فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 94 (بهمن و اسفند 1393)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 94 (بهمن و اسفند 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/12/15
  • تعداد عناوین: 14
|
  • نسترن رازقی، سید حسین هاشمی، خسرو جدیدی، کیومرث آقاپور صفحات 1-9
    برخی از آلاینده های آب و پساب با استفاده از روش های معمول و سنتی تصفیه از بین نمی روند؛ لذا استفاده از روش های نوین با کارایی بالاتر و هم سویی بیشتر با محیط زیست، مورد توجه محققان قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش، بررسی کارایی حذف فنل از آب با استفاده از مواد کریستالی موبیل (MCM-41) عامل دار Ti-MCM-41، Fe-MCM-41،MCM-SiC3H6NH2 و Mo-MCM-41 و ماده MCM-41 بدون عامل کلسینه شده و نشده بود. در این پژوهش ماده MCM-41 به روش هیدروترمال سنتز شد. برای شناسایی جاذب های سنتز شده، آنالیزهای SEM، XRD و FTIR صورت گرفت و میزان جذب آلاینده آلی فنل بررسی شد. آزمایش های جذب بر روی جاذب، درون راکتور ناپیوسته به صورت اندازه گیری جذب سطحی انجام شد و اثر پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند جذب مانند مقدار جاذب، دانه بندی ذرات جاذب وpH با نرم افزار آماری استاتیستیکس بررسی شد. نتایج نشان داد، مقدار جاذب و pH دارای بیشترین اثر بر جذب است. نتایج این پژوهش نشان داد که MCM-41 بدون عامل، دارای ظرفیت بالایی برای حذف فنل از آب است و بهترین مقدار جاذب برای حذف حدود 95 درصدی فنل، 1 گرم از جاذب در 50 میلی گرم در لیتر فنل، با اندازه ذرات جاذب کمتر از 0/018 میلی متر ودر pH 7 تا 9 است.
    کلیدواژگان: فنل، مزوپورMCM، 41، جذب سطحی، سورفاکتانت، ایزوترم های جذب
  • ارغوان میراحسنی، علیرضا بدیعی، افسانه شهبازی، هستی هاشمی نژاد، مجید سرتاج صفحات 10-19
    در این تحقیق، ابتدا سیلیکای نانو متخلخل SBA-15 سنتز و سپس به وسیله گروه های عاملی آمینی، با روش پساسنتزی عامل دار شد. ساختار مواد ساخته شده به وسیله آنالیزهای XRD، جذب و وا جذب نیتروژن و FTIR شناسایی شدند. میزان جذب رنگ کاتیونی مالاشیت گرین بر روی SBA-15 عامل دار شده، تحت شرایط مختلف (pH (7، 6، 5، دز جاذب (0/5، 0/3، 0/1 گرم در لیتر)، غلظت اولیه محلول (300، 250،200، 150، 100، 50 میلی گرم در لیتر) و دما (30، 20، 10 درجه سلسیوس) مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر هر یک از عوامل بر روی میزان جذب بررسی شد. بیشینه ظرفیت جذب در شرایط بهینه (pH برابر 7؛ دز جاذب برابر 0/3 گرم در لیتر، غلظت رنگ برابر100 میلی گرم در لیتر، دما 30 درجه سلسیوس) که در آن حذف رنگ به طور کامل (100درصد) اتفاق افتاد برابر 333 میلی گرم در گرم به دست آمد. عوامل موثر بر جذب با نرم افزار Qualitek-4 به روش تاگوچی بهینه سازی شد و سپس ایزوترم، سینتیک و ترمودینامیک فرایند جذب، در شرایط بهینه بررسی شد. نتایج نشان داد که جذب مالاشیت گرین به صورت چند لایه ایی بر روی سطح جاذب اتفاق افتاده است و ایزوترم جذب از مدل فروندلیچ پیروی می کند. بیشینه ظرفیت جذب در حدود 500 میلی گرم در لیتر برآورد شد. سینتیک جذب نسبتا سریع و از نوع شبه درجه دوم و فرایند جذب از نوع گرماگیر و خودبخودی (0
    کلیدواژگان: SBA، 15 عامل دار شده، جذب، مالاشیت گرین
  • نسرین شیخ، شهره کیانفر صفحات 20-29
    جاذب های پلیمری ابزار مفیدی برای حذف فلزات سنگین از محلول های آبی به شمار می روند. از آنجایی کهاستفادهاز مدل های جذب می تواند موجب پیش بینی و تسهیل ارزیابی این فرایند شود،لذا در این تحقیق به بررسی رفتارجذبی جاذب های شبکه ای شده کیتوزان، پلی وینیلالکل و ترکیب آنها)نسبت وزنی 1:1)به منظور حذف فلزات نیکل و منگنز از محلول های آبی، از طریق دو مدل جذب لانگمیر و دوبینین-رادشکویچ، پرداخته شد. جاذب پلی وینیل الکل با هر دو روش شیمیایی و پرتویی و سایر جاذب ها به دلیل عدم مقاومت کیتوزان به پرتو فقط به روش شیمیایی شبکه ای شدند. برای هر دو فلز، مدل لانگمیر تطابق بهتری با داده های آزمایشگاهی داشت. بیشینه ظرفیت جذب به دست آمده از مدل لانگمیر نشان داد که جاذب کیتوزان/پلی وینیل الکل از جذب بالاتری نسبت به جاذب های دیگر برخوردار است. بیشینه جذب توسط این جاذب 52/63 میلی گرم بر گرم برای نیکل و 30/30 میلی گرم بر گرم برای منگنز بود و فلز نیکل بیشتر از منگنز جذب شد. همچنین، پلی وینیل الکل شبکه ای شده به روش شیمیایی، برای نیکل بیشینه جذب 38/46 میلی گرم بر گرم و برای منگنزبیشینه جذب 19/23 میلی گرم بر گرم را داشت که نسبت به مقدار مربوط به نمونه شبکه ای شده به روش پرتوییبالاتر بود. درنهایت برمبنای نتایج حاصل از این مطالعه مشخص شد که میزان جذب در ارتباط با نوع فلز جذب شده، ساختار جاذب و روش شبکه ای کردن آن است.
