مجله آب و فاضلاب
پیاپی 65 (بهار 1387)

ارزیابی کارآیی سامانه های پایش کیفی منابع آب و بهبود مؤلفه های مختلف این سامانه ها مانند مکانیابی بهینه ایستگاه های پایش از اهمیت ویژهای برخوردار است. دلیل اصلی اهمیت این موضوع، هزینه های قابل توجه این سامانه ها میباشد. به طوری که کاهش اطلاعات مازاد میتواند در کاهش هزینه های سامانه، بدون کاهش میزان و دقت اطلاعات حاصل، تاثیر قابل توجهی داشته باشد. همچنین پیشنهاد تاسیس ایستگاه های جدید میتواند کمبودهای اطلاعاتی را پوشش دهد. سامانه های منابع آب و محیط زیست معمولا سامانه هایی پیچیده و غیرخطی میباشند و تقریبا در هیچ یک از این سامانه ها، اطلاعات کافی برای توصیف رفتارهای احتمالی وجود ندارد. تئوری آنتروپی، یکی از روش های موجود برای ارزیابی عدم قطعیت موجود در سامانه های منابع آب با استفاده از اطلاعات محدود موجود میباشد. در این مقاله سعی شده است با استفاده از تئوری آنتروپی گسسته، کارآیی سامانه پایش کیفی منابع آب زیرزمینی دشت تهران ارزیابی شود و یک روش جدید برای بهنگامسازی موقعیت ایستگاه های پایش ارائه گردد. در روش پیشنهادی، یک منحنی که نشان دهنده شاخص انتقال اطلاعات بر حسب منحنی T-D برای تمامی ایستگاه ها است، برای هر متغیر کیفی محاسبه و ترسیم میشود. برای در نظر گرفتن عدم قطعیت موجود در مشخصات این منحنی، از تئوری مجموعه های فازی استفاده میشود. یک مدل الگوریتم ژنتیک هیبریدی نیز برای بهینه کردن فاصله بین ایستگاه های پایش کیفی با توجه به وزن و اهمیت نسبی هر یک از متغیرهای کیفی شاخص ارائه میگردد. نتایج حاصل از این مقاله نشان دهنده کارآیی مناسب الگوریتم پیشنهادی در ارزیابی و بهنگام سازی سامانه های پایش کیفی منابع آب زیرزمینی میباشد.

در این مقاله یک مدل بهینهسازی چندهدفه نوین برای انتخاب نقاط بهینه در شبکه توزیع آب بهمنظور نصب ابزارهای اندازهگیری فشار ارائه میشود. داده های فشارسنجی جمعآوری شده در نقاط منتخب (بهینه) میتواند بعدا برای واسنجی مدل مورد استفاده قرار گیرد. توابع هدف، افزایش دقت پیشبینی مدل واسنجی شده و کاهش هزینه کل نمونه برداری میباشند. به منظور کاهش زمان اجرا، مدل بهینهسازی چندهدفه با تلفیقی از الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی سازگار توسعه یافته است. شبکه عصبی پس از پیشرفت چند نسل اولیه الگوریتم ژنتیک به صورت اولیه آموزش دیده و پس از تولید تعداد مشخصی از جوابهای تحلیل شده با مدل کامل به صورت دورهای در طی الگوریتم ژنتیک آموزش مجدد داده می شود تا بهروز گردد. شبکه عصبی آموزشدیده در طی پیشرفت الگوریتم ژنتیک جایگزین محاسبه تابع هدف بخشی از کروموزومهای یک نسل میگردد. استفاده از حافظه نهانی سبب جلوگیری از ارزیابی تابع هدف جوابهای تکراری در طی الگوریتم میشود. جواب مدل بهینهسازی به صورت مجموعه نقاط غیرپست (رویه بهینه پارتو) نسبت به دو تابع هدف به دست میآید. نتایج نشان میدهد تلفیق شبکه های عصبی مصنوعی در مدل بهینهسازی الگوریتم ژنتیک برای برآورد تابع هدف بخشی از جوابها، کاهش چشمگیری در زمان اجرا دارد و میتواند در کاهش زمان اجرای مدلهای بهینهسازی با زمان اجرای طولانی بسیار نویدبخش باشد.

