فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 113 (فروردین و اردیبهشت 1397)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 113 (فروردین و اردیبهشت 1397)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/21
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مقالات مروری
  • مینا تاج آبادی، لیلی ابوالحسنی*، ناصر شاهنوشی صفحات 1-13
    کشش قیمتی نقش مهمی در تعیین سیستم و میزان تعرفه آب دارد. بیشتر تصمیم گیران اقتصادی و پژوهشگران در سال های اخیر برای شهرهای مختلف، تابع تقاضا را برآورد کردند تا کشش های درآمدی و قیمتی را تخمین بزنند. در این پژوهش با بازبینی 20 پژوهش با عنوان تابع تقاضای آب خانگی شهری، 63 کشش قیمتی، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به این که مقدار کشش قیمتی به دست آمده از این پژوهش ها دارای اختلافات معنی دار آماری هستند، این پژوهش با هدف تعیین فاکتورهای تاثیرگذار بر ایجاد این تغییرات در مقدار کشش قیمتی و همچنین بیان اختلاف در این کشش ها با استفاده از روش فراتحلیل انجام شد. روش فراتحلیلی، تنوع در نتایج کشش های قیمتی آب را مورد بررسی و تحلیل قرار می دهد. روش آماری فرا تحلیل با دو هدف تعیین وجود، یا عدم وجود سوگیری در انتشار و ناهمگنی در نتایج گزارش شده، نتایج را مورد تحلیل قرار می دهد. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل اولیه، سوگیری در انتشار ناچیز و ناهمگنی در انتشار پژوهش ها، قابل توجه است. مهم ترین متغیرهای تاثیرگذار معنی دار بر تغییرات مقدار کشش قیمتی به طور کلی به چهار گروه خصوصیات تئوریکی، خصوصیات داده، خصوصیات مدل و خصوصیات جغرافیایی و اجتماعی طبقه بندی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که به احتمال زیاد وجود متغیرهایی نظیر درآمد، داده های سری زمانی، فرم تابع لگاریتم طبیعی و استفاده از تئوری استون-گری که اساس تخمین بسیاری از توابع تقاضا مربوط به آب خانگی می باشد، مقدار کشش را بالاتر از حد واقعی برآورد می کنند. همچنین به احتمال زیاد شرایط اقلیمی منطقه، جمعیت و استفاده از حداقل مربعات معمولی در تخمین پارامترهای تقاضا، مقدار کشش را پایین تر از حد واقعی برآورد می کند.
    کلیدواژگان: تابع تقاضای آب شرب، سوگیری انتشار، قیمت آب، کشش قیمتی، ناهمگنی انتشار
  • مقاله پژوهشی
  • محمد عطاری، محمود فغفور مغربی* صفحات 14-26
    در حال حاضر هدر رفت آب به یک نگرانی جهانی تبدیل شده است. تقاضا برای آب در حال افزایش است. این مسئله مدیریت تقاضا و اصلاح الگوی مصرف را ضروری ساخته است. از مهم ترین روش های مدیریت مصرف، کاهش آب به حساب نیامده است.
    در این پژوهش یک ایده جدید برای تعیین موقعیت و مقدار نشت های موجود در شبکه های توزیع آب با استفاده از شبکه های عصبی معرفی شد. در این روش با تولید داده های آموزشی و اعمال آن به شبکه عصبی، شبکه قادر خواهد بود که با دریافت فشار گرهی، موقعیت و مقدار تقریبی نشت گرهی را تعیین کند. تولید داده های آموزشی با اعمال نشت فرضی در گره های مشخصی از شبکه و برداشت فشار گرهی انجام می شود. نتایج نشان می دهد که این روش می تواند با حداقل برداشت اطلاعات هیدرولیکی از نوع فشارها، علاوه بر تعیین موقعیت نشت های موجود گرهی، میزان نشت در هر یک از گره ها را نیز با دقت مناسبی تعیین کند.
