فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 141 (مهر و آبان 1401)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 141 (مهر و آبان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/27
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سید علی رضوی کیا، سید ابوطالب موسوی پارسا*، مهدی فرامرزی، هجیر کریمی صفحات 1-17
    تخلیه پساب حاوی رنگ ها از صنایع مربوطه باعث ایجاد نگرانی جهانی شده است، بنابراین حذف رنگ ها از محلول آبی بسیار مهم و ضروری است. در این پژوهش، اکسید گرافن مغناطیسی با روش هم رسوبی تهیه شد و سپس با اتیلن دی آمین اصلاح شد تا گروه آمین روی سطح تولید شود که بیشتر با مرکاپتو استیک اسید واکنش داده شد تا نانوصفحات MGO قابل پلیمریزاسیون فراهم شود. پس از آن، آلیل آمین بر روی نانوصفحات پیوند زده شد و با متاکریلات نوع مایکل واکنش داده شد تا گروه های متیل استر تولید شود. در نهایت، آمیداسیون گروه های متیل استر انتهایی با کیتوزان منجر به تشکیل گلیکودندریمر شد. ویژگی های جاذب سنتز شده با استفاده ازXRD ، FTIR، BET، FESEM و TEM بررسی شد. نتایج نشان داد که pH برابر 5، دمایC° 40، غلظت اولیه mg/mL 600 و زمان تماس min10، به عنوان مقدار مطلوب برای حذف رنگ مالاشیت سبز با نانوجاذب به دست آمد که حداکثر ظرفیت جذب مالاشیت سبز µg/mg 97/452 محاسبه شد. ضریب تعیین بیش از 9947/0 =R2 برای مدل فروندلیچ تایید می کند که این مدل برای برازش داده های آزمایشگاهی مناسب است. با توجه به مدل تمکین گرمای جذب برای رنگ مالاشیت سبز j/mol 1447/8=B بود و نشان دهنده آن بود که روند جذب رنگ با نانوجاذب از نوع فیزیکی است. با توجه به بررسی نتایج حاصل از برازش مدل های سینتیک جذب رنگ توسط نانوجاذب نشان داد که مدل هو و مک کی با ضریب تعیین بیش از 9994/0=R2 نسبت به سایر مدل های دیگر مطابقت بهتری با داده های آزمایش دارد. با توجه به اینکه افت زیادی در حذف رنگ در 10 سیکل بازیابی متوالی مشاهده نشد، بنابراین MGD سنتز شده پایداری زیادی داشت و توانست چندین بار قابل استفاده باشد.
    کلیدواژگان: گرافن اکساید مغناطیسی، دندریمر، پلیمریزاسیون رادیکالی، مالاشیت سبز
  • مهدی ابراهیمی فرشچی، حسن اقدسی نیا*، صادق رستم نیا صفحات 18-35
    روش های فراوانی برای بازیافت آبهای مصرفی وجود دارد که هر یک از روش ها، مزایا و معایب مربوط به خود را دارند. اخیرا روش های اکسایش پیشرفته به دلیل بازدهی زیاد، توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است. روش فنتون ناهمگن یکی از انواع روش های اکسایش پیشرفته است که از لحاظ عملیاتی و کارایی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت cellulose/CuBDC/Fe3O4 به منظور حذف ماده رنگ زای سمی آبی مستقیم 71، طی فرایند فنتون ناهمگن استفاده شد. این کاتالیست به صورت گرانولی سنتز و تهیه شد تا معایب عملیاتی استفاده از کاتالیست به صورت پودری حذف شود و گامی به سوی صنعتی سازی این نوع کاتالیست برداشته شود. آنالیزهای مختلفی مانند SEM، EDX، FTIR و XRD برای مشخصه یابی کاتالیست انجام شد تا از صحت سنتز صحیح آنها اطمینان حاصل شود. تاثیر هر یک از اجزای سازنده نانوکامپوزیت به تنهایی بر روی فرایند حذف آلاینده بررسی شد. افزودن نانوذرات Fe3O4 به دلیل خاصیت اکسایشی و قابلیت شرکت در فرایند فنتون، باعث ایجاد جهش در حذف آلاینده شد. این فرایند به روش طراحی آزمایش RSM مدل سازی شد و تاثیر پارامترهای مستقل غلظت اولیه ماده رنگ زا، دوز کاتالیست و غلظت اولیه هیدروژن پراکسید بر روی حذف رنگ زای آبی مستقیم 71، بررسی شد و در نقطه بهینه درصد حذف 93/86 درصد به دست آمد. همچنین 52/73 درصد از COD پساب در نقطه بهینه کاهش یافت که نشان دهنده پتانسیل زیاد گرانول ها در تجزیه آلاینده و تبدیل آن به H2O، CO2، NO2 و SO2 بود. گرانول های تهیه شده پایداری زیادی داشت و در صورت بازیابی، قابلیت 8 بار استفاده در فرایند حذف آلاینده را داشت.
    کلیدواژگان: اکسایش پیشرفته، فنتون ناهمگن، چارچوب فلز-آلی، گرانول، رنگ زای آبی مستقیم 71، مدل سازی RSM
  • فرشته ولی وند*، همایون کتیبه صفحات 36-50
    آب زیرزمینی مهم ترین منبع تامین آب شیرین در مناطق خشک و نیمه خشک در سراسر جهان است، بنابراین حفظ و نگهداری آن از طریق اعمال مدیریت صحیح در بهره برداری از این منابع، ضروری است. با استفاده از مدل های عددی، می توان نحوه واکنش آبخوان نسبت به برداشت و تغذیه آبخوان، با روند حاکم یا سناریوهای مختلف مدیریتی را پیش بینی کرد. هدف از این پژوهش، ارزیابی تاثیر طرح های مدیریتی فعلی آبخوان و حوضه آبریز رودخانه جاجرود بر تغییرات سطح آب آبخوان و نیز تغییرات غلظت یون نیترات در دشت ورامین، با استفاده از مدل سازی عددی بود. در انجام این پژوهش، ابتدا مدل کمی در نرم افزار GMS، با استفاده از کد MODFLOW تهیه و داده های کیفی به مدل وارد شد. سپس از کد MT3D برای اجرای مدل استفاده شد. مدل در دو حالت پایدار و ناپایدار شبیه سازی شد. پس از واسنجی مدل، ضرایب هیدرودینامیکی تصحیح شدند و سپس با استفاده از مدل به دست آمده، رفتار کمی و کیفی آبخوان برای سال های آینده، برای دو سناریو مدیریتی، پیش بینی شد. مدل حاصله نشان داد که با ادامه روند فعلی حاکم بر آبخوان (سناریو اول)، روند افت کمی و کیفی آبخوان مانند سال های پیشین ادامه خواهد یافت، ولی در سناریو دوم، با کاهش برداشت از چاه ها، راه اندازی تصفیه خانه فاضلاب شهری، انجام تغذیه مصنوعی آبخوان و استفاده از پساب خروجی تصفیه خانه تهران، به منظور آبیاری دشت ورامین از روند افت سطح ایستابی به طور قابل ملاحظه ای کاسته خواهد شد. مقایسه اجرای مدل در سناریو اول و دوم نشان داد که با اجرای طرح های برنامه ریزی شده، بخشی از مشکلات کمی آبخوان به ویژه در نواحی شمالی دشت کاهش خواهد یافت، به گونه ای که در برخی از مناطق از افت آب زیرزمینی محاسبه شده در مدل کمی سناریو اول (تا سال 1420)، حدود 30 تا 40 متر کاسته می شود. نقشه های خروجی از مدل کیفی سناریو اول نشان داد که در سال 1420 غلظت نیترات در بخش وسیعی از آبخوان به بیش از 40 میلی گرم در لیتر خواهد رسید که بیانگر تهدیدات جدی سلامت منطقه است. شبیه سازی در سناریو دوم نشان داد که اجرای طرح تغذیه مصنوعی و تغذیه آبخوان با پساب خروجی تصفیه خانه فاضلاب (با غلظت 50 میلی گرم در لیتر) تاثیر چندانی بر کاهش نیترات در آبخوان نخواهد داشت. به طور کلی، اجرای طرح های مدیریت تغذیه و مصرف در آبخوان ورامین، تنها در صورتی می تواند موجب روند کاهشی افت کمی و کیفی آب زیرزمینی در آبخوان شود که به طور قابل توجهی درصد آبهای ورودی به آبخوان را کاهش ندهد. قطعا بهره گیری از روش های مدیریتی فعلی (سناریوی دوم)، تاثیر چندانی بر بهبود وضعیت آبخوان نخواهد داشت. علاوه بر طرح ورود فاضلاب تصفیه خانه تهران به دشت ورامین باید تغذیه دشت از رودخانه جاجرود، به عنوان منبع تغذیه طبیعی مناسب همچنان ادامه یابد.
    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، آبخوان دشت ورامین، مدیریت آبخوان، مدل سازی عددی، مدل کمی و کیفی آب زیرزمینی
  • حمید حیدری، آپتین راه نورد راه نورد*، فرید غلامرضا فهیمی، کیوان صائب صفحات 51-70

