فهرست مطالب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب - سال پنجم شماره 4 (زمستان 1399)

نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال پنجم شماره 4 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/12
  • تعداد عناوین: 13
|
  • دکتر عبدالله رشیدی مهرآبادی صفحات 2-3
  • شروین جمشیدی* صفحات 4-15

    شبکه توزیع آب یکی از زیرساخت های شش گانه در شهرهای هوشمند است که می تواند به‎صورت مستقل یا هماهنگ با سایر زیرساخت ها مدیریت و بهره برداری شود. پژوهش حاضر با انجام مطالعات تطبیقی و بررسی رویکردها و تجربیات بین المللی و مقایسه آن با شرایط کنونی در کشور نشان می دهد که اولا شبکه هوشمند توزیع آب شهری نسبت به روش های اسکادا از تفاوت قابل‎ملاحظه ای برخوردار است و می تواند ضمن کاهش تلفات آب، زمان عکس العمل به وقایع بهره برداری را کاهش دهد. به‎علاوه این رویکرد می تواند موجب ارتقای بهره وری سیستم و کیفیت آب، بهبود مدیریت تجهیزات، افزایش درآمد شرکت های آب و فاضلاب و در بلندمدت موجب افزایش آگاهی های عمومی برای کاهش سرانه مصرف و افزایش رضایتمندی مشترکین شود. ثانیا این مطالعه تاکید دارد که ارتقای شبکه توزیع آب به سامانه های هوشمند موضوعی چندوجهی (فنی، بهره برداری، اجتماعی) است و لازم است مطابق مدل مفهومی اسپایرال، چندین مرحله به‎صورت متوالی انجام شود تا بتوان ادعا نمود شبکه توزیع آب هوشمند شده است. این مدل مفهومی به‎صورت یک نقشه راه، متدولوژی ارتقای سامانه های اسکادا به هوشمند را تبیین نموده و ضمن مرحله بندی اقدامات، فرآیند را در راستای مدیریت توامان عرضه و تقاضای آب شهری به‎صورت کوتاه مدت و بلندمدت هدف‎گذاری می کند. هم‎چنین، روش پیشنهادی تاکید دارد که سامانه سخت افزاری-نرم افزاری ابتدا باید تحت شرایط کنترل شده برای سناریوهای مختلف واسنجی شده و پس از چندمرحله مطالعات پایلوت توسعه داده شود.

    کلیدواژگان: اسکادا، زیرساخت هوشمند، شبکه توزیع آب، مطالعات تطبیقی، مدل اسپایرال
  • سید احمدرضا شاهنگیان، مسعود تابش*، هانیه صفرپور، ملیکا خاشعی، مهناز عباسی صفحات 16-23

    در سال های اخیر کمبود شدید منابع و افزایش سریع هزینه های استحصال آب، باعث شده است که موضوع مصرف آب بیشتر مورد توجه قرار گیرد؛ به ویژه مصرف آب شهری که از حساسیت و اولویت بالاتری نسبت به دیگر کاربری ها برخوردار است و بسیار پر هزینه تر است. این موضوع، متولیان صنعت آب و فاضلاب را به سمت شیوه های مدیریتی جدید از جمله مدیریت تقاضا و اقدامات صرفه جویانه در مصرف آب سوق داده است. این اقدامات و سیاست ها نه تنها تبعات مثبت و منفی گسترده ای را بر جنبه های مختلف در پی دارند، بلکه می توانند با اثرگذاری بر اجزای مختلف سیستم، شدت و گستره این تبعات را تحت تاثیر قرار دهند. یکی از مهم ترین این جنبه ها، ابعاد اجتماعی و ذینفعان اصلی این حوزه یعنی خانوارها (مشترکین) است. از این رو، هدف این مقاله پرداختن به موضوعات مذکور به بررسی الزامات و ضرورت ها در ارایه یک چارچوب یکپارچه و جامع در ارزیابی سیاست های مدیریت تقاضای آب شهری از جنبه های متعدد است. در این مقاله، ابتدا به ضرورت و اهمیت ارزیابی یکپارچه سیاست های مدیریت تقاضای آب شهری و سپس با ارایه مفاهیم اصلی در این زمینه، به بررسی انواع رویکردهای رایج در زمینه ارزیابی یکپارچه پرداخته شده است. مثال هایی نیز برای بیان شفاف تر مسئله بیان شده است. در نهایت مدل عامل بنیان به عنوان رویکرد یکپارچه سازی برای بررسی نحوه تعاملات کوچک مقیاس اجتماعی و ارزیابی تبعات بزرگ مقیاس تجمعی جنبه های مختلف، معرفی شده است.

