مجله آب و فاضلاب
پیاپی 91 (امرداد و شهریور 1393)

در مطالعه حاضر با استفاده از کربن فعال پودری (PAC) و نانوذرات اکسید آهن (III)، نانوذرات مغناطیسی Fe3O4-کربن فعال (Fe3O4-AC MNPs) به روش هم ترسیبی سنتز شد و به عنوان جاذب برای جذب آنیلین مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی ها و مشخصات فیزیکی جاذب با استفاده از آنالیزهای XRD، SEM، TEM و BET بررسی شد و همچنین پارامترهای موثر فرایند جذب نظیر pH، زمان تماس، دز جاذب، غلظت اولیه آنیلین و دما مورد بررسی قرار گرفتند. داده های حاصل از آزمایش ها با مدل های ایزوترم فروندلیچ و لانگمیر و دو مدل سینتیکی شبه درجه اول و شبه درجه دوم بررسی شدند. نتایج نشان داد که جذب آنیلین روی Fe3O4- AC MNPs از مدل ایزوترم لانگمیر و مدل سینتیکی شبه درجه دوم پیروی می کند. مطابق با مدل لانگمیر حداکثر ظرفیت جذب آنیلین در دمای 20 درجه سلسیوس و دز بهینه 2 گرم در لیتر جاذب و pH برابر 6، 91/90 میلی گرم بر گرم شد. نهایتا، پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه گردید؛ مقادیر منفی H0∆ (140- کیلوژول بر مول) نشان از اگزوترمیک بودن این فرایند داشت. جاذب سنتز شده (کربن فعال مغناطیسی) به دلیل دارا بودن مزایایی چون جداسازی ساده و سریع از محلول می تواند به عنوان یک جاذب موثر و مفید برای حذف آلاینده ها از آب و فاضلاب به کار رود.

به منظور بررسی اثر کاربرد پساب صنعتی، بر میزان تجمع عناصر سنگین در خاک و برنج تحت کشت، مزارع شهرک صنعتی آمل که مدت 8 سال تحت اثر پساب بودند، انتخاب و از آب آبیاری، خاک و ریشه، اندام هوایی و دانه برنج نمونه برداری به عمل آمد و سپس مقدار کروم، کادمیم، نیکل و سرب در نمونه ها تعیین شد. نتایج نشان داد تحت اثر پساب، مقدار عناصر مورد بررسی در نمونه های آب، خاک و گیاه افزایش یافت. کادمیم کل خاک در بالاترین مقدار در مکان 3 به اندازه 75/29 درصد افزایش یافت که نسبت به دیگر عناصر بیشترین مقدار بود. سرب قابل جذب خاک در بیشترین مقدار، نسبت به شاهد 40 درصد افزایش داشت. تحت اثر پساب، افزایش تجمع عناصر سنگین مورد بررسی در ریشه برنج بیش از دیگر اندام ها بود. ترتیب تجمع عناصر در دانه به صورت Cr>Cd~Pb>Ni بود. در ریشه و اندام هوایی برنج، تجمع سرب بیش از دیگر عناصر بود. فاکتور انتقال عناصر سنگین از خاک به اندام هوایی بیش از دانه بود. فاکتور انتقال کادمیم در دانه و اندام هوایی در مکان 2 به ترتیب برابر 54/1 و 44/1 گردید که بیش از دیگر عناصر بود. بین عناصر بررسی شده، کادمیم بیشترین شاخص ریسک را داشت.