    کلیدواژگان: جذب فلزات سنگین، شبکه ای شدن، ایزوترم لانگمیر، ایزوترم دوبینین، رادشکویچ
  • ناصر جعفری صفحات 29-35
    فلز کادمیم اثرات بدی بر روی اعصاب، کلیه و جنین دارد و همچنین با اثر سرطان زایی باعث مرگ می شود. جذب زیستی نسبت به روش های دیگر حذف فلزات سنگین، مزایایی دارد که از جمله مهم ترین آنها می توان به کارایی بالا برای حذف از محلول های رقیق، فراوانی حضور آنها در طبیعت و استفاده چند باره از این جاذب ها اشاره کرد. در این تحقیق توانایی زی توده خشک دو جلبک قهوه ای سیستوسیرا اندیکا و فوکوس سراتوس برای جذب فلز کادمیم مورد برسی قرار گرفت. جلبک سیستوسیرا اندیکا از ساحل دریای عمان و فوکوس سراتوس از ساحل اقیانوس اطلس جمع آوری شده است. جلبک ها ابتدا خشک شد، سپس سه بار با آب معمولی و پس از آن با آب مقطر بدون یون شستشو داده شد. آنگاه به قطعاتی با قطر 0/5 تا 1/0 میلی متر جداسازی شد. برای همه آزمایش ها از آب مقطر استفاده شد و به آن میزان مشخص از کادمیم اضافه و آنگاه جلبک افزوده شد. بعد از تماس جلبک وفلز، میزان فلز در محلول قبل و بعد از آزمایش به وسیله دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد. pH بهینه برای جذب فلز کادمیم، برابر 3/0±5/6 و 3/0±5/5 به ترتیب برای سیستوسیرا و فوکوس بود. بیشترین میزان جذب فلز در هر دو جلبک درpH اسیدی رخ داد. زمان به تعادل رسیدن جذب فلز به وسیله سیستوسیرا و فوکوس به ترتیب 360 و 300 دقیقه بود. با استفاده ار معادله ایزوترم لانگمیر، مدل خطی ظرفیت جذب کادمیم به وسیله دو جلبک سیستوسیرا و فوکوس 44/58 و 54/95 میلی گرم بر گرم وزن خشک جلبک به دست آمد. گروه های عاملی دخیل در جذب فلز کادمیم در سطح دو جلبک شناسایی شدند. نتایج این تحقیق نشان می دهد جلبک فوکوس کارایی بالاتری در مقایسه با سیستوسیرا در جذب فلز کادمیم دارد.
    کلیدواژگان: جذب زیستی، فلزات سنگین، جلبک، ایزوترم، سینتیک
  • محمد امین ذوالفقاری پور، آزاده احمدی صفحات 36-46
    در این مقاله، مدیریت کیفی رودخانه به منظور حداقل سازی هزینه های حفظ محیط زیست و تامین معیارهای کیفیت آب انجام شد. به منظور لحاظ کردن نقش تخلیه کنندگان بار آلودگی در تصمیم گیری و افزایش قابلیت اجرا برای برنامه های پیشنهادی تخصیص بار آلودگی در رودخانه، از رویکرد گزینش اجتماعی استفاده شد. ابتدا برای هر تخلیه کننده، سناریوهای مختلف تصفیه فاضلاب، مشخص و گزینه های تصفیه که ترکیبی از سناریوهای تصفیه هستند، تعریف شدند. سپس با استفاده از مدل شبیه سازی کیفی Qual2kw، برای هر یک از گزینه های تصفیه، مقادیر جریمه تخطی از استاندارد کیفی محاسبه شد و هر یک از تخلیه کنندگان، گزینه های تصفیه را بر اساس هزینه های آن اولویت بندی کردند که شامل هزینه های تصفیه و جریمه تخطی از استاندارد کیفی بود. در نهایت با استفاده از روش های مختلف گزینش اجتماعی، گزینه مطلوب تصفیه انتخاب شد. همچنین به منظور کاهش هزینه ها و ایجاد انگیزه برای تخلیه کننده ها برای مشارکت در حفاظت کیفی رودخانه، گزینه مطلوب تصفیه به عنوان مجوز اولیه تخلیه بار آلودگی با استفاده از سیستم نسبت-تجارت توسعه یافته بین تخلیه کننده ها مورد تبادل قرار گرفت. نتایج حاصل از کاربرد مدل پیشنهادی در یک مطالعه موردی که قسمتی از رودخانه زرجوب در شمال ایران بود، نشان داد که تدوین سیاست های تخصیص بار آلودگی رودخانه ها کارایی مناسبی دارد.
    کلیدواژگان: مدیریت کیفی رودخانه، رویکرد گزینش اجتماعی، تخصیص بار آلودگی، سیستم نسبت تجارت توسعه یافته
  • سید جواد هاشمی، علیرضا ریاحی بختیاری، راضیه لک صفحات 47-56
    در این مطالعه به منظور بررسی پراکنش و تعیین منشاء فلزات سرب، مس، روی، نیکل، کروم و وانادیم در رسوبات سطحی سواحل جنوب غربی دریای خزر، نمونه برداری از رسوبات سطحی سه نیم خط کپورچال، بندرانزلی و کیاشهر در خرداد ماه 1391 انجام شد. غلظت فلزات توسط دستگاه ICP-OES تعیین شد. منشاء فلزات در منطقه طبیعی و ناشی از فرسایش خاک و سنگ های حوضه آبریز رودخانه های ورودی به دریا به دست آمد. میانگین غلظت کلی فلزات در امتداد نیم خط های مورد مطالعه با افزایش فاصله از ساحل، افزایش معنی داری را نشان دادند که می تواند ناشی از انتقال رسوبات با توجه به شیب ساحل در امتداد نیم خط ها باشد. همچنین میانگین غلظت کلی فلزات در امتداد ساحل، افزایش معنی داری را درنیم خط بندرانزلی نشان دادند، که از دلایل آن می توان به وجود تالاب انزلی با توجه به تعدد رودخانه های ورودی به آن و مجاری خروجی از آن به دریا اشاره کرد. همچنین غلظت کلی فلزات در رسوبات سطحی منطقه در مقایسه با استانداردهای جهانی SQGs و NOAA پایین تر بود. کد ارزیابی ریسک نیز برای فلزات مورد مطالعه، عدم ریسک و فقط برای سرب و مس، ریسک پایین را نشان داد.
