فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 148 (آذر و دی 1402)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 148 (آذر و دی 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • صابر بابایی زادورزی، علی اکبر عموئی* صفحات 1-12
    گسترش بیماری ها به دنبال افزایش جمعیت، موجب تولید روز افزون داروها از جمله آنتی بیوتیک ها شده است. رها سازی پساب و پخش آلاینده هایی مانند پسماند داروها در چرخه آب، مسئله بسیار مهمی است که توجه به آن در چند سال اخیر گسترش یافته است. در این پژوهش، به بررسی ترمودینامیک جذب داروهایی مانند آموکسی سیلین و سفیکسیم از طریق جاذب کیتوسان- پلی آکریل آمید پوشش داده شده با ZIF-8 پرداخته شد. آنالیز SEM نشان داد ZIF-8 به خوبی در ساختار جاذب قرار گرفته و جدایی بین دو فاز دیده نشد و جاذب به خوبی سنتز شد. نتایج به دست آمده از داده های دما در شرایط 15 میلی گرم جاذب در 10 میلی لیتر از محلول، pH برابر 4 و غلظت جذب شونده ppm 50 نشان دادند که با افزایش دما درصد حذف کاهش می یابد، بنابراین دریافت فرایند جذب گرمازا بوده است. پارامترهای ترمودینامیکی مانند انرژی آزاد گیبس، آنتالپی و آنتروپی نیز محاسبه شدند. انرژی آزاد گیبس با افزایش دما افزایش داشت و این نشان دهنده این واقعیت بود که در دماهای بالاتر میزان پیشرفت خودبه خودی جذب کمتر شده است. آنتالپی منفی در هر دو جذب شونده گرمازا بودن واکنش را تایید کرد. مقدار منفی آنتروپی نیز بیانگر خودبه خودی بودن واکنش بود.
    کلیدواژگان: کیتوسان، پلی آکریل آمید، آموکسی سیلین، سفیکسیم، ZIF-8، ترمودینامیک
  • محمد نگهبان*، عبدالرضا کرباسی صفحات 13-26
    فاضلاب شهری، ترکیبی از فاضلاب سیاه و خاکستری است که می توان راهکاری برای جداسازی و بهینه سازی تصفیه آن اندیشید. در این پژوهش، جداسازی و بازچرخانی آب خاکستری تصفیه شده به روش فتوالکتروکاتالیستی، به منظور مصرف در آبیاری فضای سبز بررسی شد. ابتدا فاضلاب خاکستری یک ساختمان مسکونی 10 واحدی از محل خروجی مخزن متعادل ساز، نمونه برداری شد. غلظت BOD و COD به ترتیب با روش رسپیرومتریک و کالریمتری رفلاکس بسته، اندازه گیری شد. سپس بازدهی حذف تصفیه فتوالکتروکاتالیستی توسط جریان مستقیم با الکترودهای تیتانیوم و گرافیت، در دو چگالی شدت جریان 10 و 20 میلی آمپر بر سانتی مترمربع و در سه فاصله الکترود 6، 12 و 15 سانتی متر، بررسی و امکان سنجی استفاده از این روش با دیدگاه مصرف انرژی بررسی شد. بر اساس نتایج، شرایط بهینه حذف آلاینده ها، در چگالی شدت جریان 20 میلی آمپر بر سانتی مترمربع و فاصله 12 سانتی متری الکترودها در مدت زمان 60 دقیقه به دست آمد. با افزایش چگالی شدت جریان، بازدهی حذف زیاد شده و با افزایش فاصله الکترودها، بازدهی حذف، افزایش با تغییرات نسبتا کم را تجربه می کند، ولی سبب بالاتر رفتن ولتاژ می شود که افزایش مصرف انرژی الکتریکی را در پی دارد. pH اولیه با افزایش ولتاژ کاهش و با کاهش فاصله الکترودها بیشتر کاهش یافت. میزان انرژی الکتریکی مصرفی در راکتور فتوالکتروکاتالیستی حدود 2 کیلووات ساعت بر مترمکعب و 43/11 کیلووات به ازای حذف 1 کیلوگرم COD برآورد شد. نتایج نشانگر کاهش 64 درصدی مصرف آب در محل بهره برداری، کاهش مصرف انرژی در سیستم توزیع و تصفیه آب و فاضلاب و در نتیجه کاهش تولید CO2 بود. اگرچه امکان استفاده از سیستم فتوالکتروکاتالیستی در مقیاس بزرگ نیازمند بررسی های بیشتری است، ولی می توان از سایر روش های مناسب استفاده کرد.
