مجله آب و فاضلاب
پیاپی 73 (بهار 1389)

در این مقاله، مدل ریاضی رفتار جریان غیردائمی، ظرفیت حمل رسوب و تغییرات بستر در یک آبراهه فرسایش پذیر مورد بررسی و شیبه سازی قرار گرفت. به این منظور جریان غیردائمی متغیر تدریجی با معادله سن-ونان و پیوستگی رسوب با معادله اکسنر با روش اصلاح شده و دو مرحله ای لکس وندرف- ریچ مایر با دقت بالا و مرتبه دوم زمانی و مکانی، به صورت صریح و مزدوج تحلیل شد. صحت عملکرد و نتایج مدل ریاضی با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. همچنین با در نظر گرفتن داده های هیدرولیکی و ابعاد هندسی رودخانه الند در بازه بدلان و ارزیابی تناسب کاربرد و سازگاری روش های مختلف برآورد بار رسوب در این بازه، تغییرات پروفیل سطح آب، کف بستر و پارامترهای هیدرولیکی به صورت تابعی از زمان و مکان ارائه شد. نتایج این تحقیق کارایی بسیار بالای مدل در شبیه سازی و پیش بینی پروفیل بستر و جریان و امکان اعمال شرایط مختلف در آن را نشان داد.

وجود انحنا در مسیر کانال از جمله مسائلی است که همواره در سیستم های انتقال آب اتفاق می افتد. در این مقاله به بررسی یکی از آثار سوء وجود انحنا در کانال که موجب پدیده جدایی آب از دیوار کناری می شود، پرداخته شد. در این تحقیق ابتدا با بررسی مطالعات پیشین، فلوم آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و در آن هندسه انحنا، به صورت تند انتخاب گردید. سپس با انجام آزمایش های فراوان، صحت سنجی مدل آزمایشگاهی و کنترل همگنی داده ها و عدم وجود خطاهای سیستماتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین پس از ساخت مدل، تاثیر انحنا در الگوی جریان بعد از قوس نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای اولین بار، تاثیر دیوارهای غیر مستغرق میانی در الگوی جریان دخالت داده شد. تحقیقات آزمایشگاهی برای سه انحنای تند که در آن نسبت شعاع انحنا به عرض کانال 5/1 و زاویه انحنا 30،60 و 90 درجه بود، انجام شد. نتایج تحقیقات نشان داد که در تمام حالات چه با حضور دیوارهای میانی و چه بدون تاثیر دیوارهای میانی، بیشترین اثر جداشدگی جریان در دیوار بلافاصله بعد از قوس بود. همچنین در تمامی حالات در فاصله ای به اندازه عرض کانال بعد از قوس، جدایی جریان مشاهده گردید. در صورت وجود دیوارهای غیر مستغرق میانی و جداسازی جریان، پدیده جدایی تخفیف یافته و به خصوص در قوس با انحنای 90 درجه میزان کاهش آثار جدایی قابل ملاحظه خواهد بود.

گروهی از جاذبهای سیلیکاتی میان حفره تحت عنوان MCM-41 که مساحت سطح زیادی دارند، با اصلاح برخی از گروه های عاملی سطحی توسط گروه های آمین و ایجاد گونه اصلاح شده NH2-MCM-41، به ظرفیت جذب بالاتری برای جذب یون های فلزات سنگین دست پیدا می کنند. در این پژوهش، جذب یون های کادمیم، نیکل و سرب از محلولهای آبی توسط جاذب اصلاح شدهNH2-MCM-41 بررسی شد. کلیه آزمایش ها در یک سیستم ناپیوسته و با محلول حاوی سه یون فلزی انجام شد و اثر متغیرهای غلظت اولیه محلول یون های فلزی، مقدار جاذب، زمان تماس و pH مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که pHبرابر 5 برای جذب بهینه است. با افزایش غلظت یون های فلزی و کاهش مقدار جاذب، ظرفیت جذب افزایش یافت. داده های آزمایش از مدل های لانگمیر و فروندلیچ تبعیت کردند. حداکثر ظرفیت جذب با مدل لانگمیر برای یون های فلزات سرب، کادمیم و نیکل به ترتیب برابر با 74/57، 25/18، 36/12 میلی گرم بر گرم بود. نتایج این مطالعه نشان داد که NH2-MCM-41 جاذبی با ظرفیت جذب بالا برای یون های فلزات سرب، نیکل و کادمیم است.

