فهرست مطالب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب - سال سوم شماره 2 (تابستان 1397)

نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال سوم شماره 2 (تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/05/23
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سخن سردبیر
  • صفحات 2-3
  • مقالات علمی
  • آسیه سادات ملاباشی، هاشم امینی، حسن غلامی صفحات 4-13
    شناخت، محاسبه و برنامه ریزی کاهش آب بدون درآمد (NRW) بیش از دو دهه است که در رئوس اهداف و برنامه های شرکت های آب و فاضلاب ایران قرار گرفته است. در این میان هدررفت های واقعی (RL) که قسمت عمده ای از آب بدون درآمد را تشکیل می دهد عمدتا ناشی از نشت در قسمت های مختلف سیستم آبرسانی بوده که بخش بزرگی از فعالیت های کاهش NRW برای جلوگیری و کاهش آن صرف می شود. لیکن همچون سایر پروژه ها و فعالیت ها باید تا حدی انجام شود که توجیه اقتصادی داشته باشد. از آنجا که دست یابی به یک روش سریع و عملی برای محاسبه سطح اقتصادی نشت، مشکل است شرکت های آبفا اغلب از کاهش درصد آب بدون درآمد در هدف گذاری خود استفاده نموده اند که بنا به تاکید IWA استفاده از درصد NRW به‏عنوان یک شاخص فنی به‏هیچ عنوان توصیه نمی شود. در این مقاله ضمن مرور سریع و کلی شاخص های عملکردی آب بدون درآمد، روش بنچ مارکینگ آب بدون درآمد، هدف گذاری اقدامات و محاسبه سطح اقتصادی نشت (ELL) که به‏طور عملی در آبفای استان اصفهان و برای یک شهر انجام گرفته است، ارائه می‏شود. در شهر مذکور، هدررفت واقعی 7 برابر سطح اقتصادی نشت بوده که با توجه به ILI بالا، اقدامات کاهش هدررفت واقعی که در راس آن‏ها نشت‏یابی فعال در بازه زمانی 10 ماهه است، در برنامه عملیاتی آن شهر قرار گرفت.
  • فاطمه مولایی، مرتضی تهامی پور صفحات 14-22
    هدف اصلی این مقاله تعیین ظرفیت تولید بهینه آب در مصارف شرب شهر تهران است. به‏این منظور از فرم تابع هزینه ترانسلوگ برای برآورد تابع هزینه تولید، انتقال و توزیع آب در شرکت آب و فاضلاب استان تهران استفاده شده است. چارچوب تجزیه و تحلیل برمبنای سیستم معادلات به‏ظاهر نامرتبط است و از داده های سری زمانی مربوط به دوره 1393-1376 استفاده شده است. نتایج حاصل از تحقیق، نشان دهنده جانشین بودن نهاده های نیروی کار، مواد اولیه و سایر خدمات و مکمل بودن نهاده های نیروی کار و سرمایه است. نتایج محاسبه کشش هزینه تولید نسبت به محصول و شاخص بازدهی نسبت به مقیاس، نشان دهنده این است که کشش هزینه تولید نسبت به محصول بزرگ تر از یک بوده و بازدهی نزولی نسبت به مقیاس در شرکت آب و فاضلاب استان تهران وجود دارد. نهایتا با بهره گیری از پارامترهای محاسبه شده و شرط حداقل سازی هزینه کل تولید، انتقال و توزیع آب شرب، ظرفیت تولید بهینه آب در مصارف شرب شهر تهران محاسبه شده است. نتایج نشان داد که ظرفیت تولید بهینه آب شرب شهر تهران 15/376 میلیون مترمکعب در سال می باشد.