    فاضلاب های حاوی فلزات سنگین تولید شده توسط صنایع، اثرات مخربی بر محیط زیست دارند. بنابراین حذف آنها از پساب ها، اهمیت زیادی دارد. یکی از روش های موثر به منظور حذف فلزات سنگین، استفاده از روش جذب سطحی توسط نانوذرات است. این پژوهش با هدف حذف عناصر روی و نیکل از پساب شهرک صنعتی طارم زنجان با استفاده از نانولوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده، انجام شد. در این پژوهش توصیفی- تحلیلی، اثر پارامترهای موثر شامل: زمان تماس، مقدار جاذب، pH، دما و غلظت یون های فلزی بر کارایی حذف فلزات Ni(II) و Zn(II) از فاضلاب و مدل های ایزوترم، سینتیک و ترمودینامیک فرایند جذب بررسی شد. به منظور اثبات نانولوله بودن و تعیین گروه های عاملی جاذب قبل و بعد از آماده سازی به ترتیب طیف SEM و FTIR گرفته شد. نتایج نشان داد جذب فلزات روی و نیکل به شدت به میزان pH وابسته است، به طوری که با افزایش pH پساب تا محدوده 8 و 7 به ترتیب برای فلزات Ni(II) و Zn(II)، درصد حذف یون های فلزی افزایش و سپس کاهش پیدا کرد. با افزایش مقدار جاذب و زمان تماس، درصد حذف یون های فلزی زیاد شد و با افزایش دمای واکنش و غلظت یون های فلزی موجود در پساب، درصد حذف یون های فلزی کاهش پیدا کرد. به طوری که بیشترین درصد حذف یون های Ni(II) و Zn(II) در مقدار جاذب 2 میلی گرم در لیتر، زمان تماس 120 دقیقه، غلظت 100 میلی گرم در لیتر و دمای 15 درجه سلسیوس به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که جذب فلزات Ni(II) و Zn(II) از پساب از مدل جذب ایزوترم لانگمیر تبعیت می کنند و سینتیک جذب بر واکنش شبه مرتبه دوم (98/0R2>) منطبق است که این سازوکار به وسیله جذب سطحی کنترل شده است. همچنین با توجه به نتایج حاصل، با افزایش دما، انرژی آزاد استاندارد گیبس سیستم کاهش یافت که بیانگر آن است که فرایند جذب به صورت خودبه خودی انجام می شود. حداکثر ظرفیت جذب فلزات نیکل و روی به ترتیب 43 و mg/g 54 تعیین شد. با توجه به نتایج به دست آمده، نانولوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده، کارایی خوبی در حذف فلزات نیکل و روی از پساب دارد و می توان از آنها در تصفیه فاضلاب های حاوی فلزات سنگین استفاده کرد.