فنل و ترکیبات آن برای محیط زیست حتی در مقادیر کم، موادی سمی و خطرناک محسوب می شوند لذا حذف این ترکیبات از پساب ها توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. روش های زیادی برای تجزیه فنل وجود دارد که بهترین روش، تصفیه زیستی است. در این تحقیق با هدف بررسی امکان وجود باکتری های تجزیه کننده فنل در پساب حاوی فنل اقدام به جداسازی جدایه های بومی تجزیه کننده این ترکیب، شناسایی جدایه برتر، بررسی روند رشد و حذف فنل به وسیله این جدایه و در نهایت شناسایی این جدایه با استفاده از روش واکنش زنجیری پلیمراز شد. نتایج نشان داد بهترین جدایه تجزیه کننده فنل گونه ای از پانی باسیلوس است که می تواند مقدار 1000 میلی گرم در لیتر فنل را در طی مدت زمان 96 ساعت به صفر برساند. نتایج این تحقیق تاکیدی بر استفاده باکتری های بومی برای حذف مقدار بالای فنل از محیط آلوده به این ترکیب است.

پنتاکلروفنل یکی از مهم ترین آلاینده های زیست محیطی است که با وجود مشخص شدن ماهیت خطرناک آن به وفور در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. از این رو حذف آن در محیط های آبی به دلیل سمیت و اثرات نامطلوب بهداشتی آن توصیه شده است. در مطالعه حاضر، حذف پنتاکلروفنل با استفاده از یک دستگاه مایکروویو خانگی تغییر شکل یافته با و بدون استفاده از پرسولفات به عنوان اکسید کننده مورد بررسی قرار گرفت. تاثیر پارامترهای مختلف بهره برداری نظیر pH محلول، غلظت پرسولفات و شدت انرژی مایکروویو مورد مطالعه قرار گرفت. غلظت باقیمانده پنتاکلروفنل با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 500 نانومتر تعیین شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که میزان حذف این ماده آلی به عوامل محیطی از جمله pH محیط، غلظت ماده اکسید کننده و شدت انرژی مایکروویو بستگی دارد. شرایط بهینه بهره برداری به منظور حذف این ماده شیمیایی در pH برابر 11، غلظت 02/0 مول در لیتر پرسولفات و شدت انرژی 600 وات حاصل شد. همچنین نتایج تجزیه مستقیم پنتاکلروفنل با امواج مایکروویو بدون افزودن پرسولفات پس از طی زمان 30 دقیقه، 2 درصد بود. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد که حذف پنتاکلروفنل به وسیله مایکروویو/پرسولفات و امواج مایکرویو از واکنش های درجه اول تبعیت نموده و میزان ثابت تجزیه به ترتیب 093/0 و 00066/0 بر دقیقه بود.

هدف این تحقیق بررسی عملکرد سیستم تالاب مصنوعی جریان زیر سطحی افقی در حذف ترکیبات نیتروژن شامل کل نیتروژن کلدال (TKN)، آمونیاک (NH4+) و نیترات (NO3-) در اقلیم سرد و خشک و بررسی اثر گیاه، آهنگ بارگذاری هیدرولیکی (HLR) و ماده بستر بر عملکرد سیستم بود. شش سلول به صورت موازی در مقیاس پایلوت به ابعاد 5/0×75/0×2/2 متر در دانشگاه بیرجند ساخته شد. نتایج حاصل نشان داد که بازده حذف TKN و NH4+ در سلول های با گیاه فراگمتیس استرالیس نسبت به سلول های بدون گیاه بیشتر است در حالی که بازده حذف NO3- در سلول های بدون گیاه بیشتر بود. سلول های با بستر شن ریزدانه نسبت به سلول های با بستر شن درشت دانه بازده حذف TKN و NH4+ را افزایش و بازده حذف NO3- را کاهش دادند. همچنین کاهش HLR منجر به افزایش بازده حذف TKN و کاهش بازده حذف NH4+ و NO3- شد. با توجه به بازده نسبتا پایین سیستم تالاب مصنوعی جریان زیرسطحی افقی در حذف ترکیبات نیتروژن، استفاده از سیستم تالاب مصنوعی ترکیبی برای ایجاد شرایط مساعد فرایند شوره سازی/شوره زدایی و افزایش بازده حذف ترکیبات نیتروژن توصیه می شود.

