آب و فاضلاب
سال:1400 | دوره:32 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

آلودگی آب با ترکیبات نفتی یکی از مهم ترین معضلات محیط زیستی در کشورهای نفت خیز محسوب می شود، زیرا می تواند تاثیرات نامطلوبی بر سلامت انسان و محیط زیست بر جای بگذارد. غشاهای الیاف توخالی آب دوست از ترکیب پلی آمید ایمید با پلی (اتراترکتون) سولفونه شده ساخته شدند. ساختار و عملکرد غشاها توسط آنالیز FESEM، نفوذ N2، تخلخل کلی، فشار فروریختگی، زاویه تماس با آب، شار آب خالص و تست های دفع مواد نفتی بررسی شد. نتایج نشان داد که با مشاهده تصاویر سطح مقطع غشاها دیده می شود که با افزایش نسبت PAI/SPEEK حفره های بندانگشتی بزرگتری از سطح خارجی به سمت ضخامت غشا رشد کرده اند. با نسبت 15/85 از PAI/SPEEK، زاویه تماس آب غشا از 74 به 58 کاهش یافت که بهبود قابل توجهی در آب دوستی نشان داد. شار آب غشاها در مدت زمان 5/2 ساعت از عملیات کاهش تدریجی نشان داد و سپس به حالت پایدار با کمترین تغییرات رسید. غشای PAI ساده و غشای مخلوط PAI-SPEEK به ترتیب حدود 35 درصد و 21 درصد کاهش شار آب را نشان دادند. در فشار 5 اتمسفر با افزودن 30 میلی گرم در لیتر از آنزیم OSEII نسبت نفت به آب از 36ppm به 2/1ppm کاهش پیدا کرد که در این شرایط درصد حذف نفت در آب 97 درصد بود. در این کار حالت بهینه در شرایط افزودن OSEII و اعمال هوادهی حاصل شد.

یکی از چالش های مهم در بهره برداری از تصفیه خانه های فاضلاب، فقدان نیروی انسانی متخصص و عدم استفاده از روش های نو در راهبری از این سیستم است که در گذشته خیلی کم به این موضوع پرداخته شده است. بنابراین به کارگیری روش های جدید در امر بهره برداری اهمیت بسیار زیادی دارد و در این راستا، در این پژوهش با بهره گیری از رویکرد شار جرمی، سرعت و رفتار ته نشینی ذرات و توده های لجن در حوض ته نشینی ثانویه با انجام آزمایش ستون ته نشینی و با رعایت قرارگیری محدوده شاخص لجن بین 150 تا 250 میلی گرم در لیتر با تهیه 6 غلظت مختلف از فاضلاب خام ورودی، پساب خروجی و لجن برگشتی و به صورت مستمر بیش از 18 ماه (551 روز) و در شرایط مختلف آب و هوایی بررسی شد و با ترسیم نمودارهای ارتفاع زمان، غلظت-سرعت، غلظت-شار جرمی، ارتباط بین پارامترهای مهم با استفاده از نرم افزار MATLAB به دست آمد و مدل های ریاضی و تجربی جدیدی که قابلیت تخمین سرعت در طیف وسیعی از غلظت های مختلف را داشت، ارایه و مشاهده شد که در شرایط غیرعادی می توان با تعیین درست نقطه بهینه بهره برداری، ظرفیت تصفیه خانه ها را بدون هزینه کرد، بین 15 تا 20 درصد ارتقا داد.

