فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 132 (فروردین و اردیبهشت 1400)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 132 (فروردین و اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/20
  • تعداد عناوین: 10
|
  • حسن اسماعیل زاده، ابراهیم فتایی*، حسین سعادتی صفحات 1-15

    هیدروژن سولفید (H2S) گازی سمی، بد بو، بی رنگ، آتش گیر و دارای خاصیت اسیدی است. مشکلات عمده هیدروژن سولفید، تهدید سلامتی و ایمنی، ایجاد خوردگی و آسیب به تاسیسات فلزی است. این پژوهش به منظور حذف هیدروژن سولفید از آب های ترش پالایشگاه تبریز و بازیافت مقدار بسیار زیادی آب و همچنین کاهش آلودگی هوای پالایشگاه انجام شد. در این پژوهش تجربی و آزمایشگاهی با استفاده از روش جذب سطحی، تاثیر پارامترهای pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه آلاینده، زمان تماس و دما بر فرایند حذف هیدروژن سولفید با استفاده از جاذب کلینوپتیلولیت بررسی شد و ترمودینامیک، سینتیک و ایزوترم فرایند جذب بررسی شد. از نتایج به دست آمده برای حذف H2S از آب ترش پالایشگاه تبریز استفاده شد. نتایج نشان داد مقدار بهینه pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه آلاینده، زمان تماس و دما به ترتیب برابر با 3، 1 گرم در 100میلی لیتر محلول، 50 میلی گرم در لیتر، 30 دقیقه و 25 درجه سلسیوس بود. نتایج حاصل از بررسی ترمودینامیکی نشان داد که فرایند جذب گرماده، برگشت ناپذیر و خودبه خودی بود. نتایج تجربی نشان داد که سینتیک جذب با مدل شبه مرتبه دوم و ایزوترم جذب با مدل فروندولیچ برازش بهتری داشت. کارایی حذف هیدروژن سولفید بعد از عبور 100 میلی لیتر آب ترش از بستر ثابت در شرایط دمایی 25 درجه سلسیوس و در مدت 45 دقیقه برابر با 7/96 درصد بود. مطابق نتایج این پژوهش روش به کار برده شده، به دلیل سادگی عمل و کارایی زیاد و جاذب انتخاب شده به دلیل ارزانی، فراوانی، قابلیت احیا و افزایش کارایی با افزایش مقدار جاذب، می توانند به عنوان روش و جاذب مناسب برای حذف هیدروژن سولفید از پساب ها و آب ترش پالایشگاه ها استفاده شوند.

    کلیدواژگان: حذف آلاینده، آب ترش، بازیابی آب، جذب سطحی، کلینوپتیلولیت، سینتیک، ترمودینامیک
  • حسین امجدی، جابر سلطانی*، مرتضی خشه چی، امیرحسین احمدی حاجی صفحات 16-26

    یکی از قدیمی ترین روش های تولید انرژی الکتریکی، استفاده از انرژی نهفته در آب جاری است که برای دستیابی به این هدف از یک توربین آبی استفاده می شود. این انرژی یکی از مهم ترین منابع انرژی تجدیدپذیر محسوب می شود که در سال های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این پژوهش به ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی یک نوع میکروتوربین آبی برای تبدیل فشار اضافی موجود در شبکه های آب رسانی فشار متوسط به انرژی الکتریکی قابل استفاده برای حسگرها و یا تجهیزاتی مانند فلومترها، فشار سنج ها و سیستم های نشت یاب که به منظور مدیریت مصرف انرژی و هوشمندسازی شبکه های آب رسانی استفاده می شوند، پرداخته شد. برای این منظور طی سه سناریوی مختلف، تاثیر پارامترهایی مانند دبی، فشار و زوایای مختلف صفحه هدایت کننده جریان بر روی عملکرد میکروتوربین و میزان افت فشار بررسی شد. نتایج نشان داد، بیشترین توان خروجی میکروتوربین 01/59 وات و میزان افت فشار  71/9 متر آب مربوط به زمانی است که دبی ورودی 61/42 مترمکعب بر ساعت است و بازشدگی صفحه هدایت کننده جریان 20 درجه است. کم ترین میزان توان خروجی 8/0 وات و افت فشار 65/4 متر آب نیز برای حالتی است که دبی ورودی برابر با 46 مترمکعب بر ساعت و از صفحه هدایت کننده جریان استفاده نشده است. مقدار ضریب تعیین (R2) برای معادلات توان خروجی میکروتوربین و میزان افت فشار به ترتیب به میزان 92/0 و 99/0 محاسبه شد.

    کلیدواژگان: انرژی الکتریکی، شبکه آب رسانی، فشار مازاد، عملکرد هیدرولیکی، میکروتوربین آبی
  • محسن کدخدایی، محمدرضا جعفرزاده*، علی عباسی صفحات 27-40

