فهرست مطالب

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 120 (خرداد و تیر 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/03/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • حمید ممتازپور*، علی اکبر عظیمی، سهند جرفی، طیبه طباطبایی، عبدالرحیم پذیرا صفحات 1-12
    در تصفیه خانه های آب شرب به منظور ته نشینی ذرات کلوییدی از مواد منعقدکننده مختلفی مانند سولفات آلومینیوم (آلوم)، پلی آلومینیوم کلراید و کلرید فریک استفاده می شود. این مواد تاثیرات مثبتی در حذف کدورت دارند، اما به دلیل محدودیت ها و مشکلاتی مانند خورندگی، تولید محصول جانبی مضر و محدودیت های دیگر، اثرات نامطلوبی بر روی سلامت انسان و محیط زیست دارند. بنابراین لازم است از مواد شیمیایی کارآمدتر که مشکلات ذکر شده را به حداقل رسانند و باعث ارتقای کیفیت فرایند شوند، استفاده شود. هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر فرات سدیم تولید شده به روش شیمیایی، بر حذف کدورت آب رودخانه زاینده رود در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا بود. این پژوهش در چهار حالت پیشنهادی توسط نرم افزار Design Expert که حالت های (30×40،60×30، 60×60،40×60) نامیده می شود، انجام گرفت. در هر حالت یکی از متغیرهای مستقل اثرگذار روی کدورت از جمله میزان تزریق ماده، سرعت اختلاط آرام، زمان اختلاط سریع و pH آب تغییر داده شد و تاثیر فرات سدیم بر ارتقای راندمان حذف کدورت سنجیده شد. به منظور طراحی آزمایش، آنالیز و بهینه سازی مجموعه متغیرهای مستقل موثر بر حذف کدورت، از روش سطح پاسخ استفاده شد. به علاوه در این پژوهش میزان آهن کل باقیمانده ناشی از کاربرد فرات سدیم بر اساس روش استاندارد متد اندازه گیری شد. نتیجه پژوهش نشان داد با کاربرد 54/1 میلی گرم در لیتر فرات سدیم، در شرایط بهینه pH معادل 5/8، سرعت اختلاط آرام نوسانی 60 دور در دقیقه به مدت 7 دقیقه، 50 دور در دقیقه به مدت 7 دقیقه و 40 دور در دقیقه به مدت 6 دقیقه و زمان اختلاط سریع 30 ثانیه با سرعت 120 دور در دقیقه بهینه ترین نتایج حذف کدورت در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت وضعیت سیلابی به ترتیب با مقادیر حذف 27/95 و 07/95 درصد به دست می آید. این مقادیر در شرایط متداول تصفیه خانه های آب معادل 40 دور در دقیقه به صورت ثابت به مدت 20 دقیقه و شرایط اختلاط 60 دقیقه است. در این پژوهش همچنین مقایسه ای بین تاثیر تزریق پلی آلومینیوم کلراید (در حالات سیلابی به همراه پلی الکترولیت) با تاثیر فرات سدیم بر حذف پارامتر کدورت آب انجام شد. نتایج حاصل تاثیر بالاتر فرات سدیم با میزان تزریق کمتر را نشان داد. همچنین نتایج پژوهش نشان داد آهن باقیمانده در هر دو مقطع قبل و پس از فیلتر در دامنه استاندارد بود که این امر به دلیل خاصیت واکنش پذیری فرات در حذف فلزات است. نتایج پژوهش نشان می دهد که فرات سدیم در فرایند حذف کدورت، در دو وضعیت کدورت معمولی و کدورت بالا، دارای تاثیر مثبت است بدون اینکه آهن کل باقیمانده از حد استاندارد تجاوز نماید.
    کلیدواژگان: کدورت، فرات سدیم، روش سطح پاسخ، روش بهینه سازی D-Optimal، نرم افزار Design Expert
  • نیلوفر حمزه لو، حسام قدوسی*، بهمن فرجمند صفحات 13-23
    امروزه افزایش جمعیت و کاهش منابع آب شرب موجب شده است که استفاده از آب دریا به عنوان یک منبع جدید آبی معرفی شود و نمک زدایی از  آن با استفاده از روش های جدید از جمله نانوذرات مورد توجه قرار گیرد. رس های معدنی مانند بنتونیت با قابلیت تبادل کاتیونی می توانند کاتیون های خود از جمله کلسیم و منیزیم را با یون های سدیم آب دریا مبادله کنند. در این پژوهش به منظور انجام آزمایش های نمک زدایی از آب دریا، از رس بنتونیت کلکته زنجان استفاده شد و روند کاهش یون سدیم با استفاده از دستگاه نشر شعله مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج استفاده از 5/5 گرم بنتونیت با سرعت اختلاط rpm200، به مدت 15 دقیقه در 20 میلی لیتر آب دریا به عنوان شرایط بهینه اختلاط بنتونیت و آب دریا معرفی شد. از طرفی به منظور کاهش یون های کلرید موجود در آب دریا، نانو ساختار هیدروکسید لایه ای دوگانه MgAl-CO3 در آزمایشگاه کیفیت آب دانشگاه زنجان سنتز و مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد شرایط بهینه اختلاط، شامل استفاده از 25/1 گرم LDH با سرعت اختلاط rpm200، به مدت 10 دقیقه، در 5 میلی لیتر آب دریا است.