    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، فلزات سنگین، جذب سطحی، فاضلاب، تصفیه
  • احسان نیکنام، مجید قهرمان افشار*، حسین قاسمی نژاد، محسن اسماعیل پور صفحات 71-81
    صنایع دارویی به دلیل تولید طیف گسترده ای از داروها، دارای پساب و فاضلاب دارویی در انواع مختلف سنتزی، شیمیایی، بیولوژیکی هستند. ورود این مواد به چرخه محیط زیست و زندگی انسان به شدت مضر بوده و خطرات جدی را به همراه خواهد داشت. ازاین رو، تصفیه فاضلاب دارویی در صنایع، اهمیت زیادی دارد. روش های گوناگونی در مقیاس صنعتی به منظور حذف آلاینده ها و پساب های دارویی وجود دارند که مابین این روش ها، روش های بر پایه الکتروشیمی و اکسیداسیون به دلیل توجیهات فنی- اقتصادی برای کاربردهای صنعتی و پزشکی بسیار مناسب هستند. در این پژوهش، با استفاده از فرایند اکسیداسیون، حذف آلاینده های موجود در پساب های دارویی، بررسی شد. به منظور بررسی و تعیین مشخصه داروهای پرمصرف (آسپرین، آتورواستاتین، متفورمین، مترونیدازول و ایبوپروفن) بر اساس آمارنامه رسمی پرفروش ترین داروها در سطح کشور در سال 95، با استفاده از دستگاه پتانسیواستات و با سل سه الکترودی، نمودار ولتامتری چرخه ای با نرخ روبش mV/s 100 انجام شده است تا شرایط اولیه و پیک های اکسیداسیون نمونه های دارویی، ارزیابی شود. سپس با استفاده از فرایند کرونوآمپرومتری (اعمال پتانسیل ثابت) داروهای موردنظر تحت فرایند اکسیداسیون الکتروشیمیایی (استفاده از سل سه الکترودی) قرار گرفتند و فرایند حذف دارو در نمونه های محلول و مایع انجام شد. در پایان روش کرونوآمپرومتری (حذف دارو)، نمونه دوباره تحت آزمون ولتامتری چرخه ای قرار گرفتند و سطح زیر پیک های اکسیداسیون نمونه محاسبه و با سطح زیر پیک اولیه قیاس شدند و به این ترتیب کارایی حذف دارو از نمونه ها (میزان حذف) تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که این روش برای حذف داروهای منتخب دارای کارایی حذف بالا در حدود 70 درصد و به طور خاص برای نمونه آتوراستاتین، کارایی در حدود 100 درصد را از خود نشان داده است. لازم به ذکر است که زمان اکسیداسیون هر دارو با توجه به نوع دارو و غلظت داروی بررسی شده متفاوت است. در بیشتر موارد زمانی در حدود 100 تا 500 ثانیه برای حذف دارو کافی به نظر می رسد. پتانسیل اکسایش داروهای منتخب در گستره حدود V  8/0- قرار می گیرد. بنابراین این با توجه به نتایج به دست آمده این روش، صحت بالا و دقت کافی (RSD در حدود 2 درصد) دارد.
    کلیدواژگان: پساب، حذف دارو، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، آلاینده های دارویی، کرونوآمپرومتری، ولتامتری
  • علی معرفت*، عبدالرضا کرباسی، بهزاد آقابراری، انریکه رودریگز کاستیون صفحات 82-94
    به دلیل خواص اکسیدکنندگی بسیار قوی، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم یا تیتانیا به طور گسترده ای در صنعت تصفیه آب و فاضلاب، برای حذف یا کاهش آلاینده های مختلف استفاده می شود. خاصیت ویژه این ماده موجب شده تا اثرات جانبی آن بر محیط زیست و به خصوص اکوسیستم های آبی نادیده گرفته شود. در این پژوهش، از غلظت های مختلف نانوذرات تیتانیا در یک دوره زمانی 96 ساعته و در مقیاس آزمایشگاهی استفاده شد تا اثر آنها بر اندرکنش فلزات سنگین در محیط های آبی ارزیابی شود. همچنین در تمامی آزمایش ها، از رسوبات تالاب انزلی که آلوده به فلزات سنگین بودند استفاده شد. نتایج نشان داد که آرسنیک تحت تاثیر شدید خواص نانوذرات تیتانیا قرار می گیرد، به طوری که در غلظت ppb 50 تیتانیا، غلظت آرسنیک در ستون آب از صفر به ppb 9 رسید و هم زمان تمام پیوندهای قابل تبادل آن از رسوب جدا شدند. علاوه بر آرسنیک، نیکل هم تحت تاثیر عملکرد نانوذرات تیتانیا از رسوب جدا و وارد ستون آب شد و این فرایند به طور معمول از طریق دفع پیوندهای آلی انجام شد. اندازه گیری ها نشان داد که ppb 50 تیتانیا باعث می شود که غلظت های منگنز، مس و روی در ستون آب به ترتیب از 42، 32 و ppb 29 به 7/17، 87/2 وppb  9/20 کاهش یابند و در نتیجه جذب رسوب شوند. بنابر نتایج تفکیک شیمیایی رسوب، جذب فلزات سنگین به طور معمول به صورت پیوندهای قابل تبادل و سولفیدی انجام می شود. این درحالی است که دو فلز سرب و کبالت تحث تاثیر خواص نانوذرات تیتانیا قرار نگرفته و رفتار خوددار از خود به نمایش می گذارند.
    کلیدواژگان: دی اکسید تیتانیوم، فلز سنگین، تفکیک شیمیایی، رسوب، اندرکنش
  • حسین محمدزاده*، نوگل مخدومی صفحات 95-114

