فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 108 (خرداد و تیر 1396)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 108 (خرداد و تیر 1396)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/16
  • تعداد عناوین: 11
|
  • محمود مزرجی*، محمد صبوحی، بهنوش امین زاده، مجید بغدادی، علیرضا پرداختی صفحات 1-11
    حضور نیترات در آب های زیرزمینی در دو دهه گذشته، نگرانی های زیادی را برای مدیران و نیز مصرف کنندگان آب به ویژه در بخش شرب و بهداشت ایجاد کرده است. از میان روش های مختلف حذف نیترات، استفاده از روش جذب به علت بازدهی بالا و همچنین ملاحظات اقتصادی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، از کربن فعال صنعتی با اندازه دانه های 4/0 تا 59/0 میلی متر (مش 30-40) به عنوان جاذب اولیه به منظور حذف نیترات از محیط آبی استفاده شد. به منظور افزایش راندمان حذف نیترات این جاذب، چند مرحله بهینه سازی شیمیایی مختلف- شامل اسیدشویی، شستشو با سدیم هیدروکسید، اصلاح با پلیمر کاتیونی- در نظر گرفته شد. شستشو با سدیم هیدروکسید به همراه اصلاح با سورفکتانت کاتیونی سیتیل تری میتیل بروماید بیشترین راندمان حذف نیترات را در بین دیگر روش های به کار رفته از خود نشان داد. پس از مشخص شدن موثرترین روش تصفیه نهایی، آزمایش های جذب-واجذب گاز نیتروژن، FTIR، SEM برای تعیین مشخصات فیزیکی- شیمیایی و ویژگی سطح کربن فعال انجام شد. آزمایش های سینتیک نشان داد که جذب در مدت زمان 120 دقیقه به حالت تعادلی خود رسیده و معادله سینتیکی شبه درجه دوم بیشترین مطابقت رابا داده ها داشت. بیشترین جذب نیترات در حدود 34/15 میلی گرم برگرم با پیروی از ایزوترم لانگمیر به دست آمد. ارتباط زیادی بین جذب نیترات و تغییرات pH مشاهده نشد. بیشترین کاهش در جذب نیترات در حضور یون سولفات و سپس به ترتیب برای یون های کلراید، فسفات و کربنات مشاهده شد. می توان گفت که جاذب تصفیه شده با روش شستشو با سدیم هیدروکسید به همراه اصلاح سورفکتانت کاتیونی دارای توانایی قابل ملاحظه ای به منظور جذب نیترات است.
    کلیدواژگان: جذب، نیترات، تصفیه نهایی، سورفکتانت کاتیونی، کربن فعال، تصفیه نهایی قلیایی
  • محمدرضا سمرقندی، قباد احمدی دوست، امیر شعبانلو، صبا مجیدی، هادی رضایی وحیدیان، سعید معروفی، مصطفی شاه مرادی، جمال مهرعلی پور* صفحات 12-21
    مدل آماری رویه پاسخ، با انجام طراحی مرکزی ترکیبی باعث بهینه سازی فرایندها تولید می شود. از طرف دیگر حذف ترکیبات دارویی قبل از تخلیه به محیط زیست امری ضروری است. هدف از این مطالعه، بهینه سازی حذف ترکیب دارویی سیپروفلوکساسین با فرایند انعقاد الکتروشیمیایی با مدل آماری رویه پاسخ از محیط آبی بود. در این مطالعه، از یک راکتور به همراه دو الکترود آهن به عنوان آند و دو الکترود تیتانیم به عنوان کاتد استفاده شد. الکترودها به صورت مونوپلار به دستگاه جریان مستقیم وصل بودند. پارامترهای pH در محدوده 4 تا 8، جریان 5/0 تا 5/1 آمپر DC، غلظت سیپروفلوکساسین 15تا40 میلی گرم در لیتر و زمان واکنش 15 تا 30 دقیقه به عنوان پارامترهای اصلی طراحی با نرم افزارDesign Expert لحاظ شدند. آنالیز FT-IR، تصاویر SEM، میزان حذف COD و تغییرات ایجاد شده در طیف UV- VIS در شرایط بهینه تعیین شد. نتایج مدل سازی، بازده 91/85 درصدی به ازای غلظت اولیه سیپروفلوکساسین برابر 15 میلی گرم در لیتر در pH برابر 68/7 ، جریان مستقیم الکتریکی برابر 50/1 آمپر و زمان واکنش برابر 30 دقیقه را به عنوان بهترین شرایط آزمایش مشخص نمود. میزان حذف COD در این شرایط 64 درصد به دست آمد. نتایج به دست آمده بر اساس آنالیز FT-IR و تصاویر SEM نشان دهنده انجام تغییرات در طی فرایند است. اسکن طول موج نیز نشان دهنده کاهش غلظت و معدنی سازی آلاینده است. بهینه سازی با مدل آماری رویه پاسخ باعث کاهش تعداد آزمایش ها و افزایش دقت شد. فرایند انعقاد الکتروشیمیایی دارای کارایی مناسبی در حذف سیپروفلوکساسین و COD می باشد و می توان از این فرایند برای کاهش بار آلودگی فاضلاب قبل از ورود به محیط استفاده کرد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، انعقاد الکتروشیمیایی، سیپروفلوکساسین، رویه پاسخ، محیط های آبی
  • امیر حسام حسنی، علی ترابیان، سید مصطفی خضری، مریم محمدی نیا*، رضا سرهادی صفحات 22-28