    محدود بودن منابع آب از یک سو و افزایش تقاضای مصارف خانگی آب در اثر رشد جمعیت شهری از سوی دیگر، تامین آب موردنیاز شهروندان در کلان شهرها را با مشکل مواجه کرده است. بنابراین ضروری است با استفاده از راهکارهای مدیریت و کنترل مصرف، میزان مصارف خانگی آب در کلان شهرها کاهش داده شود. با درک این ضرورت، اصلاح الگوی مصرف آب در کلان شهرها می تواند به عنوان یکی از موثرترین راهکارهای عملیاتی، مدنظر قرار گیرد. نخستین گام در این راستا، فرهنگ سازی برای مصرف بهینه آب در میان شهروندان و مشترکان آب شهری است. از جمله کاربردی ترین شیوه های فرهنگ سازی مصرف بهینه آب در کلان شهرها می توان به تبلیغات رسانه ای، برگزاری دوره های آموزشی برای شهروندان، برگزاری دوره های آموزشی در مدارس، توزیع بروشورهای آموزشی در بین مشترکان آب شهری و استفاده از بیلبوردهای تبلیغاتی اشاره کرد. هدف از انجام این پژوهش، رتبه بندی شیوه های ذکر شده برای تغییر رفتار مصرف آب شهروندان است. ارزیابی و رتبه بندی انجام شده در این پژوهش با استفاده از روش تلفیقی تحلیل سلسله مراتبی خاکستری (Grey-AHP) و روش تاپسیس خاکستری (Grey-TOPSIS) انجام شد. در این پژوهش، کلان شهر مشهد به عنوان مطالعه موردی پژوهش انتخاب شد. بر اساس نتایج به دست آمده، تبلیغات رسانه ای و استفاده از بیلبوردهای تبلیغاتی مشترکا به عنوان مناسب ترین شیوه های فرهنگ سازی مصرف بهینه آب در شهر مشهد شناخته شدند. شیوه های توزیع بروشورهای آموزشی، آموزش در مدارس و برگزاری دوره های آموزشی برای شهروندان نیز به ترتیب در رتبه های دوم تا چهارم قرار گرفتند. شیوه های فرهنگ سازی مصرف بهینه آب که استفاده از آنها سهولت بیشتری دارد، مناسب تر بوده و تاثیر بیشتری بر کاهش مصرف آب دارند.

    کلیدواژگان: الگوی مصرف، مصارف خانگی آب، مشهد، روش تحلیل سلسله مراتبی خاکستری، روش تاپسیس خاکستری
  • مریم فتاحی، لیلا حاجی آقابابائی*، علیرضا بدیعی، محمدرضا گنجعلی، قدسی محمدی زیارانی صفحات 41-52

    امروزه تامین آب بهداشتی یکی از دغدغه های اساسی جامعه جهانی است و فلزات سنگین یکی از مهم ترین آلاینده های منابع آب هستند. فلزات سنگین از جمله مس می توانند به زنجیره غذ ایی و بدن موجودات زنده وارد شوند و انسان را تحت تاثیر عوارض سمیت و سرطان زایی قرار دهند. بنابراین در این پژوهش، SBA-15 نانومتخلخل عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید سنتز شدند و برای حذف یون های مس از محلول های آبی استفاده شدند. جاذب ها با روش های تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، جذب- واجذب گاز نیتروژن و طیف سنجی FTIR برای بررسی تخلخل و گروه های عاملی سیلیکای مزوپوری شناسایی شدند. اندازه گیری غلظت یون ها با روش طیف سنجی جذب اتمی شعله ای انجام شد. پارامترهای موثر بر فرایند حذف چون مقدار جاذب، زمان تماس، pH محلول و حضور سایر یون های فلزی در محیط ارزیابی و بهینه شد. بهترین کارایی حذف به وسیله جاذب های  SBA-15 عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید، در 5pH> و با مقدار 10 میلی گرم جاذب بعد از 15 دقیقه به دست آمد. بازیابی مس از جاذب ها با 20 میلی لیتر اسید نیتریک 3 مولار انجام شد. داده های جذب با استفاده از ایزوترم های لانگمیر و فروندلیچ برای هر دو جاذب تجزیه و تحلیل شدند. بر اساس مدل لانگمیر، ماکسیمم ظرفیت جذب 56/232 و 46/93 میلی گرم مس به ازای هر گرم جاذب و ضرایب هم بستگی برابر 857/0 و 968/0 به ترتیب برای SBA-15 عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید به دست آمد. اما ضرایب هم بستگی به دست آمده از برازش داده ها با استفاده از ایزوترم فروندلیچ برای SBA-15 عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید به ترتیب برابر 991/0 و 972/0 بود که نشان دهنده مطلوب بودن این مدل در تشریح رفتار جذب مس بر روی هر دو جاذب است. در نهایت، حذف مس از نمونه های پساب واقعی انجام شد. نتایج نشان داد که هر دو نانومتخلخل  SBA-15 عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید، جاذب های مناسبی برای حذف یون های مس است.

    کلیدواژگان: SBA-15 عامل دار شده با گروه های دی و تترا کربوکسیلیک اسید، مس، حذف، طیف سنجی جذب اتمی شعله ای، نمونه پساب
  • سها نزهت، امیرحسام حسنی*، همایون احمد پناهی، الهام منیری، مسعود منوری صفحات 53-68

    ورود علف کش ها به منابع تامین آب شرب می تواند اثرات مخربی بر سلامت انسان و محیط زیست داشته باشد. بنابراین برای حفظ محیط زیست حذف آنها از محیط آبی امری ضروری است. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی ایزوترم جذب گرافن اکساید اصلاح شده توسط دندریمرهای آلی برای حذف سم بوتاکلر از محیط آبی انجام شد. در این پژوهش گرافن اکساید مغناطیسی عامل دار شده به روش جذب پیوندهای کووالانسی تولید و به عنوان جاذب استفاده شد. مشخصات جاذب سنتز شده توسط FTIR، XRD، SEM و TEM آنالیز شد. همچنین تاثیر پارامترهای pH، زمان تماس، غلظت آلاینده، مقدار جاذب، دما و قابلیت استفاده مجدد بر ظرفیت جذب جاذب بررسی شد و شرایط بهینه تعیین شد. یافته های جذب به وسیله مدل های ایزوترم لانگمیر و فروندلیچ شرح داده شدند. نتایج نشان داد که گرافن اکساید مغناطیسی عامل دار شده به طور موثر سم بوتاکلر را جذب می کند و درصد جذب به طور قابل توجهی تحت تاثیر پارامتر های بررسی شده است. با افزایش زمان تا 45 دقیقه، افزایش pH تا مقدار5، افزایش مقدار جاذب تا 3 گرم بر لیتر و غلظت سم بوتاکلر تا 10 میلی گرم در لیتر و افزایش دما تا 25 درجه سلسیوس، مقدار جذب سم بوتاکلر تا 4/95 درصد افزایش یافته است. واجذب سم از دمای 37 تا 50 درجه سلسیوس افزایش یافته است و بعد از 10 بار استفاده مجدد از جاذب، مقدار جذب تنها 5/6 درصد کاهش یافت. جاذب در شرایط بهینه قادر به حذف 3/86 درصد از سم بوتاکلر در نمونه واقعی با انحراف استاندارد 06/6 درصد شد. ایزوترم لانگمیر فرایند جذب را به خوبی توصیف کرد (99/0=2R). نانوجاذب سنتز شده، یک جاذب کارآمد و توانمند و حساس به گرما برای حذف سم بوتاکلر از محیط آبی است.