    شیوع COVID-19 باعث مشکلات محیط زیستی زیادی، از جمله افزایش زباله های پزشکی و پسماندهای خانگی، افزایش مصارف شوینده ها، کاهش بازیافت زباله و آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی از طریق ورود فاضلاب های آلوده و انتقال شیرابه و همچنین افزایش تقاضا و مصرف آب در بخش خانگی شده است. RNA ویروس COVID-19 در مدفوع، ادرار و فاضلاب ها در مناطق مختلف دنیا دیده شده و در حقیقت فاضلاب بیمارستان ها، به ویژه واحدهای بیماری های عفونی، حاوی ویروس همه گیرCOVID-19 است. بنابراین، شناخت و بررسی این ویروس در فاضلاب ها به منظور حفاظت از کیفیت منابع آبی ضروری است. این پژوهش، بر اساس مرور بیش از 200 مورد ادبیات علمی منتشر شده در رابطه با ویروس کرونا انجام شد. برای این منظور، از کلیدواژه های "آلودگی منابع آب و فاضلاب توسط ویروس کرونا"، "اثرات محیط زیستی ویروس کرونا"، "اثرات شاخص های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب بر بقای ویروس کرونا"و "تعداد مبتلایان و فوت در اثر ویروس کرونا" استفاده شد. همچنین داده های میزان مصرف کمی آب در بخش های مختلف (مسکونی و غیرمسکونی) شهر مشهد و غلظت شاخص های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب مانند دما (T)، pH، مواد جامد معلق (TSS)، کل مواد جامد (TS) و آمونیاک، مربوط به تصفیه خانه های خین عرب و پرکندآباد مشهد، از شرکت آب و فاضلاب مشهد به دست آمد. دیاگرام های موردنیاز و اثرات محیط زیستی و آلودگی منابع آب به COVID-19 و تغییرات پارامترهای فیزیکی و شیمیایی فاضلاب موثر بر بقای COVID-19 در فاضلاب، تجزیه و تحلیل شد. شیوع ویروس کرونا در سطح جهان اثرات منفی زیادی بر محیط زیست و منابع آب و فاضلاب داشته و سبب افزایش مصرف آب (در بخش مسکونی) و تولید فاضلاب بیشتر شده است. تا دی ماه 1400 (ژانویه 2022)، در سطح جهان، ایران و استان خراسان رضوی به ترتیب بیش از 312 میلیون نفر، 6 میلیون نفر و 75 هزار نفر مبتلا و بیش از 5/5 میلیون نفر، 133هزار نفر و 11 هزار نفر در اثر شیوع ویروس کرونا فوت شده اند. به طور کلی، تاثیر غلظت شاخص های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب بر میزان غلظت و بقای COVID-19 در جهان (به خصوص در تصفیه خانه کوازولوناتال آفریقای جنوبی) اثبات شده است. بررسی نتایج این پژوهش نشان داد که پارامترهای هر فاضلاب و بقا و غلظت COVID-19 به ویژگی های منشا فاضلاب بستگی دارد که در پژوهش های مربوط به اپیدومیولوژی فاضلاب باید به آن توجه ویژه کرد. تغییرات غلظت شاخص های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب تصفیه خانه های مشهد (پرکندآباد و خین عرب) نشان داد، غلظت برخی از شاخص های فاضلاب افزایش داشته است که دلیل آن را می توان به ورود زیادی مواد آلی و شیمیایی و مواد جامد (معلق، محلول و فرار) مثل مواد شوینده و ضدعفونی کننده، مواد دارویی و ضایعات بیمارستانی و درمانی به فاضلاب، بعد از شیوع COVID-19 نسبت داد. شیوع ویروس کرونا در جهان نه تنها باعث مبتلا و فوت شدن افراد زیادی شده است، بلکه مصرف آب در بخش مسکونی افزایش و در بخش غیرمسکونی کاهش یافته است. غلظت برخی از شاخص های فیزیکی و شیمیایی فاضلاب مانند TS،  pHو آمونیاک بر غلظت، بقا و ماندگاری ویروس کرونا در فاضلاب موثر است. بنابراین با تعیین غلظت این شاخص ها در فاضلاب در زمان های مختلف و نظارت بر تغییرات آن، می توان به بقای ویروس COVID-19 در فاضلاب، میزان مبتلایان و آلودگی هر منطقه به ویروس پی برده و COVID-19 را کنترل و میزان آلودگی و ابتلا را مدیریت کرد.

    کلیدواژگان: ویروس COVID-19، آلودگی، آب و فاضلاب، محیط زیست، سلامتی
  • فاطمه محمدزاده، محمدرضا اختصاصی*، سید زین العابدین حسینی، حسین هاشمی، محمد علایی صفحات 115-132

    تامین آب آشامیدنی مناسب از نظر کمی و کیفی در مناطق خشک و نیمه خشک کشورمان با چالش جدی روبه رو است. در سال های اخیر، به علت بروز خشک سالی و نیز تعارضات اجتماعی به دلیل کمبود منابع آب در بخش های کشاورزی، صنعت و شرب، حمکرانان آب را به انتقال آب برون حوزه ای و یا شیرین سازی آبهای شور سوق داده است. در نواحی خشک ایران مرکزی و مجاور پلایاها، استفاده از پساب های شور و شیرین سازی آن به یکی از راهکارهای تولید آب قابل شرب در این مناطق منجر شده است. دشت بجستان نیز در این راستا، استثنا نیست و در حدود 16 سال است که از این روش برای تامین آب شرب و بهداشت ساکنین استفاده می شود. اخیرا، سرمایه گذاران به احداث کارخانه های آب معدنی در مناطق خشک تشویق شده اند، در حالی که پیامدهای اجتماعی، اقتصادی و محیط زیستی آن هنوز مشخص نیست. نتایج حاصل از این پژوهش، نشان داد که برای تامین آب شیرین از آب شور کویری با شوری در حدود 7500 میکروموس بر سانتی متر به روش اسمزمعکوس با حجم تولیدی حداقل1000 مترمکعب در سال، هزینه تمام شده برای هر لیتر آب در سال 1398 معادل 067/45 ریال بوده است. همچنین، حدود 500 مترمکعب شورابه و بیش از 6 تن نمک تولید و به محیط پیرامون اضافه شد. این مقدار نمک، شوری اراضی اطراف، خاصه مزارع و باغ های پسته را در حدود 2 تا 3 برابر افزایش داد و افت بیش از 60 درصدی محصولات را به دنبال داشت. همچنین، در صورت عدم بازیابی بطری ها، بیش از 18 تن پلی اتیلن تولید خواهد شد. ارزیابی اقتصادی حاصل از این طرح نیز نشان داد که شاخص ارزش خالص فعلی منفی، مقدار نرخ بازده داخلی صفر و نسبت فایده به هزینه نیز 46/0 بود که نشان دهنده اقتصادی نبودن اجرای این طرح و نیز موارد مشابه در مناطق خشک و حاشیه کویری بود.