    کلیدواژگان: ظرفیت تولید بهینه، تابع هزینه ترانسلوگ، داده های سری زمانی، آب شرب، کشش هزینه تولید نسبت به محصول، بازدهی نسبت به مقیاس
  • مسعود تابش، محمد کاظمی سوچلمایی صفحات 23-34
    با توجه به اهمیت فشار کافی در تامین تقاضای مصرف کنندگان در شبکه های توزیع آب، بررسی عوامل موثر بر تغییر فشار ضرورت می یابد که زبری لوله ها به‏صورت مستقیم بر روی فشار گره ها تاثیرگذارند. بنابراین بررسی عوامل موثر بر تغییر ضریب زبری (ضریب هیزن-ویلیامز) در شبکه های آب اهمیت پیدا می کند. قطر لوله ها، عمر لوله ها و خورندگی آب از جمله عوامل موثر در تغییر ضریب زبری لوله ها هستند که در این مقاله مورد ارزیابی قرار می گیرند. تغییرات ضریب زبری با هرکدام از عوامل مذکور رسم می شود و با برازش نمودارهای حاصله می توان روابط تقریبی ضریب زبری را به‏دست آورد. در نهایت با ترکیب روابط به دست آمده، یک رابطه کلی برای ضریب زبری حاصل می شود. همچنین در این مقاله از لوله های چدنی که داده های آزمایشگاهی آن در اختیار است، برای به دست آوردن رابطه ریاضی استفاده می شود. با وجود این، به جای استفاده از ضریب زبری لوله های نو در تحلیل و طراحی از ضریب زبری در انتهای دوره طرح با درنظر گرفتن عوامل موثر مذکور استفاده خواهد شد. برای ارزیابی نتایج روش ارائه شده، شبکه دوحلقه ای در دو حالت معمول و واقعی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد اگر برای طراحی از ضریب زبری لوله های نو استفاده شود، فشار شبکه در انتهای دوره طرح بیش از 25 درصد کاهش می یابد ولی در هزینه لوله ها در ابتدای دوره طرح حدود 50 درصد صرفه جویی می شود. بنابراین برای تضمین وجود فشار کافی و ارضای تقاضا در انتهای دوره طرح باید افزایش هزینه اجرای شبکه در ابتدای دوره طرح را پذیرفت.

    کلیدواژگان: ضریب زبری هیزن - ویلیامز، قطر لوله، عمر لوله، خورندگی آب، مصرف، فشار
  • سعید خلیفه، کاظم اسماعیلی، حمید خلیفه صفحات 35-43
    امروزه جوامع بشری هزینه های بسیاری را برای تامین نیاز آبی خود با هدف به حداکثر رساندن سود و به حداقل رساندن هزینه صرف می کنند. اگر هدف کاهش هزینه باشد، با کاهش هزینه لوله های مورد استفاده در شبکه به طوری که فشار آب در گره ها از حد پایین خود یعنی 14 متر آب کمتر نباشد، بخش عمده ای از این هدف تامین خواهد شد. در این پژوهش بهینه سازی براساس تابع هدف دومنظوره بخشی از شبکه توزیع آب هماشهر واقع در استان کرمان مورد بررسی قرار گرفته است که با توجه به اقلیم خاص منطقه حایز اهمیت است. در بهینه سازی یک شبکه توزیع آب علاوه بر بعد مالی مساله، باید به ابعاد دیگری همچون فشار، سرعت آب در لوله ها که در طراحی شبکه نقش اساسی دارد توجه کرد. در این تحقیق بعد فشار به عنوان تابع هدف دوم و اعمال سرعت به عنوان قید محدودیت در نظر گرفته شده است. اگر در این شبکه تابع هدف تنها بر اساس هزینه در نظر گرفته شود شبکه از لحاظ تامین فشار مناسب در محل های مصرف با مشکل مواجه خواهد شد. بدین منظور در این مطالعه شبکه توزیع توسط مدل WaterGEMS تحلیل هیدرولیکی شده و بعد با استفاده از الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی انجام گرفته است. در پایان بهینه سازی از بین چند سناریو براساس تابع دو هدفه انجام و سناریویی که از نظر کاهش هزینه و بهبود فشار شبکه در وضعیت مطلوبی قرار داشت انتخاب شد که بعد از بهینه سازی، در حدود 15 درصد از هزینه کل پروژه صرفه جویی صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: شبکه توزیع آب، WaterGEMS، مسائل هیدرولیکی، لوله، الگوریتم ژنتیک