در پایان سال 1385 تعداد آزمایشگاه های روستایی کشور با رشدی معادل 93/87 درصد نسبت به سال 1382 از 90 واحد به 166 واحد رسید و میانگین کشوری شاخصهای کیفیت میکربی آب شرب روستایی در فاصله سالهای 1383 و 1385در بخش کلر باقیمانده از 13/90 به 43/91 درصد و فقدان باکتری شاخص اشریشیاکلی از 37/84 به 07/93 درصد افزایش یافت. با درج آزمون کدورت در سرفصل شاخصهای میکربی و الزام به انجام آن، شاخص مطلوبیت کدورت از دیدگاه بهداشتی (کمتر از NTU 1) به 69/72 درصد و از نظر مقبولیت عمومی و استاندارد (کمتر از NTU 5) به 6/95 درصد رسید. بهرغم این دستاوردها، نقیصه های متعددی از جمله عدم کفایت تعداد نمونه برداری و تاخیر در انجام و گزارش آزمونها قضاوت متقن پیرامون شاخصهای کیفیت میکربی آب شرب روستایی را با تردید مواجه میسازد. نبود مستندهای اجرایی متناسب با شرایط روستایی و نیازهای کارکنان در صف در یک سو و از دیگر سو پراکندگی و گستردگی روستاها و فقدان نظارت مورد انتظار ناشی از نبود یا کمبود نیروی انسانی متخصص و احساس کهتری آن، فرسودگی تاسیسات و عدم نگهداری و راهبری صحیح آنها همراه با ضعف در ثبت و گزارش فعالیتها از جمله نقیصه های پیشرو است. برای جبران این نقیصه ها تمهیدهایی همچون پیریزی ستاد ملی کمیته تخصصی بهداشت آب روستایی، برنامهریزی برای توسعه ایستگاه های کلرزنی و آزمایشگاه های ثابت، پیریزی سرفصل نوین آزمایشگاه های سیار، تلاش برای اعمال انضباط در پردازش، تحلیل و بازخورد اطلاعات، توانمند ساختن کارکنان در صف، تدوین و ترجمه مستندهای مدیریتی و فنی مورد نیاز، کنترلهای هوشمندانه ستادی و... پیشبینی شده و در دست اجراست.

ترکیبات آزو به ملکولهایی که دارای یک یا چند پیوند آزویک (-N=N-) باشند اطلاق میگردد. پیوندهای مزبور ساختارهای حلقوی را به یکدیگر متصل میکنند. این رنگها بزرگترین طبقه رنگهای مورد استفاده در نساجی و دیگر صنایع میباشند. در صنایع نساجی حدود 15 درصد از رنگزاهای مصرفی طی فرآیند رنگرزی وارد پسابهای نساجی میشوند. رهاسازی این ترکیبات در محیط بسیار نامطلوب است، زیرا تعدادی از این رنگها و محصولات حاصل از تجزیه آنها، برای موجودات زنده اثرات سمی و جهشزا دارند. روش های بیولوژیکی برای حذف این مواد به خاطر راهبری آسان، و عدم نیاز به مواد شیمیایی و هزینه کمتر، روش های مناسبتری هستند. اساس حذف رنگهای آزو به وسیله سیستمهای بیولوژیکی، احیای بیهوازی رنگهای آزو و سپس معدنیسازی آمینهای آروماتیک به وسیله سیستمهای هوازی میباشد. سیستم بافلدار بیهوازی (ABR) یک راکتور بیهوازی با بار آلی بالا است که از 3 تا 8 اتاقک تشکیل شده است. هدف از این تحقیق بررسی راندمان حذف رنگ آزو و همچنین حذف CODفاضلاب به وسیله سیستم بیهوازی ABR میباشد. در این طرح از یک راکتور بیهوازی ABR با حجم مفید 5/13 لیتر و زمان ماند 24 ساعت استفاده شد. این راکتور ابتدا با فاضلاب سنتزی بارگیری شد سپس به فاضلاب سنتزی، رنگ آزوی قرمز C.I.Reactive Red2که در صنایع نساجی کاربرد زیادی دارد اضافه شد و درصد حذف رنگ وCOD مشخص گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که میانگین راندمان حذف رنگ در سیستم بیهوازی بافلدار ABR، 5/89 درصد و همچنین میانگین درصد حذف COD در این راکتور 5/54 میباشد. سیستم بیهوازی ABR به علت توانایی در شکستن پیوندهای آزو، قدرت رنگبری بیشتری نسبت به سیستمهای هوازی دارد. ضمنا با بررسی نتایج مشاهده گردید که افزایش غلظت رنگ ورودی تاثیر محسوسی بر راندمان حذف COD در راکتور ABR ندارد. همچنین بیشترین درصد حذف رنگ در اتاقکهای ابتدایی راکتور ABR دیده شد.