    کلیدواژگان: آب قابل شرب، شیرین سازی، ارزیابی اقتصادی، اثرات محیط زیستی
  • علیرضا نظری علوی*، سید علی اکبر سجادی، محمد میرزایی، حامد حسنیان صفحات 133-143
    با توجه به حجم عظیم آب مصرفی در صنایع نساجی، روزانه میلیون ها لیتر از این پساب رنگی تولید می شود که سمیت زیاد آن باعث بروز مسایل محیط زیستی بسیاری می شود. از طرف دیگر با توجه به تنش آبی موجود در ایران، نیاز به تصفیه این پساب ها بیشتر احساس می شود. فرایند های الکتروشیمیایی به عنوان یک فناوری کارآمد در سال های اخیر، مورد توجه جدی قرار گرفته اند. کمبود اطلاعات به منظور ساخت واحدهای انعقاد الکتریکی در مقیاس بزرگ، موجب عدم کاربرد گسترده این روش در واحدهای صنعتی شده است. در این پژوهش، مطالعه موردی تصفیه فاضلاب تولیدی یکی از کارخانجات نساجی شهر تهران به کمک روش انعقاد الکتریکی با استفاده از الکترود آلومینیم و الکترولیت کلرید سدیم، بررسی شد. فاصله بهینه بین الکترودها، ولتاژ و میزان غلظت الکترولیت از یافته های این پژوهش بود. در این پژوهش، روند تغییرات COD، میزان رنگ و pH در طول زمان پایش شد. با توجه به نتایج، فاصله بهینه بین الکترودها برابر 4 سانتی متر، اختلاف پتانسیل بهینه 40 ولت و غلظت بهینه الکترولیت برابر 4 میلی گرم در لیتر به دست آمد. کارایی حذف COD برابر 69 درصد و کارایی حذف رنگ نیز برابر 96 درصد حاصل شد.
    کلیدواژگان: فاضلاب صنعتی، انعقاد الکتروشیمیایی، صنعت رنگرزی و نساجی، الکترود آلومینیم
  • شکوفه پیرا، صفورا نظری، آذر اسدی* صفحات 144-162

    یکی از مهم ترین چالش های پیش روی تمدن مدرن، کمبود منابع آب پاک کافی است. فناوری غشایی به دلیل صرفه جویی در مصرف انرژی، کارایی عملکردی بالا و مقرون به صرفه بودن، به عنوان یک فناوری کلیدی برای تصفیه آب از جمله آب شیرین، آب شور و همچنین تصفیه فاضلاب شهری یا صنعتی ایجاد شده است. با این حال، گرفتگی غشا که از برهم کنش غیراختصاصی بین سطح غشا و عوامل ایجادکننده گرفتگی نشات می گیرد، به طور قابل توجهی مانع استفاده کارآمد از فناوری غشایی می شود. آماده سازی غشاهای ضدگرفتگی یک رویکرد اساسی برای مقابله با مشکلات گرفتگی ناشی از انواع گوناگون عوامل ایجادکننده گرفتگی است. پیشرفت قابل توجهی در تکنیک های آماده سازی غشا و استراتژی های اصلاح آن، به ویژه در غشاهای میکروفیلتراسیون، در سال های اخیر حاصل شده است. ضمن تشریح استراتژی های کلیدی برای اصلاح غشاهای ضدگرفتگی میکروفیلتراسیون، بررسی دستاوردهای اخیر در این زمینه را برجسته ساخته و جزییات مرتبط با تکنیک های آماده سازی و پارامترهای عملکردی بهبودیافته غشاهای بیان شده را ارایه می دهد. غشاهای نانوکامپوزیتی میکروفیلتراسیون اصلاح شده با روش اختلاط را می توان به واسطه کارایی عملکردی بالا و خواص ضدگرفتگی مطلوب در میان تمامی روش های اصلاحی که در این پژوهش به آنها پرداخته شد، به عنوان یک فناوری نوظهور در نظر گرفت که قادر به تبدیل مقیاس آزمایشگاهی/پایلوت به یک فناوری تجاری قابل اعتماد است. در حالی که به کارگیری روش های اصلاحی (اختلاط، اصلاح سطح، پلیمریزاسیون پیوندی، سل-ژل و الکتروریسی) برای مدیریت بهتر گرفتگی در غشاهای میکروفیلتراسیون، مزایایی ویژه در بهبود عملکرد و اما معایبی را نیز دارد. بنابراین، بهینه سازی روش های اصلاحی با هدف تجاری سازی غشاهای میکروفیلتراسیون اصلاح شده، بسیار ضروری است.