    کلیدواژگان: بنتونیت، تبادل کاتیونی، ذرات نانو، نمک زدایی
  • محمد کارآموز*، پویا خلیلی صفحات 24-35
    قرارگیری تصفیه خانه ها در مناطق ساحلی لزوم افزایش توجه به این زیرساخت ها را افزایش می دهد. وقوع سیلاب می تواند باعث آب گرفتگی اجزا و افزایش بار ورودی به تصفیه خانه شود که این امر موجب کاهش عملکرد قسمت های مختلف این زیرساخت و خسارت های هنگفت می شود. در این مطالعه، در راستای کاهش خطرپذیری تصفیه خانه ها در برابر سیل، به منظور کمی سازی خصوصیات تصفیه خانه از شاخص تاب آوری استفاده شد. برای ارتقای عملکرد تصفیه خانه در مواجهه با سیل دو رویکرد اصلی رفتار همکارانه میان تصفیه خانه ها و تخصیص مالی میان بخش های قابل سرمایه گذاری درون هر تصفیه خانه مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور در رویکرد اول، خصوصیاتی از تصفیه خانه که با سرمایه گذاری مالی قابل بهبود هستند، شناسایی شدند و تخصیص بودجه در میان هریک به منظور ارتقای عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه، رویکردهای مدیریتی پیشنهادی برای درک دقیق تر سیستم نیز ارائه شد. در نتیجه، رویکرد بهره برداری توامان بین تصفیه خانه ها و ارتقای عملکرد این زیرساخت ها با ایجاد ارتباط بین تصفیه خانه های مجاور محقق می شود. به منظور ایجاد این ارتباط و همکاری که مبنای کار مقاله می باشد، عملکرد تصفیه خانه های مجاور به صورت یکپارچه در نظر گرفته شد. در ادامه، نتایج رویکرد بهره برداری توامان و میزان اثرگذاری آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در این پژوهش، سه همکاری شامل تصفیه خانه هایBowery Bay، Tallman، Newtown Creek و Red Hook تاب آوری را به میزان قابل توجهی بهبود داده است. چارچوب ارائه شده در این پژوهش برای به کارگیری در سایر تصفیه خانه های فاضلاب مناطق ساحلی پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: تاب آوری، سیل، تصفیه خانه، سرمایه گذاری، همکاری
  • لیلا کریمی، داریوش عماد زاده* صفحات 36-47
    با افزایش جمعیت و گسترش شهرها، دسترسی به آب شیرین کمتر شده است و منابع آب شیرین نمی توانند تمامی نیازهای بشر را تامین کنند. با توجه به رشد جمعیت جهان و محدودیت ذخائر آب شیرین، نمک زدایی از آب دریا، اهمیت روز افزونی پیدا کرده است. در واقع انتخاب و توسعه یک فرایند نمک زدایی کارآمدتر و کم هزینه تر از روش های موجود، نیاز ضروری است. در پژوهش حاضر بهینه سازی شرایط عملیاتی جهت کاهش تاثیر پلاریزاسیون غلظت خارجی بر عملکرد فرایند اسمز مستقیم به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تعداد و تنوع پارامترهای تاثیرگذار بر میزان شار آب عبوری از غشاهای اسمز مستقیم و همچنین با هدف کاهش تعداد آزمایش ها و هزینه ها از روش طراحی آزمایش تاگوچی استفاده شد. ساختار غشاها با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. بهترین عملکرد غشای اسمز مستقیم مربوط به غشای شماره 1 بود که در آن غلظت محلول نمک 1 مولار، اختلاف فشار psi  2 و pH برابر 9 بود. در شرایط ذکر شده میزان شار آب عبوری از غشای اسمز مستقیم برابر باL/m2.h 36/42 بود. همچنین بیشترین مقدار شار نمک عبوری از غشاهای اسمز مستقیم معادل gr/m2.hr 26/11 مربوط به غلظت محلول نمک 1مولار، اختلاف فشار psi  2 و pH برابر 9 مقدار بود. نتایج نشان داد که با انجام بهینه سازی شرایط عملیاتی، شار آب عبوری از غشای اسمز مستقیم 51/55 درصد نسبت به حالت بدون بهینه سازی، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: پلاریزاسیون غلظت، غشا، اسمزمستقیم، نمک زدایی، شار آب عبوری
  • مرتضی هاشم زاده، عبدالرضا نیلچی، امیر حسام حسنی*، رضا صابری صفحات 48-63