گیاه پالایی روشی کم هزینه در تصفیه آلاینده ها، به دور از پیچیدگی های بهره برداری با مصرف انرژی پایین و عدم نیاز به دفع لجن می باشد. در این پژوهش از کشت هیدروپونیک برای بررسی و ارزیابی عملکرد دو گونه گیاه مردابی شامل بامبو و پامپاس گراس در حذف سولفات مهم ترین ترکیب گوگردی موجود در پساب خروجی استفاده شد. در این راستا ابتدا گونه های گیاهی در دو دوره آزمایش زمان ماند ارزیابی شده و پس از مشخص شدن 7 روز به عنوان زمان ماند بهینه، آزمایش های اصلی به منظور بررسی رفتار دو گیاه از نقطه نظر راندمان حذف و جذب جرمی سولفات انجام گرفت. همچنین آنالیز واریانس و آزمون T-Test در سطح معنی داری 5 درصد صورت گرفت. طبق نتایج حاصل، گیاه پامپاس گراس در تمامی غلظت های مورد آزمایش 50، 200، 300، 600، 900، 1200، 1500 و 3000 میلی گرم در لیتر به ترتیب دارای راندمان 44، 36، 22/34، 55/30، 93/15، 72/9، 77/7 و 44/4 درصد بود که نسبت به گیاه بامبو با راندمان 44، 33/35، 67/30، 67/26، 59/12، 56/5، 45/4 و 22/2 درصد عملکرد بهتری نشان داد.

این تحقیق توصیفی مقطعی با هدف تعیین پتانسیل خوردگی آب آشامیدنی شهر اصفهان در سال 1390 انجام گرفت. در این مطالعه در مجموع 80 نمونه طی فصلهای تابستان و پاییز (در هر مرحله 40 نمونه) از نقاط مختلف شهر اصفهان جمع آوری و پارامترهای دما، سختی کلسیم، قلیائیت، کل جامدات محلول و pH اندازه گیری شد. مقادیر اندیس های لانژلیه، رایزنر، خوردگی و پوکوریوس محاسبه شد. برای انجام پهنه بندی نتایج حاصل از سنجش خوردگی، از GIS استفاده شد. نتایج به دست آمده از محاسبات نشان داد که مقدار متوسط اندیس های لانژلیه، رایزنر، پوکوریوس و خوردگی به ترتیب در تابستان و پاییز برابر 52/0-، 83/8، 37/10، 84/10 و 71/0-، 27/9، 94/10، 88/10 است. نتایج به دست آمده مشخص نمود آب شهر اصفهان بر اساس اندیس های لانژلیه، رایزنر و پوکوریوس خورنده و طبق اندیس خورندگی، دارای تمایل متوسط به خورندگی است. خورنده بودن آب می تواند زمینه ای برای تخریب تدریجی خطوط انتقال و توزیع یا ورود بسیاری از آلاینده ها بوده و نهایتا زمینه ای برای ایجاد عوارض بهداشتی فراهم سازد. بنابراین اندیشیدن تدابیری برای کنترل خوردگی آب آشامیدنی شهر اصفهان ضروری به نظر می رسد.

ورود آلودگی به هر نحو (تصادفی یا عمدی) یا کاهش خود به خودی کیفیت آب در شبکه توزیع، می تواند به شدت روی سلامت جامعه تاثیر بگذارد. پایش کیفیت آب به صورت موثر و کارآمد یکی از مهم ترین ابزارها برای تضمین تامین آب آشامیدنی قابل اطمینان به مصرف کننده، در یک سیستم توزیع آب آشامیدنی است. با توجه به هزینه های بسیار زیاد خرید، نصب و نگهداری از حسگرها در شبکه های توزیع آب، طراحی چندین شبکه پایش مستقل در یک سیستم توزیع آب علاوه بر محدودیت شرایط فیزیکی، مقرون به صرفه هم نخواهد بود. لذا نیاز به ادغام اهداف گوناگون پایش شبکه و طراحی شبکه پایش به منظور برآورد همزمان این اهداف، احساس می شود. طراحی بهینه جانمایی حسگرها در شبکه های توزیع آب با امکان کاربرد دوگانه حسگرها، می تواند گامی مثبت در کاهش هزینه ها و محدودیتهای فیزیکی باشد. به عبارت دیگر نوع حسگرها و جانمایی آن ها در شبکه باید به گونه ای انتخاب شود که نه تنها اهداف امنیتی بلکه سایر اهداف مورد نیاز در شبکه، مانند ارضای ملزومات معمول پایش (حفظ مقدار کلر باقی مانده، مدیریت نتایج جانبی ضد عفونی کردن، مقررات معمول نمونه برداری) را برآورد نماید. در این مطالعه، مسئله جانمایی حسگرها در شبکه های آب شهری، با نگاهی به استفاده دوگانه از شبکه پایش، فرموله شد و توسط الگوریتم فراکاوشی کلونی مورچگان حل شد.