    امروزه فناوری های نانو در علوم مختلف کاربرد پیدا کرده و به ویژه برای تصفیه فاضلاب های صنعتی به کار می رود. در این تحقیق نانوذرات آهن به روش احیای کلرید فریک توسط بوروهیدرید سدیم سنتز شد و تاثیر تغییرات زمان ماند، غلظت نانوذره، غلظت BOD و pH بر راندمان حذف BOD از فاضلاب بررسی شد. برای تعیین زمان تماس بهینه، در دو غلظت فاضلاب با BOD5های مشخص، مقدار معینی از نانوذره آهن در زمان های 15 تا 180 دقیقه اضافه شد و زمان تماس بهینه تعیین شد. پس از آن در زمان تماس بهینه، مقادیر متفاوتی از نانوذره آهن در دو مرحله به فاضلاب با BODهای ثابت اضافه شد و راندمان حذف BOD فاضلاب بررسی شد. سپس در زمان تماس بهینه، مقادیر ثابت نانوذره آهن به فاضلاب با BODهای مختلف اضافه شد و راندمان حذف BOD فاضلاب بررسی شد. در آخر نیز در زمان تماس بهینه، مقادیر متفاوت نانوذره به فاضلاب با BODهای مختلف اضافه شد و اثر تغییرات pH در هر مرحله بر راندمان حذف BOD از فاضلاب مشخص و pH بهینه تعیین شد. زمان تماس بهینه 45 دقیقه، میزان نانوذره بهینه در نمونه های با BOD5 معادل 116و 35 میلی گرم در لیتر، 3 گرم و در نمونه های باBOD5 معادل 289 میلی گرم در لیتر، 5 گرم، غلظت BOD بهینه 289 میلی گرم در لیتر و میزان pH بهینه 3 تعیین شد. در زمان تماس بهینه هرچه بار آلودگی بالاتر باشد و میزان نانوذرات نیز بالاتر رود، در pH اسیدی بهترین میزان حذف آلودگی را می توان داشت.
    کلیدواژگان: نانوذرات آهن صفر، BOD، فاضلاب
  • علی نیکونهاد، محمدحسن احرامپوش، محمد تقی قانعیان*، عبدالمجید قلیزاده، سید وحید غلمانی صفحات 29-36
    ارتقاء کیفیت پساب های خروجی از تصفیه خانه های فاضلاب به روش انعقاد و لخته سازی می تواند روشی مناسب برای بهبود کیفیت پساب و دستیابی به استانداردهای بالاتر برای استفاده مجدد باشد. در این تحقیق با استفاده از ماده منعقد کننده PAC، تاثیر شدت اختلاط در مرحله اختلاط تند و کند و مقایسه سرعت اختلاط ثابت با سرعت کاهشی، در مرحله لخته سازی برای بهبود کارایی فرایند انعقاد و لخته سازی در تصفیه پیشرفته پساب خروجی از تصفیه خانه SBR یزد مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، از دستگاه جارتست به عنوان یک سیستم پایلوت منقطع استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد از میان سه سرعت همزن برای اختلاط تند (rpm200 و 150 و 100)، راندمان حذف کدورت،BOD ، COD و TSS در سرعت اختلاط تند rpm150 بیشتر از سایر سرعت ها بود. مقایسه سرعت های ثابت همزن در مرحله اختلاط دور کند rpm 40، 30 و 20 با سرعت اختلاط کاهشی دور کند (rpm 10 تا rpm40) نشان داد راندمان حذف کدورت، BOD، COD و TSS در حالت سرعت اختلاط کاهشی بالاتر از هر سه حالت سرعت ثابت دور کند است. کمترین حجم لجن تولیدی در میان حالت های سرعت ثابت اختلاط کند، مقدار 34 میلی لیتر بر لیتر و مربوط به سرعت اختلاط rpm 30 بود. مادامی که از لخته سازی کاهشی استفاده شد، وضعیت تولید لجن بهبود یافته و میزان این پارامتر به اعداد 26 میلی لیتر بر لیتر تغییر یافت.
    کلیدواژگان: انعقاد و لخته سازی، سرعت اختلاط کاهشی، تصفیه پیشرفته پساب، یزد
  • هادی وطن دوست، حبیب الله یونسی*، زهرا مهربان، آوا حیدری صفحات 37-46
    استفاده از جاذب های سیلیکاته میان- حفره به دلیل کارایی بالا برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب مورد توجه واقع شده است. MCM-48 یک جاذب سیلیکاته میان - حفره است که با اصلاح سطح آن به وسیله گروه های عاملی، می توان ظرفیت جذب فلزات سنگین را بهبود بخشید. در این مطالعه با عامل دار کردن میان- حفره MCM-48 با گروه عاملی آمین و سنتز NH2-NH-NH-MCM-48، حذف یون های فلزی سرب و کادمیم از محلول های آبی بررسی شد. مشخصات جاذب سنتز شده با پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی پیمایشی آنالیز شد. بررسی جذب در مقدار جاذب از 125/0 تا 10 گرم در لیتر، pH اولیه محلول از 2 تا 6 و غلظت اولیه محلول 5 تا 60 میلی گرم در لیتر انجام گرفت. داده های آزمایش با استفاده از همدمای لانگمیر و فروندلیچ و با آنالیز رگرسیون غیر خطی، تجزیه و تحلیل شد. طبق پارامترهای همدمای لانگمیر، حداکثر ظرفیت جذب NH2-NH-NH-MCM-48 برای هر دو یون فلزی کادمیم و سرب نسبت به MCM-48 بالاتر بود و برای یون های فلزی کادمیم و سرب به ترتیب 7/82 و 24/119 میلی گرم بر گرم محاسبه شد. نتایج نشان داد که با اصلاح MCM-48 با گروه عاملی آمین و تهیه NH2-NH-NH-MCM-48 می توان ظرفیت جذب آن را به طور قابل توجهی بهبود بخشید و به عنوان یک جاذب موثر در حذف یون های فلزی سرب و کادمیم از محلول های آبی مورد استفاده قرار داد.