    کلیدواژگان: تصفیه فاضلاب، فاضلاب خاکستری، تصفیه فتوالکتروکاتالیستی، کاهش مصرف آب، کاهش مصرف انرژی
  • محمود زارعی*، سالا ر ملکی، مهدی حسین زاده صفحات 27-43
    روش های متداول مانند تبادل یونی، انعقاد و اسمز معکوس که برای حذف فلزات سنگین به کار می روند، معایب فراوانی دارند و جذب سطحی به عنوان یک روش موثر می تواند کاربرد زیادی داشته باشد. در این پژوهش، از اکسید گرافن مغناطیسی عامل دار شده با لیگاند ایمینو دی استیک اسید برای حذف فلز سنگین کروم از محلول های آبی استفاده شد. به منظور بررسی، شناسایی و تعیین ساختار اکسید گرافن مغناطیسی عامل دار شده، آنالیزهای XRD، FTIR، SEM و EDX به کار برده شد. سپس عوامل موثر بر میزان حذف کروم از جمله مقدار جاذب، زمان، pH و غلظت اولیه کروم بررسی شد. شرایط بهینه این آزمایش برای حذف کروم، pH معادل 2،  وزن جاذب mg 30، غلظت اولیه کروم mg/L 15 و زمان فرایند 15 دقیقه بود. در این شرایط 92 درصد کروم از محلول حذف شد. نتایج تجربی و نتایج حاصل از طراحی آزمایش به وسیله رویه پاسخ مطابقت (8/98 درصد) خوبی داشت. بررسی های ایزوترم و سینتیک نشان داد که حذف کروم با استفاده از اکسید گرافن مغناطیسی عامل دار شده با ایمینو دی استیک اسید، از ایزوترم لانگمیر و سینتیک شبه درجه دوم تبعیت می کند. از بررسی و جمع بندی مطالب مشخص شد که جاذب سنتز شده با ایمینو دی استیک اسید کارایی بالایی در حذف فلز سنگین کروم دارد و می تواند به عنوان یک جاذب خوب برای حذف فلزات سنگین از محیط های آبی به کار برده شود.
    کلیدواژگان: فلزات سنگین، جذب سطحی، اکسید گرافن مغناطیسی، کروم، ایمینو دی استیک اسید
  • سمیه فخیمی حسین زاد، یعقوب علوی متین*، سلیمان ایرانزاده صفحات 44-65

    بهبود مدیریت منابع آب در مقیاس جهانی در این زمان حیاتی است. خطراتی که در حال حاضر بدنه های آبی در معرض آن قرار دارند، چه به دلیل تغییرات آب و هوایی یا شرایط انسانی، بر دسترسی و کیفیت آب در حوضه های سراسر جهان تاثیر می گذارد. با این وجود، مدیریت آب به عنوان یک مشکل پیچیده آشکار شده است. در این پرتو، یکی از امیدوارکننده ترین روش ها، ساخت مدل های شبیه سازی پویا است که ممکن است فقط هیدرولوژیکی نباشد و شامل بیشترین تعداد ممکن از متغیرها باشد. این پژوهش، یک سیستم پشتیبانی تصمیم را برای مدیریت یکپارچه شبکه های توزیع آب و جمع آوری فاضلاب ارائه داد. روش پیشنهادی از پویایی سیستم (شبیه سازی با نرم افزار ونسیم) برای ادغام شبکه های آب و فاضلاب با بخش های مالی و اجتماعی-سیاسی استفاده می کند که امکان تنظیم نرخ و برنامه ریزی زیرساخت های عملیاتی و سرمایه ای یکپارچه آب و فاضلاب در سه منطقه تبریز را در طول چرخه عمر آنها (50 سال) فراهم کند. نتایج نشان داد که چارچوب یکپارچه، شرکت را قادر