    کلیدواژگان: منشایابی، ارزیابی ریسک، سرب، مس، روی
  • ابراهیم احمدی شرف، مسعود تجریشی صفحات 57-66
    حوضچه های ذخیره یکی از روش های سازه ای کنترل سیلاب در محیط های شهری هستند. اگرچه تاثیر مثبت این سازه ها در کنترل سیلاب امری بدیهی است، اما برخی از تحقیقات نشان داده اند که استفاده از آن ها در مکان های نامناسب می تواند باعث بدتر شدن وضعیت سیلاب یک حوضه شود. در این مقاله، روشی ابتکاری ارائه شد که در آن از نتایج مدل سازی هیدرولوژیکی- هیدرولیکی برای جانمایی حوضچه ها به منظور کنترل سیلاب به صورت مستقیم استفاده می شود. حوضه درکه در شهر تهران به عنوان مورد مطالعه انتخاب شد. برای جانمایی حوضچه، معیارهای مختلفی از جمله هیدرولوژیکی، فیزیوگرافی و اقتصادی در نظر گرفته شد. مدل SWMM برای شبیه سازی های هیدرولوژیکی- هیدرولیکی به کار گرفته شد تا وضعیت شبکه موجود در مقابله با سیلاب ارزیابی شود. نتایج مدل سازی، شامل نقاط آب گرفتگی و آبنمودهای جریان به عنوان پارامترهای ورودی به ساختار تصمیم گیری چند معیاره مکانی در نظر گرفته شدند. در این ساختار، از فرایند تحلیل سلسله مراتبی به عنوان ساختار تصمیم گیری و از سیستم اطلاعات جغرافیایی به عنوان ابزار تحلیل مکانی استفاده شد. خروجی حاصله نقشه ای بود که میزان تناسب هر نقطه از حوضه مورد مطالعه را برای احداث حوضچه های ذخیره نشان داد. با الگوریتم ارائه شده، می توان روند جانمایی این تاسیسات و سایر BMPها را در سطح یک شهر بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: حوضچه های ذخیره، جانمایی، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی، تهران، کنترل سیلاب شهری
  • کیومرث روشنگر، پدرام پورحیدر صفحات 67-76
    تغییر ناگهانی شرایط مرزی در سیستم های انتقال آب مانند باز و بسته شدن ناگهانی شیر فلکه و روشن و خاموش شدن ناگهانی پمپ و توربین، باعث ایجاد جریان گذرایی می شود که اصطلاحا ضربه قوچ نامیده می شود. این پژوهش، یک مطالعه موردی بود که در آن پارامترهای موثر موجود در خط انتقال نظیر جنس لوله و غیره و تاسیسات کاهنده ضربه قوچ به منظور کاهش اثرات ناشی از این پدیده بررسی شد. این کار با مدل سازی یک مثال عملی شامل خط انتقال آب از ایستگاه پمپاژ در نزدیکی شهرک مسکونی شهید شیردم به مخزن بالادست منطقه، واقع در شهر تهران به کمک نرم افزار Bentley HammerXMV:8 انجام شد. بررسی و مقایسه نتایج حاصله نشان داد که لوله GRP نسبت به لوله آزبست سیمانی، مقدار 49/1 کیلوپاسکال و نسبت به لوله آهنی مقدار 50/3 کیلوپاسکال، کاهش فشار داشته است. بررسی مقایسه ای سیستم های حفاظتی حاکی از این بود که اولا مخازن ضربه گیر در کنترل فشار بهتر از سایر لوازم حفاظتی عمل نمودند به طوری که فشار بیشینه به میزان 3/9 بار، نسبت به چرخ طیار و 5 بار، نسبت به شیر یک طرفه کاهش داشت و ثانیا در به کارگیری ترکیبی عوامل حفاظتی، کاربرد همزمان مخزن بار ضربه گیر با چرخ طیار، ایده آل ترین روش برای کنترل ضربه قوچ در این مطالعه موردی بود.
    کلیدواژگان: ضربه قوچ، مخازن ضربه گیر، چرخ طیار، Bentley Hammer
  • صابر صبوریان سررودی، عبدالله اردشیر، کوروش بهزادیان، فاطمه جلیل ثانی صفحات 77-87
    در روش های متداول مکان یابی بهینه ایستگاه های بوستر پمپ کلرزنی برای افزایش سرعت دستیابی به جواب نهایی، از فرض خطی بودن نرخ زوال کلر استفاده شده است. بررسی میزان خطای ناشی از این فرض، نشان دهنده خطای غیرقابل اغماض آن به ویژه در حالت نرخ واقعی زوال با مرتبه بیشتر از یک است. این پژوهش، یک متامدل نوین برای حل مسئله بهینه سازی چندهدفه مکان یابی ایستگاه های تزریق کلر با نرخ زوال غیرخطی ارائه می نماید. در مدل پیشنهادی، متامدل عبارت است از شبیه سازی مدل کیفی شبکه توزیع آب با فرض برقرار بودن اصل برهم نهی، برای نرخ واکنش غیرخطی زوال کلر. برای این منظور، ابتدا غلظت کلر باقیمانده در شبکه حاصل از تزریق واحد کلر، برای کلیه نقاط جداگانه خارج از حلقه بهینه سازی، محاسبه شد. سپس در داخل حلقه بهینه سازی، غلظت کلر باقیمانده در شبکه برای جواب های مسئله بهینه سازی که به صورت ترکیب کلرزنی از نقاط و مقادیر تزریق مختلف بود، از رویکرد متامدل مذکور به صورت ترکیب وزنی بخش ابتدایی محاسبه شد. مقادیر توابع هدف جواب های مسئله بهینه سازی چندهدفه ابتدا توسط این متامدل به سرعت برآورد شدند. با توجه به خطای برآورد متامدل، برای کاهش خطای زیاد ناشی از تقریب متامدل پیشنهادی، توابع هدف جواب های برتر، مجددا با استفاده از مدل کیفی واقعی (بدون استفاده از اصل برهم نهی) ارزیابی شده و جایگزین مقادیر محاسبه شده توسط متامدل شدند. نتایج مدل پیشنهادی نشان دهنده سرعت بسیار زیاد اجرای مدل بهینه سازی در عین دقت مناسب این روش نسبت به روش های متداول پیشین بود.