تهران با جمعیت سیزده میلیون نفر طی دو دهه گذشته شاهد کمبودهای شدید تامین آب شرب بوده است. در چنین شرایطی استفاده بهینه از منابع آب موجود در چارچوب یک سیاست اصولی با اولویت بندی تامین نیازهای مختلف آبی اجتناب ناپذیر است. در این راستا استفاده از مدل های جیره بندی می تواند نقش مهمی در بهره برداری صحیح از منابع تامین کننده آب تهران به خصوص در مواقع خشکسالی داشته باشد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی و مطالعه کاربرد روش های مختلف جیره بندی و بررسی کارایی استفاده از الگوریتم های مختلف تکاملی برای حل این مسائل بود. برای این هدف، ابتدا مدل های بهره برداری یکپارچه از سیستم منابع آب تهران تدوین شد و سپس، کاربرد روش های مختلف جیره بندی و نیز روش های فراکاوشی حل مسائل سیستم مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، با استفاده از الگوریتم های فراکاوشی جستجوی هارمونی (HS و SGHS) رهاسازی بهینه از مخازن برای اهداف شرب و کشاورزی تعیین شد. در این راستا، بهینه سازی دراز مدت سیستم چند مخزنی بدون اتخاذ هرگونه سیاست بهره برداری و سپس با فرض سیاست جیره بندی صورت گرفت. در نهایت نتایج حاصل از این روش ها با نتایج حاصل از روش های دیگر و از جمله قانون فضای ذخیره (Space Rule) و WEAP مقایسه شد.

تحلیل روند، یکی از روش های مناسب به منظور ارزیابی شرایط هیدروکلیماتولوژیکی در حوضه های آبریز است که به صورت متداول برای بررسی تغییرات یک متغیر در طول زمان مورد استفاده قرار می گیرد. هر چند در شرایط واقعی، بسیاری از پدیده های هیدرولوژیکی نظیر جریان رودخانه ها، متاثر از عوامل اقلیمی و محیطی هستند که این وابستگی ها عمدتا در تحلیلهای معمول روند مورد توجه قرار نمی گیرد. هدف تحقیق حاضر، بررسی روند تغییر جریان رودخانه های حوضه آبریز ارومیه در 25 ایستگاه هیدرومتری، با و بدون لحاظ نمودن تغییرات دما و بارش بود که به این منظور روش های مختلفی مورد استفاده قرار گرفت. به طور خلاصه، نتایج تحقیق نشان دهنده وجود روند کاهشی دبی در کلیه ایستگاه های مورد بررسی بود که نه مورد آنها معنی دار بود. همچنین با در نظر گرفتن روندهای موجود در بارش و دمای ایستگاه ها، روند کاهشی دبی در هفت ایستگاه معنی دار بود که نشان دهنده کم بودن تاثیر این عوامل بر روند کاهش دبی ایستگاه های مربوطه است. بر این اساس می توان نتیجه گرفت تغییرات دما و بارش تاثیر مستقیمی بر استنباط وجود روندهای معنی دار در دبی ها دارد، به نحوی که در نظر گرفتن تغییرات این مولفه ها، می تواند منجر به نتایج کاملا متفاوتی در تشخیص وجود و معنی داری روند در دبی شود.