    کلیدواژگان: گرافن اکساید، نانوذرات مغناطیسی، دندریمر، بوتاکلر
  • ملیحه اسکندری*، محمدتقی تقوی فرد، ایمان رئیسی وانانی، سید سروش قاضی نوری صفحات 69-90

    دسترسی به آب سالم و دفع بهداشتی فاضلاب از ارکان توسعه هر کشور بوده و ضروری است که این طرح ها در کوتاه ترین زمان ممکن تکمیل شود. از سوی دیگر با توجه به ظهور انواع روش های مشارکت عمومی- خصوصی، انتخاب روش مناسب مشارکت، یکی از مسایل مهم بخش آب و فاضلاب بوده و این صنعت همواره نیازمند مدلی برای تصمیم گیری در خصوص نحوه و روش سرمایه گذاری در منطقه و یا طرح خاص بوده است. با توجه به وجود پایگاه داده از اطلاعات پروژه های مشارکتی در بخش آب و فاضلاب، می توان با استفاده از داده های به دست آمده و الگوریتم های کشف الگو و تصمیم گیری داده کاوی، مدل سرمایه گذاری و روش مناسب اجرای پروژه را تعیین کرد. در این پژوهش با بهره گیری از داده های 176 پروژه مشارکتی بخش آب و فاضلاب و استفاده از روش اجرای پروژه های داده کاوی یعنی فرایند کریسپ، مدل مشارکت عمومی- خصوصی صنعت آب و فاضلاب استخراج شد. پس از تشریح و درک داده، مراحل پاک سازی و حذف داده های پرت اجرا شده است. در مرحله دسته بندی، با تکنیک های درختی و یادگیری ماشین، طبقه بندی موفقیت و شکست پروژه ها و تحلیل های لازم انجام و شاخص های مشارکت عمومی- خصوصی به ترتیب اولویت استخراج شد. به منظور اعتبار سنجی و تقسیم داده ها، از روش اعتبارسنجی ضربدری استفاده شد. بر مبنای مدل سازی انجام شده و با در نظر گرفتن انواع روش های پیش پردازش و داده کاوی، روش استکینگ با دقت 27/86 درصد، به عنوان روش مناسب پیش بینی و تعیین نوع قرارداد مشارکت عمومی- خصوصی در اجرای هر پروژه بخش آب و فاضلاب معرفی شد. در بخش پیش پردازش نیز روش ترکیبی Connectivity-based Outlier Factor برای حذف داده پرت و شاخص آنتروپی برای انتخاب ویژگی استفاده شد. با توجه به مدل پیشنهادی، علاوه بر معرفی قالب قراردادی مشارکتی مناسب برای اجرای هر گروه از پروژه های بخش آب و فاضلاب و معرفی قالب قراردادی مناسب در هر استان، می توان میزان موفقیت هر طرح را در هر یک از قالب های قراردادی پیش بینی و تاثیر بهبود هر یک از شاخص ها را در افزایش موفقیت پروژه بررسی کرد.

    کلیدواژگان: صنعت آب و فاضلاب، مشارکت عمومی- خصوصی، داده کاوی، پیش بینی، برون سپاری
  • ناهید سادات جعفری، سعید علیمحمدی* صفحات 91-105