    کلیدواژگان: مکان یابی بهینه بوسترهای کلرزنی، الگوریتم ژنتیک چندهدفه، نرخ زوال کلر غیر خطی، متامدل
  • محمود محمدرضاپورطبری صفحات 88-99
    افزایش نیازهای آبی در مناطق توسعه یافته، چالش های زیادی را در تامین نیازها ایجاد نموده است. فرودگاه نیز به عنوان یکی از مناطق حساس و استراتژیک حمل بار و مسافر، از این قاعده مستثنی نیست. با توجه به خطراتی که در نتیجه برداشت بی رویه از آبخوان ها به دلیل نشست سطح زمین در باند پروازی می تواند ایجاد شود، برنامه ریزی برای تدوین الگوی بهینه مصرف بر اساس برداشت پایدار، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق بر اساس آمار و اطلاعات مصرف و برداشت و طرح های آینده محدوده فرودگاه بین المللی امام خمینی (ره)، مدلی بر پایه برنامه ریزی چندهدفه تدوین شد. در این مدل با هدف حداقل نمودن میزان عدم تامین نیاز و هزینه انتقال آب بخش های واقع در هر منطقه نیاز، مقدار بهینه تخصیص از منابع آبی پیشنهادی به صورت سیاست های ماهانه برداشت از منابع بهره برداری زیرزمینی و به صورت گرافیکی تهیه شد. نتایج نشان داد که برای برداشت مطمئن از چاه ها باید دستورالعمل های بهره برداری ارائه شده برای هر چاه به دقت اجرا شود. این امر منجر به افزایش اطمینان پذیری تامین و کاهش هزینه های ناشی از آن می شود. این رویکرد، قابلیت تعمیم به افق های آینده برنامه ریزی را داشته و می تواند با توسعه تابع هدف و محدودیت های آن، برای هر منطقه ای به کار رود.
    کلیدواژگان: نیاز آبی، فرودگاه امام خمینی (ره)، بهره برداری بهینه، الگوریتم NSGA، II
  • عبدالرضا خلیلی، محمدرضا محبی، محمد محبی، فریده عاشوری صفحات 100-105
    راه اندازی تصفیه خانه از مهم ترین مراحل بهره برداری است. در این پژوهش روشی نوین برای راه اندازی تصفیه خانه لجن فعال اراک ارائه شد که مزایایی بیش از سایر روش ها دارد. در ابتدا بخشی از جریان فاضلاب به تدریج وارد یکی از حوض های هوادهی شد. سپس بذردهی انجام گرفت. به دلیل کم بودن دبی ورودی و حجم حوض هوادهی، مقدار کمتری بذر استفاده شد. پس از رسیدن MLSS حوض تحت بررسی به میزان مورد نظر، بقیه سیستم نیز وارد مدار شد و از لجن تشکیل شده در خود سیستم برای بذردهی استفاده شد. در نهایت به دلیل سردی هوا پس از مدت زمان حدود دو ماه، MLSS کل، تشکیل و دفع لجن مازاد آغاز شد. میزان لجن دفعی با میزان F/M و سن لجن ثابت کنترل شد. در طی دوران راه اندازی، روند افزایش MLSS به صورت خطی بود و به دلیل بارگذاری کم، نوسانات آلاینده های ورودی کنترل شد. میزان آلاینده های خروجی، کمتر از مقدار استاندارد محیط زیست بود. حذف BOD5 و CODاز 40 درصد و 60 درصد به 90 درصد و حذف TSS از 70 درصد به 96 درصد افزایش یافت. از مزایای این روش می توان به بارگذاری کم، کنترل بهتر فرایند و صرفه جویی در هزینه های مربوط به لجن اشاره نمود.
    کلیدواژگان: راه اندازی، بیومس، لجن، میکروارگانیسم، MLSS
  • مهربان صادقی، سعید فلاحی زاده، محسن میرزایی صفحات 106-113
    تخلیه ترکیباتفنلی و کلرینه، اسیدهایچرب، تانین، لیگنین و مشتقات آنها به آب های پذیرنده، خطرات جدی برای موجودات آبزی ایجاد می کند. در این پژوهش، عملکرد فرایند دو مرحله ای لجن فعال/صافی چکنده برای حذف مواد آلی مقاوم به تصفیه متعارف، ارزیابی شد و از تلفیق فرایند لجن فعال (در مقیاس کامل) با یک واحد صافی چکنده (در مقیاس نیمه صنعتی) استفاده شد. 5/78 متر مکعب مدیای 2HX از جنس پلی پروپیلن و سطح ویژه 240 مترمربع بر مترمکعب در تانکی به حجم مفید 6/87 مترمکعب نصب شد. بارگذاری هیدرولیکی صافی در مرحله راه اندازی(90 روز) 3/66/3 مترمکعب بر ساعت و در مرحله بهره برداری (120 روز) 6 تا 3/6 مترمکعب بر ساعت بود و بهترین شرایط پساب در 5/4 مترمکعب بر ساعت حاصل شد. به منظور انجام تجربیات آزمایشگاهی، چهار راکتور به حجم 1256 سانتی مترمکعب با پساب خروجی و همزمان دو راکتور مشابه با سوبسترای گلوکز و COD معادل سایر راکتورها تغذیه و به مدت 480 ساعت در شرایط هوازی راهبری شدند. مواد مغذی، pH و DO (فاکتورهای کنترل محیطی)، COD کل و محلول راکتورها، دو بار در روز اندازه گیری شد. کنترل فاکتورها تا تثبیت کامل مواد آلی ادامه یافت.COD محلول مواد آلی مقاوم، COD کل محلول، مواد معلق قابل تجزیه زیستی و قابل تجزیه زیستی کل، مواد معلق مقاوم و محلول قابل تجزیه زیستی در خروجی برای AS به ترتیب 40، 227، 94، 281، 251 و 187 و برای AS/TF به ترتیب 20، 227، 104، 311، 241 و 207 میلی گرم در لیتر محاسبه شد. نتایج نشان داد فرایند تلفیقی در مقایسه با حالت مجزا قادر است مواد آلی مقاوم را به میزان دو برابر بیشتر حذف نماید. این پژوهش، ارتقاء سطح تصفیه فاضلاب ها را به وسیله تلفیق فرایندهای متعارف به اثبات رساند.