    کلیدواژگان: کادمیم، سرب، فلز سنگین، جاذب، MCM-48
  • الهام سادات حسینی، فاطمه اردستانی*، مازیار شریف زاده صفحات 47-54
    پساب های لبنی، با کاهش اکسیژن محلول در آب، اکوسیستم های فعال آب را غیرفعال کرده و باعث از بین رفتن موجودات آبزی می شوند. این تحقیق با هدف بهینه سازی فرایند کاهش COD در پساب کارخانجات لبنی با استفاده از ترکیبات لخته کننده انجام شد. فرمولاسیون ترکیبی بهینه ای از ترکیبات لخته کننده طبیعی و شیمیایی شامل پکتین، آلژینات سدیم، سولفات آلومینیوم و کلرید آهن و همچنین دمای لخته سازی به منظور کاهش شاخص مورد نظر، تعیین شد. طراحی آزمایش ها با روش آماری کسری از فاکتوریل کامل و نرم افزار Qualitek-4 و تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی با آنالیز سیگنال به نویز انجام شد. شرایط بهینه با غلظت سولفات آلومینیوم، آلژینات سدیم، کلرید آهن و پکتین به ترتیب برابر با 5/1، 03/0، 5/1 و 1 گرم در لیتر و دمای 30 درجه سلسیوس حاصل شد. مقدارکاهش COD تحت شرایط بهینه، 411/28 درصد تخمین زده شد. کاهش 29 درصد در COD آب پنیر در آزمایش های انجام شده تحت شرایط بهینه به دست آمد. موثرترین فاکتور در کاهش بار آلی پساب، تغییرات غلظت کلرید آهن با سهم 35درصد بود. تغییر در غلظت پکتین، کمترین تاثیرگذاری (8/1 درصد) و تغییرات غلظت آلژینات سدیم نیز اثر ناچیزی در حد 8/8 درصد داشت. تغییرات غلظت سولفات آلومینیوم و دمای لخته سازی به ترتیب 8/30درصد و 3/23 درصد در کاهش میزان COD موثر بودند. نتایج نشان داد که لخته کننده های طبیعی نسبت به لخته کننده های شیمیایی دارای اثرات کمتری در کاهش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در پساب صنایع لبنی می باشند.
    کلیدواژگان: COD، پساب لبنی، تصفیه، کسری از فاکتوریل کامل، لخته کننده های طبیعی
  • نادیا بابایی*، مسعود تابش، سارا نظیف صفحات 55-64
    امروزه ارتقای کیفیت و اطمینان پذیری شبکه های توزیع آب با در نظر گرفتن محدودیت های اقتصادی در راستای تضمین بهره برداری بهینه از آنها، امری مهم تلقی می شود. به این منظور در این تحقیق برای تامین اهداف حداقل نمودن هزینه کلرزنی و حداکثر نمودن قابلیت اطمینان کیفیت آب در شبکه های توزیع، بهینه سازی دوهدفه عملکرد این شبکه ها با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان بررسی شد. با منظور نمودن حالات مختلف، تاثیر ثابت یا متغیر بودن نحوه تزریق کلر و وضعیت دور پمپ با در نظر گرفتن انواع روش های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا (DDSM) و مبتنی بر فشار (HDSM)، مورد بحث واقع شد. نتایج بررسی نشان داد که استفاده از پمپ دور متغیر و نرخ متغیر تزریق کلر در مقایسه با حالت ثابت آنها منجر به کاهش هزینه کلرزنی و تامین قابلیت اطمینان کیفی در حد قابل قبول بدون نیاز به بوستر پمپ می شود. همچنین نتایج مقایسه کاربرد انواع روش تحلیل هیدرولیکی نشان می دهد که استفاده از روش تحلیل مبتنی بر فشار، کاهش هزینه کلرزنی و افزایش قابلیت اطمینان کیفی را به دنبال خواهد داشت.