    کلیدواژگان: نشت یابی، فشارسنجی، شبکه های عصبی، شبکه توزیع آب
  • وحید برادران*، عبدالوصال چاری صفحات 27-36
    در سیستم تولید و توزیع آب شرب در مناطق شهری، تعیین برنامه کارکرد الکتروپمپ های تامین آب از مهم ترین مسائل عملیاتی است. هزینه الکتریکی مصرفی که تابعی از برنامه کارکرد الکتروپمپ ها است، بخش زیادی از هزینه های علمیاتی شرکت های آب و فاضلاب را به خود اختصاص می دهد. در این پژوهش، ضمن مطالعه میدانی در شرکت آب و فاضلاب روستایی سیستان، محدودیت های تعیین میزان کارکرد الکتروپمپ ها در منابع تامین آب شامل محدودیت برآورد تقاضا، تامین آب با کیفیت مناسب و محدودیت بلااستفاده بودن الکتروپمپ ها شناسایی شدند. از آنجا که محدودیت های مسئله غیرقطعی و فازی هستند، مدل برنامه ریزی خطی با محدودیت های فازی به منظور تعیین ساعات کارکرد الکتروپمپ ها در شبانه روز با هدف کمینه کردن مصرف و هزینه انرژی الکتریکی ارائه شد. پس از جمع آوری داده های مورد نیاز مدل و اجرای آن، مشخص شد که با استفاده از مدل، هزینه های الکتریکی ماهانه تا بیش از 23 درصد کاهش می یابد و در نتیجه بهره وری افزایش خواهد یافت. برنامه ریزی ریاضی فازی پیشنهادی، قابلیت تعیین برنامه کارکرد الکتروپمپ ها برای منابع تامین آب با هدف کاهش هزینه های انرژی را دارد.
    کلیدواژگان: بهره وری انرژی الکتریکی، زمان بندی کارکرد الکتروپمپ ها، آب شرب، برنامه ریزی خطی فازی
  • رضا فتاحی آلکوهی، بابک لشکرآرا * صفحات 37-48
    پمپ رم دستگاهی است که با استفاده از انرژی تجدیدپذیر ضربه قوچ، بخشی از دبی ورودی به سیستم پمپاژ را تا ارتفاع قابل توجهی پمپاژ می نماید. پیچیدگی هیدرولیک جریان از یکسو و استفاده از فرضیات ساده کننده از سوی دیگر در این دسته از پمپ ها سبب شده است تا مدل های تحلیلی ارائه شده به منظور تجزیه و تحلیل سیکل کاری پمپ رم همواره با خطا همراه باشد. در این پژوهش تلاش شده است تا مدل تحلیلی حاکم بر عملکرد هیدرولیکی پمپ های رم در مرحله پمپاژ اصلاح شود. در این پژوهش با ایجاد یک تقسیم بندی منطقی، سیکل کاری پمپ های رم به سه مرحله شتاب گیری جریان، پمپاژ و رخداد جریان برگشتی تقسیم بندی شد و با استفاده از روش خطوط مشخصه ها نسبت به ارائه معادلات حاکم بر هرمرحله از سیکل اقدام شد. از آنجایی که بسته شدن سوپاپ تکانه به صورت غیرخطی است، از این رو افت سرعت در مرحله پمپاژ به صورت غیرخطی در نظر گرفته شد. همچنین با در نظر گرفتن الاستیسیته دیسک سوپاپ تکانه و تغییر حجم بدنه پمپ در مرحله رخداد ضربه قوچ، معادلات حاکم بر مرحله پمپاژ اصلاح شد. به منظور ارزیابی نتایج و تعیین فاکتورهای آزمایشگاهی مدل تحلیلی پیشنهادی، یک مدل فیزیکی از پمپ رم با قطر 51 میلی متر ساخته شد. در این پژوهش در بخش نخست ضرایب افت سوپاپ تکانه به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شد و معادلات تجربی تعیین ضریب افت اصطکاک و افت ناشی از نیروی درگ سوپاپ تکانه با استفاده از رگرسیون غیرخطی ارائه شد. در بخش دوم با استفاده از نتایج آزمایشگاهی حاصل از پژوهش، نسبت به ارزیابی نتایج اقدام شد. بررسی توابع خطای آماری حاصل از پیش بینی نتایج آزمایشگاهی توسط مدل تحلیلی نشان می دهد مدل پیشنهادی از دقت خوبی در پیش بینی مشاهدات آزمایشگاهی برخوردار است. در بخش سوم به منظور اعتبارسنجی نتایج در مرحله پمپاژ از مدل های تحلیلی لنسفورد و دوگان و تیک بهره گیری شد و توابع خطای حاصل از پیش بینی مشاهدات آزمایشگاهی توسط مدل های تحلیلی پژوهشگران پیشین برآورد شد. مقایسه نتایج حاکی از آن است که در مدل پیشنهادی با توجه به اینکه معادلات پیشنهادی در مرحله پمپاژ بر پایه تئوری بسته شدن غیرخطی سوپاپ تکانه ارائه شده است، منجر به افزایش دقت مدل در پیش بینی مقادیر دبی نسبی پمپاژ تا میزان 3 درصد در مقایسه با تئوری بسته شدن خطی و 5 درصد در مقایسه با آنی بسته شدن سوپاپ تکانه شده است.
