فهرست مطالب

نشریه علوم و مهندسی آب و فاضلاب
سال هشتم شماره 3 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/07/01
  • تعداد عناوین: 13
|
  • آتنا نادری، هادی رمضانی اعتدالی*، عباس کاویانی، محمد بی جن خان، مجتبی اکرم صفحات 4-12
    تغذیه مناسب گیاه یکی از عوامل مهم در بهبود کمی و کیفی فرآورده های کشاورزی به شمار می رود. فسفر یکی از عناصر غذایی پر مصرف مهم است که کمبود آن رشد گیاه را به شدت محدود می کند. افزایش جمعیت و نیاز به مواد غذایی بیشتر باعث شده کشاورزان برای افزایش تولید از کودهای دارای فسفر استفاده کنند، که در نتیجه مقدار اضافی عنصر وارد زهاب های کشاورزی شده و منابع آب زیرزمینی را آلوده می کند. به همین منظور استفاده از راکتورهای زیستی برای تصفیه زهاب های کشاورزی و حذف عناصری مانند فسفر موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه با توجه به هزینه ها و دردسترس بودن گندم در تمامی نقاط ایران، کاه و کلش گندم به عنوان بستر و محیط راکتور زیستی انتخاب شد. سه جعبه از جنس آهن گالوانیزه با طول، عرض و ارتفاع یک متر برای شبیه سازی شرایط مزرعه ای مورد استفاده قرارگرفت. جعبه ها دارای یک خروجی و یک ورودی برای تزریق پساب  و سه نقطه برای برداشت پساب بودند؛ که عمق نقاط برداشت به ترتیب از کف جعبه 1، 6 ، 16 سانتی متر درنظر گرفته شد. داخل جعبه ها با کلش گندم به صورت فشرده تا ارتفاع 20 سانتی متری از کف با وزن 39 کیلوگرم پر شد. پژوهش موردنظر در مدت 51 روز با چهار تکرار آزمایش با پسابی در حدود 14 میلی گرم فسفات انجام شد. تمام اندازه گیری ها در محل آزمایش با دستگاه فتومتر 7100 انجام شد. نتایج این پژوهش نشان داد که میزان کاهش غلظت فسفات با گذشت زمان افزایش می یابد. میزان درصد کاهش حداقلی فسفات 48 درصد بود. هم چنین میزان درصد کاهش حداکثری فسفات برابر 97 درصد به دست آمد که این نتایج بیانگر عملکرد قابل قبول این بیوراکتور بود. نتایج  حاصل از آزمون های آماری مانند آزمون t و آزمون واریانس بیانگر آن است که با گذشت 51 روز از عمر کاه و کلش گندم هیچ تفاوتی در میزان کاهش غلظت عنصر (عملکرد راکتور زیستی) ایجاد نشده است. احتمال تاثیر دما و غلظت اولیه بر روی نتایج  وجود داشت. به همین دلیل، در اولین گام غلظت اولیه را در این پژوهش بی اثر کرده و آزمون کوواریانس برای بررسی تاثیر دما بر طول عمر کاه و کلش انجام شد که بیانگر عدم تاثیر دما بود.
    کلیدواژگان: راکتور زیستی، غلظت فسفات، کاه و کلش گندم، زهاب کشاورزی
  • مهدی دینی*، غلامرضا عباسپور، سیده عطری ثاقبیان صفحات 13-24
    با توجه به این که داده های مشاهداتی دارای عدم قطعیت های مختلف هستند، کالیبراسیون شبکه های توزیع آب براساس یک مقدار قطعی می تواند، نتایج مدل کالیبره شده را تحت تاثیر قراردهد. در این تحقیق، کالیبراسیون شبکه های توزیع آب با درنظر گرفتن عدم قطعیت مقادیر فشار در گره های شبکه بررسی می شود. برای این منظور سری داده های فشار به روش مونت کارلو برای گره های شبکه تولید و ضرایب هیزن-ویلیامز شبکه براساس این مقادیر به دست آمده و با تولید سری ضرایب هیزن-ویلیامز شبکه، مقادیر فشار محاسباتی در گره های شبکه محاسبه و نتایج دو فشار مقایسه شده است. کالیبراسیون مدل شبکه با الگوریتم دسته ذرات در لینک با مدل EPANET در محیط MATLAB انجام شده است. روش پیشنهادی بر روی شبکه نمونه دوحلقه ای و شبکه توزیع آب شهر صوفیان پیاده شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال عدم قطعیت فشارگرهی، منجر به مجموعه جواب های متعدد برای ضرایب هیزن-ویلیامز با دامنه تغییرات و انحراف معیار متفاوت می شود که با توجه به متوسط خطای مطلق 4 و 8/3 درصدی بین میانگین فشار گرهی در شبکه نمونه و شبکه واقعی در حالت غیرقطعی با حالت قطعی، روش پیشنهادی می تواند روش دقیق تری برای کالیبراسیون شبکه ها باشد، با این وجود چالش هایی در مدل‎سازی و زمان اجرای مدل های کالیبراسیون وجود دارد.
    کلیدواژگان: شبکه توزیع آب، ضریب هیزن-ویلیامز، کالیبراسیون، عدم قطعیت، فشار گرهی
  • محمدتقی ستاری*، سحر جاویدان صفحات 25-34