    کلیدواژگان: شبکه های توزیع آب، بهره برداری بهینه، الگوریتم جامعه مورچگان، هزینه کلرزنی، قابلیت اطمینان کیفی
  • آزاده جباری، حسن ترابی پوده*، حجت الله یونسی، امیر حمزه حقی آبی صفحات 65-77
    شبکه های آبرسانی از جمله تاسیسات زیربنایی شهر ها و با هزینه های اجرا و بهره برداری زیاد است، لذا بسیاری از پژوهشگران بر روی حل مسئله بهینه سازی شبکه های توزیع آب متمرکز شده اند. در اغلب پژوهش های اخیر در این زمینه، الگوریتم های بهینه سازی فرا ابتکاری تصادفی برای حل این مسئله استفاده شده است. در پژوهش حاضر، به منظور رهایی از نقاط ضعف الگوریتم های تصادفی، کاربرد یک الگوریتم جدید غیرتصادفی و قطعی به منظور کمینه سازی هزینه لوله های سامانه های آبرسانی بررسی شد. الگوریتم به کار برده شده در این پژوهش، در واقع روش بهینه سازی نیروی مرکزی (CFO) اصلاح شده به منظور حل شبکه های توزیع آب است که CFOnet نامیده شده است. عملکرد روش پیشنهادی از طریق بهینه سازی قطر لوله ها در دو شبکه مرجع آبرسانی (شبکه دو حلقه ای و شبکه کادو) بررسی شد. به این منظور هر دو روش CFO و CFOnet در برنامه متلب برنامه نویسی و با نرم افزار هیدرولیکی ایپانت ارتباط داده شد. با اجرای این دو روش به منظور حل دو شبکه مورد نظر، بهبود عملکرد روش پیشنهادی CFOnet نسبت به CFO نشان داده شد. به این وسیله، با اجرای CFOnet پاسخ بهینه برای طرح شبکه دو حلقه ای معادل 419،000 دلار پس از 12،432 مرتبه ارزیابی تابع هدف حاصل شد. همچنین طرح بهینه شبکه کادو با هزینه ای معادل 126،535،915 روپیه پس از 259،476 مرتبه ارزیابی تابع هدف، به دست آمد. مقایسه پاسخ های به دست آمده با نتایج الگوریتم های بهینه سازی تصادفی در ادبیات این موضوع، نشان داد که روش پیشنهادی نتایج خوبی برای حل مسئله شبکه های آبرسانی یافته است و در عین حال مزایای قطعی بودن یک روش بهینه سازی را نیز دارد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی فرا ابتکاری، شبکه های توزیع آب، CFOnet، متلب، ایپانت
  • حسن نصرالله زاده ساروی*، آسیه مخلوق، زهرا یعقوب زاده، مریم قیاسی صفحات 78-88
    دریاچه ها و مخازن سدها برای اهداف مختلفی از جمله کنترل سیلاب، تولید انرژی، تامین آب شرب، کشاورزی و صنعت، کشتیرانی، پرورش ماهی و تفریحات آبی مورد استفاده قرار می گیرد. لذا حفظ کیفیت آب، بهره برداری مناسب و پایدار سدها را امکان پذیر می سازد. براین اساس مطالعه حاضر با هدف تعیین و مقایسه کیفیت آب دریاچه سد شهید رجایی (مازندران- ساری) با استفاده از پارامترهای غیر زیستی (فیزیکوشیمیایی) و زیستی (کلروفیلa، شانون، ساپروپی، میکروب و قارچ) انجام شد. در این تحقیق چهار ایستگاه اندازه گیری کیفی آب انتخاب شد و در ماه های مختلف سال 1391 بررسی شد. شاخص کیفیت آب براساس هفت متغیر فیزیکوشیمیایی، شاخص تروفیکی TSI براساس مواد مغذی، شفافیت آب و کلروفیل آو شاخص شانون و ساپروبی بررسی شد. نتایج این مطالعه نشان داد حداقل سطح تروفیکی در ماه های شهریور و بهمن (اولیگوتروف) و حداکثر آن در ماه های تیر و مرداد (یوتروف) بوده است. بر اساس شاخص کیفیت آب، آب این مخزن در همه ماه ها در طبقه خوب قرار گرفت. کیفیت آب بر اساس شاخص شانون و ساپروبی نشان داد که آب در ماه های تیر و مرداد نسبت به ماه های دیگر دارای کیفیت پایین تری بوده و در حد آلودگی متوسط تا شدید قرار داشته است. همچنین میزان شمارش عوامل قارچی و میکربی در ماه های گرم سال (تیر و مرداد) به طور معنی داری در تمامی ایستگاه ها بیشتر بوده است. این مطالعه نشان داد که بررسی تعیین کیفیت آب (خصوصا منابع آب شرب) با استفاده توام از پارامترهای زیستی و غیر زیستی نتایج کامل تر و قابل اطمینان تری را ارائه می دهد. در مجموع، به منظور پیشگیری از وقوع پرغذایی، شکوفایی جلبکی و کنترل بار میکربی، قارچی و منابع فسفری و آلی سد، کنترل فعالیت های جوامع انسانی در اطراف و یا در مسیر رودخانه های منتهی به سد به خصوص در ماه های فصل تابستان از نکات کلیدی محسوب می شود.