    کلیدواژگان: تصفیه دو مرحله ای، مواد آلی مقاوم، فاضلاب شهری، لجن فعال، صافی چکنده، اصفهان
  • عبدالله درگاهی، علی الماسی، مجتبی محمودی، راضیه خاموطیان صفحات 113-121
    فنل یکی از هیدروکربن های آروماتیک سمی است. این ماده از طریق دفع فاضلاب تعدادی از صنایع باعث آلودگی محیط زیست و به خصوص منابع آبی می شود. این مطالعه از نوع تجربی بود؛ برکه تثبیت اختیاری در مقیاس آزمایشگاهی با ظرفیت 400 لیتر و با استفاده از ورقه فایبرگلاس با ضخامت 6 میلی متر طراحی، ساخته و راه اندازی شد. زمان ماند هیدرولیکی برکه اختیاری در این مطالعه 10 روز بود. پس از راه اندازی و بذرپاشی و تثبیت بیولوژیکی، نمونه برداشت شد. در ورودی برکه تثبیت اختیاری بر حسب میزان حذف فنل در برکه تثبیت بی هوازی، غلظت های فنل0 تا 28، 30 تا 80، 90 تا 130 و 150 تا 200 میلی گرم در لیتر برای دمای بالا و غلظت های فنل100 تا 140 و 200 تا 260 میلی گرم در لیتر برای دمای پایین در نظر گرفته شد. سپس پارامترهای NH3، PO4، فنل به ترتیب در طول موج 425، 690 و 500 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر واریان مدل UV-120-02 برای هریک از نمونه ها و همچنین TCOD،SCOD، TBOD، SBOD و pH آنها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که دما و غلظت فنل تاثیر چشمگیری بر کارایی برکه اختیاری دارند. همچنین کارایی برکه اختیاری با کاهش غلظت فنل و افزایش دما، افزایش پیدا می کند (0/001>p). بیشترین و کمترین راندمان حذف فنل توسط این سیستم به ترتیب برای غلظت 0 تا 28 میلی گرم در لیتر در دمای بالا، 71/8 درصد و 200 تا 260 میلی گرم در لیتر در دمای پایین، 14/66 درصد به دست آمد. نتیجه بررسی نشان داد که برکه تثبیت اختیاری در مقیاس پایلوت، در صورت راهبری مناسب، قابلیت حذف ترکیبات آلی همراه با غلظت های مختلف فنل در دمای بالا را با کارایی زیاد داراست.
    کلیدواژگان: برکه تثبیت اختیاری، حذف زیستی فنل، تصفیه فاضلاب نفت
  • سید علیرضا موسوی، پرویز محمدی، سید محمد پرستار، مهدی غائب زاده، فریده کمری صفحات 122-129
    خطرات بهداشتی و محیط زیستی از جمله مشکلات ناشی از دفع فاضلاب های حاوی مواد رنگزا است که به صورت خام یا با تصفیه نامناسب به محیط زیست و به ویژه آب های پذیرنده وارد می شوند. روش های تصفیه متداول، کارایی مناسبی را برای حذف این ترکیبات ندارند. لذا محققان روش هایی که توانایی تجزیه این ترکیبات سمی و یا سخت تجزیه پذیر را دارند، تحت عنوان فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته از جمله فرایند فنتون، برای این نوع فاضلاب ها پیشنهاد نموده اند. در این پژوهش، به صورت تجربی- مداخله ای در مقیاس آزمایشگاهی، کارایی فرایند فنتون در حذف رنگ و COD مورد بررسی قرار گرفت. بررسی عوامل موثر در این فرایند (غلظت پراکسید هیدروژن، غلظت نمک آهن و زمان واکنش) در راکتورهای یک لیتری صورت گرفت. نتایج آزمایش نشان داد فرایند تحت شرایط: غلظت اولیه رود آمینB برابر 100 میلی گرم در لیتر، COD برابر 270 میلی گرم در لیتر، pH برابر3، غلظت آهن برابر 40 میلی گرم در لیتر و H2O2 برابر 200 میلی گرم در لیتر و زمان واکنش60 دقیقه، بهترین کارایی را در حذف رنگ و COD به ترتیب به میزان 58 درصد و 48 درصد از محلول آبی رودآمین B دارد.
    کلیدواژگان: اکسیداسیون پیشرفته، فرایند فنتون، پراکسید هیدروژن، فاضلاب نساجی، رود آمین B
|
  • Pages 1-9
    Some water and wastewater pollutants cannot be eliminated by traditional treatment methods. This has encouraged workers to focus on high performance and environmentally friendly methods for their removal. The main objective of this study was to evaluate the performance of the modified mobile crystalline matter (MCM-41) including Ti-MCM-41، Fe-MCM-41، MCM-SiC3H6NH2، Mo- MCM-41، and unmodified MCM-41 in phenol removal from water. For the purposes of this study، MCM-41 was synthesized by hydrothermal methods. SEM، XRD، and FTIR analyses were used to determine phenol adsorption. Adsorption was measured in a batch reactor and the parameters affecting the adsorption process such as sorbent quantity، sorbent particle size، and pH were studied using the Statistix statistical software. The results showed that the unmodified MCM-14 has a great potential as a phenol adsorbent from water. The optimum amount of adsorbent for a phenol removal efficiency of about 95% was found to be 1 g of MCM-41 with a pore diameter of below 0. 018 mm in 50 ml of phenol and a pH range of 7-9.