می سازد تا به دلیل یکپارچه سازی منابع مالی آب و فاضلاب، تامین مالی برای کارهای سرمایه ای و عملیاتی را تسریع بخشد و سطح خدمات یکپارچه را بهبود بخشد. در عمل، چارچوب یکپارچه پیشنهادی، شرکت های آب و فاضلاب را برای مدیریت و برنامه ریزی دارایی های خود در یک رویکرد یکپارچه برای ارتقای عملکرد زیرساختی، مالی و اجتماعی- سیاسی دارایی های آب و فاضلاب خود در مقایسه با مدیریت مجزا، توانمند می کند. مدیریت دارایی فیزیکی تنها راه حل شرکت های آب و فاضلاب برای حل مشکلات مالی، اجتماعی و زیر ساختی است. شبکه فاضلاب مورد مطالعه در این پژوهش، سرمایه کمی بیشتری نیاز دارد تا اهرم خط مشی کسری لوله های بسیار خراب در مقایسه با شبکه توزیع آب که وضعیت نسبتا بهتری دارد، برآورده شود. یک استراتژی مدیریت استقراض برای شبکه فاضلاب اجرا شود تا کار سرمایه را تسریع بخشد. یک استراتژی مدیریت فعال برای شبکه توزیع آب با ذخیره وجوه نقد موردنیاز برای هر گونه عقب ماندگی آینده باید اجرا شود.

    کلیدواژگان: مدیریت یکپارچه دارایی، دینامیک سیستم، جمع آوری فاضلاب، توزیع آب، ونسیم
  • سمانه نجومی سیاهمرد، مهدی مفتاح هلقی*، مهدی اسمعیلی ورکی، امیر احمد دهقانی، عبدارضا ظهیری صفحات 66-88
    درک فرایند پخش، انتقال و اختلاط آلاینده ها، از موضوعات مهم در پایش کیفی منابع آبی به ویژه رودخانه ها است. ضریب پراکندگی طولی، یکی از پارامترهای مهم برای پیش بینی و توصیف فرایند اختلاط و انتقال آلودگی در رودخانه ها است. در این پژوهش، فرایند انتقال و اختلاط آلاینده ها در پیچان رودها به روش آزمایشگاهی بررسی شد. برای این منظور آزمایش های سنجش غلظت ردیاب در یک فلوم آزمایشگاهی که به شکل پیچان رود و متشکل از 8 قوس بود، برای شرایط هیدرولیکی مختلف و با دو بستر صلب و رسوبی انجام شد. با استفاده از داده های اندازه گیری شده و روش روندیابی، برای بازه های مختلف از مسیر پیچان رود، ضریب پراکندگی طولی برآورد شد. نتایج حاصل از آزمایش ها برای هر دو بستر نشان داد که با افزایش دبی، سرعت انتقال ردیاب افزایش و زمان انتقال ردیاب کاهش یافته است که به دنبال آن مقدار اختلاف بیشینه غلظت ورودی و خروجی از بازه (Cr) در محدوده 21 تا 100 درصد، کاهش یافت. نتایج حاکی از آن بود که با ناهموار شدن بستر جریان، مولفه های اختلاط مثل Cr و ضریب اختلاط طولی (DL) افزایش قابل توجهی پیدا می کنند. در شرایط مذکور کمترین مقدار پارامترهای Cr و DL به ترتیب با 100 و 85 درصد افزایش مقدار حاصل شد. همچنین بررسی نتایج آزمایش ها نشان داد که با افزایش طول مسیر پیمایش ردیاب و تعداد قوس ها، پارامترهای اختلاط افزایش یافتند. مقایسه نتایج نشان داد که برای هر دو بستر صلب و رسوبی، در هر بازه با افزایش عدد رینولدز، مقدار ضریب اختلاط طولی افزایش یافتند.