    برای مدیریت موثر کیفی آب شرب، برآورد سطح آلودگی آب‎های سطحی ضروری است. در پژوهش حاضر، برای محاسبه شاخص کیفی آب شرب از پارامترهای شیمیایی سختی کل، قلیاییت، هدایت الکتریکی، کل مواد جامد محلول، کلسیم، سدیم، منیزیم، پتاسیم، کلر، کربنات، بی‎کربنات و سولفات ایستگاه هیدرومتری باغ کلایه استان قزوین، در دوره آماری 23 ساله (1998-2020) استفاده شد. با توجه به مقادیر عددی محاسبه شده و استانداردهای موجود، کیفیت آب در دو کلاس خوب و عالی طبقه‎ بندی شد. برای طبقه بندی کلاس کیفی آب شرب براساس پارامترهای شیمیایی، ترکیب‎های مختلفی از پارامترها در قالب چندین سناریو درنظر گرفته شد. در این راستا، برای انتخاب سناریوهای مختلف، از دو روش همبستگی و الگوریتم رلیف استفاده شد. درخت هوفدینگ به‎عنوان مدل پایه برای طبقه‎ بندی کلاس کیفی آب براساس ترکیب‎های مختلفی از پارامترهای شیمیایی به کار برده شد. هم چنین عملکرد روش ترکیبی Dagging در بهبود نتایج، مورد ارزیابی قرارگرفت. نتایج نشان داد که روش ترکیبی Dagging باعث بهبود نتایج طبقه‎ بندی کلاس کیفی آب می‎شود. سناریوی 6 روش Dagging با الگوریتم پایه درخت هوفدینگ، شامل پارامترهای HCO3، Ca، SO3، TDS، EC و TH، با Kappa = 1، به ‎عنوان بهترین روش معرفی شد. این روش توانست تمام نمونه‎ های آزمایشی را به صورت صحیح، طبقه‎ بندی کند.

    کلیدواژگان: آماره کاپا، روش ترکیبی Dagging، درخت هوفدینگ، شاخص کیفی آب شرب، منحنی راک
  • مرتضی تهامی پور زرندی*، عرفان اسماعیل زاده هنجی صفحات 35-46
    کشور ایران با محدودیت منابع آب مواجه است و از طرفی همه فرایندهای تولیدی و خدماتی نیازمند استفاده از آب است. لذا ارزیابی وضعیت آب بری فعالیت ها و ارایه روش های بهینه سازی آن اهمیت بسیار زیادی دارد. بر این اساس، هدف مطالعه حاضر ارزیابی آب مصرفی در تولید هر کیلووات ساعت برق و بررسی وضعیت آب مجازی در فرایند صادرات و واردات برق ایران است. برای این منظور از دو روش تحلیل مسیر ساختاری و رهیافت فنی-پایه استفاده شده است. نتایج نشان داد که  نیروگاه‎های کشور به طور متوسط به ازای تولید هر کیلووات ساعت برق، 5/1 لیتر آب به طور مستقیم مصرف می کنند. هم چنین طبق نتایج ‎روش تحلیل مسیر ساختاری، در زنجیره‎ تولید برق تا قبل از رسیدن به نیروگاه، به ازای هر کیلووات ساعت برق، 5/2 لیتر آب به طور غیرمستقیم مصرف می‎شود. لذا کل زنجیره، 4 لیتر آب به ازای هر کیلووات ساعت تولید برق، مصرف می‎کند. از کل آب مصرف شده در زنجیره‎ تولید برق که بیش از یک میلیارد متر مکعب است، 38% آن مستقیما در نیروگاه‎ها و 62% دیگر آن در زنجیره‎ تولید، مصرف شده است.
    کلیدواژگان: مصرف آب ویژه، پیوند آب-انرژی، آب مجازی، صنعت برق، ایران
  • علی طهماسبی، محمدحسین صرافزاده*، سید بهنام غفاری صفحات 47-58