    کلیدواژگان: تصفیه آب، فناوری غشایی، میکروفیلتراسیون، خاصیت ضدگرفتگی، اصلاح غشا
|
  • Seyyed Ali Razavikia, Sayed Aboutaleb Mousavi Parsa *, Mehdi Faramarzi, Hajir Karimi Pages 1-17
    Disposal of dyes containing dyes from related industries has caused global concern. Therefore, removing dyes from aqueous solution is very important and necessary. In this work, a novel magnetic glycodendrimer is introduced as effective adsorbent for malachite green adsorption. Firstly, magnetic graphene oxide was prepared by co-precipitation method and then modified with ethylenediamine to generate amine group on the surface which was further reacted with mercaptoacetic acid to provide polymerizable MGO nanosheets. Thereafter, Allylamine was grafted onto nanosheets and subsequently, reacted with methacrylate in a Michael type reaction to generate methyl ester groups. Finally, amidation of the terminal methyl ester groups with chitosan resulted in the formation of glycodendrimer. The properties of the synthesized adsorbent were investigated using XRD, FTIR, BET, FESEM and TEM. The results showed that pH=5, temperature of 40 °C, initial concentration of 600 mg/mL and contact time of 10 min as optimal values for removing malachite green dye with nanosorbent (MGD) were obtained. The maximum adsorption capacity of green malachite was 452.97 μg/mg. The high correlation coefficient (R2=0.9947) for the Freundlich model confirms that the Freundlich model is suitable for fitting laboratory data. According to the compliance model, the heat absorption for malachite green is B=8.1447 j/mol and indicates that the process of dye adsorption with nanosorbent is physical. According to the results of fitting the kinetic models of dye adsorption kinetics by nanosorbent shows that Hu and McKay model with higher correlation coefficient (R2=0.994) than other models is more consistent with experimental data. Due to the fact that a large decrease in dye removal is not observed in 10 consecutive recovery cycles and therefore nanosorbent has a high stability and can be used several times.
    Keywords: Magnetic Graphene Oxide, Dendrimer, Radical Polymerization, Green Malachite
  • Mahdi Ebrahimi Farshchi, Hassan Aghdasinia *, Sadegh Rostamnia Pages 18-35
    Plenty of methods have been introduced to treat the consumed water where the advantages and disadvantages of each method define their applications. Advanced oxidation processes have become a scientific trend due to high removal efficiency. As one of the AOP methods, heterogeneous Fenton method has received plenty of interest because of its high operational capability. In this study, cellulose/CuBDC/Fe3O4 nanocomposite was utilized as heterogeneous Fenton catalyst to remove Direct Blue 71 toxic dye from aqueous media. The catalyst was synthesized as granulated beads to eliminate the operational limitations of utilizing powdered catalysts. The catalysts were characterized by SEM, EDX, FTIR and XRD analysis to validate the successful synthesis procedure. The effects of each component of the nanocomposite on the removal efficiency were investigated. The effective operation of independent parameters such as the initial dye concentration, H2O2 concentration and catalyst dosage were modeled and optimized by RSM design of experiments method. At the optimum point, the removal efficiency of 86.93% was achieved. In addition, the COD of the wastewater was decreased by 73.52%, which demonstrated the high potential of granulated cellulose/CuBDC/Fe3O4 nanocomposite in decomposing organic matter to H2O, CO2, NO2 and SO2. The prepared granulated catalysts retain their removal characteristics over 8-cycle operation.
    Keywords: Advanced oxidation, Heterogeneous Fenton, Metal-organic framework, Granule, Direct Blue 71, RSM Modeling
  • Fereshteh Valivand *, Homayoon Katibeh Pages 36-50
    Groundwater is the most important source of fresh water supply in arid and semi-arid regions around the world, so it is necessary to maintain it through proper management in the use of these resources. Predicting areas of the aquifer that are most likely to be vulnerable is a powerful tool for optimally managing groundwater resources. Using numerical models, it is possible to predict how the aquifer reacts to the harvesting and feeding of the aquifer, with the prevailing trend or different management scenarios. The purpose of this study is to evaluate the effect of current management plans of the aquifer and the catchment area of the Jajroud River on changes in aquifer water levels and changes in nitrate ion concentration in the Varamin Plain, using numerical modeling. In this study, the effect of aquifer and catchment management plans of Jajrud River on changes in aquifer water level and changes in nitrate ion concentration in Varamin Plain, using numerical modeling. In this study, first a quantitative model was prepared in GMS software using MODFLOW code and then qualitative data were entered into the model.  MT3D code was used to run the model. The model was simulated in both stable and unstable modes. After calibrating the model, the hydrodynamic coefficients were corrected and then, using the obtained model, the quantitative and qualitative behavior of the aquifer for the coming years was predicted for two management scenarios. The resulting model showed that with the continuation of the current trend in the aquifer (first scenario), the trend of quantitative and qualitative decline of the aquifer will continue as in previous years, but in the second scenario, with reduced harvesting from wells, municipal wastewater treatment plant will be commissioned. The artificial feeding of the aquifer and the use of the effluent of the Tehran water treatment plant to irrigate the Varamin Plain will significantly reduce the water level decline. Comparison of model implementation in the first and second scenarios shows that with the implementation of planned projects, part of the quantitative problems of the aquifer, especially in the northern areas of the plain will be reduced, so that in some areas, groundwater loss calculated in the quantitative model of the first scenario (until 1420) is reduced by about 30 to 40 meters. The output maps of the qualitative model of the first scenario show that in 1420 the concentration of nitrate in a large part of the aquifer will reach over 40 mg/L, which indicates serious health threats to the region. Simulation in the second scenario shows that the implementation of artificial feeding plan and feeding the aquifer with the effluent of the wastewater treatment plant (with a concentration of 50 mg/L) will not have much effect on reducing nitrate in the aquifer. In general, the implementation of nutrition and consumption management plans in the Varamin aquifer can only lead to a reduction in the quantitative and qualitative decline of groundwater in the aquifer that does not significantly reduce the percentage of water entering the aquifer. Certainly, using the current management methods (second scenario) will not have much effect on improving the aquifer. In addition to the plan to import wastewater from the Tehran treatment plant to the Varamin Plain, the plain should continue to be fed from the Jajrud River as a suitable natural feeding source.
    Keywords: Groundwater, Varamin Plain Aquifer, Aquifer Management, Numerical modeling, Quantitative, Qualitative Model of Groudwater
  • Hamid Heydari, Aptin Rahnavard *, Farid Gholamreza Fahimi, Keyvan Saeb Pages 51-70