    امروزه پراکندگی وسیع آلاینده های مختلف نظیر فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو در آبهای سطحی و زیرزمینی، به عنوان یک بحران جهانی مطرح است. پژوهش های مختلف نشان داده است که نانو ذرات اکسید آهن هماتیت توانایی مطلوبی در حذف آلاینده ها دارد. در این پژوهش، نانو ذرات اکسید آهن هماتیت α-Fe2O3 با سطح اصلاحی جدید با استفاده از کلریدفریک شش آبه (FeCl3.6H2O) و سورفکتانت اسید اولئیک (C18H34O2) تحت شرایط هیدروترمال در دمای 250 درجه سلسیوس تولید شد و نتایج آنالیزهای ساختاری XRD، FT-IR،SEM ، TEM و BET تصریح کرد که بیشتر از 90 درصد این نانوذرات متشکل از نانو میله هایی هستند (قطر 60-30 نانومتر و طول 700-400 نانومتر) که در میان آنها نانو ذرات فلسی شکل شش وجهی نامنظم با ضخامت متوسط 100-40 نانومتر به صورت پراکنده توزیع شده اند. از طرفی عوامل موثر بر جذب Pb2+ توسط نانو ذرات سنتز شده α-Fe2O3، اعم از pH، غلظت آلاینده، غلظت نانو جاذب و زمان تماس، به صورت ناپیوسته و تحت شرایط مشخص دمایی C1±25 و اختلاط 120 دور در دقیقه مورد بررسی قرار گرفتند و شرایط بهینه جذب به دست آمد. با افزایش مقدار pH همواره راندمان حذف سرب از محلول آبی افزایش یافت و در مقادیر بالای 7 با توجه به تشکیل رسوب های هیدروکسیدی مزاحم، مقدار pH بهینه جذب، حدود 5/6 به دست آمد. از طرفی داده های تعادلی به دست آمده از پژوهش نشان داد که ایزوترم مناسب برای توصیف روند جذب کاتیون های Pb2+ بر روی نانو ذرات α-Fe2O3 سنتز شده، مدل دوبعدی لانگمیر است که دارای ظرفیت جذب حداکثری  11 میلی گرم در گرم می باشد. براین اساس بالاترین راندمان حذف Pb2+ در شرایط بهینه جذب 44/99 درصد گزارش شد و مساحت سطح نسبتا بالای نانو ذرات هماتیت سنتز شده جدید (29/31 مترمربع بر گرم) نیز نشان داد که این نانو ساختارها توانایی بالایی در حذف کاتیون های فلزی سرب (Pb2+)  از بستر محلول های آبی دارند. از نظر سینتیکی نیز برازش مدل های سینتیکی مختلف جذب بر داده های حاصل از پژوهش ثابت کرد که کاتیون های Pb2+ با مدل شبه درجه دوم هو همپوشانی مطلوبی دارد و عملا امکان مدلاسیون فرایند با این مدل سینتیکی خطی وجود دارد. نتایج پژوهش نشان می دهد که نانوذراتα-Fe2O3 سنتز شده جدید عملا نانو جاذب هایی کارآمد و توانمند در حذف سرب به عنوان فلزی سنگین، از محلول های آبی هستند.
    کلیدواژگان: جذب، هیدروترمال، نانو ذرات، هماتیت، سینتیک، سرب
  • خوش ناز پاینده*، صادق قاسمی صفحات 64-75
    ترکیب نانوذرات مغناطیسی با سایر جاذب ها، نه تنها تاثیری بر خواص مغناطیسی شان نمی گذارد بلکه منجر به ایجاد جاذب هایی می شود که فرایند تصفیه را اصلاح کرده و بهبود می بخشند. هدف از این پژوهش سنتز کربن فعال مغناطیسی شده با نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی Fe3O4 برای حذف فلز سمی سرب از محیط های آبی بود. جاذب مغناطیسی با استفاده از روش هم ترسیبی آماده شد و مشخصات فیزیکی و ساختاری آن با روش های XRD و TEM مورد آنالیز قرار گرفت. برای بهینه سازی متغیرها، آزمایش ها با روش سطح پاسخ با کاربرد مدل باکس بنکن توسط نرم افزار Minitab 17 طراحی شدند. متغیرهایpH (9-5)، دما (25 تا 45 درجه سلسیوس) و مقدار جاذب (5/0 تا 2 گرم) بررسی شدند و تعداد 15 آزمایش طراحی شد. شرایط بهینه به دست آمده برای حذف سرب با سنتز کربن فعال مغناطیسی شده با نانوذرات Fe3O4، در pH برابر 7، دمای 45 درجه سلسیوس و مقدار 2 گرم جاذب اتفاق افتاد. مطالعات سینتیکی نشان داد که حذف سرب از مدل مرتبه دوم تبعیت می کند و زمان تماس مناسب 15 دقیقه است. حداکثر درصد حذف سرب بعد از 90 دقیقه 87/86 درصد بود. همچنین طبق نتایج به دست آمده، همدمای جذب سطحی سرب تطابق خوبی با ایزوترم لانگمیر نشان داد. مطالعه حاضر نشان داد که کربن فعال مغناطیسی پتانسیل بالایی در حذف آلاینده سرب دارد. لذا انتظار می رود که مغناطیسی کردن پودر کربن فعال با حفظ ویژگی های فیزیکی و سطحی آن، یک روش مناسب برای رفع مشکلات استفاده از جاذب های پودری به ویژه در مورد جداسازی و فیلتراسیون آن ها باشد.