در این تحقیق سیستمی شامل اتصال یک روش مؤثر و اقتصادی برای تولید در محل و کنترل شده هیدروژن و دی اکسید کربن و استفاده از بیوراکتور با بستر ثابت، طراحی شد و توانایی آن در حذف نیترات از آب شرب مورد ارزیابی قرار گرفت. هدف اصلی این پژوهش توسعه یک فناوری ارزان بود که برای یون نیترات کاملا انتخابی عمل کند و برای دیگر پارامترهای کیفی آب شرب، کمترین تغییرات را داشته باشد. گازهای هیدروژن و دی اکسید کربن به ترتیب به عنوان دهنده الکترون و منبع کربنی باکتری های دنیتریفایر اتوتروفیک، با روشی ارزان با اعمال ولتاژ بسیار پایین برق مستقیم (10-5 ولت) در راکتور الکتروشیمیایی با الکترولیز متانول تولید شدند و به بیوراکتور دنیتریفیکاسیون تلقیح شده توسط باکتری های دنیتریفایری که به طور طبیعی در آب حضور دارند، تزریق شد. نتایج بهره برداری پایلوت با آب یک چاه آلوده به نیترات با غلظت 120 میلی گرم در لیتر در آبخوان تهران به مدت 160 روز نشان داد که با مصرف انرژی الکتریکی نسبتا پایین و تنها با تزریق دو گاز بی ضرر هیدروژن و دی اکسید کربن، بدون افزودن هیچ گونه ماده شیمیایی دیگر، برای غلظتهای نیترات معمول موجود در منابع آبی شرب با زمان ماند 2 تا 5 ساعت می توان به راندمان حذف بیش از 95 درصد دست یافت.

در این تحقیق تصفیه پذیر ی پساب تولیدی پالایشگاه پارس جنوبی به روش انعقاد الکتریکی و با استفاده از الکترودهای آلومینیومی بررسی شد. در الکترودهای آلومینیومی آند و کاتد، به ترتیب یون هایAl3+ و گاز هیدروژن تولید می شوند. در آزمایش های انجام شده، اثرات عوامل مؤثر عملیاتی همچون pH اولیه، چگالی جریان و افزایش مقداری سولفات سدیم و پلی کلریدآلومینیوم بر حذف آلودگی های آلی و کارایی جداسازی COD بررسی شد و بازه بهینه شرایط عملیاتی برای هر یک از متغیرهای مذکور، تعیین گردید. بر اساس نتایج حاصل، نرخ جداسازی آلودگی های آلی و حذف COD با اعمال چگالی جریان بیشتر و افزودن مقادیری از مواد کمکی سولفات سدیم و پلی کلریدآلومینیوم، بیشتر می شود. حداکثر میزان جداسازی در pH برابر 7 به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که بیش از 95 درصد از میزان COD پساب با اعمال چگالی جریان40 میلی آمپر بر سانتی متر مربع و در مدت زمان90 دقیقه ازشروع تصفیه الکتریکی، حذف گردید. میزان انرژی الکتریکی مصرفی در این حالت 48/19 کیلووات ساعت به ازای حذف هر کیلوگرم COD، اندازه گیری شد.

پروپیلن گلیکول یک ترکیب آلی است که کاربردهای گسترده ای در صنایع دارد. این ترکیب به آسانی از طریق پساب خروجی صنایع، وارد آبهای سطحی و زیرزمینی و همچنین خاکهای اطراف محل تخلیه می شود و باعث مخاطرات بهداشتی و زیست محیطی زیادی می گردد. هدف از این مطالعه حذف پروپیلن گلیکول از فاضلاب ساختگی در راکتور لجن فعال دارای بستر ثابت بود. راکتور مورد استفاده در این مطالعه شامل یک مخزن مکعبی شکل به حجم کل 16 لیتر و از جنس پلکسی گلاس بود که 12 لیتر آن به عنوان حجم هوادهی در نظر گرفته شد و 4 لیتر به ته نشینی اختصاص داده شد. همچنین 25 درصد از حجم حوضچه هوادهی به وسیله بستر ثابت برای تشکیل بیوفیلم میکربی، پر شد. در این پژوهش افزایش بار آلی به منظور مشاهده رفتار سیستم طی دو مرحله متوالی و ابتدا از طریق کاهش زمان ماند هیدرولیکی در غلظت ثابت و سپس در مرحله دوم از طریق افزایش غلظت COD ورودی در زمان ماند ثابت مطالعه شد. راندمان حذف COD در زمان های ماند 8، 6، 4 و 2 ساعت و غلظت COD ورودی 500 میلی گرم در لیتر به ترتیب 86/95، 12/95، 96/93 و 08/79 درصد بود. در مرحله بعدی و با توجه به نتایج حاصل از مرحله اول، راکتور در زمان ماند ثابت 6 ساعت و غلظتهای COD معادل 1000، 1500، 2000 و 2500 میلی گرم در لیتر مورد بهره برداری قرار گرفت. راندمان حذف در غلظتهای مذکور به ترتیب 95/92، 54/88، 95/75 و 69/35 درصد بود. داده های این تحقیق نشان داد که راکتور لجن فعال دارای بستر ثابت دارای کارایی مطلوبی در حذف پروپیلن گلیکول است.