شبیه سازی رفتار آبخوان به منظور تعیین میزان بهره برداری و برنامه ریزی برای استفاده پایدار از این منابع بسیار مهم است. در این خصوص مدل های آب زیرزمینی با استفاده از پارامترهای هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی اقدام به پیش بینی کمی و کیفی پارامترهای آبخوان می نمایند. از آنجا که شناخت صحیح این پارامترها می تواند منجر به افزایش دقت شبیه سازی آبخوان گردد، لذا تخمین مقادیر متناسب با پارامترهای ورودی مدل از اهمیت بالایی برای برنامه ریزی در شرایط واقعی برخوردار است. لذا در این مطالعه مدلی بر پایه روش های پیشرفته بهینه یابی به منظور کالیبره نمودن پارامترهایی با دقت پایین (ضرایب هیدرودینامیکی، مقادیر برداشت و تغذیه آبخوان) تدوین گردید. در مدل پیشنهادی، حداقل نمودن مجموع میزان اختلافات بین مقادیر شبیه سازی و مشاهداتی تراز سطح آب زیرزمینی در طول دوره شبیه سازی به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شد. بازه مجاز تغییرات پارامترهای مورد کالیبراسیون به عنوان محدودیتهای مسئله لحاظ گردید. برای تعیین مقدار تراز در هر سلول، از روابط حاکم بر محیط های متخلخل استفاده شد که بر اساس روش اختلاف محدود این روابط حل شدند. با اجرای مدل پیشنهادی مقدار بهینه پارامترها در هر سلول تعیین گردید. بررسی مقادیر تراز شبیه سازی شده با مقادیر مشاهداتی نشان دهنده دقت بالای رویکرد ارائه شده در تخمین صحیح پارامترهای آبخوان است.

یکی از مسائل مورد توجه در تحلیلهای آماری متغیرهای کیفی منابع آب، بررسی ساختار همبستگی و ارتباط میان متغیرهاست. روش تحلیل همبستگی کانونیک، ارتباط میان دو مجموعه از پارامترها را با یافتن تعداد محدودی ترکیب خطی از متغیرهای مجموعه اول که دارای بیشترین همبستگی با ترکیب خطی از متغیرهای مجموعه دوم هستند، بیان می کند. با توجه به تامین میزان قابل توجهی از آب مورد نیاز استان های خراسان رضوی، خراسان شمالی و گرگان، در این پژوهش ارتباط میان دو مجموعه از پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب به منظور ارائه الگوی مدیریتی مناسب، مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای مورد مطالعه، شامل پنج پارامتر فیزیکی و شش پارامتر شیمیایی بود که از 38 ایستگاه در حوضه آبریز رود اترک برداشت شدند. نتایج نشان داد که ارتباط موثری میان پارامترهای فیزیکی و شیمیایی (همبستگی کانونیک نسبتا بالا) برقرار بوده و از پنج دسته کانونی حاصل شده، تنها دو دسته اول دارای اعتبار آماری بر مبنای مقدار P-valueهستند. در حالت کلی نتایج این تحقیق که توسط روش آنالیز خوشه اینیز تایید می شود، بیانگر تاثیرپذیری ترکیبات خطی به دست آمده برای پارامترهای فیزیکی هدایت الکتریکی و کل جامدات محلول است. با توجه به اینکه پارامترهای شیمیایی بیشتر ناشی از فعالیتهای انسان ساخت و پارامترهای فیزیکی ناشی از هر دو منشا طبیعی و انسان ساخت می باشند، می توان نتیجه گرفت که منشاء هر دو دسته پارامترها، فعالیتهای انسانی است. بنابراین در برنامه های آتی مدیریت کیفی منابع آب، می توان روی منابع انسان ساخت تمرکز بیشتری داشت و با کنترل آن ها، پارامترهای فیزیکی مرتبط را نیز کنترل نمود.