    کلیدواژگان: مدل تحلیلی، پمپاژ، سوپاپ تکانه، پمپ رم، سیکل
  • محمد ذونعمت کرمانی*، مجید جمالیزاده، عبدالله رمضانی چرمهینه صفحات 49-59
    به منظور تامین آب آشامیدنی سالم و حذف عوامل بیماری زا در شبکه های توزیع آب، از واحد کلرزنی استفاده می شود. یکی از شیوه های مناسب برای تحلیل عملکرد کلر درون شبکه آبرسانی، استفاده از روش های داده محور است. در پژوهش حاضر شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) با سه الگوریتم آموزش کاهش شیب، شیب مزدوج و BFGS به همراه ماشین بردار پشتیبان (SVM) با تابع کرنل RBF در برآورد غلظت کلر باقیمانده در شبکه های آبرسانی احمدآباد دئفه و اهروییه واقع در استان کرمان مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش داده های روزانه شامل دبی آب تولیدی، مصرف کلر و کلر باقیمانده از ابتدای سال 1391 تا پایان 1393 به مدت 3 سال به کار گرفته شد. به منظور ارزیابی عملکرد مدل های مورد بررسی از معیارهای راندمان نش ساکلیف(NS)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) و ضریب همبستگی (CORR) استفاده شد. این مقادیر در بهترین حالت مدل سازی به ترتیب برابر با 9484/0، 0255/0، 081/1 و 974/0 بودند. با توجه به معیارهای ارزیابی، مدل MLP با الگوریتم BFGS در 90 درصد و با الگوریتم شیب مزدوج در 10 درصد موارد نسبت به نتایج کل مدل ها برتری داشتند، در حالی که مدل MLP بر پایه الگوریتم کاهش شیب و مدل SVM در هیچ یک از موارد برتر نبوده اند. با توجه به نتایج حاصل از پژوهش حاضر، مدیریت مناسب غلظت کلر را می توان با توجه به مقادیر پیش بینی شده میزان کلر باقیمانده، در شبکه آبرسانی اعمال نمود به طوری که کاهش عملکرد شبکه پرسپترون و ماشین بردار پشتیبان در شبکه آبرسانی اهروییه نسبت به شبکه احمدآباد دئفه را می توان ناشی از مدیریت ناصحیح کلرزنی دانست.
    کلیدواژگان: گندزدایی، روش های داده محور، کلر باقیمانده، شبکه پرسپترون، ماشین بردار پشتیبان
  • حسین عرب زاده، مهدی فرزادکیا*، علی اسرافیلی، مجید کرمانی، یوسف دادبان شهامت صفحات 60-69
    سفتریاکسون به صورت گسترده در درمان بیماری های عفونی استفاده می شود. عدم تصفیه پذیری این آنتی بیوتیک در تصفیه خانه های فاضلاب بیمارستانی امکان ورود آن به محیط های آبی و خطر مقاوم سازی میکربی را در این محیط ها افزایش می دهد. هدف از این پژوهش بررسی کارایی فرایند ازن زنی کاتالیزوری با نانوذرات اکسید منیزیم در حذف سفتریاکسون از محیط های آبی بود.اثر متغیرهای pH، دز ازن، زمان واکنش، دز کاتالیست و غلظت اولیه آنتی بیوتیک در حذف سفتریاکسون در یک راکتور آزمایشگاهی با جریان ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت. غلظت باقیمانده سفتریاکسون توسط دستگاه اسپکتروفتومتری تعیین شد. آزمایش ها بر اساس روش یک آزمایش در زمان انجام گرفت. راندمان بهینه حذف این آنتی بیوتیک و شرایط مطلوب آن مشخص شد. بهترین شرایط این راکتور در pH برابر 11، دز کاتالیست1 گرم در لیتر، غلظت آلاینده 10میلی گرم در لیتر، دز ازن 384/18میلی گرم در دقیقه و زمان واکنش 30 دقیقه راندمان 86 درصد در حذف سفتریاکسون را نشان داد. استفاده از نانوذرات اکسید منیزیم در فرایند ازن زنی به علت افزایش زمان ماند ازن در محلول آبی باعث افزایش حذف آنتی بیوتیک مورد نظر شد. این امر باعث کاهش هزینه های تصفیه به سبب کاهش ازن مصرفی در مقیاس صنعتی می شود.