    کلیدواژگان: اختلاط، آزمایش ردیاب، ضریب اختلاط طولی، پیچان رود، بستر صلب، بستر رسوبی
  • ملوس طباطبایی، رویا مافی غلامی*، مهدی برقعی، علی اسرافیلی صفحات 89-101
    فروشویی زیستی روشی غیرتهاجمی، نسبتا مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست است که از طریق آن ترکیبات سمی، با ‏کمک میکروارگانیسم ها و با کمک واکنش های آنزیمی تجزیه می شوند.‎ این پژوهش به منظور استفاده از فروشویی زیستی برای احیای خاک آلوده و مقاوم به تجزیه بیولوژیکی به فلز سنگین سرب و فنانترن اطراف پالایشگاه نفت جنوب تهران انجام شد. طراحی آزمایش با روش سطح پاسخ انجام شد. در روش فروشویی زیستی، سویه خالص شده (سودوموناس آئروژینوزا) از خاک پالایشگاه جداسازی شد. pH محیط (3، 5، 7، 9، 11)، نسبت آلاینده به زیست توده (7/50، 15، 22/50، 30، 37/50 میلی گرم به گرم) و زمان ماند (1، 2، 3، 4، 5 ساعت) به عنوان متغیرهای اصلی در نظر گرفته شد. pH مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر روی حذف سرب و فنانترن از خاک بود. بیشترین درصد حذف سرب با میزان 96/79 درصد pH برابر 8، میزان نسبت آلاینده به موجوده زنده برابر با W/W 30 و زمان 2 ساعت به دست آمد. در مورد فنانترن، بیشترین درصد حذف فنانترن (97/4 درصد) در pH برابر 7، نسبت آلاینده به موجود زنده برابر با W/W 22/5 و زمان 1 ساعت اندازه گیری شد. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از باکتری در مقایسه با فرایند پاک سازی بدون باکتری (42 درصد برای فنانترن و 67 درصد برای سرب)، کارآمدی فرایند حذف را افزایش داد.
    کلیدواژگان: فروشویی زیستی، سرب، فنانترن، احیای خاک، سطح پاسخ
|
  • Saber Babaee Zadvarzi, Aliakbar Amooey * Pages 1-12
    The rise in population growth and subsequently,the spread of various diseases have led to increased production of medicines, including antibiotics. Discharging wastewater and dispersing pollutants such as drug waste in the water cycle is a very important issue that has received considerable attention in recent years. In this study, the thermodynamics of Amoxicillin and Cefixime adsorption by chitosan-polyacrylamide coated by ZIF-8 has been investigated. SEM analysis indicated that ZIF-8 is well placed in the structure of the adsorbent and no separation phases were seen. The results obtained from the temperature data in the conditions of 15 mg of adsorbent, pH 4 and adsorbent concentration of 50 ppm showed that the removal percentage decreases with increasing temperature, so it can be found that the adsorption process was exothermic. Thermodynamic parameters such as Gibbs free energy, enthalpy and entropy were also calculated. As the temperature rose, Gibbs free energy also increased, indicating  that at higher temperatures, the rate of spontaneous progress of adsorption has decreased. The negative values of enthalpy and entropy in both adsorbates confirms that the reaction is exothermic and spontaneous, respectively.