با توجه به افزایش زندگی شهرنشینی به خصوص تهران و مشکلات محیط زیستی، نیاز بیشتر به اجرای طرح های انتقال فاضلاب شهری وجود دارد. بنابراین با توجه به تعداد زیاد این پروژه ها در حال و آینده، مدیریت ریسک این پروژه ها اهمیت خاصی دارد. در این پژوهش ابتدا ریسک های پروژه با بررسی اسناد چند پروژه مشابه و سپس مصاحبه با افراد خبره و کارشناسان، شناسایی شد. بعد از آن با دو روش مختلف، یکی به روش تحلیل شبکه ای و دیگری، ویکور فازی به عنوان روشی جدیدتر، تحلیل کیفی ریسک ها و مقایسه انجام شد. ریسک های اولویت بندی شده در هر دو روش شباهت زیادی داشت. در روش تحلیل شبکه ای، هر ریسک در رتبه مشخص قرار گرفت در حالی که در روش ویکور فازی بعضی از ریسک ها که اختلاف جزیی داشتند در یک رتبه قرار گرفتند. ریسک هایی مانند تاخیر در پرداخت صورت وضعیت ها، تاخیر در صدور مجوز شهرداری و سایر ریسک هایی که در رتبه بالا قرار داشتند باید برنامه ریزی و مدیریت شوند. ریسک تاخیر در پرداخت صورت وضعیت ها با مقدار ایده آل 1 در روش تحلیل شبکه ای و همچنین با مقدار کمینه S، R و Q به ترتیب 011/0، 011/0 و 032/0-در روش ویکور فازی، رتبه نخست، در هر دو روش شد. لازم به ذکر است ریسک های شناسایی شده و اولویت بندی شده در زمان تهیه این پژوهش بوده است. در آخر پیشنهاداتی برای ریسک هایی که در اولویت بالا قرار داشتند، ارایه شد.

رنگ زا ها از مهم ترین آلاینده های صنعتی راه یافته به محیط زیست به حساب می آیند و ازاین رو حذف آنها از پساب های صنعتی امری بسیار مهم است. در این میان ارایه روشی اقتصادی و با کارایی زیاد برای حذف رنگ زا مالاشیت سبز که از رنگ زا های بسیار سمی برای محیط زیست و انسان است، مهم و ضروری است. در این پژوهش حذف رنگ زا مالاشیت سبز با استفاده از یک جاذب مقرون به صرفه و موثر بررسی شد که در راستای آن از کربن فعال حاصل از هسته خرما استفاده شد. کربن فعال حاصل از هسته خرما با استفاده از نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 و اکسید کلسیم به روش رسوب دهی شیمیایی اصلاح شد. خواص و ویژگی های این سه جاذب با استفاده از آنالیزهای FTIR، VSM، TGA، XRD و SEM بررسی شد. پارامترهای موثر بر فرایند جذب از جمله pH، مقدار جاذب، زمان تماس و غلظت اولیه رنگ زا مالاشیت سبز بهینه سازی شدند. پژوهش های تعادلی و سینتیکی فرایند جذب با استفاده از مدل های رایج و مختلف انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد شرایط بهینه برای جذب رنگ زای مالاشیت سبز با استفاده از جاذب مورد بررسی عبارت است از: غلظت اولیه برابر با 10 میلی گرم در لیتر، pH برابر 7، زمان تماس برابر با 20 دقیقه، دوز جاذب برای AC، AC/Fe3O4 و AC/Fe3O4/CaO به ترتیب برابر با 3، 3 و 2 گرم بر لیتر. همچنین مدل فروندلیچ توانایی بیشتری برای توصیف رفتار تعادلی فرایند و مدل سینتیک شبه درجه دوم توانایی مناسبی برای بیان سینتیک واکنش دارد. بیشینه ظرفیت جذب تعیین شده با استفاده از مدل لانگمیر برای AC، AC/Fe3O4 و AC/Fe3O4/CaO به ترتیب برابر با 9/50، 7/85 و 4/107 میلی گرم بر گرم به دست آمد. توانایی واجذبی و استفاده مجدد AC/Fe3O4/CaO تا 8 مرحله بررسی شد که نتایج نشان داد جاذب مذکور توانایی چندین مرتبه استفاده مجدد در فرایند جذب سطحی را دارد. نتایج نشان داد اصلاح کربن فعال با نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 و اکسید کلسیم موجب افزایش بازدهی جذب آن می شود و آن را به یک جاذب مناسب برای تجاری سازی تبدیل می سازد.