    کلیدواژگان: کاتالیست، نانوذرات، ازن زنی، آنتی بیوتیک، سفتریاکسون، اکسید منیزیم
  • امیر خاکپور *، ناصر مهردادی، علی ترابیان، فرشاد گلبابایی کوتنایی، امیر پازوکی صفحات 70-80
    پساب حاصل از فرایندهای صنعت مس از نظر حجم تولید، بار آلودگی های زیست محیطی و هزینه تصفیه و دفع اهمیت زیادی دارد. بازیابی این پساب، علاوه بر مزایای اقتصادی موجب کاهش بار آلاینده های محیط زیست می شود. این موارد لزوم بررسی روش های مختلف برای کاهش میزان آب مصرفی و پساب خروجی را نشان می دهد. در این پژوهش به بررسی کمینه سازی مصرف آب و تولید پساب در مجتمع مس خاتون آباد پرداخته شد. روش مرسوم کاهش آب و روشی نوین با نام فناوری پینچ آبی برای این منظور توضیح داده شدند. در این پژوهش، فناوری پینچ در سه واحد پر مصرف در مس خاتون آباد برای سه شاخص آلایندگی شامل جامدات معلق کل، جامدات محلول کل و کدورت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش و به کارگیری روش پینچ به منظور تصمیم گیری برای تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب، نشان می دهد که برای جامدات معلق کل، جامدات محلول کل و کدورت به عنوان شاخص آلایندگی به ترتیب می توان 614، 525 و 451 مترمکعب در روز در مصرف آب خام معادل 96/40، 35 و 30 درصد صرفه جویی نمود. با توجه به نتایج پژوهش، فناوری پینچ توانسته به پژوهشگران در جهت تصمیم گیری های لازم برای کاهش آب مصرفی کمک کند. همچنین با توجه به نتایج مشاهده شده، جامدات معلق مبنای تصمیم گیری برای کاهش مصرف آب محسوب می شوند.
    کلیدواژگان: کمینه سازی مصرف آب، شبکه های تبادل جرم، استفاده مجدد، پینچ آب، جامدات معلق کل، کدورت
  • نسترن ذوالفقاری، رامین محمدعلی تهرانی *، فرشته هوشیار صفحات 81-93
    پساب های صنعتی و شهری حاوی یون های فلزی هستند که در غلظت بالا، می توانند برای سلامتی انسان و آبزیان مضر باشند. فلز روی از جمله آلاینده هایی است که موجب آسیب رساندن به محیط زیست آبی و به مخاطره افتادن سلامت انسان ها، حیوانات و گیاهان می شود. در این پژوهش، از گرافن اکسید (GO) با داشتن سطح ویژه بالا همراه با نانولوله طبیعیHNT و نانوذرات آهن به صورت نانوکامپوزیت مغناطیسی M-HNT/GO برای حذف یون روی از محلول های آبی استفاده شد. نانوکامپوزیت مغناطیسی گرافن اکساید/ هالوسیت نانوتیوب (M-HNT/GO) به عنوان نانو جاذب برای حذف فلز روی از محلول های آبی سنتز و مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی و شناسایی این نانوکامپوزیت به کمک روش هایFT-IR ، XRD و SEM انجام گرفت. برای اندازه گیری مغناطیس پذیری از فناوری مغناطیس سنجی ارتعاش نمونه (VSM) استفاده شد. اثر پارامترهای مختلف pH، غلظت اولیه فلز، دما، سرعت هم زدن، مقدار جاذب و زمان تماس، بر فرایند حذف یون روی توسط نانوجاذب M-HNT/GO مطالعه و مقدار بهینه تعیین شد. سپس کاربرد این نانوجاذب برای حذف فلز روی از نمونه حقیقی بررسی شد. شرایط بهینه آزمایش در pH برابر با 6، زمان تماس90 دقیقه، غلظت یون رویppm 2، نسبت GO به HNT و Fe3O4 به ترتیب 1:1:10، سرعت هم زدنrpm250، مقدار جاذب 005/0 گرم و دما 25 درجه سلسیوس اتفاق افتاد. بررسی ایزوترم های جذب نشان دهنده بهترین انطباق داده های تجربی با مدل ایزوترم فروندلیچ بود. برای توصیف داده های سینتیک، مدل های سینتیک شبه درجه اول و شبه درجه دوم مورد استفاده قرار گرفت. داده های دینامیک برای فلز روی با مدل سینتیک شبه درجه دوم تطبیق داده شد. نتیجه پژوهش نشان داد نانوجاذب سنتز شده می تواند با بازده 41/0±2/95 درصد برای حذف یون روی از پساب مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نانوجاذب-HNT/GO M قابل بازیافت بوده و می تواند به دفعات مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، گرافن اکساید، نانو جاذب مغناطیسی، هالوسیت نانوتیوب، روی
  • سمانه گرگین، احمد دادوند کوهی * صفحات 94-107