    Wastewaters containing heavy metals produced by industries has detrimental effects on the environment. One of the effective methods for removal of heavy metals is the use of adsorption method by nanoparticles. The aim of this study was to remove zinc and nickel elements from effluents of Tarom industrial Town of Zanjan using modified multi-walled carbon nanotubes. In this  descriptive-analytical study, effect of effective parameters such as contact time, adsorbent content, pH, temperature and concentration of metal ions on the removal efficiency of metals from Ni(II) and Zn(II) from wastewater and isotherm, kinetics and thermodynamic models of adsorption process was investigated. SEM and FTIR spectrums were taken to prove nanotubes and to determine adsorbent factor groups before and after preparation, respectively. The results of study showed that the absorption of Zn and Ni metals is highly dependent on pH. Study results showed that by increasing the pH of effluent up to the range of 8, and 7 for Ni(II) and Zn(II) metals, respectively, the removal percentage of metal ions increased and then decreased. By increasing in the adsorbent amount and contact time, the removal percentage of metal ions increased and by increasing the reaction temperature and concentration of metal ions in the effluent, the removal percentage of metal ions decreased. So that, the highest removal percentage of Ni(II) and Zn(II) ions was obtained in adsorbent value of 2 mg/L, contact time of 120 min, concentration of 100 mg/L and temperature of 15 °C. The results also showed that the adsorption of Ni(II) and Zn(II) metals from effluent follows Langmir isotherm absorption model and the adsorption kinetics is adapted to the second-order pseudo-reaction (R2>0.98), this mechanism is controlled by adsorption. Also, based on the obtained results, with increasing temperature, the free energy of Gibbs system standard decreased, which indicates the adsorption process is done spontaneously. The maximum adsorption capacity of nickel and zinc metals was 43 and 54 mg/g, respectively. According to the results, it is concluded that modified multi-walled carbon nanotubes have good ability to remove nickel and zinc from effluents and can be used in wastewater treatment containing heavy metals.

    Keywords: Carbon nanotubes, heavy metals, Adsorption, Wastewater, Purification
  • Ehsan Niknam, Majid Ghahraman Afshar *, Hossein Ghaseminejad, Mohsen Esamaeilpour Pages 71-81
    Pharmaceutical industries, due to the production of a wide range of drugs, have pharmaceutical effluents and wastewater in various types of synthetic, chemical, biological drugs, etc. The entry of these substances into the cycle of the environment and human life is extremely harmful and carries serious risks. Therefore, pharmaceutical wastewater treatment is of great importance in industry. There are various methods on an industrial scale to remove contaminants and pharmaceutical effluents, among them, electrochemical and oxidation-based methods are very suitable for industrial and medical applications due to technical-economic justification. In this study, the removal of contaminants in drug effluents was investigated using the oxidation process. In order to evaluate and determine the characteristics of high-consumption drugs (aspirin, atorvastatin, metformin, metronidazole, and ibuprofen), using a potentiostat device with a three-electrode cell, a cyclic voltammetric diagram with a 100 mV/s scanning rate was performed until the initial and peak conditions were reached. Oxidation of drug samples were evaluated. Then, using the chronoamperometry process (constant potential application), the drugs were subjected to an electrochemical oxidation process (using three-electrode cells), and the drug removal process was performed for insoluble and liquid samples. At the end of the chronoamperometry method (drug removal), the samples were again subjected to cyclic voltammetry test, and the level below the oxidation peaks of the sample was calculated and compared with the level below the initial peak, thus determining the removal efficiency of the sample (removal rate). The results indicate that this method has shown about 70% efficiency for removing selected drugs with a high removal efficiency and for the atorvastatin sample specifically, it was about 100%. It should be noted that the oxidation time of each drug varies according to the type of drug and the concentration of the drug under study. About 100 to 500 seconds seems to be enough to remove the drug in most cases. The oxidation potential of selected drugs is in the range of -0.8 V. Therefore, according to the results obtained, this method has high and sufficient accuracy (RSD about 2%).
    Keywords: Wastewater, Drug Removal, electrochemical oxidation, Drug Pollutants, Chronoamperometry, Cyclic Voltammetry
  • Ali Marefat *, Abdoreza Karbassi, Behzad Aghabarari, Enrique Rodríguez Castellón Pages 82-94
    Due to strong oxidizing properties, titanium dioxide or titania nanoparticles are widely used in the water and wastewater treatment industry to remove or reduce various contaminants. The extraordinary properties of titania have led to the neglect of its side effects on the environment, especially on the aquatic ecosystems. In this study, different concentrations of titania nanoparticles were used over a period of 96 hours in lab scale to evaluate their impact on the heavy metals distribution in an aqueous media. The sediment samples of Anzali wetland contaminated with heavy metals were applied in all experiments. The results revealed that arsenic (As) was strongly affected by titania nanoparticles and its exchangeable bonds were desorbed from the sediment. Subsequently, 50 ppb titania led to concentration of As in the water column, which increased from 0 to 9 ppb. In addition to As, nickel (Ni) was desorbed from sediment through the separation of its organic bonds. On the other hand, 50 ppb titania reduced the concentrations of manganese (Mn), copper (Cu) and zinc (Zn) in the water column from 42, 32 and 29 ppb to 17.7, 2.87 and 20.9 ppb, respectively. According to the chemical extraction analysis, heavy metals adsorption in the sediment was mainly in the form of exchangeable and sulfide bonds. However, lead (Pb) and cobalt (Co) were not affected by titania and exhibited a conservative behavior.
    Keywords: Titanium dioxide, Heavy metal, Chemical Extraction, Sediment, Interaction
  • Hossein Mohammadzadeh *, Nogol Makhdomi Pages 95-114