    کلیدواژگان: ارزیابی یکپارچه، مدیریت تقاضا، سامانه های آب شهری، مدل سازی عامل بنیان، یکپارچه سازی دانش
  • جواد نوروزی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، ایمان مصلحی صفحات 24-30

    یکی از مهم ترین روش های پایش و اندازه گیری مقدار نشت در شبکه های توزیع آب، تحلیل جریان حداقل شبانه در مناطق ایزوله شده است. تخمین مقدار نشت شبانه در هر ایزوله، با کسر مقدار مصرف مجاز شبانه از جریان حداقل شبانه به‎دست می آید. لذا مقدار مصرف شبانه مشترکین خانگی از مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار در تعیین مقدار نشت است. با توجه به تفاوت های اقلیمی، فرهنگی و اجتماعی هر کشور ممکن است مقدار مصرف‎های شبانه خانگی در مناطق و کشورهای مختلف، متفاوت باشد؛ بنابراین در تعیین میزان تلفات فیزیکی شبکه به کمک تحلیل حداقل جریان شبانه، اطلاع از مقادیر صحیح مصرف شبانه خانگی و استفاده از تکنیک های مناسب تحلیل آن ضروری است. مقاله حاضر مروری بر مطالعات انجام شده به‎منظور تعیین مصرف شبانه آب مشترکین خانگی در کشورهای مختلف و آشنایی با روش ها و هم‎چنین عوامل موثر بر میزان آن دارد. این مقاله می تواند مورد استفاده متخصصان و پژوهشگران حوزه نشت در شبکه های آب رسانی قرارگیرد.

    کلیدواژگان: مصرف شبانه آب مشترکین خانگی، حداقل جریان شبانه، نشت آب، مناطق مجزای ایزوله شده
  • حانیه محسن زاده هدشی، حسام رزم ارا، علی دشتی*، هادی روستا، هادی نخعی، ثمانه توکلی امینیان، مسعود روحبخش، علی فضایلی ترابی صفحات 31-40
    در این پژوهش ارزیابی ریسک با روش بررسی حالات بالقوه خرابی و خطر و تحلیل اثرات ناشی از آن (FMEA1) در واحدهای کلرزنی 4 تصفیه‎خانه منتخب در مشهد انجام گرفت. در این روش ابتدا واحدهای سیستم کلرزنی به 6 زیرمجموعه شامل انبار سیلندرهای گاز کلر، اتاق کلرزنی، سیلندرهای گاز، حمل و نقل سیلندرهای گاز کلر، اتصالات کلرزن‎های گازی و کارکنان، سیستم آموزشی و مدیریتی واحدهای کلرزنی،دسته‎بندی شدند.سپس، خطرات بالقوه‏ در تصفیه‎خانه‏های منتخب، لیست شد و مقادیر شدت خرابی و خطر، احتمال وقوع خرابی و خطر و نیز قابلیت شناسایی خطر از طریق مصاحبه با متخصصان مشخص شد. پس از آن، مقادیر عدد اولویت ریسک محاسبه شد که براساس آن امکان اولویت‎بندی خطرات در هر حوزه از تصفیه‎خانه‏های منتخب فراهم شد. نتایج نشان دادند به‎صورت کلی خطرات بالقوه با اولویت نخست بیشتر مربوط به سیستم‎های الکتریکی و در بخش حمل و نقل است و استفاده از تجهیزات استاندارد و حمل و نقل با استفاده از وسایل نقلیه مناسب برای کاهش ریسک این خطرات پیشنهاد شد.
    کلیدواژگان: تصفیه‎خانه آب و فاضلاب، کلرزنی، ارزیابی ریسک، FMEA، عدد اولویت ریسک
  • وحید آقابالائی*، ناصر مهردادی، شیما مردانی، مهلا تابش نیا صفحات 41-52