    در این پژوهش کامپوزیت ژلی بر پایه کربوکسی متیل سلولز و نانو ذره مونت مورلونیت با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تهیه و به عنوان جاذب کاتیون مس از محلول آبی مورد ارزیابی قرار گرفت. سنتز کامپوزیت هیدروژل و تاثیر پارامترهای مختلف مانندpH، مقدار جاذب، غلظت اولیه کاتیون مس، حضور کاتیون های سرب و کبالت و زمان تماس روی ظرفیت جذب مس به صورت ناپیوسته بررسی شد. نتایج آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه زیر قرمز گروه های کربوکسیلیک اسید و Si-O-Al و Si-O-Mg را در هیدروژل سنتز شده نشان دادند. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش pH محلول اولیه تا 5 ، مقدار ظرفیت جذب تعادلی افزایش یافت. داده های سینتیکی و تعادلی آزمایشگاهی بیشترین تطابق را با مدل سینتیکی شبه درجه دوم و همدمای لانگمیر نشان داد. حداکثر ظرفیت جذب به ترتیب 111، 100 و 3/83 میلی گرم در گرم در دماهای 273، 303 و 333درجه کلوین به دست آمد. نتایج نشان داد که جذب کاتیون مس توسط کامپوزیت ژل سنتز شده مطلوب است و همچنین مقدار منفی انرژی آزاد و آنتالپی نشان دهنده خودبه خودی و گرمازا بودن فرایند جذب بود. در محلول های چند یونی (جذب رقابتی) تمایل هیدروژل سنتز شده به جذب کاتیون، به صورت Pb2+>>Cu2+>Co2+ به دست آمد.
    کلیدواژگان: جذب سطحی، کاتیون مس، کربوکسی متیل سلولز، مونت مورلونیت
  • یادداشت فنی
  • پرویز جوانمردی، افشین تکدستان*، رضا جلیل زاده ینگجه صفحات 108-114
    استفاده از جاذب های ارزان قیمت برای حذف فلزات سنگین از جمله سرب در سال های اخیر توسط پژوهشگران مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق حذف فلز سرب توسط زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت مورد بررسی قرار گرفت. جذب سرب از محلول آبی به صورت ناپیوسته با استفاده از زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت انجام شد. برای تعیین ویژگی های زئولیت از میکروسکوپ الکترونی روبشی و دستگاه پراش نگار اشعه ایکس (XRD) استفاده شد. تاثیر متغیرهایpH در مقدار 3، 5، 7 و 10، زمان تماس مقدار جاذب طبیعی کلینوپتیلولایت و غلظت فلز سرب در دمای ثابت و سرعت همزن 250 دور بر دقیقه برکارایی حذف سرب و ایزوترم ها و سینتیک جذب بررسی شد. براساس نتایج به دست آمده در شرایط بهینه برای حذف سرب با زئولیت طبیعی در pH برابر 8، جاذب5 گرم در لیتر و زمان تماس45 دقیقه بالاترین راندمان حذف یعنی 6/89 درصد به دست آمد. با افزایش غلظت فلز مقدار فلز حذف شده کاهش و ظرفیت جذب افزایش یافت. مدل لانگمیر برای جذب فلز سرب تطابق بهتری نسبت با سایر ایزوترم ها داشت (99/0R2=). همچنین مدل سینتیک شبه درجه دوم بهتر از سایر مدل ها با داده های به دست آمده همخوانی داشت. نتایج این پژوهش نشان داد که زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت می تواند به عنوان یک جاذب کارآمد و ارزان به منظور حذف فلز سنگین سرب از محیط های آبی به کار رود.
    کلیدواژگان: زئولیت طبیعی، کلینوپتیلولایت، جذب، حذف سرب، ایزوترم جذب
|
  • Mina Tajabadi, Leyli Abolhassani *, Nasser Shahnoushi Pages 1-13
    Price elasticity plays a critical role in determining water tariff and its system. Many economic decision makers and researchers have estimated demand function for different cities in order to predict the associated income and price elasticity. In this research we reviewed 20 studies on urban domestic water demand function from which 63 price elasticity values were obtained. Since the price elasticity values obtained from these studies had significant statistical differences, the aim of this research is to determine the effective factors in price elasticity values as well as to analyze differences in such values using meta-analysis technique. The meta-analysis technique focuses on variation in water price elasticity results. The statistical meta-analysis technique focuses on two main objectives of publication bias or publication heterogeneity in reported results. The results indicated that publication bias is negligible while publication heterogeneity is significant. The major factors affecting price elasticity values are classified into 4 categories including theoretical, model, data and socio-geographical specifications. The result indicated that variables such as income, time-series datasets, natural logarithm function and use of stone-geary theory which is the basis for predicting many domestic water demand functions, significantly overestimate the price elasticity values. Also the geographical condition of the region, population density and use of OLS technique to estimate the demand parameters underestimates the price elasticity values.