    مدل سازی کیفی آب‏های زیرزمینی ابزاری مفید برای شناسایی چگونگی انتقال آلاینده‏ها در محیط متخلخل آبخوان است. این مدل‏ها شامل پارامترهای متعددی هستند که اغلب بر اساس پژوهش های قبلی یا قضاوت کارشناسی برآورد می‏شوند یا در بهترین شرایط بر اساس اندازه گیری های محدود میدانی برآورد می شوند. در نتیجه داده‏های ورودی به مدل‏های ‏شبیه‏سازی، دقیق نبوده و همراه با خطا‏ هستند که این خطا‏ها باعث به وجود آمدن عدم قطعیت در نتایج مدل شبیه‏سازی می‏شود. هدف این پژوهش تحلیل عدم قطعیت و تحلیل حساسیت پارامترهای مدل جریان و مدل انتقال آلاینده‏ محلول در آب زیرزمینی و تعیین پارامترهای حساس بر انتقال آلاینده‏ بود. به این منظور ابتدا با استفاده از مدل فرضی و تحلیل حساسیت به دو روش موضعی و جامع، پارامترهای حساس بر انتقال آلاینده تعیین شد. پارامترهای موثر بر حداکثر غلظت آلاینده محلول از تحلیل حساسیت موضعی به ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب کاهشی، تخلخل، ضریب توزیع و ضریب پخشیدگی و پارامترهای موثر بر زمان رسیدن به حداکثر غلظت به ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب توزیع، تخلخل، ضریب پخشیدگی و ضریب کاهشی بودند. پارامترهای موثر بر حداکثر غلظت آلاینده محلول با توجه به نتایج تحلیل حساسیت جامع نیز به ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب کاهشی، تخلخل، ضریب پخشیدگی و ضریب توزیع و پارامترهای موثر بر زمان رسیدن به حداکثر غلظت به ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب توزیع، ضریب پخشیدگی، ضریب کاهشی (یا نرخ زوال) و تخلخل بودند. سپس مدل سازی جریان با مدل MODFLOW و مدل سازی انتقال آلاینده‏ها با مدل MT3DMS آب زیرزمینی منطقه بررسی شده (دشت قزوین) بر اساس اطلاعات کیفی مربوط به یون های کلراید و نیترات انجام شد و با استفاده از پارامترهای مدل، تولید متغیرهای تصادفی به روش مونت کارلو که مناسب برای توابع پیچیده است، انجام شد. برای بیان تحلیل عدم قطعیت نمودارها تابع توزیع تجمعی مکمل CCDF غلظت کلراید و نیترات محاسبه و رسم شده است. با توجه به این نمودار تغییرات غلظت کلراید با احتمال 5 درصد برابر با 5/205 میلی‏گرم در لیتر، با احتمال 50 درصد برابر با 5/196 میلی‏گرم در لیتر، احتمال 95 درصد برابر با 4/185 میلی‏گرم در لیتر است. همچنین با توجه به نمودار CCDF نیترات، تغییرات غلظت نیترات با احتمال 5، 50 و 95 درصد به ترتیب برابر 56، 125/54 و 5/51 میلی‏گرم در لیتر حاصل شد. نتایج دو روش تحلیل حساسیت موضعی و جامع شبیه هم هستند. شایان ذکر است که این نتیجه مربوط به مدل فرضی است و ممکن است در شرایط دیگر نتایج متفاوتی حاصل شود.

    کلیدواژگان: آلودگی آب زیرزمینی، تحلیل عدم قطعیت، تحلیل حساسیت، شبیه‏سازی مونت کارلو
  • عبدالحسین صالحی سروک، علی المدرسی، سید ابوالقاسم میر حسینی*، مسعود شیشه بر، علی اکبر جمالی، عبدالحسین کنگازیان صفحات 106-124

    با توجه به افزایش مصرف آب شرب در جهان، تلاش برای به کارگیری راهکارهای جدید برای دست یافتن به مقدار مناسب آب با کیفیت مطلوب لازم است. یکی از مسایل عمده ای که اکثر صنایع از جمله صنعت آب با آن مواجه اند، خورندگی و رسوب گذاری است. این پژوهش به منظور بررسی عوامل رسوب گذاری و خورندگی منابع تامین و توزیع آب شرب شهر سوق در استان کهگیلویه و بویراحمد انجام شد. در این پژوهش با استفاده از شاخص های لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و تهاجمی به صورت مطالعه توصیفی به منظور تعیین پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری آب شبکه آب رسانی، اطلاعات شیمیایی و فیزیکوشیمیایی 84 نمونه آب مربوط به چاه های تغذیه، مخازن آب و شبکه آب رسانی اختصاصی این منطقه استفاده شدند. نمونه ها بین سال های 1386 تا 1395 توسط شرکت آب و فاضلاب شهری استان جمع آوری و آنالیز شدند. با توجه به این اطلاعات، اندیس های لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و تهاجمی برای این نمونه ها محاسبه شد و یافته های به دست آمده از به کارگیری شاخص های فوق نشان داد که متوسط شاخص ها به ترتیب 63/0±598/0 خوردگی کم تا متوسط، 797/0± 470/8 خوردگی کم تا متوسط، 286/0±472/7 خوردگی کم تا متوسط و 227/0± 015/12 تهاجمی ملایم یا خوردگی خیلی کم بود. منابع تامین آب منطقه بررسی شده دارای خوردگی کم تا متوسط بودند و اندکی تمایل به ایجاد رسوب پوسته تخم مرغی داشتند. آب شرب شهر سوق در مسیر انتقال آب شرب مشترک شهر دهدشت و سوق در فاصله 17 کیلومتری از محل منابع تامین آب مشترک (چاها) از مخزن ذخیره تپه سپاه (مشترک شهر دهدشت و سوق) مجزا شده و به فاصله 15 کیلومتر توسط خط انتقال و ایستگاه پمپاژ آب به سمت شهر سوق هدایت می شود. میانگین مقدار شاخص های خورندگی و رسوب گذاری شبکه اختصاصی تامین و توزیع آب شهر سوق (لانزلیه، رایزنر، پوکوریس وتهاجمی) به ترتیب 63/.، 8/6، 28/7 و 8/12 به دست آمد که تمایل به رسوب، به طور متوسط تمایل به ته نشست CaCO3، غیرتهاجمی است. علی رغم این واقعیت که pH متوسط منابع تامین آب مشترک هر دو شهر 78/7 بود. در فصل تابستان pH آب شبکه اختصاصی شهر سوق به 5/8 افزایش یافت. مقدار و میانگین مقدار شاخص های خورندگی و رسوب گذاری شبکه اختصاصی آب رسانی شهر سوق در فصل گرم سال نشان می دهد که آب این شبکه تمایل به رسوب دارد. بر اساس یافته های این بررسی میانگین دمای آب شبکه آب رسانی اختصاصی در این 15 کیلومتر انتقالی که شامل خط انتقال و مخازن ذخیره فلزی روکار هستند، حدود10 درجه سلسیوس افزایش دما داشته است. این افزایش دما ناشی از دمای محیط بیش از 48 درجه سلسیوس و گرم شدن آب در مخازن ذخیره فلزی و خط انتقال فولادی روکار در اجزای شبکه آب رسانی آب اختصاصی شهر سوق هستند که این تغییر فیزیکی آب یا دما عامل اصلی تشکیل رسوب است.