با توجه به بحران کمبود آب استفاده مجدد از پساب شهری بسیار مهم و ضروری است. استفاده از گیاهان در فرایند تصفیه فاضلاب مناسب است و می تواند در کاهش و حذف آلودگی موجود در فاضلاب های شهری و روستایی کمک شایانی کند. این پژوهش در سال 1397 با هدف گیاه پالایی لویی و علف هفت بند در حذف فلزات سرب و نیکل از پساب تصفیه خانه شهر اهواز انجام شد. در این پژوهش از طرح کاملا تصادفی در قالب 4 تیمار و 3 تکرار استفاده شد و مراحل فعالیت های آزمایشگاهی در آزمایشگاه خاک شناسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز انجام شد. عناصر سنگین به روش جذب اتمی به کمک دستگاه PG Instruments Limited سنجش شدند. میانگین میزان سرب و نیکل در پساب شهر اهواز 35/96 و 57/102 میکروگرم در لیتر بود. میزان فلز سرب در تیمارهای بررسی شده در دامنه 85/17 تا 85/96 میکروگرم در لیتر و مقدار نیکل 91/18 تا 87/102 میکروگرم در لیتر به دست آمد. در این پژوهش در تیمار چهارم در زمان ماند 90، درصد حذف سرب و نیکل به وسیله گیاه لویی به ترتیب 66/62 و 18/70 درصد به دست آمد. همچنین کارایی حذف پارامترهای مورد بررسی به وسیله گیاه علف هفت بند نیز به ترتیب 26/29 و 22/44 درصد بود. مقدار جذب نیکل به وسیله گیاهان بالاتر از جذب فلز سرب بود. کارایی حذف فلزات سرب 66/62 و نیکل 18/70 از پساب شهری به وسیله گیاه لویی بیشتر از گیاه علف هفت بند به دست آمد. در مجموع گیاهان لویی و علف هفت بند توانایی گیاه پالایی فلزات سرب و نیکل را از پساب شهری داشتند، به طوری که مقدار این فلزات طی 90 روز زمان ماند در تیمار دوم و چهارم کاهش یافت.

آنتی بیوتیک ها با توجه به میزان بالای آنها در پساب های شرکت های دارویی و بیمارستان ها از آلاینده های مهم دارویی به شمار می روند. تتراسایکلین ها به عنوان یک مهارگر باکتریایی نسبتا ارزان قیمت یکی از پرکاربردترین آنتی بیوتیک های مورد استفاده برای انسان و مکمل غذایی و دارویی دام است که موجب انتشار گسترده آن به محیط زیست شده است. در این پژوهش از زیولیت 4A به دلیل سطح مخصوص و قابلیت تعویض یونی بالا استفاده شد و برای افزایش ظرفیت جذب تتراسایکلین با مس اصلاح شد. روش تلقیح به عنوان یکی از روش های ساده و تکرارپذیر برای افزودن مس با نسبت های مختلف به ساختار زیولیت استفاده شد. جاذب مورد استفاده با آنالیزهای FESEM، FTIR، XRD و BET تعیین مشخصه شد. آزمایش های جذب با بررسی اثر نسبت جرمی مس به زیولیت، وزن جاذب، در pH های مختلف طی زمان انجام شد. ایزوترم و سینتیک جذب به منظور بررسی ظرفیت جذب و مکانیسم انتقال تتراسایکلین از توده به سطح جاذب و نفوذ درون حفره ای بررسی شد. سطح مخصوص جاذب طی فرایند اصلاح با مس از m2/g 36 به m2/g 635 افزایش یافت. حداکثر میزان جذب در pH برابر 8/6 و نسبت وزنی نیترات مس به زیولیت 4/0 بر اساس تیوری لانگمیر از 41 به مقدار حدود mg/g 416 حاصل شد و پس از آن میزان جذب با کاهش مواجه شد. ایزوترم فرندلیش مطابقت بهتری با داده های تعادلی نشان داد و سینتیک درجه دوم سرعت واکنش را به خوبی پیش بینی کرد. آنالیز تبدیل فوریه مادون قرمز نشان داد که پیوند الکتراستاتیکی بین گروه های کربونیل و فنول تتراسایکلین با مس یک از مکانیسم های اصلی جذب تتراسایکلین بر روی زیولیت اصلاح شده است. نتایج نشان دادند که مس با تغییر ساختار داخلی به صورت کاهش شعاع حفرات و افزایش سطح مخصوص، ظرفیت جذب زیولیت را به مقدار قابل توجهی افزایش داده است.