    کلیدواژگان: کربن فعال، محلول آبی، سرب، جذب، نانوذره
  • عبدالمطلب صید محمدی، قربان عسگری، جواد فردمال، مصطفی لیلی، راحله امیری* صفحات 76-90
    4-کلروفنل یکی از ترکیبات سمی خانواده کلروفنل هاست که در پساب فاضلاب های تولید شده در صنایع پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، صنایع داروسازی و صنایع فراوری چوب و کاغذ تولید و به منابع آب های سطحی و زیر زمینی وارد می شود. این پژوهش با هدف بررسی امکان استفاده از نانو ذره آهن به منظور فعال سازی اکسیدان های پراکسید هیدروژن و پرسولفات در حضور امواج  UVA-LED به منظور حذف 4-کلروفنل با طراحی آزمایش براساس مدل آماری تاگوچی انجام گرفت. برای انجام این پژوهش از یک راکتور بسته در مقیاس آزمایشگاهی مجهز به 18 لامپ دیودی منتشرکننده امواج فرابنفش با طول موج 390 نانومتر استفاده شد. تاثیر پارامترهای بهره برداری نظیر pH محلول، زمان تماس، غلظت نانو ذره آهن، غلظت پراکسید هیدروژن، غلظت پرسولفات و غلظت اولیه 4-کلروفنل توسط فاکتور تعریف شده 4*4 با استفاده از آرایه ارتئوگونال L-16 مدل تاگوچی مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج حاصل از آنالیز آماری با استفاده از مدل تاگوچی، شرایط بهینه برای حذف 4-کلروفنل در فرایند پرسولفات فعال شده توسط نانوذره آهن در حضور امواج فرابنفش در غلظت اولیه 25 میلی گرم در لیتر 4-کلروفنل، زمان تماس 60 دقیقه، غلظت نانوذره آهن 2 میلی مولار و غلظت پرسولفات 2 میلی مولار تعیین شد. بالاترین کارایی حذف و بالاترین مقدار S/N برای این فرایند به ترتیب 83/51 درصد و 29/34 بود. شرایط بهینه به منظور حذف 4-کلروفنل در فرایند پراکسید هیدروژن فعال شده توسط نانوذره آهن در حضور امواج فرابنفش در غلظت اولیه 4-کلروفنل 25 میلی گرم در لیتر، زمان تماس 30 دقیقه، غلظت نانوذره آهن 1 میلی مولار و غلظت پراکسید هیدروژن برابر با 75/0 میلی مولار بود که بالاترین کارایی حذف و بالاترین مقدار S/N  برای این فرایند به ترتیب 76/81 درصد و 25/38 حاصل شد. با توجه به این که در شرایط اسیدی، افزایش شکل فعال کاتالیزگر (آهن دو ظرفیتی) سبب فعال شدن بهتر و بیشتر اکسیدکننده ها (رادیکال هیدروکسید و رادیکال سولفات) می شود، در نتیجه کارایی فرایندها در این شرایط بهتر بوده است. نتایج این پژوهش نشان داد که فرایند فعال سازی پراکسید هیدروژن با نانو ذرات آهن در حضور امواج فرابنفش به دلیل راندمان بالای حذف، زمان تماس کم و کمترین استفاده از ماده اکسیدان می تواند به عنوان یک روش قابل قبول برای حذف 4-کلروفنل و سایر آلاینده های آلی از محیط های آبی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: UVA-LED، 4-کلروفنل، فعال سازی، آهن صفرظرفیتی، روش تاگوچی
  • بهنام دولتی*، احسان نادری، حسین پیرخراطی، خلیل فرهادی صفحات 91-102
    حضور کروم در آب آشامیدنی و ورود پساب صنایع به منابع آب های زیرزمینی، سلامت بشر و محیط زیست را به خطر می اندازد. این پژوهش به منظور بررسی تاثیر لئوناردیت در حذف آلایندهای Cr+6، Cr+3 از محیط های آبی انجام شد. مقادیر بهینه فاکتورها به روش مدل سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی تعیین شد. داده های جذب با معادلات سینتیکی شبه مرتبه اول و دوم برازش داده شدند. همچنین اثرات کاتیون ها و آنیون های تداخل کننده در جذب کروم تعیین شد. نتایج نشان داد که فاکتور زمان تماس، مقدار لئوناردیت و pH بیشترین تاثیر را در حذف کروم دارند. داده های سینتیکی کروم نسبت به معادله شبه مرتبه دوم (995/0=R2) به خوبی برازش داده شد. مقادیر پارامترهای ظرفیت (qe) و ضریب جذبی (Kads) Cr3+نسبت به Cr6+ بیشتر بود. به طوری که Cr3+ در فاصله زمانی کوتاه به مقدار زیاد توسط جاذب جذب شد. همچنین Fe (III) به عنوان کاتیون و SO42- به عنوان آنیون تداخل کننده، باعث کاهش حذف کروم Cr3+ و Cr6+ توسط لئوناردیت شدند. استنباط می شود که لئوناردیت به عنوان جاذب زیست تخریب پذیر، برای حذف کروم مناسب است و می توان از آن در حذف کروم از آب های آلوده استفاده نمود.