    کلیدواژگان: کیفیت آب، شاخص های زیستی، شاخص های غیر زیستی، سد شهید رجایی، ساری، مازندران
  • محمددردی محمودی*، عطاالله ندیری، اصغر اصغری مقدم، مجتبی پوراکبر، جمیل روزرخ صفحات 89-96
    به دلیل قرارگیری ایران در منطقه خشک و نیمه خشک توجه به منابع آب ضروری به نظر می رسد. در این میان توجه به منابع آب زیرزمینی به دلیل ماهیت پنهان و نیز هزینه های استخراج و نیز پایش کمی و کیفی آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به دلیل اهمیت موضوع منابع آب در منطقه دریاچه ارومیه به بررسی کیفی آب زیرزمینی در یکی از آبخوان های مجاور این دریاچه پرداخته شده است. به علت نیاز روزانه انسان به آب جهت مصرف شرب، کشاورزی، صنعت و بهداشت اهمیت ویژه آن به وضوح قابل لمس است. منطقه شیرامین با دارا بودن آبخوانی به مساحت تقریبی 34 کیلومترمربع یکی از دشت های حاشیه دریاچه ارومیه است. به منظور بررسی آب های زیرزمینی منطقه شیرامین از 18 نقطه از سراسر دشت، با در نظر گرفتن بهترین توزیع، نمونه ها جمع آوری و برای 12 پارامتر آنالیز شدند. در این پژوهش از روش تحلیل چندمتغیره آماری (تحلیل مولفه های اصلی و نمره عاملی) با تلفیق GIS و شاخص اشباع شدگی استفاده شد. اعمال تحلیل مولفه های اصلی منجر به استخراج چهار عامل شد. مولفه اول ناشی از تاثیر سازندهای کربناته، مولفه دوم ناشی از تغذیه آب باران، مولفه سوم ناشی از تاثیر سولفات و فلوراید و مولفه چهارم به علت بار عاملی بالا برای نیترات ناشی از فعالیت های بشری است. درون یابی نمره های عاملی با GIS نشانی داده که بیشترین مساحت نمره های عاملی مثبت مربوط به مولفه اول بوده و از مولفه اول به ترتیب به سمت مولفه چهارم مساحت نمره های عاملی مثبت پوشش داده شده کاهش یافته است. به طور کلی عواملی همانند کاهش بارش، افزایش برداشت و فعالیت های شدید کشاورزی باعث افت کیفیت آب منطقه شیرامین شده است، به طوری که نمونه های بالادست و انتهای دشت به ترتیب دارای شاخص اشباع شدگی مثبت تر از نظر سنگ های کربناته و هالیت بود.
    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، نمره های عاملی، شاخص اشباع شدگی، تحلیل عاملی، دشت شیرامین
  • افشین تکدستان، بهاره کردستانی*، عبدالکاظم نیسی، رضا جلیل زاده ینگجه صفحات 97-103
    فاضلاب بیمارستانی جزو فاضلاب شهری ناخالص محسوب می شود که با توجه به گستردگی بیمارستان و تنوع بخش های درمانی آن و در نتیجه آلاینده های مختلف موجود در فاضلاب های بیمارستانی، تعیین ضرایب سینتیکی و راهبری تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از مهم ترین روش های تصفیه فاضلاب بیمارستانی، سیستم لجن فعال با هوادهی گسترده است. این پژوهش با هدف انتخاب مناسب ضرایب سینتیکی و راهبری تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان در شرایط آب و هوای گرم انجام شد.در این پژوهش نمونه برداری در طی 6 ماه در فاصله دی 1392 تا خرداد 1393 انجام شد و پارامترهای TSS، COD، BOD5، pHوکدورت در فاضلاب خام ورودی و خروجی از تصفیه خانه و MLVSS و MLSSو اکسیژن محلول در حوض هوادهی و میزان لجن برگشتی به راکتور اندازه گیری و با تعیین پارامترهای راهبری و بهره برداری از قبیلSVI، F/M، qcدرحوضچه هوادهی، در نهایت ضرایب سینتیکی Kd، KS، Yو μmaxبا استفاده از معادلات اصلاح شده مونود محاسبه شد. نتایج این مطالعه نشان داد که میانگین ضرایب سینتیکی در فرایند بیولوژیکی لجن فعال با هوادهی گسترده در فاضلاب بیمارستانی مورد مطالعه برابر با : K=2.19d-1، Ks= 9.74(mg/L) ، Y=0.39gBiomass/gBOD5، Kd=0.06d-1،mmax=0.85d-1محاسبه شد. از ضرایب سینتیکی به دست آمده در این تحقیق می توان به منظور طراحی و همچنین راهبری و بهره برداری تصفیه خانه های فاضلاب بیمارستان ها به روش لجن فعال هوادهی گسترده به ویژه در مناطق گرمسیری استفاده نمود.
    کلیدواژگان: تصفیه فاضلاب بیمارستانی، لجن فعال، هوادهی گسترده، ضرایب سینتیکی
|
  • Mahmoud Mazarji *, Mohammad Sabouhi, Behnoush Amin Zadeh Gohar Rizi, Majid Baghdadi, Alireza Pardakhti Pages 1-11
    The presence of nitrate in groundwater resources has instigated increasing concerns among both managers and users of, especially, drinking and sanitation water. From among the different nitrate removal methods, the adsorption method has attracted more attention thanks to its high removal efficieny and economical operation. Commercial activated carbon ranging in mesh size from 30‒40 was utilized to remove nitrate from an aqueous solution. In order to enhance nitrate uptake, different acid, alkaline, and cationic surfactant post-treatments were examined. Alkaline post-treatment followed by cationic surfactant modification was found to yield the best efficiency. FTIR, SEM, and N2 adsorption/desorption were carried out to determine the physical and chemical properties of activated carbon. Kinetic tests revealed that adsortption reached its equilibrium state after 12 hiurs and that the pseudo-second order and Freundlich models. Based on the Langmuir model, maximum adsorption capacity was found to be 15.34 and pH had an insignificant effect on nitrate adsorption. Moreover, the highest decline in nitrate adsorption was observed in the presence of sulfate followed by chloride, phosphate, and carbonate. Based on the results obtained, the modified activated carbon accompanied by washing with sodiuym hydroxide and modified cationic surfactant post-treatment might be recommended for use in adsorption processes as a promising innovative technology for nitrate removal from drinking water.