  • محمدحسین نوری شمسی، مصطفی جعفری، محمد شاهین صفحات 44-60
    آلودگی آب از مهم ترین چالش های پیش رو بر سلامتی انسان و محیط زیست است. در این بین آلودگی ناشی از فلزات سنگین به سبب رشد روزافزون صنایع بسیار نگران کننده بوده و مورد توجه قرار دارد. فلزات سنگین می توانند زمینه بروز بسیاری از بیماری های خطرناک به ویژه انواع سرطان ها را فراهم سازند. کیتوسان، نانوذرات کیتوسان و مشتقات آن ها به‏علت دارا بودن گروه های OH و NH2، غیرسمی بودن، قیمت پایین و در دسترس بودن در طی سال های اخیر برای جذب سطحی آلاینده ها مخصوصا فلزات سنگین، توجه بسیاری از محققین را به‏خود جلب کرده اند. در این مقاله مروری، آماده سازی کیتوسان، نانوذرات کیتوسان و انواع کیتوسان اصلاح شده بررسی شده و کاربردهای آن در فرایند جذب فلزات سنگین از محلول های آبی به طور خلاصه آورده شده است. تاثیر پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند جذب نظیر بلوری شدن کیتوسان، میزان غلظت جاذب، غلظت اولیه فلزات سنگین، زمان فرایند، pH محلول و دما و همچنین ایزوترم و سینتیک جذب مورد بررسی قرار گرفته اند. در ادامه روش پاسخ سطح توضیح داده شده و روش های متداول برای بهینه یابی پارامترهای فرایندی جذب سطحی برای فلزات سنگین استفاده شده است. در نهایت بازیابی جاذب های بر پایه کیتوسان و استفاده مجدد از آن ها در فرایند جذب نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کیتوسان، نانوذرات کیتوسان، فلزات سنگین، ایزوترم و سینتیک جذب، روش پاسخ سطح
  • یحیی چوپان، عباس خاشعی سیوکی، علی شهیدی صفحات 61-88
    استفاده از پساب فاضلاب تصفیه شده شهری نیاز به بررسی بیش تری دارد، زیرا این مواد به دلیل پتانسیل انتشار انواع بیماری های واگیردار و حضور عناصر سمی تا حدودی می توانند خطر آفرین باشند. اما به دلیل دارا بودن کربن و نیتروژن می توانند اثرات مفیدی بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک داشته باشند. به منظور بررسی اثرات آبیاری با پساب فاضلاب تصفیه شده شهری بر خواص شیمیایی خاک تحت کشت محصول پنبه در شهرستان تربت حیدریه، تحقیقی به صورت طرح کامل تصادفی با پنج تیمار و سه تکرار (R) ، به صورت آزمایش‏های مزرعه ای برای عمق 0-40 سانتی متری خاک انجام شد. تیمارهای این تحقیق پنج تیمار که شامل آب چاه T1، پساب فاضلاب تصفیه شده شهری T2، ترکیب 50% آب چاه و 50% پساب فاضلاب تصفیه شده T3، آبیاری یک در میان آب و فاضلاب T4، ترکیب 33% آب چاه و 66% فاضلاب تصفیه شده (مورد استفاده کشاورزان منطقه) T5، هستند و تیمار آب چاه به‏عنوان شاهد درنظر گرفته شد. نتایج تحلیل شیمیایی نشان داد پساب تصفیه شده شهری برکاتیون ها و آنیون های خاک تغییراتی در حد مجاز استاندار آبیاری و کشت گیاهان دارد. میانگین مقادیر یون های کلسیم، پتاسیم، فسفر، نیتروژن، سولفات، منیزیم، سدیم و کلراید، به ترتیب برابر با 80/22، 4/494، 87/7، 028/1، 34/9، 34/8، 2/39 و 7/25 میلی گرم بر لیتر و میانگین مقادیر هدایت الکتریکی (EC) و میزان pH، به ترتیب 3387 میکرو زیمنس بر متر و 7/8 به دست آمد. در حالت کلی، نتایج نشان داد پساب فاضلاب تصفیه شده شهری بر خاک اثر مخربی نداشته است.