    کلیدواژگان: لئوناردیت، کروم، سینتیک، یون های تداخل کننده
  • سعیده رستگار*، حسن رضایی، حسین یوسفی صفحات 103-112
    فلز سنگین سرب یکی از عناصر بسیار خطرناک و سمی است و برای انسان و محیط زیست تهدید جدی محسوب می شود. روش جذب سطحی با استفاده از جاذب های طبیعی یکی از فناوری های موثر برای حذف این فلز از فاضلاب است. پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی جاذب طبیعی نانوفیبرکیتین در حذف فلز سرب از محلول های آبی انجام شد. برای شناسایی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری نانوفیبرکیتین، آنالیز XRD، FT-IR و میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM انجام گرفت. در سیستم ناپیوسته پارامترهای pH در محدوده 4 تا 9، دز جاذب 1/0 تا 1 گرم در لیتر، زمان تماس15 تا 120 دقیقه، غلظت اولیه فلز سرب 10 تا 50 میلی گرم در لیتر و دما 15 تا 40 درجه سلسیوس مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج، بیشترین درصد حذف فلز سرب، در دمای 25 درجه سلسیوس، pH برابر 5، زمان60 دقیقه، دز جاذب 3/0 گرم در لیتر و غلظت سرب 10 میلی گرم در لیتر، 45/98 به دست آمد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که نانوفیبرکیتین با حذف بیش از 98 درصد از سرب ، به عنوان یک جاذب مطلوب برای حذف فلز سرب از محلول های آبی محسوب می شود.
    کلیدواژگان: جذب سطحی، ژل نانوفیبرکیتین، فلز سنگین، سرب، محلول های آبی
  • فرزانه فتوحی فیروزآباد*، محمدرضا اختصاصی، محمد سفید، علی مروتی شریف آبادی صفحات 113-120
    با توجه به محدودیت کمی و کیفی منابع آب، مدیریت مصرف آب ضروری است. جداسازی آب شرب از آب بهداشتی یکی از مولفه های مدیریت کیفی مصرف است. این پژوهش بر اساس روش SWOT و AHP انجام شد. نقاط قوت، ضعف، فرصت ها و تهدیدهای تفکیک آب شرب از آب بهداشتی با نظرسنجی از خبرگان به دست آمد. سپس با استفاده از روش مقایسه زوجی، ضریب اهمیت عوامل و ضریب سازگاری ماتریس ها محاسبه شد. در تحلیل SWOT، از ماتریس های ارزیابی عوامل داخلی، ارزیابی عوامل خارجی و عوامل داخلی- خارجی استفاده شد. ماتریس های IFE و EFE نشان دادند که نمره نهایی عوامل داخلی و خارجی به ترتیب 51/2 و 78/1 است که نشان می دهد، شهر یزد از نظر عوامل داخلی دارای نقاط قوت است و در بهره برداری از عوامل فرصت، دارای نقاط ضعف است. با توجه به عوامل داخلی و خارجی، استراتژی ها شامل شبکه گسترده توزیع آب شرب (خط لوله مختص آب شرب) (SO)، شبکه متمرکز دولتی توزیع آب شرب (ST)، سیستم های متمرکز توزیع آب شرب توسط بخش خصوصی (WO) و توزیع متحرک آب شرب توسط بخش خصوصی (WT) است. نتایج ماتریس IE نیز گویای این است که سازمان آب و فاضلاب استان یزد باید در افق 5 تا 10 ساله برای جبران کمبود آب شرب سالم و بهداشتی و بحران های احتمالی، احداث شبکه متمرکز دولتی توزیع آب شرب تا محل واحدهای مصرف کننده را همراه با قوانین و مقرارت و فهرست بهای شناور در دستور کار خود قرار دهد.