    The prevalence of COVID-19 causes many environmental problems, including increased medical waste and household waste, increased detergent consumption, reduced waste recycling and pollution of surface and groundwater resources through the entry of contaminated wastewater and leachate transfer, as well as increasing demand and water consumption in the household sector. COVID-19 virus RNA is found in feces, urine and sewage in different parts of the world, and in fact, hospital sewage, especially infectious disease units, contains the pandemic COVID-19 virus. Therefore, the study of this virus in wastewater is necessary to protect the quality of water resources. This study is based on a review of more than 200 published scientific literatures (articles, books, reports, valid scientific sites, etc.) in relation to the coronavirus. For this purpose, keywords such as "coronavirus contamination of water and wastewater resources", "environmental effects of coronavirus", "effects of physico-chemical indicators of wastewater on coronavirus survival" and "number of infected and deaths due to Coronavirus" have been used and downloaded through electronic tools from Springer, PubMed, ISI Web of Knowledge and Google Scholar databases. In addition, data on the amount of water consumption in different parts (residential and non-residential) of Mashhad city, and the concentration of physicochemical parameters (such as temperature (T), pH, suspended solids, total solids (Ammonia, etc.) of wastewater, related to Khin Arab and Parkandabad treatment plants in Mashhad, has been obtained from Mashhad water and sewerage company. The required diagrams were drawn in Excel software, and the environmental impact and the contamination of water resources with COVID-19 and variations in physico-chemical parameters of wastewater affecting the survival of COVID-19 in wastewater were examined and analyzed. The global prevalence of Coronavirus has many negative impacts on the environment and on water and wastewater resources and caused increased water consumption (in residential sector) and wastewater production. By January 2022, worldwide, Iran and Khorasan Razavi province levels, more than 312 million, 6 million and 75 thousand people, respectively, were suffering from coronavirus outbreak, and more than 5.5 million, 133 thousand and 11 thousand people died. In general, the effect of concentration of wastewater’s physico-chemical indicators on the concentration and survival of COVID-19 has been proven in the world (especially in the South African coazolonatal treatment plant). The results of this study show that the parameters of each wastewater and survival and concentration of COVID-19 depends on the characteristics of the wastewater source, which should be given special attention in research on the epidemiology of wastewater. The variations in the concentration of physico-chemical indicators of Mashhad treatment plants’ (Parkandabad and Khin Arab) wastewater shows increase in concentration of some wastewater indicators. This can be due to the high input of organic and chemical substances and of solids (suspended, soluble and volatile) such as: detergents and disinfectants and pharmaceuticals, hospital and medical waste were attributed to wastewater after the outbreak of COVID-19. The outbreak of Coronavirus in the world has not only caused the death and infection of many people, but it has also caused increasing and decreasing in water consumption in the residential and non-residential sectors. The concentrations of some wastewater’s physico-chemical indicators (such as pH, TS and ammonia) effects on the concentration, survival and shelf life of Coronavirus in wastewater. Therefore, by determining the concentrations of these indicators in wastewater at different times and monitoring its variations, it is possible to determine the survival of COVID-19 virus in wastewater, the rate of infection and the contaminated areas from the virus, and also to be able to control COVID-19 and to manage the pollution and infection.

    Keywords: Covid-19 Virus, Pollution, water, sewage, Environment, Health
  • Fatemeh Mohammadzadeh, MohammadReza Ekhtesasi *, Seyed Zeynalabedin Hosseini, Hossein Hashemi, Mohammad Allaee Pages 115-132

    One of the major challenges in arid regions such as Iran is the supply of water with appropriate quantity and quality. Drought, disputes over water resources, and providing good quality and quantity water for drinking, agriculture, and industrial sector, have forced governments to use desalination technology or transfer water among watersheds, Water desalination is one of the solutions to providing drinking water in Central Iran and coastal areas. Bajestan plain is no exception and has been using this method for about 16 years to provide drinking water and health for residents. Investors have recently been encouraged to build mineral water plants in arid areas; While the socio-economic and its environmental consequences are not yet clear. The results of this study showed that to supply fresh water from desert saline water with EC about 7500 (µs/cm) and reverse osmosis method with a production volume of 1000 (m3/yr), the price per liter of water is equivalent to 45.067 IRR. In this process, around 500 m³ of saline water and more than 6 tons of salt will be produced, too. This amount of salt will increase the salinity of the lands around the pistachio fields and orchards by 2 to 3 times and decrease the yields by more than 60%. Results showed if the bottles are not recovered, more than 18 tons of polyethylene will be produced. The economic evaluation shows that the value of the Net Present Value Index is negative and Internal Rate of Return is not acceptable, and the B/C is 0.46, which indicates that it is not economical to implement. Implementation of this plan in other arid regions with these conditions will have similar results.

    Keywords: Drinkable Water, Saline Water Desalination, Economic Assessment, Environmental effects
  • Alireza Nazari Alavi *, Seyed Ali Akbar Sajadi, Mohammad Mirzai, Hamed Hasanian Pages 133-143
    The large volume of consumed water and pigments in the textile industry subsequently produces hazardous wastewater, which potentially may cause serious environmental problems. On the other hand, due to water stress in Iran, the need for further treatment of this wastewater is more urgent. In recent years, electrochemical processes have been considered as an efficient process. The lack of information to build large-scale electrical coagulation units has led to the deficiency of extensive application of this method in industrial units. In this paper, the removal of color and COD in the wastewater of a textile factory in Tehran has been studied in order to determine the efficiency of the electrocoagulation process and to find optimal operation parameters. Optimum distance between the electrodes (4 cm), optimum electrical potential (40 V) and electrolyte concentration (4 mgNaCl/L) are the main achievement of this research. The treatment efficiency achieved in this research is 69% for COD and 96% for color removal.
    Keywords: Industrial Wastewater, Electrochemical Treatment, textile industry, Aluminum Electrode
  • Shokufeh Pira, Safura Nazari, Azar Asadi * Pages 144-162

    One of the most pressing challenges confronting modern civilization is the lack of enough clean water supplies. Membrane technology has emerged as a key technology for water treatment, including fresh water, salt water, and municipal or industrial wastewater treatment, owing to its energy savings, high performance efficiency, and cost-effectiveness. However, membrane fouling, resulting from a non-specific interaction between the membrane surface and fouling agents, significantly hinders the efficient utilization of membrane technology. The fabrication of antifouling membranes is a fundamental approach to dealing with fouling issues caused by various types of fouling agents. Significant progress has been made in membrane preparation techniques and modification strategies, notably in microfiltration membranes, in recent years. While outlining the key strategies for modifying antifouling microfiltration membranes, the present review highlights recent achievements in the mentioned field, which provides more details related to the fabrication and preparation techniques and enhances performance parameters of these membranes. Microfiltration nanocomposite membranes modified by blending method can be considered an emerging technology capable of converting laboratory/pilot scale to a reliable commercial technology due to their high performance efficiency and good antifouling properties among all modification methods covered in this study. While using modification techniques (blending, surface modification, interfacial polymerization, sol-gel, and electrospinning) to better manage fouling in microfiltration membranes has certain benefits in terms of boosting performance, it also has drawbacks. Therefore, further optimization of modifying methods with the aim of commercializing modified microfiltration membranes is essential.

    Keywords: Water Treatment, Membrane Technology, Microfiltration, Antifouling Properties, Membrane Modification