    کلیدواژگان: آب چاه، خواص شیمیایی خاک، عناصر خاک، پساب تصفیه شده، کشت پنبه
  • مطالب عمومی
  • صفحات 69-72
  • صفحات 73-81
  • صفحات 82-83
  • صفحات 84-85
  • صفحات 86-96
|
  • Benchmarking Non-Revenue Water and Calculating Economic Leakage Level / Case Study: Isfahan Water and Was tewater Company
    Asieh Sadat Mollabashi , Hashem Amini , Hasan Gholami Pages 4-13
    Recognizing, calculating and planning for reducing Non-Revenue Water (NRW) has been one of the aims and plans in Iranian water and wastewater companies for more than two decades. In the meantime, Real Loss-es (RL), which constitute a major part of non-revenue water, are mainly due to leakage in various parts of the water supply systems and a large part of the NRW reduction activities is put to prevent and reduce RL. However, like other projects and activities, it should be implemented to the extent with economic justifica-tion. Since it is difficult to achieve a quick and practi-cal method for calculating the economic leakage rate, the companies often use a reduction in the percentage of non-revenue water in their targeting. However ac-cording to the IWA, the use of percentage of NRW as a technical indicator is never been recommended. In this paper, followed by a quick review of the performance indicators of non-revenue water, the method of bench-marking of non-revenue water, targeting actions, and calculating the economic leakage level (ELL) are pre-sented for a city in Isfahan province. In this city, the real loss was 7 times the economic level of leakage. There-fore, the real loss reduction measures were proposed and planned among which the active leak detection in 10-month interval was the priority due to high ILI.
    Keywords: Active leakage detection, Water real loss, Benchmarking, Economic leakage level, Non-revenue water
  • fateme molaei, morteza tahamipour Pages 14-22
    The main objective of this paper is to determine the cost structure of the companies in charge of water production and distribution and to estimate the marginal cost of production of drinking water in Tehran. For this purpose, the Translog cost function is used to estimate the cost of production, transmission and distribution of water in Tehran Water and Wastewater Company. Analysis framework is based on a seemingly unrelated regression system. Time series data for the period of 1997-2012 has been used in this study. The results indicated that the labor, raw materials and other services inputs are substitute sand labor and capital inputs are complements. Results also showed that product cost elasticity is greater than unit and a diminishing returns to scale exists in Tehran Water and Wastewater Company. Finally, by using the calculated parameters and objective of minimizing the total cost of production, transmission and distribution of drinking water, the optimal production capacity in drinking water is calculated for Tehran. The results showed that, the optimal production capacity in Tehran drinking water is 376.15 MCM per year.
    Keywords: Drinking water, Optimal production capacity, Return to scale, Stretching the production cost of the product, Time series data, Translog cost function
  • Massoud Tabesh, Mohammad Kazemi Soochelmaei Pages 23-34
    Considering the importance of sufficient pressure in supplying demand in water distribution networks, it is necessary to study the factors affecting pressure variation, that the roughness of pipes directly affects the pressure of nodes. Therefore, the study of factors affecting the change in roughness coefficient (Hasen-Williams) in water distribution networks is important. Pipes diameter, age and corrosion are among factors affecting the change in the roughness coefficient of pipes that are evaluated in this paper. The roughness coefficients were plotted against each of the above mentioned factors, and the approximate relations of the roughness coefficient was obtained by fitting to the obtained graphs. Finally, by combining the relations obtained, a general relation is obtained for the roughness coefficient. Also, in this paper, the cast iron pipes, for which laboratory data is available, were used to obtain a mathematical relationship.Then again, instead of using the roughness coefficient of new pipes in analysis and design, the roughness coefficient for the end of the design period was used, taking into account the effective factors mentioned.To evaluate the results of the proposed method, a two-loop network was investigated in two common and real situations. The results showed that if the roughness coefficient of new pipes at the end of design period is used for designing, there will be a save of about 50% in cost of pipes, but then the network pressure at the end of design period will be reduced by more than 25%. Therefore, in order to ensure that there is sufficient pressure and demand satisfaction throughout the design period, it is necessary to accept an increase in the cost of network implementation at the beginning of the project.