    کلیدواژگان: تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، تحلیل SWOT، تفکیک آب شرب و بهداشت، شبکه توزیع دوگانه آب
|
  • Hamid Momtazpour *, Aliakbar Azimi, Sahand Jorfi, Tayebe Tabatabaie, Abdolrahim Pazira Pages 1-12
    In drinking water treatments, for coagulation and sedimentation of suspended particles, several coagulants are used such as Alum, PAC and ferric chloride. In spite of their positive effect on turbidity removal, these chemicals cause some problems like corrosion and harmful by-products which result in bad effects on human and environmental health. Therefore, finding and using better and more effective materials without such adverse effects is a necessity. The aim of this research was to study the effect of chemically synthetized sodium ferrate (S.F.) in liquid state for the turbidity removal from Zayandehrud River in two conditions: normal turbidity (less than 100 NTU) and high turbidity (more than 900NTU). This research was performed in four states of 30×60, 40×60, 60×60, and 30×40; in each state, one of the water independent variables effective on water turbidity was changed. These four states were S.F. dosing rate, gentile mixing speed, rapid mixing time and pH. For the experiment design, analysis and optimization of independent variables effective on turbidity removal were used. In addition, the surface response method (RSM-D-Optimal) plus Design Expert-v10 optimization software were used for this study. Finally, in this research, according to the standard methods, the residual total Fe (due to sodium ferrate) was checked in the research in order to ensure that its value was in the allowable range for drinking water. The results showed optimum conditions as: pH of 8.5 and gentle mixing oscillating speed of 60rpm for 7min, 50rpm for 7min and 40rpm for 6min, (instead of 40rpm constant speed for 20min) and rapid mixing time of 30s with 120rpm (instead of  60s, which was conventional in Esfahan water treatment plant). In addition, the results showed that by using only 1.54mg/L of S.F. in the above-mentioned optimum condition, the water turbidity removal efficiencies were 95.17% and 99.07% for normal and high turbidity states, respectively. A comparison was made in this research between using S.F. and poly aluminum chloride (PAC) for both normal and high turbidity. The results showed the better effect of S.F. than PAC. The results also showed that the residual total Fe was in the allowable range before and after the filter (because of the reactivity of ferrate with Fe). From the results of this research, it can be concluded that using S.F. has a positive effect, technically and economically, on water turbidity removal (better effect than conventional chemicals) in both normal and high turbidity. Moreover, the results showed that residual total Fe remains in the allowable range.
    Keywords: Turbidity, Sodium Ferrate, RSM, D-Optimal Method, Design Expert Software
  • Niloufar Hamzelou, Hesam Ghodousi *, Bahman Farajmand Pages 13-23
    Nowadays, increasing population and reducing fresh water resources, needs to introduce seawater as a new water source and sweetening it using new techniques including nanoparticles considered. Mineral clays, such as cationic exchangeable bentonite clays, can exchange their own cations, including calcium and magnesium, with sodium ions of sea water. In this research, Kalkate's bentonite clay was used for seawater sweetening testing and the flame photometer device was used to measure the process of reducing sodium ion from seawater. The results showed using 5.5 gr bentonite with 200 rpm mixing velocity, in a contact time of 15 minute in 20 ml sea water is the optimal conditions for mixing bentonite and seawater. On the other hand, in order to reduce the chloride ions from seawater, MgAl-CO3 layered double hydroxides nanoparticles, was synthesized and used in water quality laboratory of the University of Zanjan. The results of  this experiments also showed using of 1.25 gr LDH with 200 rpm mixing velocity, in a contact time of 10 minute in 5 ml seawater is the optimal mixing conditions.
    Keywords: Bentonite, Cationic Exchange, Desalination, nano particles
  • Mohammad Karamouz *, Pouya Khalili Pages 24-35
    Wastewater Treatment Plants that constructed in the coastal regions need more attention since the flood occurrence may cause excessive loads on the infrastructures. These excessive loads may result in the system’s failure and innumerable damages on the infrastructure. In this study, in order to reduce WWTPs’ vulnerability in time of flood, an index called Resiliency was developed to quantify system’s characteristics. Later, two main approaches were considered to enhance the infrastructure performance; the “Resource allocation” and the “Cooperative behavior” method. The former method was applied employing those factors which were improvable with the investment of funds and financial allocations. They were utilized to make the system more robust. In addition, for this part, implementing some new agents with potential impacts on funding were described in order to have a more realistic vision. As for the latter method, the cooperative behavior approach, the cooperation was utilized to demonstrate joint operation among WWTPs and the way they interact. For this purpose, WWTPs’ placement was analyzed to check if they could operate jointly. Thereafter, effectiveness of these two approaches was compared in order to make the best decision regarding different cases. The results showed that in three collaborations among; Bowery Bay, Tallman Island, Newtown Creek, and Red Hook WWTPs, cooperation has had a significant effect on the resiliency index.