    Keywords: Adsorption, Nitrate, Cationic, Post-Treatment, Surfactant, Activated Carbon, Alkaline Post-Treatment
  • Mohammadreza Samarghandi, Ghobad Ahmadidoost, Amir Shabanloo, Saba Majidi, Hadi Rezaee Vahidian, Saeid Maroufi, Mostafa Shahmoradi, Jamal Mehralipour * Pages 12-21
    The response surface statistical model developed via the central composite design (CCD) is a tool for optimizing manufacturing processes. Phrmaceutical plants depend on many such processes and i is essential to remove medicinal compounds from their effluents before they are discharged into the environment. The objective of the present study was to employ the response surface model for the optimization of the removal of the pharmaceutical compound ciprofloxacin from aqueous media via the electrochemical coagulation process. In this study, a reactor containing two iron electrodes used as the anode and two titanium ones used as the cathode was employed to remove ciprofloxacin from municipal effluents. The electrodes were connected in a monopolar fashion to a DC power supply. Parameters such as pH (4‒8), current (0.5‒1.5 A), initial ciprofloxacin concentration (15‒40 mg/L), and reaction time (15‒30 min) were introduced into the Design Expert software as the main design parameters. FT-IR analysis was conducted and SEM images were prepared while COD removal and changes in UV-VIS spectrum were determined under optimum conditions. Process modeling was accomplished using the response surface methodology (RSM) which is a statistical model for process optimization drawing upon central composite design (CCD). Modeling results showed that process efficiency was affected by the above parameters and that the optimum conditions for a process efficiency of 85.91% at an initial CIP concentration of 15mg/L would include pH=7.68, a current of 1.5 A, and a reaction time of 30 min. Under these conditions, COD removal efficiency would be 64%. FT-IR analysis and SEM images indicated changes during the process. Wavelength scanning also indicated reducing concentration of the contaminant due to mineralization. The results of the study indicate that optimization by RSM reduces the number of tests required and enhances their accuracy. It was also found that electrocoagulation has a high CIP and COD removal efficiency which makes it capable of being successfully exploited for the removal of organic pollutants from effluents before their discharge into the environment
    Keywords: Optimization, Electrocoagulation, Ciprofloxacin, Response Surface, Aqueous
  • Amirhessam Hassani, Ali Torabiyan, Mostafa Khezri, Maryam Mohammadiniya *, Reza Sarhadi Pages 22-28
    Nanotechnology has nowadays found applications in a wide variety of fields including industrial effluent treatment. In this study, iron nanoparticles were synthesized via Ferric choloride reduction using sodium burohydrate to investigate the effects of retention time, nanoparticle concentration, BOD concentration, and pH on the efficiency of BOD removal from wastewater. To determine the optimum contact time, known quantities of the nanoparticles thus prepared were added to wastewater samples of two different concentrations with known values of BOD5 over peirods ranging from 15 to 180 minutes. In a second stage of the study, varying amounts of iron nanoparticles were added in two steps to wastewater samples with a fixed BOD5 concentration and allowed to remain over the optimum contact time to determine the BOD removal efficiency. Subsequently, fixed amounts of iron nanoparticles were added to wastewater samples with varying BOD levels and the BOD removal efficiency was determined. Finally, varying amounts of iron nanoparticles were added to wastewater samples with varing BOD levels over the optimum retention time to investigate the effects of pH variations in each stage on BOD removal efficiency and to determine the optimum pH level. Results indicated an optimum contact time of 45 minutes, an optimum iron nanoparticle content of 3 g for samples with BOD5 concentrations of 35 and 116 mg/l, and an optimum nanoparticle quantity of 5 g for samples with a BOD5 of 289 mg/l. The optimum BOD5 concentration was found to be 289 mg/l and the optimum pH was determined to be 3. At the optimum contact time and at high pollution loads, an acidid pH yields the highest contaminant removal with increasing nanoparticle additions.
    Keywords: Ziro Valent Iron Nanoparticles, BOD, Wastewater
  • Ali Nikoonahad, Mohammadhassan Ehrampoush, Mohamadtaghi Ghaneian *, Abdolmajid Gholizadeh, Saidvahid Ghelmani Pages 29-36
    Coagulation and flocculation techniques are appropriate methods for improving the quality of efflunets from wastewater treatment plants that help achieve higher standards of water reuse. In this study, PAC was used as the coagulant in the SBR treatment system of Yazd Wastewater Treatment Plant and the effects of mixing intensity during rapid and slow mixing steps were investigated on the improved efficiency of coagulation and flocculation processes. Meanwhile, constant and declining mixing speeds during the flocculation step were compared. For the purposes of this study, the Jar test unit was employed as a batch reactor. Results showed that from among the three mixer speeds of 100, 150, and 200 rpm in the rapid mixing tank, the 150 rpm mixing speed yielded higher removal efficiencies for turbidity, BOD, COD, and TSS. In addition, comparison of the constant speeds (20, 30, and 40 rpm) and the declining speeds (40 to 10 rpm) in the slow mixing stage showed that the declining speed yielded higher turbidity, BOD, COD, and TSS removal efficiencies than each of the three fixed speeds. Moreover, the lowest volume of sludge produced was 34 ml/L at a slow mixing speed of 30 rpm from among the constant speeds used in the slow mixing tank. Finally, it was found that the declining speed flocculation led to an improved sludge production of 26 mg/L.