    صنایع خمیر و کاغذ به ‎عنوان یکی از بزرگ‎ترین صنایع مصرف‎ کننده آب در دنیا شناخته می‎شوند و تصفیه فاضلاب آن ها به ‎دلیل داشتن بار آلی بالا با روش‎های مرسوم تصفیه فاضلاب نظیر تصفیه بیولوژیکی و ته‎نشینی نمی‎تواند به استانداردهای مطلوب محیط زیستی برسد. فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به عنوان راه‎حلی مطلوب، به دلیل داشتن قدرت بالای اکسندگی و هم چنین هزینه عملیاتی پایین در مقایسه با سایر روش ها، مورد توجه قرار‎گرفته‎اند. این فرآیندها انواع متفاوتی دارند که براساس نوع تولید رادیکال ها به دو دسته اصلی رادیکال های هیدروکسیلی و رادیکال های سولفاتی تقسیم می‎شوند و بسته به شرایط و هدف به کارگیری آن ها، انتخاب می‎شوند. در این تحقیق با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ  (RSM) دو عامل غلظت اولیه اکسید کننده و pH در کارآیی روش رادیکال سولفاتی بهینه سازی شد. برای بررسی هرکدام از پارامتر های موثر، حذف مواد آلی برحسب اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) در پایان هر آزمایش اندازه‎گیری شد. با استفاده از این روش در حالت بیشینه می توان مقدار 75 درصد از COD اولیه موجود را حذف کرد. در حالت بهینه اقتصادی با غلظت اولیه بدون بعد پروکسی دی‎سولفات 407/0 و pH اولیه 37/8، درصد حذف COD برابر 53/53 درصد به‎ دست آمد.

    کلیدواژگان: اکسیداسیون پیشرفته، رادیکال سولفاتی، فاضلاب کارخانه خمیر و کاغذ، بهینه‎سازی، روش سطح پاسخ
  • رامتین صبح خیز فومنی*، طاهر رجایی، اسماعیل فاتحی فر صفحات 59-69

    استفاده از آسفالت متخلخل در طول دهه گذشته موضوع بسیاری از ابداعات و نوآوری ها بوده است. بارزترین خصوصیات این آسفالت، قابلیت زهکشی آن است که به دلیل وجود درصد بالایی از فضای خالی و تخلخل ها و ارتباطات بین این تخلخل ها صورت می گیرد. لذا توجه به مسایل محیط زیستی نظیر کاهش آلاینده های موجود در محیط های متخلخل نظیر آسفالت از اهمیت زیادی برخوردار است و لذا هدف پژوهش بررسی تاثیر درصد غلظت مختلف نانوموادهایی نظیر نانو اکسید مس (CuO) و نانو اکسید روی (ZnO) بر مقاومت و جاذب آلاینده در آسفالت متخلخل بوده است. در این مطالعه روسازی آسفالتی متخلخل با دوام و با قابلیت جذب آلاینده ها از آب معرفی و برای آزمایش خزش دینامیکی در آزمایشگاه آسفالت ساخته شد و بررسی وضعیت آلاینده ها در آزمایشگاه شیمی انجام شد. نتایج آزمایش خزش دینامیکی نشان داد که افزودن نانو اکسید CuO به مخلوط های آسفالتی متخلخل باعث افزایش قابل توجه ظرفیت باربری و عدد روانی (FN) شد که برای مقاومت در برابر شیارشدگی مفید بود. مقادیر FN مخلوط های آسفالتی متخلخل در تمام بارها به طور متوسط 15 درصد افزایش یافته و در کل بارها، نمونه های آسفالتی اصلاح شده با نانو 6 درصد نانو اکسید مس دارای مقادیر FN بالاتری بود. اما در نمونه های آسفالتی حاوی نانو اکسید ZnO تغییرات ناچیزی مشاهده شد. هم چنین مقایسه نتایج کیفی در خصوص نفش نانو مواد اکسید روی و مس در کاهش آلایندگی نشان داد که نانو اکسید روی (ZnO) در تمامی پارامترهای کیفی نقش کاهنده آلاینده را به عهده داشته که بیشترین کاهش در فسفات، TSS و سولفات بوده است. درنهایت در بخش آزمایش مکانیکی، نمونه آسفالتی حاوی نانو اکسید مس با غلظت 6% و در بخش محیط زیستی، نمونه آسفالتی حاوی نانو اکسید روی با غلظت 8% بهترین عملکرد داشتند.