    کلیدواژگان: رسوب، دما، شبکه توزیع، شاخص اشباع لانژلیه، رایزنر، پوکوریس
  • سجاد خلیلی، مسعود تابش*، الهام قائمی صفحات 125-135

    آلوده شدن آب آشامیدنی به عنوان یک تهدید برای امنیت آب در سراسر جهان شناخته می شود. در شبکه های توزیع آب، آلودگی پس از ورود به شبکه به سرعت گسترش یافته و خطرات بهداشتی و جانی برای جامعه ایجاد می کند. با استفاده از مجموعه ای از حسگرها که غلظت کلر یا هر ماده شیمیایی دیگر را گزارش دهند، می توان مشاهدات مفیدی برای تشخیص، شناسایی و مدیریت آلودگی ارایه داد. از جمله بر اساس این مشاهدات می‎توان محل، زمان و غلظت آلودگی ورودی به شبکه را تعیین و به تصمیم گیرندگان اعلام کرد. در این پژوهش برای حل مسئله تعیین مشخصات منبع آلودگی، از یک رویکرد شبیه سازی-بهینه سازی استفاده می شود که در آن نرم افزار شبیه سازی شبکه های آب تحت فشار EPANET به عنوان شبیه ساز و الگوریتم ژنتیک به عنوان بهینه ساز به کار رفته است. مدل توسعه یافته در این پژوهش، بر روی EPANET Example 3 اجرا شد. در مدل سازی شبکه های توزیع آب از اطلاعاتی به عنوان داده های ورودی استفاده شد که می توانند سبب بروز خطا در شبیه سازی مدل شوند. زبری لوله ها و نرخ زوال کلر ازجمله این ورودی ها هستند. مدل برای پیدا کردن مکان، زمان و غلظت آلودگی ورودی اجرا شده و تاثیر زبری لوله ها و نرخ زوال کلر بر جواب های مدل بررسی شده است. سناریوی ورود آلودگی بر روی شبکه اعمال شده و مدل ارایه شده در پیدا کردن مکان و زمان آلودگی کاملا دقیق است. با افزایش متغیرها، مدل مکان و زمان ورود آلودگی را به درستی ارزیابی کرده، اما در ارزیابی غلظت آلودگی دقت کامل را ندارد و غلظت آلودگی با انحراف از معیار 1/8%-8/4%=σ محاسبه می شود.

    کلیدواژگان: آلودگی، شبکه های توزیع آب، الگوریتم ژنتیک، تحلیل هیدرولیکی، زبری لوله ها، نرخ زوال کلر
  • مرتضی کاظم آبادی، مهسا سادات میرعلینقی*، همایون احمدپناهی، رضا حاجی سیدمحمد شیرازی صفحات 136-146

    آرسنیک موجود در آب یکی از عناصر بسیار سمی است که اثرات زیان باری بر سلامت انسان و اکوسیستم می گذارد. برای رفع این مشکل، در این پژوهش کامپوزیت نانولوله های کربنی تک دیواره اصلاح شده با پلی آلیل آمین هیدروکلرید (PAH/Ox-SWCNT) سنتز شد و به عنوان جاذب برای حذف آرسنیک از محلول آبی به کار رفت. ویژگی های نانوکامپوزیت با آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز گرویمتری، طیف بینی تبدیل فوریه مادون قرمز و الگوی پراش پرتو x شناسایی شد. آزمایش های جذب سطحی برای تعیین کارایی PAH/Ox-SWCNT در جذب سطحی آرسنیک از محلول در شرایط عملیاتی مختلف انجام شد. داده های تجربی با مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول و دوم به روش رگرسیون غیرخطی با استفاده از نرم افزار Mathematica برازش شد. مدل های لانگمیر و فروندلیچ برای توصیف هم دماهای تعادلی جذب به کار برده شدند. درصد حذف As با افزایش pH اولیه محلول از 2 تا 7 افزایش یافت، در صورتی که با افزایش غلظت اولیه As کاهش پیدا کرد. به علاوه، افزایش زمان تماس موجب بازده بیشتر جذب سطحی شد. درصد حذف As با استفاده از 10 میلی گرم از نانوکامپوزیت سنتزی، در pH برابر 7 و زمان تماس 30 دقیقه بیش از 90 درصد بود. حداکثر ظرفیت جذب سطحی در دمای298 درجه سلسیوس، 07/275 میلی گرم بر گرم به دست آمد. فرایند جذب از مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم و مدل هم دمای فروندلیچ پیروی کرد. همچنین، درصد حذف As پس از هشت چرخه جذب-واجذب بیش از 65 درصد بود. نتایج نشان داد که PAH/Ox-SWCNT سنتزی احتمالا می تواند جاذب نویدبخشی برای پاک سازی آب آلوده به آرسنیک باشد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری، آرسنیک، جذب سطحی، روش غیرخطی
|
  • Hassan Esmaeilzadeh, Ebrahim Fataei *, Hossein Saadati Pages 1-15

    Hydrogen sulfide (H2S) is a toxic, odorous, colorless, flammable and acidic gas. The main problems of hydrogen sulfide are the threat to health and safety, and causing corrosion and damage to metal installations. This study was conducted to remove hydrogen sulfide from the sour waters of Tabriz refinery and to recycle large amounts of water as well as to reduce air pollution in the refinery. In this experimental and laboratory study, the effect of pH, adsorbent content, initial concentration of pollutant, contact time and temperature on hydrogen sulfide removal process using clinoptilolite adsorbent was investigated. Thermodynamics, kinetics, and isotherms of adsorption process were studied. The results were used to remove H2S from the sour water of Tabriz refinery. The results showed that the optimal values of pH, absorbent value, initial pollutant concentration, contact time and temperature were 3, 1g/100 mL, 50 mg/L, 30 min and 25 oC, respectively. The results of thermodynamic studies showed that the adsorption process was exothermic, irreversible and spontaneous. The experimental data were better fitted to the pseudo-second order kinetics model and Freundlich isotherm model. After passing 100 ml of sour water from the fixed bed at 25 oC and 45 minutes, the removal efficiency was 96.7%. According to the results of this study, the proposed method due to its simplicity and high efficiency and the clinoptilolite due to its cheapness, abundance, ability to resuscitate and increase efficiency by enhancing the amount of clinoptilolite can be considered as an appropriate method and suitable adsorbent to remove hydrogen sulfide from the sour water of refineries and effluents.