در سال های اخیر توسعه سیستم های غشایی غوطه ور منجر به توسعه درخور توجه بازار اولترافیلتراسیون/تصفیه آب شده است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی تصفیه آب ها با کدورت های مختلف با استفاده از پایلوت مستغرق غشایی به منظور انعقاد و لخته سازی فیلتراسیون هم زمان و تعیین مقدار بهینه پارامترهای عملکردی آن بود. در این پژوهش برای تصفیه آب با کدورت های مختلف در ابتدا توسط آزمون جارتست به بررسی منعقدکننده پلی آلومینیوم کلراید به همراه آهک و پلی الکترولیت برای انعقاد و لخته سازی در هر کدورت پرداخته شد. پارامترهای pH معادل 5 تا 10، پلی آلومینیوم کلراید 1 تا 50 میلی گرم در لیتر و کمک منعقدکننده های آهک 5/0 تا 15 میلی گرم در لیتر و پلی الکترولیت 1/0 تا 2 میلی گرم در لیتر بررسی شدند. در مرحله بعد پایلوت مستغرق غشایی برای انعقاد و لخته سازی و فیلتراسیون غشایی طراحی شد. آزمایش های پایلوت به صورت سیستم بسته بهره برداری شد و پارامترهای شار جریان، میزان آلومینیوم در آب تصفیه شده، نحوه گرفتگی غشاها در تصفیه آب بررسی شدند. نتایج آزمایش جارتست نشان داد پلی آلومینیوم کلراید عملکرد مطلوبی را در حذف کدورت داشته است. همچنین استفاده از آهک و پلی الکترولیت باعث افزایش 3 درصدی در درصدهای حذف شده اند. pH برابر 8 نیز به عنوان pH بهینه انتخاب شد. پایلوت مستغرق غشایی در کدورت های کمتر از NTU 100 بهترین عملکرد از نظر شار جریان را داشت. شار جریان در 8 ساعت زمان بهره برداری تنها 5 درصد کاهش یافت در حالی که در کدورت های بالای NTU 200 کاهش شار تا 50 درصد نیز گزارش شده است. درصدهای حذف کدورت ثابت و بیش از 5/99 درصد، میزان حذف آلومینیوم کل نیز توسط فرایند غشایی بیش از 99 درصد، نوع گرفتگی غشاها از نوع رسوبات سطحی با قابلیت برگشت پذیری بود. این پژوهش نشان داد از پایلوت مستغرق غشایی هم زمان با انعقاد و لخته سازی می توان به عنوان یک روش کارامد و قابل انعطاف به منظور تصفیه آب با کدورت های مختلف استفاده شد.

یکی از مهم ترین چالش های محیط زیستی دنیا، آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین سمی و خطرناک است که موجب بروز اثرات محیط زیستی گوناگونی می شود. سرب یکی از فلزت سنگین است که حذف آن با روش های مختلفی انجام می شود. در این پژوهش، جاذب گرافن اکساید با روش هامرز اصلاح شده تهیه شد و با آمینومتیل فسفنیک اسید عاملدار شده و کاربرد آن در جذب یون های سرب از محلول های آبی در فرایند ناپیوسته بررسی شد. اثر پارامترهای موثر بر میزان جذب یون های سرب توسط جاذب تهیه شده از قبیل زمان تماس، pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه محلول سرب و دمای محلول محاسبه شد. داده های سینتیکی با سه مدل شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و دو نمایی آنالیز شد. نتایج نشان دادند که داده های آزمایشگاهی تطابق بهتری با مدل شبه مرتبه دوم دارد. دو مدل ایزوترم هم دمای فروندلیچ و لانگمیر برای توصیف داده های تعادلی استفاده شد. حداکثر میزان جذب یون سرب توسط جاذب گرافن اکساید و گرافن اکساید عاملدار شده به ترتیب 80/187 و 41/209 میلی گرم در گرم در دمای 45 درجه سلسیوس و pH برابر 2 به دست آمد. علاوه بر این، جاذب ها توسط محلول اسید نیتریک/اسید هیدروکلریک، احیا شدند و در 7 چرخه جذب-دفع استفاده شدند که تغییر چندانی در ظرفیت جذب مشاهده نشد.