یکی از فلزات سنگین خطرناکی که در صنایع مختلف کاربرد دارد، کادمیم است. این فلز سمیت زیادی دارد و برای محیط زیست تهدید جدی محسوب می شود. یکی از روش های حذف این فلز از فاضلاب، استفاده از لجن دفعی فرایند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است. در این مطالعه لجن فعال دفعی خشک شده یک تصفیه خانه فاضلاب شهری به دو صورت تصفیه شده و تصفیه نشده به منظور جذب سطحی کادمیم استفاده شد. لجن فعال مازاد خشک شده تصفیه خانه فاضلاب شهری با استفاده از پراکسید هیدروژن یک درصد تصفیه شد. مطالعات سینتیک جذب با استفاده از ارلن مایر به عنوان راکتور جریان ناپیوسته در غلظت اولیه کادمیم 50 میلی گرم در لیتر با اندازه ذرات جاذب بین 50 تا 70 مش صورت گرفت. مدل های سینتیک جذب شبه درجه اول و شبه درجه دوم برای ارتباط بین داده های آزمایشگاهی به کار برده شدند. مطالعه نشان داد پیش تصفیه با پراکسید هیدروژن، ظرفیت جذب تعادلی را افزایش می دهد. ظرفیت جذب تعادلی برای جذب کادمیم بر روی لجن فعال مازاد تصفیه شده با پراکسید هیدروژن و لجن فعال مازاد تصفیه نشده به ترتیب 84/39 و 2/20 میلی گرم بر گرم به دست آمد. افزایش pH در هر دو حالت باعث افزایش میزان جذب گردید. ضرایب همبستگی به دست آمده برای مدل های سینتیک شبه درجه اول (87/0< R2) و شبه درجه دوم (96/0< R2) نشان داد که مدل شبه درجه دوم نسبت به مدل شبه درجه اول، داده های به دست آمده در مورد هر دو نوع لجن تصفیه شده و تصفیه نشده را بهتر توصیف می کند.

حذف فلزات سنگین از پسابهای صنعتی یکی از مباحث مهم زیست محیطی است. در این مطالعه، روده خشک شده گوسفند به عنوان یک جاذب مناسب و ارزان قیمت به منظور تصفیه و حذف یون های سرب، مس و آهن از محلول آبی و پسابهای صنعتی به کار گرفته شد. برای تعیین فاکتورهای مؤثر در جذب از سیستم ناپیوسته استفاده شد. همچنین اثر پارامترهای مختلف مانند زمان، pH، مقدار جاذب و غلظت اولیه فلزات سنگین بر میزان جذب بررسی گردید. مدت زمان لازم برای جذب، دو ساعت بود. بیشترین مقدار جذب در محدوده pH بین 4 تا 8 انجام گرفت. ظرفیت جاذب مورد مطالعه برای هر یک از یون های مس، آهن و سرب به ترتیب 76/9، 19/11 و 01/3 میلی مول به ازای هر گرم جاذب بود. همچنین روابط مربوط به ایزوترم لانگمیر و فروندلیچ برای جاذب مورد مطالعه، اندازه گیری شد. نتایج تحقیق نشان داد که ایزوترم لانگمیر برای توصیف فرایند جذب مناسب تر بوده و مطابقت بیشتری با داده های تجربی دارد.