    Keywords: resiliency, flood, Wastewater Treatment Plant, Resource Allocation, cooperation
  • Laila Karim, Dariush Emadzadeh * Pages 36-47
    The need for freshwater is rising rapidly, and fresh water resources cannot meet all human needs. People's access to freshwater is now diminishing with the increasing population and expansion of cities. Accordingly the desalination of sea water has become increasingly important and selection and development of more efficient and cost-effective desalting process is a necessity. The present study was designed to optimize the operating conditions to reduce the effect of external concentration polarization on the performance of direct osmotic process. Due to the number and variety of parameters affecting the amount of water flowing through direct membranes and also with the aim of reducing the number of experiments and costs, the Taguchi experimental design method was used. The structure of membranes was investigated using scanning electron microscopy (SEM). The best performance of direct membrane was observed in membrane No. 1 with test conditions, concentration of molar salt solution, pressure head of 2 psi and pH = 9. In this condition, the flow rate of the flow through the direct osmosis membrane was 36.42 L/m2.h. The highest flux of salt passing through direct membranes was 26.11gr/m2.hr in test conditions and with the concentration of molar salt solution, the pressure head of 2 psi and pH =9. By optimizing the operation conditions, 55.51 perecent increase in the water flux was observed
    Keywords: Concentration polarization, Membrane, direct asymmetric, desalting, flowing water flow
  • Morteza Hashemzadeh, Abdolreza Nilchi, Amir Hessam Hassani *, Reza Saberi Pages 48-63
    In this research, hematite (α-Fe2O3) nanoparticles with novel surface- modified were synthesized using iron (III) chloride hexahydrate (FeCl3.6H2O) and oleic acid (C₁₈H₃₄O₂) as raw materials by hydrothermal method at 250°C. The structural analysis such as XRD, FT-IR, SEM, TEM and BET showed the distribution of the synthesized nanoadsorbent, so that more (>90%) nanorod structures (diameter of 30-60 and length of 400-700 nm) were among the less nanoscaly crystals with 40-100 nm as thickness. The high specific surface area of the novel synthesized hematite nanoparticles (31.29 m2/g) determined their high capability for the removal of lead ions (Pb2+) from aqueous solutions. The adsorption of lead ions onto the synthesized nano α-Fe2O3 was investigated by pH, adsorbent weight, lead ions concentration, and contact time in batch experiments and initial condition of 25±1°C, 120 rpm, so that the optimum conditions for lead ions adsorption was obtained. On this basis, the removal of lead ions increased with an increase in pH; the optimum solution value was about 6.5 due to the bothersome hydroxide constructions in higher pH values. The analysis of equilibrium data showed that the Langmuir isotherm model is suitable for describing the lead ions adsorption by nano α-Fe2O3. Furthermore, the maximum sorption capacity of Pb2+ was estimated to be 111 mg/g. The kinetic of lead ions adsorption onto the synthesized nano α-Fe2O3 was best fitted by the pseudo-second order model known as Ho model. As adsorption optimum condition, the maximum upatake capacity of 49.31 mg/g was recorded along with the efficiency of 98.62% for the remove of Pb2+ ions from aquoes solution (1 mg/g), using 20 mg/L nano α-Fe2O3 adsorbent at 4 hour contact time. From these results, it can be concluded that the synthesized α-Fe2O3 surface-modified nanoparticles is a promising and effective adsorbent to remove lead ions as a heavy metal pollutant from aqueous solutions.
    Keywords: Adsorption, Hydrothermal, Nanoparticle, Hematite, Kinetics, Lead
  • Khoshnaz Payandeh *, Sadegh Ghasemi Pages 64-75
    The combination of magnetic nanoparticles with other adsorbents not only does not affect their magnetic properties, but also leads to the formation of adsorbents that improve the refining process.The aim of this study was synthesis of magnetic activated carbon by Fe3O4 and investigating its efficiency in adsorption of Lead from aqueous solutions. Magnetic adsorbent prepared by the method of sequestration and physical characteristics and structure of synthesized absorbent were determined by XRD and TEM. To remove the Lead from aqueous solutions, the Box-behnken design (BBD) of response surface methodology (RSM) was employed for optimizing all parameters affecting the adsorption process. The studied parameters were pH(5-9), temperature (25-45 0C) and the amount of adsorbent (0.5-2 g). 15 experimental runs were calculated by using BBD. The optimal condition for removal of Lead by synthesis of magnetic activated carbon by Fe3O4 nanoparticles were pH=7, 450C temperature and The 2 g of adsorbent. Kinetic studies of the adsorption process specified the  efficiency of the pseudo second-order kinetic model and showed the optimal time was15 min, respectively. The maximum percentage of Lead removed after 90 min was 86.87%. The adsorption isotherm waswell fitted to Longmire model. The study showed that magnetic activated carbon has a high potential for Remove Lead. Therefore, it is believed that magnetized active carbon by keeping its physical and surface properties could be a suitable method to solve some related problems includingseparation and filtration.
    Keywords: Activated carbon, Aqueous solutions, Lead, Removal, Nanoparticles
  • Abdolmotaleb Seid, Mohammadi, Ghorban Asgari, Javad Faradmal, Mostafa Leili, Raheleh Amiri * Pages 76-90
    4-chlorophenol (4-CP) is one of the seriously toxic chlorophenol compounds found in the effluent wastewater generated by oil refineries, pharmaceutical factories, and paper and leather producers which introduced into surface and ground water resources. This research aimed to study the feasibility of nZVI nanoparticles in activation of H2O2 and persulfate under UVA-LED irradiation based on Taguchi experimental design for 4-CP removal. This experimental study was conducted using a lab-scale batch reactor equipped with 18 ultraviolet light emitting diodes lamps with a wavelength of 390 nm. The effects of operating parameters such as pH of solution, contact time, dosage of nZVI, dosages of H2O2 and persulfate and different initial 4-CP concentration were evaluted by difiend factor of 4*4 using Taghuchi L-16 orthogonal array. Based on the results of the Taguchi method, the optimum conditions for removal of 4-CP in nZVI activated persulfate process included the initial 4-CP concentration of 25 mg/L, pH=3, reaction time of 60 min, nZVI and persulafte respective dosages of 2 and 2 mM. The highest removal efficiency and S/N values for this process were 51.83% and 34.29%, respectively. Also, optimum conditions for removal of 4-CP in nZVI activated H2O2 process were the initial 4-CP concentration of 25mg/L, pH=3, reaction time of 30 min, nZVI and H2O2 dosages of 0.75 and 1 mM. In this condition, the highest removal efficiency and S/N values were 81.76% and 38.25%, respectively. In both processes in this case, under acidic conditions, an increase in the active catalyst (Fe2+) activated more and more oxidants (radical hydroxide and radical sulfate) in both reactants, resulting in better efficiency of processes in these conditions. UVA-LED/H2O2/nZVI process could serve as a new and feasible approach for the degradation of 4-CP as well as other organic contaminants containing wastewater due to high efficiency, low contact time and need to the lowest oxidants agents. UVA-LED/H2O2/nZVI process could serve as a new and feasible approach for the degradation of 4-CP as well as other organic contaminants containing in wastewater due to high efficiency, low contact time and need to the lowest oxidants agents.