در این پژوهش به بررسی استفاده از نانورس کلوزایتNa+ برای حذف (Cd(II از محلولهای آبی پرداخته شد. این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی در سیستم ناپیوسته و تحت شرایط محیطی مختلف از جمله تغییرات pH، زمان تماس، مقدار نانورس و غلظت کادمیم در محلول پرداخته شده است. سینتیک های جذب کادمیم بر روی جاذب نانورس بر اساس مدل های هو و همکاران و لاگرگرن بررسی شد و ضرایب ایزوترم های جذب لانگمیر و فروندلیچ بر مبنای شرایط بهینه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش pH از 2 تا 8 کارایی جذب افزایش می یابد. افزایش زمان تماس باعث افزایش کارایی جذب شد و با افزایش مقدار جاذب کارایی افزایش یافت. همچنین داده های به دست آمده در این تحقیق برای جاذب نشان می دهد جذب کادمیم از مدل سینتیک هو و همکاران و لاگرگرن و همچنین از ایزوترم فروندلیچ تبعیت می کند. بر اساس یافته های به دست آمده از این پژوهش می توان نتیجه گرفت که نانورس جاذب بسیار خوبی برای حذف کادمیم از محیط های آبی، حتی در غلظتهای بالا است.

بالا بودن نیترات در منابع آبی باعث مشکلات بهداشتی و زیست محیطی متعددی می گردد. هدف از انجام این مطالعه، حذف نیترات از آب آشامیدنی با استفاده از خاکهای رس طبیعی اصلاح شده بود. خاک رس طبیعی (بنتونیت) به وسیله اسید کلریدریک 2 نرمال و اسید سولفوریک 2 نرمال و اسید سولفوریک 4 نرمال اصلاح شد. ویژگی های بنتونیت با استفاده از دستگاه پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. فرایند جذب طی آزمایش های ناپیوسته با تاکید بر اثرات پارامترهای مختلفی مثل زمان تماس،pH، مقدار جاذب و غلظت نیترات مورد بررسی قرار گرفت. برای تفهیم بهتر فرایند جذب، ایزوترم های تعادلی نیز تعیین شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که حداکثر جذب سطحی نیترات برای بنتونیت اصلاح شده با اسیدسولفوریک 4 نرمال و در pH بهینه 4 و زمان تماس 60 دقیقه به دست آمده و همبستگی بالاتری با مدل همدمای فروندلیچ دارد. از نتایج این مطالعه می توان استنباط کرد که بنتونیت اصلاح شده با اسیدسولفوریک 4 نرمال جاذبی مناسب و موثر برای حذف نیترات از آب آشامیدنی است.

کاهش کیفیت آبهای زیرزمینی که ناشی از برداشت های بی رویه از این منبع است، باعث شده شناسایی مکان های مناسب به منظور استحصال آب زیرزمینی برای شرب امری مهم و بسیار مورد توجه تلقی شود. در این تحقیق عناصر کیفی سدیم، کلسیم، منیزیم، SO4، TDS، هدایت الکتریکی، کلر و نیترات از استاندارد شولر و همچنین از پارامترهای افت سطح آب و ضریب قابلیت انتقال آب به عنوان معیارهای تصمیم گیری در نظر گرفته شد و با استفاده از روش AHP وزن های آنها محاسبه شدند. با تهیه لایه های رستری معیارها در محیط GIS و همچنین با استفاده از توابع عضویت فازی لایه های فازی، معیارها ایجاد شدند که در نهایت با همپوشانی لایه های رستری فازی معیارها، لایه نهایی استعداد استحصال آب شرب به دست آمد. با طبقه بندی نقشه نهایی در پنج کلاس ضعیف، متوسط، نسبتا خوب، خوب و بسیار خوب به ترتیب 24/2، 08/28، 86/27، 17/28 و 63/13 درصد از آبخوان در این طبقات قرار گرفتند. مدل تهیه شده با چاه های آب شرب موجود در سطح آبخوان مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان دادند که قسمت های شرقی دشت دارای شرایط مناسب تری از لحاظ استحصال آب شرب هستند.