انواع گوناگونی از آفت کشها به منظور مبارزه با آفات گیاهی در کشور مورد استفاده قرار می گیرند. ورود این آلاینده های مقاوم به منابع تامین آب شرب می تواند اثرات مخربی بر سلامت انسان و محیط زیست داشته باشد. در سالهای اخیر استفاده از روش های اکسیداسیون پیشرفته برای حذف سموم، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، نمونه های مورد نظر با اضافه نمودن غلظتهای 1، 5، 10، 15 و 20 میلی گرم در لیتر از سموم مورد مطالعه به آب دیونیزه تهیه گردید. نمونه ها در مراحل جداگانه در سیستم ناپیوسته در pH های 6، 7 و 9 و همچنین زمان تماسهای 5/0، 1، 5/1 و 2 ساعت در معرض تماس توام UV/O3 قرار گرفت. میزان ازن ورودی به سیستم 1 گرم در ساعت و شدت تابش لامپUV، 50 تا 200 وات بر مترمربع بود. در انتهای هر مرحله، راندمان حذف محاسبه شد. آنالیز غلظت باقیمانده سموم با استفاده از دستگاه های GC/MS/MS و HPLC طبق روش استاندارد انجام شد. بر اساس نتایج به دست آمده، مشخص شد که با افزایشpH، کاهش غلظت سموم و افزایش زمان تماس، راندمان حذف افزایش می یابد. روش اکسیداسیون پیشرفته با کاربرد توام UV/O3 برای حذف هر دو گروه سموم ارگانوفسفره هالوژنه(کلرپیریفوس) و غیر هالوژنه (دیازینون) کارایی زیادی به میزان بیش از 80 درصد دارد که این مقدار برای سم کارباماته (کارباریل) به بیش از 90 درصد می رسد. در نتیجه کاربرد این روش برای حذف سموم مورد مطالعه از محیط های آبی پیشنهاد می گردد.

به منظور دستیابی به آب شرب با کیفیت بالا، استفاده از فناوری ها و دانش روز دنیا از جمله استفاده از صافی های سه لایه ای در تصفیه خانه های آب امری ضروری است. این مطالعه نتایج حاصل از یک تحقیق آزمایشگاهی در مقیاس پایلوت بود که با هدف بررسی عملکرد استفاده از کانی گارنت در صافی چند بستری و مقایسه آن با صافی شاهد دو لایه ای در حذف کدورت و برخی موجودات بیولوژیکی در تصفیه خانه آب اصفهان انجام شد. کلیه آزمایش ها به روش استاندارد انجام شد و نتایج به دست آمده با استفاده از آزمون های آماری، مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که اختلاف معنی داری در نتایج به دست آمده به شرح زیر وجود دارد: کارایی حذف کدورت، دیاتومه، جلبک، روتیفر و نماتد در شرایط لایه بندی مطلوب و استفاده از سیستم شستشوی معکوس با استفاده از آب و هوا در صافی پایلوت به ترتیب 4/92، 8/97،6/97، 4/94و 5/96 درصد و صافی شاهد دو لایه ای به ترتیب 8/88، 2/85، 7/86، 5/80 و1/72 درصد بود که نشان دهنده برتری کارایی استفاده از صافی سه لایه ای نسبت به صافی دو لایه ای در حذف کدورت، دیاتومه، جلبک، روتیفر و نماتد است. لذا لازم است که شرکتهای آب و فاضلاب، مهندسان مشاور و سازندگان تاسیسات تصفیه خانه های آب توجه کافی به استفاده از این گونه صافی ها جهت تولید آب با کیفیت بهتر را مورد نظر قرار دهند.

پیش بینی تقاضای آب در سیستم های آبرسانی و توزیع آب، با توجه به کمک شایانی که می تواند به مدیران این مجموعه ها برای مدیریت بحران (حداقل و حداکثر مصرف) داشته باشد، از اهمیت بالایی برخودار است. پیچیدگی و تاثیر عوامل و پارامترهای مختلف بر میزان تقاضای آب در این سیستم ها، سبب گردیده است که روش های تحلیلی و ریاضی کارایی لازم را در این زمینه نداشته باشند. در این مقاله روش شبکه های عصبی مصنوعی برای برآورد تقاضای روزانه آب شهری تهران به کار رفت. پارامترهای هواشناسی مربوط به سه ایستگاه هواشناسی تهران بزرگ به روش تیسن وزن دهی شده و از میانگین وزنی آنها، داده های ورودی مدل به دست آمد. با ایجاد همبستگی بین میانگین وزنی پارامترهای هواشناسی و داده های مصرف، پارامترهای مؤثر مدل انتخاب شدند. پارامترهای مؤثر انتخاب شده شامل دمای متوسط روزانه، رطوبت نسبی، مصرف روزانه یک روز قبل تا مصرف روزانه یک هفته قبل (هفت روز) و مصرف روزانه یک سال قبل بودند. در این مقاله از شبکه های عصبی مصنوعی پرسپترون سه لایه با خروجی خطی و غیرخطی، مدل پرسپترون چهار لایه با خروجی غیرخطی و مدل RBF استفاده شد. مقایسه نتایج مدل ها با همدیگر و با نتایج مدل های نروفازی و روش های سری زمانی ساخته شده در تحقیقات دیگر، نشان می دهد که مدل های شبکه عصبی از قابلیت بالایی برای مدل سازی تقاضای روزانه آب شهری برخوردارند. در این میان، مدل پرسپترون سه لایه با خروجی غیرخطی، دقت بالاتری دارد.