    Keywords: Coagulation, Flocculation, Decreasing Mixing Speed, Enhanced Treatment Plant, Yazd
  • Hadi Vatandoust, Habibollah Younesi *, Zahra Mehraban, Ava Heidari Pages 37-46
    Mesoporous silica adsorbents have been gaining increasing importance in the removal of heavy metal ions from water and wastewater. MCM-48 is a mesoporous silica adsorbent whose adsorption capacity of heavy metal ions can be drastically improved when it is modified by functional groups. The present study investigated the removal of lead and cadmium metal ions from aqueous solutions using the modified NH2-NH-NH-MCM-48. The nanoparticles were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Diffraction (XRD). The adsorption process was optimized by varying adsorbent doses from 0.125 to 10 g/l, the initial solution pH from 2 to 6, and the initial metal ion concentration from 5 to 60 mg/l. The equilibrium data were analyzed using the Langmuir and Freundlich isotherms using a nonlinear regression analysis. According to the parameters of the Langmuir isotherm, NH2-NH-NH-MCM-48 recorded a higher maximum adsorption capacity for both Cd(II) and Pb(II) than MCM-48. The maximum adsorption capacities of NH2-NH-NH-MCM-48 for Cd(II) and Pb(II) were calculated to be 82.7 and 119.24 mg/g, respectively. The results suggest that MCM-48 modified with the amine functional group to synthesize NH2-NH-NH-MCM-48 significantly improves its adsorption capacity so that it can be recommended as an effective adsorbent for the efficient removal of Cd(II) and Pb(II) metal ions from aqueous solutions.
    Keywords: cadmium, Lead, Heavy metal, adsorbent, MCM-48
  • Elham Sadat Hosseini, Fatemeh Adrestani *, Maziyar Sharifzadeh Pages 47-54
    Effluents from dairy plants inactivate the active water ecosystem as a result of reducing their dissolved oxygen content, thereby leading to the loss of aquatic life. The objective of this work was to use coagulants for optimizing the chemical oxygen demand (COD) reduction process employed in treating dairy effluents. An optimized composite formulation comprising natural and synthetic coagulants including pectin, sodium alginate, aluminum sulfate, and iron chloride was prepared and the coagulation temperature required to reduce the intended index was determined. Experiment design was accomplsihed using both the fraction of the full factorial statistical method and the Qualitek-4 software. The signal to noise approach was employed for data analysis. Optimum conditions were achieved at aluminum sulfate, sodium alginate, iron chloride, and pectin concentrations of 1.5, 0.03, 1.5, and 1 g L-1, respectively, as well as a temperature of 30 °C. While the COD reduction efficiency under optimal conditions was estimated to be 28.411%, a COD reduction efficiency of 29% was obtained in experiments under optimal conditions. Variation in iron chloride concentrations was identified to be the factor with the greatest contribution of 35% to reducing the effluent organic load. This is while changes in pectin concentration showed a lower contribution (1.8%) and sodium alginate had only a negligible impact of 8.8%. Finally, changes in aluminum sulfate concentration and coagulation temperature had impacts of 30.8 and 23.3%, respectively, on COD reduction. Compared to chemical coagulants, the natural ones exhibited lower effects on COD removal effiecincy.
    Keywords: COD, Dairy Plant Effluent, Fraction of the Full Factorial, Natural Coagulants
  • Nadia Babaei *, Massoud Tabesh, Sara Nazif Pages 55-64
    Recent years have witnessed a growing interest in the optimal operation of water distribution networks (WDNs) as a result of their enhanced quality and reliability with due regard for the economic limitations faced. For this purpose, the present study was designed and implemeted to realize the two objectives of minimizing disinfection costs and maximizing reliability of water quality in water distribution networks using the multi-objective form of ACO algorithm as the optimization method. Different system analysis methods based on DDSM (demand driven simulation method) and HDSM (head driven simulation method) were also employed to investigate and compare the effects of constant versus time-dependent chlorine injection and pump speed. Results indicated that, compared to the condition with constant parameters of chlorine injectuion and pump speed, great improvements could be achieved in enhancing the reliability of water quality and reducing disinfection costs by using variable speed pumps (vsp) and time-dependent chlorine injection regimes without the need for buster pumps. Comparison of the analytical methods employed also indicated that application of HDSM led to reduced chlorine injection costs and improved reliability of water quality.
    Keywords: Water Distribution Networks, Optimal Operation, ACO Algorithm, Disinfection Costs, Quality Reliability
  • Azadeh Jabbary, Hasan Torabipodeh*, Hojjatollah Mousavi, Amirhamzeh Haghiabi Pages 65-77
    Water supply networks account for a major portion of the urban infrastructure requiring sizable funds for their construction and operation. This has encouraged many researchers to focus their efforts on optimizing water distribution networks. In most recent research in the field, stochastic meta-heuristic algorithms have been employed to address the problem. Given the many inadequacies of stochastic algorithms, the present study explored the application of a novel deterministic algorithm for minimizing pipe-sizing costs in water distribution systems (WDS).
    Methods
    The algorithm used in this study is a modified version of the central force optimization algorithm called CFONet which is used for solving water distribution system problems. The performance of the proposed method was evaluated by optimizing pipe-sizing in two benchmark WDSs. For this purpose, both CFO and CFONet methods were written in MATLAB and interfaced with the hydraulic simulation model EPANET.
    Results And Discussion
    Application of the two methods mentioned above to two different water supply systems revealed the superior performance of the proposed CFOnet over its CFO counterpart. Thus, CFOnet yielded an optimum response for the deisgn of a double ringed system equal to US$419,000 after 12,432 runs of objective function estimations. Moreover, the optimum design of a CAdo system was obtained to cost 126,535,915 In. Ruppes after 259,476 runs of objective function estimations.