    احداث تصفیه خانه های فاضلاب درصورت بازیابی منابع آبی و انرژی، می‎تواند اثرات محیطی نامطلوب هم چون انتشار گازهای گلخانه ای را توجیه پذیر نمایند. تصفیه و مدیریت لجن یکی از پیچیده ترین و هزینه‎برترین بخش های تصفیه خانه بوده و می تواند تا 60 درصد هزینه‎های سرمایه گذاری اولیه و بهره برداری یک تصفیه خانه فاضلاب را شامل شود. با توجه به اهمیت کاهش مصرف انرژی در تصفیه خانه های فاضلاب از نظر محیط زیستی و اقتصادی، در سال های اخیر تحقیقات زیادی در زمینه خودکفایی تامین انرژی از فاضلاب انجام شده و براساس این هدف تصفیه‎خانه های فاضلاب متعددی در جهان احداث یا بهینه‎سازی شده اند. در این مقاله فرآیند MLE1 همراه با هاضم هوازی در تصفیه خانه فاضلاب شرق مشهد با دبی 80،000 مترمکعب در روز از نظر میزان مصرف انرژی و هزینه های سرمایه گذاری اولیه در مقایسه با فرآیندهای پیشنهادی دیگر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان داد میزان انرژی مصرفی در این تصفیه خانه حدود 2 برابر تصفیه خانه های فاضلاب مشابه با فرآیند بهینه است. هم‎چنین اگرچه با تغییر هاضم هوازی به بی هوازی، میزان انرژی از kwh/m3 1 به kwh/m358/0 کاهش خواهد یافت؛ اما لازم است برای کاهش بیشتر انرژی مصرفی و بازیابی انرژی در مقایسه با تصفیه‎خانه‎های فاضلاب بهینه‎سازی یا احداث شده در جهان، از سیستم  CHP استفاده نمود. لذا با توجه به مزایای متعدد کاهش مصرف انرژی در تصفیه خانه های فاضلاب ضروری است به‎منظور خودکفایی در تامین انرژی، در انتخاب فرآیند بخش مایع و لجن تصفیه خانه های فاضلاب در دست مطالعه و یا بهینه‎سازی تصفیه خانه های فاضلاب احداث شده در کشور توجه بیشتری شود.

    کلیدواژگان: فرآیند تصفیه فاضلاب، هاضم های هوازی و بی هوازی، منابع تولید انرژی، اثرات زیست‎محیطی
  • میلاد غفاری راد، مهدی قنبرزاده لک* صفحات 53-64
    در مقاله حاضر ابتدا مدل HELP به‎عنوان یک نرم افزار مورد تایید US EPA در تخمین کمیت شیرابه تولیدی در مراکز دفن پسماند، معرفی و روش اجرای آن بیان شد. سپس، داده های هیدرولوژیکی برای زمان بهره برداری از مرکز دفن فرضی زایدات تولیدی در شهر ارومیه (به‎عنوان مطالعه موردی) و دوران 30 ساله پس از بستن آن، در شرایط مختلف آماده سازی شد. مطابق نتایج، در زمان بهره برداری در شرایط وقوع شدیدترین بارش، به‎دلیل ناقص بودن پوشش نهایی، شیرابه نفوذی به‎داخل خاک تا 282/8 مترمکعب در سال افزایش پیدا خواهد کرد که می تواند تاثیر به سزایی را در آلودگی خاک منطقه و سفره آب زیرزمینی داشته باشد. هم‎چنین، استفاده از خروجی های آن به‎عنوان داده های اولیه در محاسبات شیرابه زایی در مدت 30 سال پس از بستن محل دفن زباله، باعث افزایش 71/6 درصدی بر میزان شیرابه زهکشی شده می شود (این میزان شیرابه زایی عموما در محاسبات طراحی سیستم جمع آوری شیرابه نادیده گرفته می شود). به بیان دیگر، بارش و شرایط هیدرولوژیکی در طی دوران بهره برداری از مرکز دفن، رطوبت لایه های مدفن را تغییر می دهد که در صورت نزدیک شدن شرایط این لایه ها به حالت اشباع، رطوبت اضافی ناشی از بارش به شیرابه تبدیل خواهد شد. در بلندمدت نیز افزایش یا کاهش بارش بر شیرابه زایی تاثیر مستقیم خواهد داشت.
    کلیدواژگان: مرکز دفن، بهره برداری، بارش، شیرابه، Help
  • صفحات 65-67
  • صفحات 68-81
  • صفحه 82
  • صفحات 83-84
  • صفحات 85-86
  • صفحات 87-100
|
  • Shervin Jamshidi * Pages 4-15