    Keywords: Phenol, MCM, 41 Mesopore, Adsorption, Surfactants, Adsorption Isotherms
  • Pages 10-19
    SBA-15 nanoporous silica was prepared and functionalized with propylamine groups via post-synthesis grafting to develop efficient adsorbents of dyes in wastewater. The materials thus prepared were then characterized by XRD, N2 adsorption-desorption, and FTIR. Adsorption of a cationic dye, malachite green, on functionalized SBA-15 was investigated under various conditions of pH (5, 6, and 7), temperature (10, 20, and 30 °C), adsorbent dosage (0.1, 0.3, and 0.5 g/L), and dye concentration (50, 100, 150, 200, 250, 300 mg/L). Maximum equilibrium adsorption capacity to achieve maximum removal percentage (R%=100%) in optimum conditions (dye concentration=100 mg/L, pH=7, adsorbent dosage= 0.3 g/L) was estimated at 333 mg/g. The Taguchi method was used to optimize the adsorption performances of the materials, and then the isotherm, kinetic, and thermodynamic properties were analyzed under the optimum conditions. The results showed that the overall process was fast and its kinetics was well-fitted by pseudo-second-order kinetic model. The experimental data agreed well with Freundlich model. Therefore, the maximum amount of multilayer dye adsorbed was estimated as 500 mg/g. Based on the results obtained, this process may be regarded as an endothermic one with a negative ∆G, which shows the process is also spontaneous. Finally, the results indicate that the silica‐based nanoporous organic–inorganic hybrid material can be a promising sorbent for the removal of malachite green from aquatic solutions
    Keywords: Functionalized SBA, 15, Adsorption, Malachite Green
  • Pages 20-29
    Polymeric adsorbents are useful tools for removing heavy metals from aqueous solutions. Adsorption models are efficient tools for accurate prediction and evaluation of the practical adsorption process in real situation. In this study, the two isotherms of Langmuir and Dubinin-Radushkevich models were employed to investigate the absorption performance of chitosan, PVA, and chitosan/PVA blend (with a weight ratio of 1:1) in the removal of Mn (II) and Ni (II) from aqueous solutions. The PVA adsorbent was crosslinked by both chemical and radiation methods while the others were crosslinked only chemically due to Chitosan’s lack of resistance to radiation. The results showed that the Langmuir model fitted the experimental data better than the Dubinin-Radushkevich one for both metals. The maximum adsorption capacity (qmax) of the Langmuir model showed that the PVA/Chitosan adsorbent had the best adsorption compared to other adsorbents, with 52.63 mg/g for Ni and 30.30 mg/g for Mn (evidently more Ni was absorbed than Mn). Also, maximum adsorption by the chemically crosslinked PVA was 38.46 mg/g for Ni and 19.23 mg/g for Mn, which exhibits a higher level than adsorption by the radiation crosslinked PVA The results indicate that absorption capacity depends on the type of adsorbed metal, absorbent structure, and the crosslinking method employed.
    Keywords: Heavy Metals Adsorption, Crosslinking, Langmuir Isotherm, Dubinin, Radushkevich Isotherm
  • Pages 29-35
    The cadmium metal not only has detrimental effects on the nervous system, the kidneys, and the human fetus but is also lethal because of its carcinogenic effects. Biological absorption of cadmium has a number of advantages over conventional methods that include high removal efficiency for eliminating heavy metals from dilute solutions, availability and abundance of the required materials in nature, and reproducibility and reusability of the materials. In this study, the biosorption of cadmium (II) ions onto the dry biomass of two brown algae, Cystoseira indica and Fucus serratus, was investigated. Cystoseira indica was collected from the coastal areas of the Oman Sea and Fucus serratus was collected from the coastal area of the Atlantic Ocean. The algae were first dried, washed three times with tap water, and finally washed with distilled water without ions before they were isolated in pieces 0.5-1.5 mm in diameter. In all the experiments, distilled water was used to which known amounts of cadmium were added before the algae were introduced into the solution. The metal ion concentrations in the solution were measured using the atomic absorption spectrophotometer before and after the metal came into contact with the algae. The optimum pH for the adsorption of cadmium was found to be 3/0 ± 5/6 and 3/0 ± 5/5 for Cystoseira indica and Fucus serratus, respectively. The maximum metal uptakes by both algae were observed in acidic pH conditions. The time required for the biosorption of the metal to reach equilibrium was 360 minutes for Cystoseira indica and 300 minutes Fucus serratus. The adsorption capacities for Cystoseira indica and Fucus serratus using the Langmuir isotherm were determined as 44/58 and 54/95 mg /g, respectively. Moreover, the functional groups involved in cadmium uptake in both algae were identified. Finally, the results of this study showed that Fucus serratus algae had a higher capacity for adsorbing cadmium ions than did Cystoseira indica.
    Keywords: Biosorption, Heavy metals, Algae, Isotherm, kinetic
  • Pages 36-46
    In this paper, river water quality management was implemented to minimize the costs of environmental protection and to meet the environmental water quality requirements. For this purpose, the social choice approach was adopted to consider the role of wastewater dischargers in the decision-making process and to increase the applicability of the proposed waste load allocation programs. Firstly, different wastewater treatment scenarios were identified for each water pollutant and treatment alternatives which are combinations of treatment scenarios were defined. For each treatment alternative, penalties due to violations of river water quality standards were then calculated using the qualitative simulation model (Qual2kw) and each discharger was assumed to prioritize the treatment alternatives based on the treatment costs and the fines defined for water quality standard violations. Finally, using different social choice methods, the most preferred treatment alternative was identified. In order to reduce costs and to encourage dischargers to participate in river water quality protection programs, the most preferred treatment alternative was exchanged among the dischargers as an initial discharge permit using the extended trading-ratio system (ETRS). The results of applying the proposed model to a case study, the Zarjub River located in north Iran, showed the model’s efficiency in developing river waste load allocation strategies.
