده از این نوع راکتور به دلیل بالا بودن میزان آشفتگی و در نتیجه میزان انتقال جرم، تاثیر بالقوه ای در حذف آلاینده ها طی فرآیند فنتون هتروژن دارد. کاتالیست مورد استفاده سنگ طبیعی پیریت بود که به دلیل داشتن ویژگی های فراوان اعم از سازگار بودن با محیط زیست و کم هزینه بودن، می تواند در فرایندهای اکسایش پیشرفته بسیار مورد توجه قرار گیرد. در ادامه این پژوهش، مدل سازی فرایند و حل عددی مدل به دست آمده با روش دینامیک سیالات محاسباتی، انجام شد. نتایج حاصل از مدل ارائه شده از لحاظ هیدرودینامیکی فرایند و هم چنین از لحاظ شیمیایی (واکنشی آن)، با نتایج عملی تطابق قابل قبولی داشت. در ادامه، برای پی بردن به تاثیر هیدرودینامیک سیستم بر روی سینتیک فرایند، مطالعه سینتیکی غیر وابسته به معادلات انتقال مومنتم و جرم، انجام شد. نتایج نشان داد که به علت کم بودن نرخ اتلاف گردابه ای برخی اجزا نسبت به نرخ سینتیکی، نرخ اتلاف گردابه ای به عنوان کنترل کننده واکنش عمل می کند و بنابراین نتایج دینامیک سیالات محاسباتی نسبت به نتایج مدل سازی سینتیکی به نتایج عملی نزدیک تر است.

در تصفیه آب با استفاده از سیستم های RO غلظت عناصری مانند کلسیم، منیزیم، باریم و سیلیکا در پساب به تدریج افزایش می یابد و با کاربرد مجدد پساب در یک RO ثانویه، رسوب این عناصر روی سطح غشا باعث کاهش نفوذپذیری آن می شود. از پیشرفته ترین روش های مدیریت پساب شور سیستم های RO، فرایند تخلیه مایع به میزان صفر (ZLD) است. هدف از این پژوهش، تعیین مدل سازی ریاضی به منظور تخمین باریم و سیلیکای حذف شده از پساب RO در فرایند چند مرحله ای ZLD بود. این پژوهش بر روی پساب واحد اسمز معکوس منطقه تنگ الحد از توابع شهر حاجی آباد شهرستان زرین دشت در استان فارس انجام شد. آزمایش ها شامل ترسیب شیمیایی، بستر کریستالی سیال و ترکیب بستر کریستالی سیال با ترسیب شیمیایی بود. در فرایندهای مختلف ZLD برای حذف عناصر بحرانی، بین حذف این عناصر همبستگی مشاهده شد. همبستگی بین غلظت های کلسیم با باریم و همچنین بین سیلیکا و قلیاییت در همه آزمایش ها مشاهده شد. بر اساس نتایج به دست آمده مدل های ریاضی برای حذف باریم و سیلیکا بر اساس غلظت های اولیه و باقیمانده باریم، کلسیم، سیلیکا، قلیاییت و مقدار آلومینیم مصرفی محاسبه شد. نتایج نشان داد که همبستگی بسیار مناسبی (99/0=R2) بین این غلظت ها با حذف سیلیکا و باریم وجود داشته است.

با وجود این که آبیاری با پساب سبب تقویت خاک و رشد محصولات می شود، ولی نشت نیترات ناشی از تلفات زیرسطحی بر کیفیت آب های زیرزمینی تاثیرگذار است. این پژوهش به منظور بررسی انتقال نیترات از زمین های تحت کشت ذرت علوفه ای که با پساب تصفیه خانه فاضلاب شهر نیشابور آبیاری می شوند، در سال زراعی 94-1393 انجام شد. داده های مورد بررسی به صورت گلدانی بر اساس کشت ذرت در شرایط یکسان جمع آوری شد و در قالب طرح بلوکی کاملا تصادفی در دو فاکتور اصلی آبیاری با پساب فاضلاب تصفیه شده و آبیاری با آب معمولی در چهار سطح 100 درصد ظرفیت آبیاری و 80 درصد ظرفیت آبیاری برای دو دوره آبیاری 8 و 10 روزه و 3 تکرار انجام شد. نتایج این پژوهش نشان داد که سطوح آبیاری و دوره های آبیاری در جذب مقدار نیترات توسط گیاه ذرت تاثیرگذار است. مقایسه مقدار نیتروژن در پساب فاضلاب تصفیه شده و آب معمولی قبل و بعد از آبیاری گواه این موضوع است که جذب نیترات در گیاه، اندک و زیر حد استاندارد است و این موضوع برای سلامت استفاده کنندگان علوفه ای در زنجیره غذایی تاثیر معنی داری ندارد. همچنین میانگین غلظت نیترات پساب تصفیه شده پس از آبیاری (آب زهکشی) 28/64 میلی گرم در لیتر و میزان نیترات موجود در خاک آبیاری شده در لایه زیرین خاک 6/58 میلی گرم بر کیلوگرم بود. آبیاری با پساب تاثیری در افزایش مخاطرات بهداشتی برای گیاه ذرت و خاک ندارد، ولی خطر زیادی در آلودگی منابع آبی منطقه به نیترات در بر خواهد داشت.

امروزه نگهداری اصولی زیرساخت های شبکه آب در توسعه پایدار شهری اهمیت فراوانی دارد و یکی از ضروریات مدیریت شهری محسوب می شود. با توجه به این موضوع و بر اساس تجارب کشورهای پیشرفته در این زمینه، استفاده از شاخص های عملکردی در این پژوهش مورد تاکید قرار گرفت و نحوه استفاده از آن معرفی شد. در این روش استفاده از شاخص های اصلی از جمله استفاده از منابع آب، اطلاعات کارکنان، دارایی فیزیکی، کیفیت خدمات، عملکرد اجرایی، خدمات به مشتریان و عملکرد مالی مورد توجه قرار گرفت و شبکه آب تبریز بر اساس آماره میانگین با هفت زیرساخت شبکه آب آمریکا مقایسه شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در شبکه آب تبریز مشکلات عمده ای از لحاظ استفاده بی رویه از منابع آب، میزان بالای هدر رفت آب، عدم بازیافت آب مصرفی، فرسودگی شبکه و مخازن آب، افزایش تقاضای آب مصرفی به دلیل ساخت شهرک های جدید، تامین منابع مالی کافی برای توسعه شبکه در مقایسه با هفت شبکه آب آمریکا وجود دارد که ضروری است برای پیشگیری از عواقب ناشی از مشکلات مذکور، سرمایه گذاری های اصولی و کارشناسانه برای نگهداری و توسعه شبکه آب بر اساس روش معرفی شده صورت گیرد تا در آینده مدیران و مسئولان شهری پاسخگوی نیازهای شهروندان باشند.