    Keywords: Potable Water Demand Function, Water Tariff, Publication Bias, Price Elasticity, Publication Heterogeneity
  • Mohammad Attari, Mahmoud Faghfour Maghrebi * Pages 14-26
    Nowadays water loss has been turned into a global concern and on the other hand the demand for water is increasing. This problem has made the demand management and consumption pattern reform necessary. One of the most important methods for managing water consumption is to decrease the water loss. In this study by using neural networks, a new method is presented to specify the location and quantity of leakages in water distribution networks. In this method, by producing the training data and applying it to neural network, the network is able to determine approximate location and quantity of nodal leakage with receiving the nodal pressure. Production of training data is carried out by applying assumed leakage to specific nodes in the network and calculating the new nodal pressures. The results show that by minimum use of hydraulic data taken from pressures, not only this method can determine the location of nodal leakages, but also it can specify the amount of leakage on each node with reasonable accuracy.
    Keywords: Leakage Detection, Pressure Measurement, Neural Network, Water distribution network
  • Vahid Baradaran*, Abdolvesal Chari Pages 27-36
    One of the most important operational issues in urban drinking water production and distribution systems is to assign a plan for running hours of water supplying electric pumps. The cost of consuming electricity in these pumps allocates most of water and wastewater companies operational costs to itself which is dependent to their running hours. In this paper, meanwhile having a field study in Sistan rural water and wastewater company, the constraints for specifying electric pumps operational time in water supplying resources such as restrictions in fulfilling demand, supply potable water with suitable quality and uselessness of electric pumps have been identified. Due to uncertainty and fuzziness of the constraints, a linear programming model with fuzzy restrictions for determining electric pumps running hours per day is submitted with the aim to minimize electricity consumption and cost. After collecting and using required data for model, it proved that using the proposed model could reduce the costs of electrical energy and increase productivity up to 23 percent per month. The proposed mathematical fuzzy programming is able to specify electric pumps scheduling plan for water supply resources with the aim to reduce the costs of consuming energy.
    Keywords: Productivity of Electrical Energy, Electric Pumps Scheduling Plan, Potable Water, Fuzzy linear programming
  • Reza Fatahialkouhi, Babak Lashkarara * Pages 37-48
    The ram pump is a device which pumps a portion of input discharge to the pumping system in a significant height by using renewable energy of water hammer. The complexities of flow hydraulic on one hand and on the other hand the use of simplifying assumptions in ram pumps have caused errors in submitted analytical models for analyzing running cycle of these pumps. In this study it has been tried to modify the governing analytical model on hydraulic performance of these pumps in pumping stage. In this study by creating a logical division, the cycle of the ram pump was divided into three stages of acceleration, pumping and recoil and the governing equations on each stage of cycling are presented by using method of characteristics. Since the closing of impulse valve is nonlinear, velocity loss in pumping stage is considered nonlinearly. Also the governing equations in pumping stage were modified by considering disc elasticity of impulse valve and changing volume of the pump body when the water hammer phenomenon is occurred. In order to evaluate results and determine empirical factors of the proposed analytical model, a physical model of the ram pump is made with internal diameter of 51 mm. Results of this study are divided into several parts. In the first part, loss coefficients of the impulse valve were measured experimentally and empirical equations of drag coefficient and friction coefficient of the impulse valve were submitted by using nonlinear regression. In the second part, results were evaluated by using experimental data taken from this study. Evaluation of statistical error functions showed that the proposed model has good accuracy for predicting experimental observations. In the third part, in order to validate the results in pumping stage, the analytical models of Lansford and Dugan (1941) and Tacke (1988) were used and the error functions resulted from prediction of experimental observations were investigated through analytical models of the previous researchers. Comparing the results indicates that in the proposed model, noticing that the recommended equations of pumping stage are presented based on nonlinear closing theory of the impulse valve, the model accuracy for predicting relative pumping rate has been increased up to 3% compared with linear closure theory (Lansford and Dugan, 1941) and has been increased up to 5% compared with rapid closure theory (Tacke, 1988).