    Keywords: Pollutant Removal, Sour Water, Water Recovery, Surface adsorption, Clinoptilolite, Kinetic, Thermodynamic
  • Hossein Amjadi, Jaber Soltani *, Morteza Khashehchi, Amirhosein Ahmadihaji Pages 16-26

    One of the oldest methods of producing electrical energy is the use of latent energy in running water, which uses a water turbine to achieve this. It is one of the most important sources of renewable energy and has attracted the attention of many researchers in recent years. In this study, laboratory evaluation of hydraulic performance of a type of water microturbine to convert excess pressure in medium pressure water supply networks into electrical energy usable for sensors or equipment such as flow meters, pressure meters, leak detectors, etc., used to manage energy consumption and intelligent water supply networks is investigated. For this purpose, in three different scenarios, the effect of parameters such as flow rate, pressure and different angles of the guide vane on the microturbine performance and pressure drop was investigated. The results showed that the highest microturbine output power (59.01 watts) and pressure drop rate (9.71 meters H2O) were obtained when the inlet discharge was 42.61 m3/hr and the opening guide vane was 20 degrees. It also has the lowest output power (0.8 watts) and pressure drop rate (4.65 meters H2O) for a flow rate of 46 m3/hr without the guide vane. The coefficient of determination (R2) for the equations of microturbine output power and pressure drop was calculated to be 0.92 and 0.99, respectively.

    Keywords: Electric Energy, Water supply network, Excess Pressure, hydraulic performance, Hydro Microturbine
  • Mohsen Kadkhodaei, Mohammad Reza Jaefarzadeh *, Ali Abbasi Pages 27-40

    The scarcity of water resources and the increasing demand for household water, as a result of urban population growth, have made it difficult for the citizens to supply the water they need in metropolises. Therefore, it is necessary to reduce the amount of domestic water consumption in metropolitan areas using management and consumption control strategies. One of the most effective methods to modify the pattern of water consumption is changing the consumers’ behavior for efficient water use. (Social) Media advertising, establishing training programs for consumers (citizens), implementing effective training programs in schools, spreading educational brochures among water consumers and and billboard advertising are the most practical approaches to promote water saving behavior in metropolises. The aim of this study is to rank the mentioned methods in changing the water consumption behavior of the citizens. Evaluation and ranking of these methods are carried out applying the integrated method of Grey Analytic Hierarchy Process (Grey-AHP) and Grey-TOPSIS. In this study, Mashhad metropolis was selected as a case study. The results show that (social) media advertising and and billboard advertising are the most influential approaches for promoting the effective consumption of water in Mashhad. Distributing educational brochures, educational materials in schools, and establishing training programs for citizens are ranked second to fourth, respectively. Practical approaches to promote water saving behavior, which are easier to apply, are more appropriate and have a greater influence on reducing water consumption.

    Keywords: Consumption Behavior, Domestic Water Consumption, Mashhad, Grey Analytic Hierarchy Process (Grey-AHP), Grey-TOPSIS Method
  • Maryam Fatahi, Leila Hajiaghababaei *, Alireza Badiei, Mohammad Reza Ganjali, Ghodsi Mohammadi Ziarani Pages 41-52

    Nowadays, provision of sanitary water is one of the main concerns of the world society, and heavy metals are one of the most important pollutants in water resources. Heavy metals, including copper, can enter the food chain and the body of living organisms and can affect humans through toxic and carcinogenic effects. Therefore, in this study, nanoporous SBA-15 functionalized with di and tetra carboxylic acid was synthesized and used for remove copper ions from aqueous solutions. The adsorbents were characterized by scanning electron microscopy, N2 adsorption-desorption measurements and infrared spectroscopy for investigation of porosity and functional groups of mesoporous silica. Flame atomic absorption spectroscopy was used for determination of ions. Effective parameters on removal process including amount of adsorbent, contact time, pH of solution and presence of other metal ions in the medium, were evaluated and optimized. The best removal efficiency with di and tetra carboxylic acid functionalized SBA-15 was obtained at pH>5 with 10 mg of adsorbent in the stirring time of 15 minutes. The recovery of copper from adsorbents was done with 20 ml solution of nitric acid (3 mol/L). Langmuir and Freundlich adsorption isotherms were evaluated for both adsorbents. According to the Langmuier model, the maximum adsorption capacity of 232.56 and 93.46 mg of copper per gram of adsorbent and correlation coefficients (R2) of 0.857 and 0.9688 for di and tetra carboxylic acid functionalized SBA-15 were obtained, respectively. But, the correlation coefficients (R2) obtained from the fitting of the data using the Friendlich isotherm were 0.991 and 0.972 for di and tetra carboxylic acid functionalized SBA-15 silicas, respectively, which indicates that this model is suitable to explaining the behavior of copper adsorption on both adsorbents. Finally, the removal of copper from real wastewater samples was performed. The results indicate that nanoporous SBA-15 silicas functionalized with di and tetra carboxylic acid are desirable adsorbents for copper ions removal.