    Keywords: Chitosan, Polyacrylamide, Amoxicillin, Cefixime, ZIF-8, Thermodynamic
  • Mohammad Negahban *, Abdoreza Karbassi Pages 13-26
    Urban wastewater combines black and gray wastewater, which can be thought of as a way to separate and optimize its treatment. In this research, the separation and recycling of gray water treated by photoelectrocatalytic method, to be used in irrigation of plants, etc., has been investigated. First, the gray wastewater of a 10-unit residential building was sampled. BOD and COD concentrations were measured by respirometry and closed reflux calorimetry, respectively. Then, the removal efficiency of photoelectrocatalytic treatment by direct current with titanium and graphite electrodes, at two current densities of 10 and 20 mA/cm2 and at three electrode distances of 6, 12 and 15 cm, and the feasibility of using this method from the point of view of energy consumption, was studied. Based on the results, the optimal conditions for pollutant removal have been obtained at a current density of 20 mA/cm2 and a distance of 12 cm between the electrodes in a period of 60 minutes. With an increase in current density, the removal efficiency increases and as the distance between the electrodes increases, the removal efficiency experiences an increase with partial changes, but, it causes an elevation in voltage, resulting in an augmented consumption of electrical energy. The initial pH decreased with increasing voltage and further decreased with decreasing electrode distance. The amount of electrical energy consumed in the photoelectrocatalytic reactor is estimated to be about 2 kWh/m3 and 11.43 kilowatts per kilogram of COD removal. The results indicate a 64% reduction in water consumption at the site of operation, a reduction in energy consumption in the water and wastewater distribution and treatment system, and as a result, a reduction in CO2 production. Although the possibility of using the photoelectrocatalytic system on a large scale requires more studies, other suitable methods can be used.
    Keywords: Wastewater Treatment, Gray Wastewater, Photoelectrocatalytic Treatment, Reducing Water consumption, Reducing Energy Consumption
  • Mahmoud Zarei *, Salar Maleki, Mehdi Hosseinzadeh Pages 27-43
    To remove pollutants, many methods have been used so far, including ion exchange, coagulation and reverse osmosis. Most of these methods have many disadvantages and among them, the adsorption method is considered as a useful method. The purpose of this study is to synthesize adsorbents in the form of nanocomposites based on graphene oxide and modify the surface of graphene oxide by using iminodiacetic acid ligand to remove chromium ion by adsorption method. To determine the chemical structure and characterization of functionalized magnetic graphene oxide, we used XRD, BET, FTIR and SEM analysis. After that, the factors affecting the removal rate such as adsorbent amount, time of reaction, pH and initial concentration of chromium ion were investigated. The optimal conditions for removal of chromium ion were obtained as pH of solution 2, initial adsorbent weight 30 mg, initial chromium ion concentration 15 mg/L, absorption process time of 15 minutes and removal efficiency was 92.00%. The experimental results and the results of the response surface design were in good agreement (98.8%). Reviewing kinetic and isotherm studies showed that the adsorption process follows the pseudo second-order kinetics and Langmuir isotherm. Magnetic graphene oxide functionalized with iminodiacetic acid has the highest adsorption rate and was considered as the optimal adsorbent for successful metal removal.
    Keywords: heavy metals, Adsorption, Magnetic Graphene Oxide, Chromium, Iminodiacetic Acid
  • Somayeh Fakhimi Hosinzad, Yagoub Alavi Matin *, Soleyman Iranzadeh Pages 44-65

    Improving the management of water resources on a global scale is critical at this time. The risks that water bodies are currently exposed to, whether due to climate change or human conditions, affect the availability and quality of water in watersheds around the world. However, water management has emerged as a complex problem. In this light, one of the most promising methods is the construction of dynamic simulation models that may include the largest possible number of variables, not just hydrological. This paper presents a decision support system for the integrated management of water distribution and wastewater collection networks. The proposed method uses system dynamics (simulation with Vensim software) to integrate water and sewage networks with financial and socio-political sectors, which allows the rate adjustment and planning of integrated operational and capital infrastructure of water and sewage in three provinces of the Tabriz region during their life cycle (50 years). The results show that the integrated framework enables the company to accelerate financing for capital and operational works and improve the level of integrated services due to the integration of financial resources of water and sewage. In practice, the proposed integrated framework empowers water and wastewater utilities to manage and plan their assets in an integrated approach to improve the infrastructural, financial, and socio-political performance of their water and wastewater assets compared to separate management. Physical asset management is the only way for water and sewage companies to solve financial, social and infrastructural problems. The sewerage network studied here needs a little more capital work to meet the deficit policy lever of very damaged pipes compared to the water distribution network, which is in a relatively better condition. Implementing a borrowing management strategy for the sewer network to accelerate capital work, a proactive management strategy for the water distribution network should be implemented with the necessary cash reserves for any future setbacks.