    Keywords: River Water Quality Management, Social Choice Approach, Waste Load Allocation, Extended Trading Ratio System (ETRS)
  • Pages 47-56
    This study was conducted to determine the origin and distribution of the lead, copper, zinc, nickel, chromium, and vanadium metals in the surface sediments of the southwestern coasts of the Caspian Sea. Surface sediment samples were collected from the three transects of Kapourchal, Bandar-Anzali, and Kiashahr at three different depths of 10, 20, and 50 m. Metal concentrations were determined by ICP-OES. The metals in these areas were identified to originate from such natural sources as rock weathering and soil erosion transported by rivers into the sea. The mean total concentrations of the metals along the three transects showed significant increases with increasing distance from the shore, which might be due to the transportation of sediments as a result of increasing slope along the sampling transects. The same trend was observed in the samples taken from the coastal areas along Bandar-Anzali, which was could be due to the wetlands in the region and the multitude of rivers flowing into this wetland which eventually carried the sediments into the sea. Results revealed that the total metal concentrations in the region were below the SQGs and NOAA standards. Finally, risk assessment code did not show any serious risks, but indicated only a low risk due to lead and copper levels.
    Keywords: Source Identification, Risk Assessment, Lead, Copper, Zinc. Gamma Test
  • Pages 57-66
    Detention basins are one of the structural measures for floodwater control in urban environments. They are effective tools in flood mitigation, but some studies have shown that they may aggravate the condition if not properly sited. This study presents an innovative approach which directly incorporates hydrologic-hydraulic modeling results to the site selection procedure for flood control detention basins. Darakeh Catchment located in Tehran is selected as the case study. Hydrologic, physiographic, and economic parameters are considered as siting criteria. SWMM model is employed for simulating hydrologic-hydraulic processes and evaluating the current drainage network against low-frequent storms. Modeling results, including flooded junctions and the flow hydrographs, are used as input parameters to the spatial decision making framework. The framework employs Analytical Hierarchy Process (AHP) as the decision making structure and geographic information system (GIS) as the spatial analyst tool. The output is a raster map which shows each cell potential for the placement of the detention basin. The proposed approach aims to improve the siting procedure based on these measures and other BMPs in an urban environment.
    Keywords: Detention Basins, Site Selection, AHP, SWMM, Urban Flood Control
  • Pages 67-76
    Sudden changes in the boundary conditions of water transmission systems, such as sudden opening and closing of valves or abrupt on and off switching of pumps and turbines cause a transient flow called ‘water hammer’. In this study, comparisons were made between the effective parameters including pipeline material, on the one hand, and the equipment and tools available for reducing the effects of water hammer, on the other. For this purpose, a practical example of a water transmission line from a pumping station located near Shahid Shirdom Residential District to the upstream reservoir in Tehran was used for modeling by the Bentley Hammer XMV: 8 software. The results obtained for the different parameters and options were compared and it was revealed that, regarding the pipe material, GRP pipes reduced pressure by 49.1 Kpa compared to the Asbestos cement pipes and by 50.3 Kpa compared to the iron pipes. Comparison of the results for the protective systems indicated that the surge tank outperformed the other alternatives in controlling pressure such that maximum pressure was reduced by 3.9 bar when using surge tanks compared to the flywheel and by 5 bar compared to the check valve. Finally, it was found that the concurrent use of the surge tank and the flywheel would be the most ideal method for controlling the water hammer effects.
    Keywords: Water Hammer, Surge Tanks, Flywheel, Case Study, Bentley Hammer
  • Pages 77-87
    Conventional methods for solving the problem of site location for booster chlorination stations have assumed the use of linear superposition principle for first-order kinetics of chlorine decay in water distribution systems in order to speed up the process of evolutionary algorithms. However, examination of this assumption in this paper shows that it causes a non-trivial error, especially when the order of chlorine decay rate is more than one. This paper presents a novel meta-model for solving the multi-objective optimization problem of optimal locations for booster chlorination stations for the nonlinear order of chlorine decay rate. In the proposed model, the meta-model is the water quality simulation model quantified by the principle of linear superposition for nonlinear kinetics of chlorine decay. To do so, residual chlorine concentration is calculated from the injection unit chlorine concentration at each node in the network as offline outside the optimisation loop. Then, within the optimization loop, the residual chlorine concentration in the network obtained for the optimal solutions is calculated as the combined chlorine injected from different locations and at different concentrations based on the linear superposition meta-model of the previous part. Objective functions of the optimisation solutions are quickly evaluated by this meta-model. In order to mitigate the significant error due to the estimation of this meta-model, the fitness of the best solutions are again evaluated using the real water quality simulation model (nonlinear chlorine decay rate) and replaced with the evaluations previously approximated by the meta-model. The results show the desirable accuracy of the proposed model and the high speed in the run time of the hybrid optimisation model.
    Keywords: Booster Chlorination Station Optimal Location, Multi, Objective Genetic Algorithm, Non, Linear Chlorine Decay, Meta, Model
  • Pages 88-99
    The increasing demand for water in developed regions has led to numerous water supply challenges. Given their sensitivity and strategic importance as zones of cargo and passenger transfer, international airports are no exception to this general rule. The potential dangers to ground subsidence on the runway as a result of excessive groundwater withdrawal warrant plans aimed at developing models for optimal groundwater withdrawal as a measure of sustainable use of aquifers. In this study, consumption and withdrawal data are used and future development plans of the Imam Khomeini International Airport are considered to develop a model for groundwater use within the region based on multi-objective programming. Considering the objectives of maximizing water supply and minimizing costs of water transmission to demand zones, the model was used to develop an optimal water allocation system for the region containing monthly groundwater withdrawal policies and graphical distribution plans. The results show that the operation instructions thus developed for each well need to be carefully executed in order to ensure its safe exploitation. Strict adherence to the instructions is expected to enhance water supply reliability and to reduce the associated costs. This approach can be tailored and scaled up for future planning horizons and is also replicable in other areas by developing the relevant objective functions and constraints.