    Water Distribution Networks (WDN) are amongst the six pillars of smart urban infrastructures which can be managed without or in connection with other smart grids. This research uses an adaptive study to review and compare the approaches and international experiences of smart WDNs. The comparative results initially verify that smart WDN can relatively reduce bursts, leakage, and the reaction time required for operation in comparison with SCADA. In addition, it improves asset management, social awareness about water consumption, the satisfaction of users, water quality, and the revenues of water companies. This study also outlines that smart WDN is a multidisciplinary issue and requires consecutive steps for implementation as described in the Spiral model. This conceptual model is more like a roadmap. It introduces a methodology for upgrading SCADA to smart WDNs and illuminates practical steps, in addition to the short and long term scopes, toward integrated supply and demand management of urban water. Here, the proposed methodology emphasizes pilot studies in different scales and conditions for the validation of integrated software-hardware system prior to any practice.

    Keywords: Adaptive study, SCADA, Smart infrastructure, Spiral model, Water Distribution Network (WDN)
  • Seyyed Ahmadreza Shahangian, Massoud Tabesh *, Haniye Safarpour, Melica Khashei, Mahnaz Abbasi Pages 16-23

    In recent years due to water resources scarcity and increase in water extraction costs, more attention has been given to water consumption; specifically, urban water consumption as a more sensitive and high priority demand with high costs of supplying. Accordingly the water and wastewater authorities are directed to modern water management methods including water demand management policies and water conservation. These practices and policies not only have widespread positive and negative effects in different aspects, but also by affecting the different components of the system, can make more severe and immense effects. Amongst the most important aspects related to such policies are the social aspect and the main stakeholders of the urban water management, i.e. households. Thus, the purpose of this paper is to address these different aspects by reviewing the requirements and obligations of the integrated framework in assessment of water demand management policies. To this end, firstly the importance and necessity of assessing the water demand management policies has been discussed. Then, different approaches for integrated environmental assessment and management have been introduced by demonstrating the main implications. Also, some illustrative examples are presented. Finally, the agent-based model is introduces as the integrated approach for investigating the micro-level social interaction and assessment of macro-level aggregated impacts.

    Keywords: Agent-based model, Environmental Impact, Integrated assessment, Water Demand management, Water Distribution Network
  • Javad Norouzi, MohammadReza Jalili Ghazizade *, Iman Moslehi Pages 24-30

    Minimum Night Flow (MNF) analysis in District Metered Areas (DMAs) is the most important method for monitoring and estimating the leakage volume in Water Distribution Networks (WDNs). An estimation of night leakage in a DMA is calculated by deducting legitimate night consumption from MNF. Therefore, the amount of household night water consumption is a crucial parameter in determining the leakage level in WDNs. The household night water consumption may be different in various countries or even in different utilities within a country. Therefore, a precise estimation of household night water consumption and use appropriate techniques are required to determine the volume of physical losses using MNF analysis. The present paper provides a literature review on analysis methods for estimating household night water consumption in different countries, their estimated values, and the effective parameters on the per capita household night consumption. This review could be used by practitioners and researchers dealing with estimating leakage level in WDNs.