گسترش جمعیت شهری و افزایش پوشش شبکه های آب رسانی داخلی و شبکه های فاضلاب باعث افزایش مقدار بیشتری از فاضلاب های شهری می شود که می تواند به منبع آبی جدید، به ویژه برای مصارف غیرشرب استفاده شود. در این پژوهش، شهر جدید پردیس به عنوان اولین مطالعه موردی برای طرح ریزی سامانه استفاده مجدد از پساب و بازچرخانی به عنوان حلقه مهم مدیریت پایدار منابع آب، انتخاب شد. برای پیشبرد اهداف این پژوهش، تدوین و به کارگیری روش زمین عوارضی در بازچرخانی پساب در نظر گرفته شد. در این خصوص به منظور امکان بررسی اقتصادی استفاده از پساب منطقه ای به جای تصفیه متمرکز (در تصفیه خانه مرکزی شهر) و نیز مواردی از قبیل صرفه جویی هزینه ها، افزایش درآمد محلی ساکنان، هزینه های محیط زیستی و نیز شاخص های مرتبط در استفاده از پساب تعیین و ارزیابی شد. روش طبقه بندی شاخص ها نیز با استفاده از تحلیل های آماری برای امکان ارزیابی استفاده از پساب استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین میزان صرفه جویی و اضافه درآمد مالی، به ترتیب 17/36 و 25/31 درصد، از مجموع کل صرفه جویی و درآمد به عنوان اولویت اصلی و توصیه به عنوان منبع جایگزین در محدوده مطالعه اتفاق خواهد افتاد. از طرفی سطح، صرفه جویی و اضافه درآمد مالی برای گروهی که نیازی به استفاده از پساب ندارد، صرفا برای 15/1درصد سطح کل محدوده مطالعه در اولویت آخر قرار گرفت. اولویت بندی استفاده غیرمتمرکز از پساب برای مناطق شهری، نشان داد که این طرح برای بخش قابل توجهی از مناطق مسکونی (ضمن کاهش مصارف آب در کنار صرفه جویی اقتصادی و افزایش درآمد منطقه ای) دارای اولویت گروه اول (بالا) است. در ضمن این طرح می تواند ارایه راهکاری برای مسیولان در تصمیم گیری منابع آبی شهر پردیس و راه حل پایدار آن باشد.

توسعه سریع و ناپایدار شهر ها منجر به تغییر خصوصیات هیدرولوژیکی حوضه ها شده و ریسک وقوع آب گرفتگی ناشی از رواناب های شهری را افزایش داده است. یکی از راه حل های به کار گرفته شده برای کنترل کمی و کیفی رواناب های شهری، رویکرد های مبتنی بر زیرساخت های سبز و روش های توسعه کم اثر است که توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، از مدل SWMM به منظور شبیه سازی فرایند بارش رواناب در ناحیه یک منطقه 11 شهرداری تهران استفاده شد. 6 سناریو شامل ترکیبات مختلفی از انواع LID شامل بام سبز، مخزن باران، سلول نگهداشت زیستی، معابر نفوذپذیر، جوی باغچه و حوضچه نفوذ در نظر گرفته شد. سپس مدل SUSTAIN به منظور ارزیابی عملکرد هر سناریو به کار گرفته شد. در گام بعد پاسخ های بهینه از طریق الگوریتم بهینه سازی NSGA-II به دست آمد و برای هر سناریو یک منحنی پارتوی هزینه-عملکرد ارایه شد. نتایج نشان داد پاسخ های منتخب پیاده سازی سناریوهای 1 تا 6 به ترتیب حجم رواناب را به میزان 53، 4، 66، 72، 31 و 34 درصد کاهش دادند. سناریوی 4 با ترکیبی از مخازن باران، معابر نفوذپذیر و جوی باغچه با 72 درصد و هزینه 2/12 میلیون دلار، بهینه ترین عملکرد را نسبت به پاسخ های متناظر از سناریو های دیگر نشان داد و سناریوی 6 نیز با 34 درصد کاهش حجم رواناب و هزینه 1/7 میلیون دلار در رتبه بعدی قرار گرفت. به کارگیری تلفیقی مدل های SUSTAIN و SWMM کمک کرد تا علاوه بر عملکرد فنی، هزینه و عملکرد هر سناریو ارزیابی و امکان بهینه سازی آن فراهم شد. نتایج به دست آمده از این پژوهش می تواند مدیران شهری و تصمیم گیرندگان را در طراحی، تخمین عملکرد و هزینه های اجرایی سناریو های LID یاری کند.