    Keywords: Water Demand, Imam Khomeini Airport, Optimal Operation, NSGA, II Algorithm
  • Pages 100-105
    Startup is one of the most important stages in the operation of a wastewater treatment plant (WWTP). In this paper, a novel method is presented for the startup of Arak Activated Sludge WWTP, which is shown to contain more advantages than other common methods. In this method, a portion of the inflow is initially allowed to enter gradually into an aeration basin prior to seeding. Under these conditions, less seeding is required due to the low flow of the influent and the low volume of the aeration basin. Once MLSS in the basin reaches the desired level, the rest of the system comes into operation and the sludge developed in the system is used for further seeding. In the case of the WWPT in Arak, it took about 2 months for the total MLSS to be developed and wasting the sludge to start because of the cold weather conditions in the region. The wasted sludge was controlled by the F/M ratio at a constant sludge age. During the start-up, the MLSS increase exhibited a linear trend and the low loading allowed for the variation in influent contaminants to be controlled. The effluent contaminants were below the standard levels recommended by the Environment Protection Organization. BOD5 and COD removals increased from 40% and 60% to 90% and TSS removal increased from 70% to 96%. Lower loading levels, better process control, and lower sludge processing costs are the benefits of this system
    Keywords: Startup, Biomass, Sludge, Microorganism, MLSS
  • Pages 106-113
    The discharge of phenol and chlorinated compounds, fatty acids, tannin, lignin, and their by-products into receptive waters poses serious hazards for the aquatic life. In this study, the efficiency of a tow-step process of activated sludge-trickling filter (AS/TF) in the removal of inert chemical materials that defy conventional treatment processes was investigated. For this purpose, an integrated activated sludge process (industrial scale) was used sequentially with a trickling filter (pilot scale). Inside a tank with an effective volume of 6.87 m3 was installed 5.78 m3 of polypropylene 2HX media with a specific area of 240 m2/m3. The hydraulic loading rate (HLR) of the trickling filter during the startup period (90 days) was 3.6 m3/h which was raised to 3.6-6 m3/h in the operation period (120 days), with the best effluent quality achieved at HLR=5.4 m3/h. For the purposes of the experiments in this study, four reactors, each 1256 cm3 in volume, were fed the WWTP effluent and concurrently a glucose substrate containing a COD content equal to that fed to the four reactors was fed into two identical reactors; all the reactors were subsequently run for 480 h in aerobic conditions. Nutrients, pH, and DO (as environmental control indicators) as well as soluble and total COD were measured twice daily. The effluent values of soluble inert materials (SI), total soluble COD (STO), degradable suspended materials (XSO), degradable COD (CSO), refractory suspended materials (XI), and degradable soluble materials (SSO) for AS were calculated as 40, 227, 94, 281, 251, and 187, respectively, while the same parameters for the AS/TF were 20, 227, 104, 311, 241, and 207 mg/l, respectively. The results showed that the activated sludge process when combined with the trickling filter has a twofold capability, compared to when used alone, in removing inert COD. It was also shown that treatment levels in conventional WWTPs can be improved by integrating conventional treatment processes.
    Keywords: Two Step Treatment, Inert COD, Municipal Wastewater, Activated Sludge, Trickling Filter, Isfahan
  • Pages 113-121
    Phenol is a highly toxic aromatic compound discharged into the environment through industrial effluents. The natural biological treatment process has been widely used as one of the most feasible, eco-friendly, and cost-effective options for the treatment of pollutants such as phenol. The objective of the present experimental-analytical study was to evaluate the performance of the facultative stabilization pond in removing phenol and other organic compounds from oil refinery effluents. For the purposes of this study, a pilot-scale anaerobic stabilization pond 1.2×0.6×0.55 m in size was constructed of fiberglass sheets 6 mm in thickness. The experiment was run with a hydraulic retention time of 10 days and a hydraulic loading rate of 43.5 l/d. The organic loading rate for the facultative pond was 150 kg/h.day. Samples were taken after pond operation and seeding when the pond reached its biological stability. Depending on phenol removal levels in the anaerobic stabilization pond, initial phenol concentrations at the inlet to the facultative pond were assumed to be 0-28, 30-80, 90-130, and 150-200 under warm conditions and 100-140, and 200b-260 mg/l in cool conditions. For each sample, the parameters NH3, PO4, and Phenol were measured using the Varian spectrophotometer (model UV-120-02) at the wavelengths of 425, 690, 500 nm, respectively. TCOD, SCOD, TBOD, SBOD, pH, and ORP were also measured according to the standard methods of water and wastewater. The results showed that phenol removal efficiency of the facultative pond was 71.8% for warm temperatures and 14.66% for cool temperatures. It was also found that temperature and phenol concentration significantly affected the performance of the pond. Moreover, its performance was observed to enhance with reducing phenol concentration and increasing temperature (p<0.001). Maximum phenol removal efficiency of the system was recorded at 71.8% for warm temperatures and a low phenol concentration of 0–28 mg/l while its minimum of 14.66% was recorded at a high phenol concentration of 200-260 mg/l under cold weather conditions. Based on the results obtained, it may be concluded that the pilot-scale facultative pond has a high performance in removing organic compounds with different concentrations of phenol under warm weather conditions.
    Keywords: Facultative Stabilization Pond, Phenol Bioremediation, Oil Refinery Wastewater
  • Pages 122-129
    Environmental and health hazards are regarded among the problems associated with the disposal of raw or undertreated wastewaters containing reactive dyes discharged into the environment, and especially into receiving waters. Conventional treatment methods lack the desirable efficiency in removing these compounds. For this type of wastewater, researchers, therefore, recommend methods, collectively called "advanced oxidation processes" such as the Fenton process, that are capable of removing toxic and non-biodegradable compounds. This experimental-intervention study was carried out on the laboratory scale to investigate the Rodamine B and COD removal efficiency of the Fenton oxidation process. The effects of such parameters as H2O2, Fe2+, and reaction time were investigated using a 1-L batch reactor. The results revealed that the process achieved a decolorization efficiency of 58% and a COD removal of 48% after 60 min of reaction time when the initial concentrations of Rodamine B, COD, Fe2+, and H2O2 in the influent were 100 mg/L, 270 mg/L, 40 mg/L, and 200 mg/L, respectively, at a constant pH level of 3.
    Keywords: advanced oxidation, Fenton Process, hydrogen peroxide, textile wastewater, Rodamine B