    Keywords: Household Night Water Consumption, Minimum Night Flow, Water Leakage, District Metered Area
  • Hanie Mohsenzade, Hesam Razm Ara, Ali Dashti *, Hadi Roosta, Hadi Nakhaee, Samaneh Tavakoli Aminian, Masoud Rouhbakhsh, Ali Fazayeli Torabi Pages 31-40
    In the present paper, based on case study, risk measurement using failure mode effects analysis (FMEA1) methodology was performed in 4 chosen water and wastewater treatment plants in Mashhad. In this method, first the chlorination units were categorize to 6 classes including cylinders storage, chlorination room, gas cylinders, transportation of chlorine gas, joints of chlorination equipment, and educational systems of employee and management. The different potential modes of failures of these water and wastewater treatment units were listed and the severity rating, occurrence rating, and detectability rating were determined with interviewing the experts. According to these, risk priority number was calculated and the risk of mode of failure was prioritized in the parts of the water and water treatment plants. The results indicate that in general, the first priorities corresponded to the risks in terms of electrical and transportation; and using standard equipment and appropriate means of transport were suggested.
    Keywords: chlorination, FMEA, Risk Analysis, Risk priority number, Water, Wastewater Treatment
  • Vahid Aghabalaei *, Naser Mehrdadi, Shima Mardani, Mahla Tabeshnia Pages 41-52

    Construction of wastewater treatment plant, if energy and water resources are recovered, can justify some undesirable effects such as greenhouse gas emissions. sludge management and treatment is one of  the most complex and costly parts of  treatment  plants  that can cover  up  to  60%  of  initial capital  and  operation  costs of  a  wastewater  treatment  plant. Considering the importance of reducing energy consumption in wastewater treatment plants as an environmental  and  economic  point  of  view,  some investigations  have  done  to construct and modify wastewater plants worldwide in order to the self-sufficiency of energy supply recently year. This article is a practical study that the costs of capital and energy consumption were analyzed in comparison with other processes for MLE1 process with aerobic digestion in wastewater treatment plant in east of Mashhad with flow rate of 80000 m3/d. The results show that energy consumption in this system is about 2 times of similar wastewater treatment plants with optimal process. Also, however, the energy level will decrease from 1 kwh/m3 to 0.58 kwh/m3 with the change of aerobic digestion to anaerobic, but it is necessary to use of CHP system for decrease of energy consumption and recovery in comparison with constructed or optimized of wastewater treatment plants in worldwide. Therefore, it is necessary to pay more attention in selecting the process of liquid and sludge section in wastewater treatment plants under studying or optimizing wastewater treatment plants built in the country because of the numerous benefits of reducing energy consumption in wastewater treatment plants, in order to be self-sufficient in energy supply.

    Keywords: aerobic, anaerobic digestions, energy generating resources, Environmental effects, Wastewater treatment process
  • Milad Ghaffariraad, Mahdi Ghanbarzadehlak * Pages 53-64
    In the present paper, the HELP model was first introduced as a US EPA approved software to estimate the amount of leachate produced in landfills, and its implementation was described. Hydrological data were then prepared for the time of operation of the hypothetical landfill of waste produced in Urmia (as a case study) and 30 years after its closure at different conditions. According to the results, at the time of operation during the most severe rainfall conditions, due to incomplete final coverage, infiltrated leachate into the soil will increase to 8.282 m3/year, which can have a significant impact on soil and groundwater contamination. Also, using its outputs as baseline data in leachate calculations during the 30 years after landfill closure results in a 6.71% increase in the amount of leachate (this leachate is generally ignored in leachate design calculations). In other words, precipitation and hydrological conditions change the moisture contenet of the buried layers during the operation of the burial site, which, if approached by saturation conditions, will result in excess moisture form the leachate. In the long-term, increasing or decreasing precipitation will have a direct effect on leachate.
    Keywords: Landfill, leachate, Help, Operation, Precipitation