در این تحقیق عملکرد راکتور بیوفیلمی بستر متحرک MBBRبه عنوان تلفیقی از سه سیستم لجن فعال، بستر چسبیده و بستر سیالی شده در تصفیه مخلوط فاضلابهای شهری و صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است. فاضلاب ورودی به تصفیهخانه پرکندآباد مشهد مخلوطی از فاضلاب شهری و فاضلاب چندین صنعت مختلف (صنایع غذایی، نساجی، کانی فلزی، کانی غیر فلزی و...) میباشد. برای این منظور عملکرد سیستم MBBR در یک پایلوت 100 لیتری و در شرایط آب و هوایی مشابه با تصفیهخانه پرکندآباد مشهد و در زمانهای ماند مختلف و بارهای آلودگی متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که وجود شوکهای هیدرولیکی در این تصفیهخانه یکی از مشکلات رایج میباشد در مراحل بعدی عملکرد سیستم پس از اعمال شوک هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است. این سیستم در زمان ماندهای بیشتر از 12 ساعت قابلیت کاهش COD در حد استانداردهای سازمان حفاظت محیط زیست را دارد. همچنین در زمان کوتاهی پس از اعمال شوک هیدرولیکی توانایی برگشت به حالت پایدار را دارد.

در این آزمایش از 24 گونه گل زینتی به صورت آکواپونیکس و 10 گونه ماهی زینتی برای پرورش استفاده شد. هدف از اجرای این طرح استفاده هر چه بیشتر و بهتر از فاضلاب شهری است تا به طریقی بتوانیم این نوع آبهای زائد را وارد چرخه اقتصادی کنیم. به علاوه با تصفیه زیستی این نوع آبها، میزان بار آلودگی آبهای دریایی منطقه نیز کاهش خواهد یافت. در این بررسی ویژگی های شیمیایی آب حوضچه های گلها و ماهی های زینتی مانند هدایت الکتریکی، دمای آب، اکسیژن محلول، pH آب و کل جامدات محلول به صورت روزانه اندازهگیری شد. ویژگی های دیگر مانند شوری، نیتریت، نیترات، آمونیاک، کل جامدات معلق، کلرید، سولفات، آهن، پتاسیم، کربنات و... به صورت ماهانه اندازهگیری شد. در نهایت مشخص گردید که بهترین ماندگاری برای گلهای زینتی متعلق به شاهپسند، لوز، کونوکارپوس، بنجامین ابلق و فینیکس است. در مورد ماهی های زینتی نیز که وضعیت بهتری نسبت به گلها از خود نشان دادند. بیشترین رشد متعلق به پیرانای شکم قرمز و جونیت بود.

حالت زنده لکن غیر قابل کشت (VBNC)، شرایطی است که در آن باکتری ها قابلیت رشد روی محیطهای باکتریولوژیک معمولی که به طور عادی در آن رشد کرده و تشکیل کلنی میدهند را از دست داده لکن هنوز زنده بوده و قادر به بازیابی فعالیت متابولیکی خود میباشند. حالت VBNC در ارزیابی سلامت عمومی، استریل بودن آب آشامیدنی و مواد دارویی و صنایع غذایی واجد اهمیت است. باکتری های متعددی که عمدتا پاتوژنهای انسانی میباشند میتوانند وارد این حالت شوند. باکتری ها در پاسخ به تعدادی از استرسهای طبیعی از قبیل: گرسنگی، انکوباسیون خارج از دمای بهینه رشد و افزایش فشار اسمزی وارد این حالت میشوند. باکتری هایی که وارد حالت VBNC میشوند متحمل تغییرات زیاد فیزیولوژیک، ساختاری و ژنتیکی میگردند به طوری که اندازه سلولها کاهش می یابد و از فرم میلهای به کوکسی تبدیل میشوند. دیواره سلولی ضخیم شده و پپتیدوگلیکان دارای پیوندهای تقاطعی زیادی میشود. غشای سلولی تمامیت خود را حفظ مینماید، هر چند متحمل تغییرات اساسی در ساختار خود میشود. از تغییرات متابولیک میتوان کاهش رشد، کاهش در جذب مواد غذایی، کاهش در میزان تنفس و همین طور سنتز پروتئینهای جدید و باقی ماندن ATP در یک سطح ثابت را نام برد. در حالت VBNC برخی از پاتوژنها خصوصیات ویرولانس خود را حفظ میکنند. بیان ژن در سلولهای VBNC ادامه می یابد. اسیدهای نوکلئیک در فازهای اولیه که باکتری وارد حالت VBNC شده است دست نخورده باقی میماند، لکن با طولانی شدن و پایداری آن در این حالت به تدریج تجزیه میشوند. برای مطالعه حالت VBNC، از روش های سیتولوژیک از قبیل شمارش زنده به طور مستقیم و احیای نمک تترازولیوم همچنین روش های مولکولی مانند واکنش نسخهبرداری معکوس و پروتئین سبز فلورسنت استفاده شده است. احیاء از حالت VBNC با حذف عامل القاء کننده شروع میشود. عواملی که موجب احیاء باکتری ها از فاز VBNC میشوند شامل اضافهکردن مواد غذایی و مواد شیمیایی مشخص، اضافه کردن کم سلولهای قابل رشد و پاساژ در میزبان حیوانی میباشند که برحسب نوع باکتری عامل احیاء فرق دارد. به دلیل باقی ماندن خصوصیات ویرولانس باکتری ها در حالت VBNC باید توجه ویژهای به این موضوع در ارزیابی سلامت آب آشامیدنی شود.