    Keywords: SBA-15 Functionalized with Di, Tetra Carboxylic Acid, copper, Removal, Flame atomic absorption spectroscopy, Wastewater Sample
  • Soha Nozhat, Amirhesam Hasani *, Homayon Ahmad Panahi, Elham Moniri, Masoud Monavari Pages 53-68

    The entry of herbicides into drinking water supply sources can have devastating effects on human health and the environment. Therefore, removal of them from the aquatic environment is essential, in order to preserve the environment. Therefore, this study was conducted with the aim to investigate the isotherm absorption of graphene oxide modified by organic dendrimers to remove Butachlor toxin from the aquatic environment. In the present study, operating magnetic graphene oxide was produced by absorption of covalent bonds and used as adsorbent. Synthetic adsorbent properties were analyzed by FTIR, XRD, SEM, TEM, TGA, VSM and EDS. Also, the effects of pH parameters, contact time, contaminant concentration, adsorbent amount, temperature and reusability on adsorption absorption capacity were investigated and optimal conditions were determined. The absorption results were described by Langmuir, Freundlich, Temkin and kinetic adsorption models by first-order and quasi-second-order models and thermodynamic equations. The results indicated that functionalized graphene oxide effectively absorbs Butachlor and absorption percentage is significantly affected by the examined parameters. By increasing the time to 45 minutes, increasing the pH to 5, increasing the amount of adsorbent to 3 g/L and the concentration of Butachlor toxin to 10 mg/L and increasing the temperature to 25 ⁰C, the rate of absorption of Butachlor toxin has increased to 95.4%. Toxin absorption increased from 37 to 50 ⁰C, and after ten re-uses of the adsorbent, the absorption rate decreased by only 6.5%. Under optimal conditions, the adsorbent was able to remove 86.3% of Butachlor toxin in the real sample with a standard deviation of 6.06%. The Langmuir isotherm described the absorption process well (R2 = 0.99). Synthesized nano-adsorbent is an efficient, powerful and heat-sensitive adsorbent for removing Butachlor from the aquatic environment.

    Keywords: graphene oxide, Magnetic nanoparticles, Dendrimer, Butachlor
  • Malihe Eskandary *, Mohammadtaghi Taghavifard, Iman Raeesi Vanani, Soroush Ghazi Noori Pages 69-90

    One of the pillars of any country’s development is access to safe water and sanitation, so it is important to execute water and wastewater projects in the shortest possible time. In this regard, considering the emergence of various methods of partnership, choosing the right approach has become one of the most important issues in this industry. Therefore, a proper investment method in this field has always been the concern of decision makers. Using the database of partnership projects and data mining algorithms in the water and wastewater sector, we have designed a model to predict a proper way for public-private partnership projects. In this research, CRISP data mining method was applied to the data from 176 projects. After understanding and identifying the data, they were cleaned by deleting outliers and noisy data, and missing values were replaced. Then, the process of data classification was performed using decision tree and machine learning algorithms, and necessary analysis was performed. Also, the indicators of PPP were extracted and prioritized. K-fold cross validation method is used for validation and dividing the data. Based on the modeling and considering the data preparations and data mining methods, the stacking method is suitable for predicting and determining the type of public-private partnership contract in the implementation of each project of water and wastewater industry, which has an accuracy of 86.27%. In the pre-processing section, the combined COF method for deleting outliers and entropy factors for feature selection was used. Using the model, the success rate of each project can be predicted and an appropriate PPP contractual template for any water and wastewater project can be proposed. In addition, by entering the information of each new project, the impact of the improvement of each indicator can be easily examined.

    Keywords: Water, Wastewater Industry, public-private partnership, Data mining, Forecasting, Outsourcing
  • Nahid Sadat Jafari, Saeed Alimohammadi * Pages 91-105

    Groundwater contaminant transport modeling is a useful tool for identifying how pollutants fate and transport in porous aquifer environments. These models include several parameters, which are often estimated based on personal judgment or in the best case, based on limited field measurements. Therefore, the input data of simulation models are not accurate and contain several errors. The purpose of this study is parameter uncertainty and sensitivity analysis in the groundwater solute contaminants transport modeling using probability theory. First, governing equations for groundwater flow and solute contaminant transport have been presented. Then, using MOFLOW for modeling groundwater flow and MT3DMS for modeling solute contaminant transport in a hypothetical problem and using effective parameters in a case study (Qazvin plain), uncertainty analysis through the Monte Carlo method was done. To illustrate the uncertainty analysis, the Complementary Cumulative Distribution Functions (CCDF) of Chloride and Nitrate graphs have been computed. Then using random samples, generated in uncertainty analysis step, local and global sensitivity analysis of solute transport model parameters have been determined. 

    Result

    Using maximum concentration of solute contaminant as a model output, the results of the local sensitivity analysis show that the most sensitive parameters are hydraulic conductivity (K), decay rate constant (λ), porosity (θ), distribution coefficient (Kd), and dispersivity (D) respectively. While using time to maximum concentration as output variable, leads to the following order of sensitivity: K, Kd, θ, D, and λ. On the other hand, the global sensitivity analysis using maximum concentration shows that the order of sensitivity is: K, λ, θ, D, and Kd, and using time to maximum concentration it is: K, Kd, D, λ, and θ respectively. According to the CCDF of Chloride, concentrations of 5%, 50% and 95% equal 205.5, 196 and 185.4 mg/L respectively. Also, according to the CCDF of Nitrate the concentrations of 5%, 50%, and 95% equal 56, 54.125 and 51.5 mg/L respectively. All five parameters are sensitivite in solute transport modeling. The local and global sensitivity analysis show more or less the same results. In general, the sensitivity ranking of parameters is K, λ, Kd, θ, and D.