    Keywords: UVA-LED, 4-Chlorophenol, Activation, Zerovalent Iron, Taguchi method
  • Behnam Dovlati *, Ehsan Naderi, Hosein Pirkharrati Pirkharrati, Khalil Farhadi Pages 91-102
    The presence of chromium in drinking water and the entry of industrial wastewater into groundwater resources endangers human health and the environment. This study was done to investigate the effect of leonardite to remove Cr+6, Cr+3 from aqueous environments. The optimal values of factors were determined by the surface response model and the central composite design. Adsorption data were fitted with the pseudo-first order and pseudo-second order kinetic models. In addition, the effects of interfering cations and anions on chromium adsorption were determined. The results showed that the contact time, amount of leonardite and pH significantly affect chromium sorption. Chromium kinetic data were well fitted (R2=0.995) to the pseudo second order equation. The capacity (qe) and adsorption coefficient (Kads) parameters for Cr3+ were higher than Cr6+. As a large amount of Cr3+ was adsorbed by leonardite in a short time. Fe3+ and SO42- as interfering ions reduced the removal of Cr3+ and Cr6+ by leonardite respectively. It is concluded that Leonardite, as a biodegradable adsorbent, is suitable for remove of chromium from contaminated waters.
    Keywords: Leonardite, Chromium, Kinetics, Ion Interfering’s
  • Saeedeh Rastgar *, Hassan Rezaei, Hossein Yousefi Pages 103-112
    Lead is one of the most dangerous and toxic elements that is considered a serious threat to human and the environment. One of the effective technologies for removing this metal from wastewater is use the adsorption with natural adsorbents. The main objective of this study was to investigate the chitin Nano-fiber as natural absorption for removal of lead metal from aqueous solutions in a discontinuous system. X-ray diffraction (XRD), infrared spectrometer (FT-IR) and transient electron microscopy (TEM) were used to identify the physical, chemical and structural characteristics of chitin Nano-fiber. In the discontinuous system, pH (4-9), absorption dose (0.1-1 g), contact time (15-120 min), lead initial concentration (10-50 mg/L) and temperature (15-40 °C) were studied. The results were analyzed by one-way ANOVA and Duncan's tests for significant evaluation of changes in parameters. The highest percentage of removal of lead (98.95%.) was obtained at 25 °C, pH 5, 60 min contact time, absorbent dose of 0.3 g and lead concentration of 10 mg/L. The results of this study showed that chitin Nano-fiber is considered as an optimal absorber for removal of lead from aqueous solutions by removing more than 98% of lead from aqueous solutions.
    Keywords: Adsorption, Chitin Nano-fiber Gel, Lead, Heavy metal, Aqueous solutions
  • Farzaneh Fotouhi Firoozabad *, Mohammad Reza Ekhtasasi, Mohammad Sefid, Ali Morovati Sharifabadi Pages 113-120
    In the current situation, water resources are facing quantitative and qualitative issues which leave us with no other choice except to change our perspective towards consumption management. Separating drinking water from sanitary water is one of the components of the consumption quality management. This study was carried out based on SWOT analysis and AHP. At first, strengths, weaknesses, opportunities and threats of separation of drinking water from sanitation water was obtained by survey of experts’ opinions. Priorities among SWOT factors and inconsistency rate of matrices was obtained by pairwise comparison matrices. In SWOT analysis the internal factor evaluation matrix (IFE), the external factors evaluation (EFE) and the internal and external factors (IE) were used. IFE and EFE matrices showed the final score of internal and external factors as 2.51 and 1.78, respectively. This indicated that the condition in Yazd are favorable in terms of internal factors while it is not positive in terms of using opportunities or staying away from threats. According to the internal and external factors, strategies are considered as drinking water distribution network (pipeline for drinking water) (SO), Governmental centralized drinking water distribution network (ST), private sector centralized drinking water distribution network (WO) and private sector mobile distribution systems of drinking water (WT). IE matrix showed that the Water and Sewage Company should choose the ST strategy (centralized drinking water distribution network) to avoid the threats and as a solution to water scarcity in 5- to 10-yr horizon
    Keywords: Analytic Hierarchy Process (AHP), SWOT Analysis, Separation of Drinking Water, Sanitation Water, Dual Water Distribution Network