با توجه به وجود مواد آلی در پسابهای صنعتی و روند رو به افزایش آنها و اهمیت تجزیه این مواد و کاستی های روش های قبلی برای تجزیه آنها و به منظور طراحی و تعیین عملکرد یک سیستم بیوفیلتر، این تحقیق در مقیاس آزمایشگاهی در مرکز تحقیقات مهندسی بیوشیمی و کنترل محیط زیست دانشگاه صنعتی شریف انجام شد. تحقیق مزبور در مرحله اول برای طراحی و ساخت سیستم به روش مقدماتی و در فاز دوم برای تعیین عملکرد به روش تجربی انجام گرفت. سیستم بیوفیلتر به ارتفاع 3 متر و قطر داخلی 15 سانتیمتر به کار برده شد و تاثیر سیستم با تهیه محلولهایی با COD متفاوت و عبور دادن از بستر فیلتر تعیین گردید. در مدت شش ماه تحقیق تجربی پنج محلول با CODهای متفاوت تهیه و از بستر فیلتر عبور داده شد و میزان COD پساب خروجی تعیین گردید. آزمایشهای انجام شده روی پساب خروجی نشان داد که میزان بارگذاری مواد آلی برحسب کیلوگرم COD بر مترمکعب بر ساعت پساب ورودی به بیوفیلتر به عنوان یک عامل مهم بر درصد حذف COD نقش دارد و در عمل پس از عبور پساب با میزان بارگذاری 24/51کیلوگرم بر مترمکعب بر ساعت مواد آلی از بستر فیلتر میزان حذف آلودگی برابر 75 درصد بود. سیستم بیوفیلتر بار قوی به کار گرفته شده در این تحقیق قادر به تجزیه مواد آلی پسابهای صنعتی حاصل از کارخانه های قند میباشد و این تحقیق تجربی به مقایسه سیستم مورد اشاره با سایر سیستمهای استاندارد متعارف تصفیه پسابهای صنعتی پرداخته است.

طراحی کانالها و حوضچه های آرامش مستلزم تعیین عمق ثانویه و افت انرژی پرش هیدرولیکی میباشد. حل معادلات اندازه حرکت و انرژی در یک کانال با مقطع ذوزنقهای دارای شیب کم با روش های پیچیده سعی و خطا یا دیگر روش های عددی امکان پذیر است. راه حل دیگر استفاده از منحنی نیروی مخصوص- عمق بهازای دبی مشخص یا استفاده از جدولها و نمودارهای کمکی است. در این تحقیق، ابتدا معادلات اندازه حرکت و انرژی به معادلات بیبعد تبدیل شده اند. سپس با استفاده از نتایج حل عددی این معادلات و با آنالیز رگرسیون غیرخطی چندمتغیره، معادلات مستقیمی برای تعیین عمق ثانویه و افت انرژی پرش هیدرولیکی در کانالهای ذوزنقهای با شیب کم، پیشنهاد شده است. معادلات پیشنهادی دقت بسیار خوبی در محدوده کاربردهای مهندسی دارند و برای محدوده وسیعی از مقادیر دبی، ضریب شکل مقطع و اعداد فرود 1 تا 13 قابل استفاده میباشند.