    Keywords: Groundwater Contamination, Uncertainty analysis, Sensitivity analysis, Monte Carlo simulation
  • Abdolhosain Salehi Servak, Ali Almodaresi, Saed Abolghasem Merhosaeni *, Masod Sheshbor, Aliacbar Jamali, Abdolhosein Kangazian Pages 106-124

    Given the increasing consumption of potable water in the world, efforts to adopt new solutions for the obtainment of the right amount of desirable water is essential. One of the chief issues facing the majority of industries including water industry is corrosion and sedimentation. The present study was conducted to address the corrosion and sedimentation of drinking water supply and distribution reservoirs in the city of Sough, Kohgiloye-Boyer-Ahmad province. Through descriptive analysis, the Langelier, Raisner, Pokorius, and aggressive indices to determine the corrosion and sedimentation potential of the water supply network were used. This study was aimed measure chemical and physicochemical information of 84 water samples from wells, water reservoirs and allocated water supply network of the area. The samples were collected and analyzed from 2007 to 2016 by the provincial Water and Wastewater Company. The results indicated that the mean indices were -0.589±0.63 (low to moderate corrosion), 8.470±0.797, (low to moderate corrosion), 7.472±0.228 (low to moderate corrosion), respectively and 12.015±0.227 (mild aggressive or very corrosive) respectively. The water supply sources under investigation had low to moderate corrosion and little tendency to develop eggshell sedimentation. The water supply sources of the study area had low to moderate corrosion and had a slight tendency for eggshell sedimentation. Drinking water allocated to Sough water supply network in the direction of joint drinking water transmission of Dehdasht and Sough within 17 km of joint water supply from Sepah Tapeh reservoir (Dehdasht and Sough joint) is separated and directed, within 15 km by the transfer line and pump station, to Sough city. The average values of corrosion and sedimentation indices of the city of Sough water supply and distribution network (Lanzeley, Reisner, Pokoris and aggressive) were 0.63, 6.8, 7.28 and 12.8, respectively which indicate tendency toward sedimentation, relative tendency toward CaCO3, and non-aggressiveness. Despite the fact that the average pH of the joint water resources of both cities was 7.78. In summer, the water pH of Sough allocated water network increased to 8.5. Values and mean values of corrosion and sedimentation indices of Sough water supply network during hot seasons of the year show that the water of this network tends to precipitate. The findings also suggest that the average water temperature of the allocated water supply network in these 15 kilometers of transition which includes the transmission line and surfaced metal reservoirs had an increase in temperature around 10 °C. This temperature rise was due to the environment temperature (above 48 °C), the hot water in metal reservoirs and the surfaced steel transmission line in water supply network components. This physical change of water temperature is the main factor behind sedimentation.

    Keywords: Sedimentation, Temperature, Distribution network, Lanzeley Saturation Indicator, Reisner, Pokoris
  • Sajad Khalili, Massoud Tabesh *, Elham Ghaemi Pages 125-135

    Contamination of drinking water is known as a major threat of water security around the world. As contamination enters a water distribution network, it spreads rapidly into the network and poses health and safety risks to the community. Using a set of sensors to report the concentration of chlorine or any other chemical, useful observations can be made to detect, identify and manage pollution. Based on these observations, location, concentration and start time of contamination can be determined and decision makers can be informed. In this paper, a simulation-optimization approach is used to solve the problem of contamination source characterization in which the EPANET software is used as a simulator and the Genetic Algorithm is used as an optimizer. The model developed in this paper is implemented on EPANET example 3. Modeling of water distribution networks uses information as input data which can cause error in model simulation. Pipe roughness and chlorine deterioration rate are among these inputs. The model has been implemented to find the location, start time and concentration of inlet pollution and the effect of pipe roughness and chlorine deterioration rate on the model responses have been investigated. The pollution entry scenario is applied to the network and the model presented is accurate in finding the location and time of the contamination. As the variables increase, the model accurately estimates the location and time of entry of the contamination but does not have complete accuracy in estimating the concentration of contamination, which is calculated with standard deviation of σ = 4.8% -8.1%.

    Keywords: Contamination, water distribution networks, Genetic Algorithm, Hydraulic Simulation Method, Pipe Roughness, Chlorine Deterioration Rate
  • Morteza Kazemabadi, Mahsasadat Miralinaghi *, Homayon Ahmad Panahi, Reza Haji Seyed Mohammad Shirazi Pages 136-146

    Arsenic in water is one of the highly toxic elements which has harmful influences on the human health and ecosystems. To address this problem, single-walled carbon nanotubes modified with poly (allylamine hydrochloride) (PAH/Ox-SWCNT) composite were synthesized and applied as an adsorbent for arsenic removal from aqueous solution in this study. The properties of PAH/Ox-SWCNT nanocomposite were characterized using scanning electron microscopy, Thermogravimetric, Fourier-transform infrared spectroscopy, and X-ray powder diffraction analysis. Batch experiments were executed to determine the ability of PAH/Ox-SWCNT to adsorb As from solution under various operational conditions. The experimental data were fitted by pseudo-first-order kinetic and pseudo-second-order kinetic models by nonlinear regression analysis using Mathematica software. Langmuir and Freundlich models were employed to describe the adsorption equilibrium isotherms. The removal percentage of As increased with initial solution pH from 3 to 7 while it decreased with the initial concentration of As. Moreover, the enhancement of contact time caused better adsorption efficiencies. The percentage removal of As using 10 mg of synthesized nanocomposite was more than 90% at pH=7 and contact time of 30 min. The adsorption experimental data had better agreement with pseudo-second-order kinetic and the Freundlich isotherm models. The maximum adsorption capacity of PAH/Ox-SWCNT was 275.07 mg/g at 298 K. The As removal percentage after eight adsorption-desorption cycles was higher than 65%. All results implied that the synthesized PAH/Ox-SWCNT could potentially be a promising adsorbent in arsenic water remediation.

    Keywords: polymer composite, ARSENIC, Adsorption, Nonlinear method