    Keywords: Consumption, Corrosion, Hazen-Williams roughness coefficient, Pipe age, Pipe diameter, Pressure
  • saeed khalife, kazem esmaili, hamid khalife Pages 35-43
    Human societies nowadays undergo huge expenses to meet the water requirements aiming at maximizing the benefits and minimizing the costs. The goal of reduced costs can substantially be met by reduction in the cost of network pipes while satisfying the minimum pressure at nodes; i.e. 14 meters. This study is a multi-objective optimization function that will be constructed in a part of the water distribution network of the Homashahr city in Kerman province. In optimization of water distribution network, in addition to financial problems, other aspects should also be noted such as pressure and velocity of water in pipes which play key role in network design. In this study, the pressure was considered as a second objective function and the velocity was set as a boundary condition. When the objective function is defined only on the basis of cost, the network can face inadequate pressure in consumers’ connections. In this study “WaterGems” software is used for hydraulic simulation and also optimization process based on genetic algorithm. Based on the two objective functions defined in terms of cost reduction and improved network pressure, a scenario with suitable condition was derived. This scenario caused 15% reduction in total costs of the project.
    Keywords: Genetic Algorithm, Homashahr, Optimization, Water Distribution Network, WaterGEMS
  • Mohammad Hossein Noori Shamsi, Mostafa Jafari, Mohammad Shahin Pages 44-60
    Water contamination is one of the most important challenges involved in the human health and environment. In particular and due to the high growth of industry, the contamination by heavy metals is very worrying and of much concern. Heavy metals can provide the incidence of many dangerous diseases especially different types of cancers. During the recent years, chitosan and chitosan nanoparticles and their derivations have attracted many researches on adsorption of contaminants especially heavy metals, due to their content of OH and NH2 groups, non-toxicity, low cost and availability. In this review paper, preparation of chitosan, chitosan nanoparticles and kinds of modified chitosan have been investigated and their applications in heavy metals adsorption process from aqueous solutions have been briefly outlined. The effect of significant parameters on the adsorption process such as chitosan crystallization, the concentration of adsorbent, the initial concentration of heavy metals, process time, solution pH, and temperature as well as isotherm and adsorption kinetics have been investigated. Then the response surface methodology (RSM) has been explained and common methods for optimizing the adsorption process parameters for heavy metals have been examined. Finally, recycling and reuse of chitosan-based adsorbents in the absorption process have been evaluated.
    Keywords: Chitosan, Chitosan Nanoparticles, Heavy Metals, Isotherms, Adsorption Kinetics, Response Surface Methodology
  • Yahya Choopan, Abbas Khashei, Siuki, Ali Shahidi Pages 61-88
    The reuse of urban wastewater treatment needs to be further explored due to some extent of potential hazards raised from the spread of various contagious diseases and the presence of toxic elements. At the same time and due to the presence of carbon and nitrogen, the treated wastewater can have beneficial effects on physical and chemical properties of agricultural soil. To assess the impacts of such irrigations, research has been made as farm pilots for depths of 0-40 cm in soil, in a completely randomized design with three replications of five treatments of irrigation. The study treatments were the well water T1, wastewater T2, combining 50% water and 50% wastewater T3, alternate irrigation water and wastewater T4, and the combination of 33% water and 66% wastewater (used by farmers) T5. The well water treatment were considered as control sample. Chemical analysis showed permissible changes in cations and anions in soil irrigated by treated urban wastewater in accordance to irrigation standards. Average amounts of Calcium, Potassium, Phosphorus, Nitrogen, Sulfate, Magnesium, Sodium and Chloride were measured as 22.80, 494.4, 7.87, 1.028, 9.34, 8.34, 39.2 and 25.7 mg/l, respectively. The amounts of average EC and pH were respectively equal to 3387 μm/m and 8.7. In general, the results showed that using treated urban wastewater had no destructive effect on soil.
    Keywords: Chemical Properties of Soil, Cotton Cultivation, Wastewater Treatment, Well Water