    Keywords: Analytical model, Pumping, Impulse Valve, Ram Pump, Cycle
  • Mohammad Zounemat-Kermani *, Mohammad Jamalizadeh, Abdollah Ramezani Pages 49-59
    Chlorination unit is widely used to supply safe drinking water and removal of pathogens from water distribution networks. Data-driven approach is one appropriate method for analyzing performance of chlorine in water supply network. In this study, multi-layer perceptron neural network (MLP) with three training algorithms (gradient descent, conjugate gradient and BFGS) and support vector machine (SVM) with RBF kernel function were used to predict the concentration of residual chlorine in water supply networks of Ahmadabad Dafeh and Ahruiyeh villages in Kerman Province. Daily data including discharge (flow), chlorine consumption and residual chlorine were employed from the beginning of 1391 Hijri until the end of 1393 Hijri (for 3 years). To assess the performance of studied models, the criteria such as Nash-Sutcliffe efficiency (NS), root mean square error (RMSE), mean absolute percentage error (MAPE) and correlation coefficient (CORR) were used that in best modeling situation were 0.9484, 0.0255, 1.081, and 0.974 respectively which resulted from BFGS algorithm. The criteria indicated that MLP model with BFGS and conjugate gradient algorithms were better than all other models in 90 and 10 percent of cases respectively; while the MLP model based on gradient descent algorithm and the SVM model were better in none of the cases. According to the results of this study, proper management of chlorine concentration can be implemented by predicted values of residual chlorine in water supply network. Thus, decreased performance of perceptron network and support vector machine in water supply network of Ahruiyeh in comparison to Ahmadabad Dafeh can be inferred from improper management of chlorination.
    Keywords: disinfection, Data-driven Methods, Chlorine Residual, Perceptron Network, support, Vector Machine
  • Hossein Arabzade, Mehdi Farzadkiya *, Ali Esrafily, Majid Kermani, Yousef Dadban Shahamat Pages 60-69
    Ceftriaxone is widely used for healing the infectious diseases. Not being treated in hospital wastewater treatment systems, this antibiotic has the possibility of entering into the aqueous environmental and the danger of microbial resistance in these environments also increases. This study aims to examine the efficiency of catalytic ozonation process by using magnesium oxide nanoparticles to remove ceftriaxone from aqueous solutions. In this study, the effect of pH, ozone dose, reaction time, catalyst dose and initial antibiotic concentration for ceftriaxone removal were studied using a cylindrical-shaped experimental reactor through semi-batch method. The residual concentration of ceftriaxone was determined by spectrophotometer. The experiment was carried out based on the one factor at a time method and finally the optimum efficiency of ceftriaxone removal and its desired conditions were determined. The best condition of the reactor obtained in pH 11, the catalyst dose of 1g/l, ozone dose of 18.384mg/min, pollution concentration of 10mg/l and reaction time of 30 min which showed 86% of ceftriaxone removal. Due to an increase in ozone retention time, the use of magnesium oxide nanoparticles in ozonation process also increased the antibiotic removal. It leads to a decrease in treatment costs because of a decrease in ozone consumption in an industrial scale.
    Keywords: Catalyst, Nanoparticles, Ozonation, Antibiotic, Ceftriaxone, Magnesium Oxide
  • Amir Khakpour *, Nasser Mehrdadi, Ali Torabian, Farshad Golbabaei Kootenaei, Amir Pazoki Pages 70-80
    The effluent from copper industries is important in terms of production volume, environmental pollution and cost of treatment and disposal. In addition to its economic reasons, the effluent recovery also reduces the pollutant load. Such cases therefore prove the necessity of investigating different methods for reducing water consumption and effluent generation. This study investigated the minimization of water consumption and effluent production in Khatoon Abad copper refinery plant. For this purpose, the conventional method of reducing water consumption and a new technology called water pinch were explained. The water pinch technology was examined for three pollutant indices (TSS, TDS and turbidity) in three high consumption units of Khatoon Abad copper refinery plant. For TSS, TDS and turbidity as pollutant indices, total 614, 525 and 451 cubic meters of raw water consumption per day equivalent to 40.96, 35 and 30 percent could be saved, respectively. According to the results, the pinch technology could help researchers to make decisions for reducing water consumption and according to the observations, suspended solids are regarded as the basis for reducing water consumption. Minimization of water consumption, Water pinch, Mass transfer networks, Water reuse, Total suspended solids, Turbidity.