    کلیدواژگان: آسفالت متخلخل، خزش دینامیکی، جاذب آلاینده، نانو اکسید روی، نانو اکسید مس
  • صفحات 82-86
  • صفحه 87
  • صفحات 88-103
  • صفحات 104-121
|
  • Pages 2-3
  • Atena Naderi, Hadi Ramezani Etedali *, Abbas Kaviani, Mohammad Bijankhan, Mojtaba Akram Pages 4-12
    Proper plant nutrition plays a crucial role in enhancing the quality and quantity of agricultural products. Phosphorus, a vital nutritional element, is often in short supply, severely limiting plant growth. The growing population and the consequent demand for more food have led farmers to use phosphorus-based fertilizers to boost production. However, this practice results in an excess of phosphorus entering agricultural drains and contaminating groundwater sources. To address this issue, the use of biological reactors for treating agricultural drainage water and removing elements like phosphorus has been explored. In this study, wheat straw and stubble were chosen as the substrate and content of the bioreactor due to their cost-effectiveness and widespread availability across Iran. Three galvanized iron boxes, each 1 m in length, width, and height, were used to simulate farm conditions. Each box was equipped with an outlet and an inlet for injecting drainage water and three points for collecting wastewater. The collection points were set at depths of 1, 6 and 16 cm from the bottom of the box. The boxes were filled with compacted wheat stubble up to a height of 20 cm from the floor, weighing 39 kg. The study was conducted over 51 days with four replications, using an effluent containing approximately 14 mg of phosphate per liter. All measurements were taken on-site using a 7100 photometer. The results showed that phosphate concentration decreased over time, with a minimum reduction of 48% and a maximum reduction of 97%, indicating the bioreactor’s satisfactory performance. Statistical tests such as the t-test and variance test revealed no difference in the reduction of element concentration (bioreactor performance) after 51 days of wheat straw and stubble life. The initial concentration was neutralized in this research due to the potential impact of temperature and initial concentration on the results. A covariance test was conducted to investigate the effect of temperature on the lifespan of straw and stubble, which showed no significant impact of temperature.
    Keywords: Bioreactor, Phosphate concentration, Wheat Straw, Stubble, Agricultural Drainwater
  • Mehdi Dini *, Gholamreza Abbaspoor, Seyyedeh Atra Saghebian Pages 13-24
    Given that, observational data have different uncertainties, the calibration of water distribution networks based on a definite value can affect the results of the calibrated model. In this research, the calibration of water distribution networks by considering the uncertainty of nodal pressure has been investigated. For this purpose, first, by generating a series of nodal pressure data using the Monte Carlo method, the Hazen-Williams coefficients of the network have been obtained. Then, by producing a series of Hazen-Williams coefficients, the nodal pressure values have been calculated and the results of the two pressures have been compared. The calibration model was performed using the particle swarm optimization algorithm by linking the EPANET simulator in MATLAB. The proposed method has been implemented on the two-loop sample network and real water distribution network of Sufian city. The results show that the application of node pressure uncertainty in network nodes leads to multiple sets of solutions for Hazen-Williams coefficients of pipes with different variation ranges and standard deviations, which according to the average absolute error of 4 and 3.8 percent between the average nodal pressure in the sample and the real network in the non-deterministic mode with the deterministic mode, the proposed method, can be a more accurate method for calibrating networks. However, it should be noted that there are challenges in the modeling and execution time of calibration models.
    Keywords: Water Distribution Network, Hazen–Williams Coefficient, Calibration, Uncertainty, Nodal Pressure
  • MohammadTaghi Sattari *, Sahar Javidan Pages 25-34

    For the effective qualitative management of drinking water, it is necessary to estimate the level of water pollution. In this research, to calculate the quality index of drinking water from the chemical parameters of Total Hardness, Alkalinity, Electrical Conductivity, Total Dissolved Solids, Calcium, Sodium, Magnesium, Potassium, Chlorine, Carbonate, Bicarbonate, and Sulfate in the hydrometric station of Bagh Kelayeh, Qazvin province used in the statistical period of 23 years (1998-2020). According to the calculated numerical values ​​and existing standards, water quality classified into two classes, good and excellent. To predict the quality class of drinking water based on chemical parameters, different combinations of parameters were considered in the form of several scenarios. In this regard, correlation and relief algorithms were used to select different scenarios. Hoeffding tree was used as a basic model for classifying water quality based on different combinations of parameters. Also, the performance of the combined Dagging approach in improving the results was evaluated. The results showed that the combined Dagging improves the water quality classification results. Scenario 6 Dagging with Hoeffding tree base algorithm, including HCO3, Ca, SO3, TDS, EC and TH parameters, with Kappa = 1, was introduced as the best method which is able to classify test samples correctly.