    Conclusion
    Comparison of the results obtained in this study with those reported in the literature on other stochastic optimization algorithms showed that the proposed method yields satisfactory solutions for WDSs optimization problems while it also enjoys the merits of a deterministic optimization method.
    Keywords: Meta-heuristic Optimization, CFOnet, MATLAB, EPANET
  • Hassan Nasrollahzadeh Saravi *, Asiyeh Makhlough, Zahra Yaghoobzadeh, Maryam Ghiyasi Pages 78-88
    Dam reservoirs are commonly used for a variety of purposes including flood control; supplying drinking, irrigation, and industrial water; marine transport; fish culture; and recreation. It is therefore, essential to safeguard water qulity in order to ensure the sustianble and economical operation of dmas. This study was conducted to identify the relevant water quality indices for Shahid Rajaee Dam Reservoir (Mazandaran-Sari) and compare them based on abiotic (some of the physico-chemical) and biotic (Chlorophyl-a, Shannon, Saproby indices, microbes, and fungi) parameters. Sampling was carried out at four stations during different months in 2012-2013. The Water Quality Index was investigated using seven physicochemical parameters; the TSI trophic index based on nutrients, water turbidity, and chlorophyll-a; and the Shannon and Saproby indices. Maximum monthly values of TSI were obtained in July and August (eutrophic status) while minimum values belonged to September and February (oligotrophic status). Based on, water quality in the reservoir was classified in the “good” category in all the study months. Water quality assessment using Shannon and Saproby indices showed that July and August had the lowest water quality (moderately to highly polluted). The maximum fungal colony and coliform counts were observed in August and September at all the sampling stations. The study revealed that more reliable and comprehensively illuminating results can be achived if, especioally in the case of drinking water supplies, water quality investigations are conducted using both biotic and abiotic parameters. Overall, it is recommended that all human activities around the dam or upstream river tributaries be controlled and checked during the warm months of the year in order to prevent eutrophication, algal blooms, microbial activities, and organic phosphorus loading.
    Keywords: Water Quality, Biotic, abiotic indices, Shahid Rajaei Dam Reservoir, Sari, Mazandaran
  • Mohammaddordi Mahmoudi *, Ata Allah Nadiri, Asghar Asghari Moghaddam, Mojtaba Pourakbar, Jamil Rozrokh Pages 89-96
    Located in an arid/semi-arid region, Iran calls for special attention to its water resources. More importance should, however, be attached to the groundwater resources due to their hidden nature and the excessive costs associated with their extraction as well as qualitative and quantitative monitoring. Due to the significance of the water resources for activities in the neighborhood of the Urumia Lake, the present study was designed to conduct a qualitative investigation of an aquifer in the area adjacent to the lake. Teh importance of water is especially foregrounded by the increasing daily human demands for drinking, irrigation, industrial activities, and home use. Shiramin area has an aquifer of approximately 34 square kilometers in area and is one of the plains bordering the Urmia Lake. The groundwater resources in Shiramin plain were evaluated by collecting samples from 18 points well distributed across the plain and subjected to analysis to determine 12 water quality parameters. A multivariate statistical analysis (namely, principal components analysis and factor score) was used and GIS and saturation index were also integrated. Four components were extracted as a result of applying Principal Components Analysis, one resulting from the impact of carbonate formations, one caused by water recharge, one due to the effects of sulfate and fluoride, and the fourth one due to the high factor loading of nitrate caused by human activities. Interpolation of the factor scores with GIS showed that the greatest area with positive factor scores was related to the first component and that the area covered by positive factor scores reduced moving from the first to the fourth component. Generally speaking, such factors as reduced rainfall, increased water extraction, and intensive agricultural activity accounted for the degradation observed in the water quality in Shiramin area so that samples collected upstream the plain and those from the plain end exhibited more positive values of saturation index with respect to their carbonate and halite rocks.
    Keywords: Groundwater, Factor Scores, Saturation Index, Factor analysis, Shiramin Plain
  • Afshin Takdastan, Bahareh Kordestani *, Abdolkazem Neisi, Reza Jalilzadeh Yangejeh Pages 97-103
    Hospital effluents are regarded as a kind of municipal wastewater laden with additional pollutants due to the variety of wards and therapeutic activities in a hospital. This makes the determination of kinetic coefficients and parameters of utmost importance for the successful operation and maintenance of hospital wastewater treatment facilities. Extended aeration activated sludge is one of the most important processes employed in such facilities. The present study is an effort to determine these parameters for the operation of such a facility operating in hot climate conditions. For this purpose, samples of both hospital raw wastewater and plant effluent were taken during a 6-month period from January to June 2014 to determine their BOD5, COD, TSS, PH, and Turbidity. Moreover, MLSS, MLVSS, and DO in the aeration tank as well as the sludge return ratios were measured. Such operation and maintenance parameters as θc, F/M, and SVI were then calculated and the equations of the modified Monod Model were used to calculate the values of the kinetic coefficients such as Y, K, KS, Kd, and µmax for the extended aeration activated sludge process at the hospital wastewater treatment plant as follows: K= 2.19 d-1, Ks=90.74 mg/l, Y = 0.39 g Biomass/g BOD5, Kd = 0.06 d-1, and µmax =0.85 d-1. The results obtained can be usefully exploited for designing similar extended aeration activated sludge processes for the treatment of hospital effluents, especially for those operating in hot climates.
    Keywords: Hospital Wastewater Treatment, Activated Sludge, Extended Aeration, Kinetic Coefficients