    Keywords: Minimization of Water Consumption, Mass Transfer Networks, Water reuse, Water Pinch, Total Suspended Solids, Turbidity
  • Nastaran Zolfaghri, Ramin M.A. Tehrani *, Fereshteh Hooshyar Pages 81-93
    Industrial and municipal wastewater often contains metal ions that once they are in excess of permitted limit they can be harmful to humans and aquatic animals’ health. Zinc is one of the pollutants which damages the aquatic environment and endangers the health of humans, animals and plants. In this study, graphene oxide (GO) with high surface area along with natural halloysite nanotubes (HNTs) and iron oxide nanoparticles are used as M-HNT /GO magnetic nanocomposite for the removal of zinc ions from aqueous solutions. In this study, magnetic halloysite nanotube/ graphene oxide nanocomposite (M- HNT/GO) was synthesized and then used as a nano-adsorbent for zinc removal from aqueous solutions. The M-HNT/GO nanocomposite was investigated and identified by using FT-IR, XRD and SEM methods. Vibrating sample magnetometer technique (VSM) was used to measure magnetic properties. The effect of different parameters such as pH, initial concentration of metal, temperature, stirring speed, adsorbent dosage and contact time on zinc removal by M- HNT/GO were investigated and optimum values were determined. Then, efficiency of fabricated nano-adsorbent was studied for removal of zinc ions from real sample. Optimal conditions for zinc ions removal were found at pH 6, the contact time of 90 minutes, the ion concentration of 2ppm, the GO to HNT and Fe3O4 ratio of 1: 1: 10 respectively, the buckling speed 250 rpm, the amount of adsorbent 005 g and the temperature of 25 ° C. The study of adsorption isotherms indicated the best fitting of experimental data with Fredlichl isotherm model. To describe kinetic data, pseudo first order and pseudo second order kinetic models were used. Dynamic data for zinc metal was adapted to pseudo second order kinetics model. The results showed that synthesized nano-adsorbents could be used with 95.2% ± 0.41% for zinc removal from wastewater contaminants. Furthermore, the M- HNT/GO nano-adsorbents can be recycled and reused frequently.
    Keywords: Nanocampasite, Graphene oxide, Nanoadsorbent Magnetic, Halloysite Nanothube, Zinc
  • Samaneh Gorgin, Ahmad Dadvand Koohi * Pages 94-107
    In this study, composite hydrogel was provided based on carboxymethyl cellulose and nano-sized montmorillonite by situ radical polymerization method and evaluated as copper cation adsorbent from aqueous solution. Synthesis of hydrogel composite and the effect of various parameters such as pH of solution, adsorbent dosage, initial concentration of copper cation, presence of lead and cobalt cations in solution and contact time on adsorption capacity of copper were studied through batch experiments. The results of FTIR spectra showed that functional groups like Si-O-Mg, Si-O-Al and –COOH exist in synthesized hydrogel. The results indicated that with pH increasing of initial Cu2 solution up to 5, the adsorption capacity increased subsequently. The experimental kinetic and equilibrium data had the most conformity with pseudo-second order kinetic model and Langmuir adsorption isotherm. The maximum obtained adsorption capacity were 111, 100 and 83.3 mg/g at 273, 303 and 333K respectively. The results showed that the Cu2 ion adsorption is favorable, also the standard free Gibbs energy and standard enthalpy indicated a spontaneous and exothermic adsorption process. In competitive adsorption experiments, composite hydrogel tended to adsorb cations with an affinity order of Pb2>> Cu2 > Co2.
    Keywords: Adsorption, Copper Cation, carboxymethyl cellulose, Montmorillonite
  • Parviz Javanmardi, Afshin Takdastan *, Reza Jalilzadeh Yengejeh Pages 108-114
    Recently the low-cost adsorbent for heavy metals removal such as Lead in recent years has been noticed by researchers. In this study, lead removal by clinoptilolite has been investigated. Non-continuous lead absorption from aqueous solution was carried out by using clinoptilolite. The zeolite characteristics were analyzed with SEM and XRD. The effect of pH variables (1, 3, 5, 7, 10), contact time (15, 30, 45, 60, 90 min), clinoptilolite adsorbent dosage (1, 3, 5, 7, 10 g) and lead concentrations (10, 20, 40, 50, 60, 70, 80 & 100 mg/L) were studied on lead removal efficiency and adsorption isotherms and kinetics in constant temperature and stirrer speed of 250 rpm. According to the results, optimum conditions of lead removal by natural zeolite were pH of 8, adsorbent dosage of 5 g/L and contact time of 45 min., the highest removal efficiency of 89.6 achieved. By increasing metal concentration, the amount of removed lead was decreased while absorption capacity increased. Of the two studied models, the Langmuir isotherm had better conformity for lead adsorption (R2=0.99) than other isotherms. Also the pseudo second order kinetics model had better conformity with achieved data than other models. Results of this study indicated that natural clinoptilolite zeolite can be considered as an efficient and cost effective adsorbent for lead removal from aqueous solutions.
    Keywords: Natural Clinoptilolite Zeolite, Adsorption, Lead Removal, Adsorption Isotherm