    Keywords: Drinking Water Quality Index, Hoeffding Tree, Kappa statistic, Rock curve
  • Morteza Tahami Pour Zarandi *, Erfan Esmailzadeh Henjani Pages 35-46
    Iran is facing limited water resources and all production and service processes require the use of water, so it is very important to evaluate the state of water consumption of activities and provide methods for its optimization. So, the aim of the present study is to evaluate the water consumption in the production of each kilowatt hour of electricity and to examine the virtual water situation in the process of exporting and importing electricity in Iran. For this purpose, two methods of structural path analysis and technical-basic approach have been used. The results showed that the country's power plants directly consume 1.5 liters of water per kilowatt hour of electricity production. Also, according to the results of the structural path analysis method, in the electricity production chain before reaching the power plant, 2.5 liters of water is indirectly consumed per kilowatt hour of electricity, and therefore the entire chain consumes 4 liters of water per kilowatt hour. Of the total water consumed in the electricity production chain, which is more than one billion cubic meters, 38% of it was consumed directly in power plants and the other 62% in the production chain.
    Keywords: special water consumption, water-energy nexus, virtual water, Electricity industry, Iran
  • Ali Tahmasebi, MohammadHosein Sarrafzadeh *, Seyed Behnam Ghaffari Pages 47-58

    The pulp and paper industries are one of the largest water-consuming industries in the world. The high organic load of wastewater makes conventional treatment methods like biological and coagulation, ineffective for making the discharge effluent meet environmental standards. Advanced oxidation processes have been considered a promising solution due to their high oxidation power and low operating cost compared to other methods. These processes based on the type of radical production have different types, which are divided into two main categories of hydroxyl radicals and sulfate radicals, which are selected depending on the conditions and their purpose. In this research, by using the Response Surface Method (RSM) experiment design, sulfate radical efficiency, the initial oxidizing concentration and pH were optimized. To investigate the effect of factors, Chemical Oxygen Demand (COD) removal was measured at the end of each experiment as an index for organic pollutant removal. In the maximum state whit this method, 75% of the initial COD can be removed. In the economic optimal mode, with the initial dimensionless peroxy-disulfate dose = 0.407 and initial pH = 8.37, COD removal% = 53.53% is demonstrated.

    Keywords: Advanced Oxidation Process, Sulfate Radical, Pulp, paper mill wastewater, optimization, response surface method
  • Ramtin Sobhkhiz Foumani *, Taher Rajaee, Esmaeil Fatehifar Pages 59-69

    The use of porous asphalt has been the subject of many inventions and innovations during the last decade. The most obvious characteristics of this asphalt is its drainage ability, which is due to the presence of a high percentage of empty space and pores and connections between these pores. Therefore, it is very important to pay attention to environmental issues such as the reduction of pollutants in porous environments such as asphalt, and therefore the purpose of the research is to investigate the effect of different concentrations of nanomaterials such as nano copper oxide (CuO) and nano zinc oxide (ZnO) on resistance and absorption. The pollutant was in porous asphalt. In this study, durable porous asphalt pavement with the ability to absorb pollutants from water was introduced, and it was built for dynamic creep testing in the asphalt laboratory, and the state of pollutants was investigated in the chemical laboratory. The results of the dynamic creep test showed that the addition of CuO nano oxide to the porous asphalt mixtures significantly increased the bearing capacity and Mental Number (FN), which was useful for rutting resistance. The FN values ​​of porous asphalt mixtures increased by an average of 15% in all loads, and in all loads, asphalt samples modified with 6% copper nano oxide had higher FN values, but insignificant changes were observed in asphalt samples containing ZnO nano oxide. Also, the comparison of the qualitative results regarding the effectiveness of zinc oxide and copper nanomaterials in reducing pollution showed that zinc oxide (ZnO) had the role of reducing pollution in all qualitative parameters, and the biggest reduction was in phosphate, TSS and sulfate. Finally, in the mechanical test section, the asphalt sample containing copper nanooxide with a concentration of 6%, and in the environmental section, the asphalt sample containing zinc nanooxide with a concentration of 8% had the best performance.

    Keywords: Porous Asphalt, Resistance, pollutant absorber, ZnO nano oxide, CuO nano oxide
  • Pages 70-71
  • Pages 82-86
  • Page 87
  • Pages 88-103
  • Pages 104-121