    Keywords: Integrated Asset Management, system dynamics, Wastewater Collection, Water distribution, VENSIM
  • Samaneh Nojoumi Siahmard, Mehdi Meftah Halaghi *, Mahdi Esmaeili Varaki, Amir Ahmad Dehghani, Abdolreza Zahiri Pages 66-88
    The understanding of the mechanisms underlying the diffusion, advection, and mixing of pollutants constitutes a crucial aspect in monitoring water resources quality, particularly in the context of river systems. The longitudinal dispersion coefficient holds significant importance in predicting and illustration of pollutants in river systems. The current study investigated the advection and dispersion of pollution in meandering rivers experimentally. A series of experiments were undertaken to quantify the tracer concentration within a laboratory flume. The meandering flume with 8 bends was used to consider variation of tracer concentration for different discharges and solid and sedimentary beds. Utilizing the collected experimental data and employing the routing process, the longitudinal dispersion coefficient was determined across various segments of meandering rivers. Comparison of results for both solid and sedimentary bed indicates that as the flow discharge increases, the tracer's transfer speed increases while the transfer time decreases. Consequently, the difference between the peak concentration of tracer on the hydrographs (Cr) of input and output sections in the range of 21 to 100 percent decreases. Furthermore, by changing the bed from solid to sedimentary, Cr and the longitudinal mixing coefficient (DL) increased noticeably. In the mentioned conditions, the lowest values of Cr and DL parameters were obtained with 100 and 85% increase in value, respectively. Additionally, the results revealed a positive correlation between the mixing parameters and the length of the traversed tracer along the bends. The analysis of the data indicated that as the Reynolds number increased, the longitudinal mixing coefficient increased in both solid and sedimentary bed.
    Keywords: Mixing, Routing Process, Longitudinal Dispersion Coefficient, Meandering, Smooth Beds, Sedimentary Bed
  • Maloos Tabatabaei, Roya Mafigholami *, Mehdi Borghei, Ali Esrafili Pages 89-101
    Bioleaching is a non-invasive, relatively affordable and environmentally friendly method through which toxic compounds are decomposed with the help of microorganisms and with the help of enzymatic reactions. This study was conducted in order to use biological leaching to rehabilitate contaminated soil and resistant to biological decomposition by heavy metal lead and phenanthrene around the south Tehran oil refinery. The design of the experiment was done with the response surface method. In the bioleaching method, the purified strain (Pseudomonas aeruginosa) was isolated from the soil of the refinery. Environmental pH (3, 5, 7, 9, 11), pollutant to biomass ratio (7.50, 15, 22.50, 30, 37.5 mg/g) and retention time (1, 2, 3, 4, 5 hours) were considered as main variables. pH was the most important parameter influencing the removal of lead and phenanthrene from soil. The highest percentage of lead removal with 96.79% pH is equal to 8, pollutant ratio to Live current is equal to 30 W/W and time of  2 hours was obtained. In the case of phenanthrene, the highest percentage of phenanthrene removal (97.4%) in pH was equal to 7, the pollutant to living organism ratio was equal to 22.5 W/W and the time was measured for 1 hour. The results of this study showed that the use of bacteria increased the efficiency of the removal process compared to the cleaning process without bacteria (42% for phenanthrene and 67% for lead).
    Keywords: Bioleaching, Lead, Phenanthrene, Soil Reclamation, response level