فهرست مطالب

  • پیاپی 126 (خرداد و تیر 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/03/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • زینب میخک بیرانوند، سعید برومند نسب*، عبدالرحیم هوشمند صفحات 1-15

    آلودگی نیترات در منابع آبی، به دلیل مشکلات زیست محیطی و خطر بالقوه برای سلامتی انسان به یک مسئله مهم تبدیل شده است. این پژوهش با هدف بررسی کارایی تثبیت نانوذرات اصلاح شده بنتونیت توسط سورفکتانت کاتیونی بر روی سنگدانه های پامیس به منظور حذف نیترات از محیط های آبی انجام شد. نانوذرات بنتونیت پس از اصلاح توسط سورفکتانت CTAB با عملیات گرمایی بر روی بستر سنگدانه های پامیس تثبیت شدند و مشخصات فیزیکی و ساختاری جاذب آماده شده با تکنیک های XRD، EDAX و SEM بررسی شد. از روش سطح پاسخ بر مبنای طراحی باکس بنکن برای ارزیابی اثر متغیرهای مستقل pH، دما و دز جاذب بر عملکرد پاسخ و همچنین پیشگویی بهترین مقدار پاسخ استفاده شد. با استفاده از مدل ایزوترم لانگمیر و فروندلیچ، ثابت های تعادلی و با استفاده از سینتیک شبه مرتبه اول و دوم، ثابت های سینتیکی محاسبه شد. با توجه به نتایج، مقدار بهینه راندمان حذف نیترات بر اساس مدل باکس بنکن در pH=5، میزان جاذب 15 گرم در لیتر و دمای 35 درجه سلسیوس، 49/63 درصد به دست آمد. همچنین با افزایش دز جاذب و زمان تماس، میزان حذف نیترات افزایش یافت در حالی که با افزایش pH و غلظت اولیه نیترات، راندمان حذف آن کاهش پیدا کرد. مطالعات ایزوترم نشان دادند که داده های آزمایشگاهی تطابق بهتری با ایزوترم لانگمیر دارند و بهترین مدل سینتیک جذب به وسیله مدل سینتیک شبه مرتبه دوم به دست آمد. همچنین راندمان احیا در 5 سیکل جذب و واجذب، بیش از 85 درصد بود. نتایج نشان داد که سنگدانه پامیس اصلاح شده می تواند به عنوان جاذب موثر و در عین حال قابل دسترس برای حذف آلاینده ها مورد استفاده قرار بگیرد.

    کلیدواژگان: حذف نیترات، پامیس اصلاح شده، طراحی باکس بنکن
  • محسن پادروند*، الهام جلیلیان صفحات 16-23
    تخریب و تصفیه آلاینده های محیط زیستی به کمک فرایندهای فوتوکاتالیزوری بر پایه ترکیبات نیمه رسانای فعال تحت نور مرئی و انرژی خورشیدی روش جدیدی است که در این راستا در دهه های اخیر، طیف گسترده ای از نانوساختارهای جدید سنتز، معرفی و به کار گرفته شده اند. از مهم ترین آلاینده ها، ساختارهای فعال ناشی از فعالیت های کشاورزی و مصارف خانگی نظیر حشره کش ها و آفت کش ها هستند. این آلاینده ها به واسطه سمیت ذاتی و داشتن گروه های عاملی و پیوندهای سیر نشده، تحت تابش خورشیدی در محیط های آبی تجزیه می شوند و آلاینده های ثانویه ای ایجاد می کنند که اکثرا سرطان زا هستند و حیات اکوسیستم را در درازمدت به خطر می اندازند. در این پژوهش نانوذرات برمید نقره با ریخت شناسی کروی یک شکل به روش رسوبدهی شیمیایی با استفاده از مایع یونی مناسب (به عنوان منبع هالید) سنتز، با روش های XRD، BET، DRS، وSEM شناسایی و فعالیت آن ها در راستای حذف آلاینده استامیپیرید تحت نور مرئی، بررسی شد. آنالیز XRD به خوبی حضور فاز کریستالی ماده مورد نظر را تایید کرد. همچنین آنالیز DRS به صورت تقریبی میزان نوار انرژی نیمه رسانا را تخمین زد و فعال بودن آن در ناحیه مرئی را تایید کرد. نتایج آزمایش های فوتوکاتالیزوری نشان داد نانوفوتوکاتالیزور سنتز شده قادر است در کمتر از 12 ساعت، آلاینده را به میزان قابل توجهی از محیط حذف کند، همچنین سرعت واکنش از معادله سینتیکی شبه مرتبه اول پیروی کرد و ثابت سرعت معادل h145/0 بود.
    کلیدواژگان: استامیپیرید، فوتوکاتالیست، AgBr، فاضلاب، نور مرئی
  • پویا ارباب، بیتا آیتی*، محمدرضا انصاری صفحات 24-42

    پساب صنعت نساجی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی جدی به دلیل سمیت بالا و رنگی بودن می شود. بنابراین دستیابی به یک فناوری تصفیه موثر به منظور حذف رنگزاهای آلی از پساب امری ضروری به نظر می رسد. کاویتاسیون تکنیک نوینی است که به دلیل قابلیت تولید رادیکال های آزاد با فعالیت بالا، به منظور تصفیه آلاینده های پیچیده، مورد توجه قرار گرفته است. تابحال پژوهشگران بیشتر بر روی تفسیرهای کیفی و روش های علمی مرتبط تمرکز داشته اند و آنالیزهای کمی برای تحلیل هزینه کنترل آلودگی برای صنعت نساجی به منظور قضاوت و تصمیم گیری انجام نشده است. این نیاز وجود دارد که در آینده مطالعات با تمرکز بر روی تحلیل هزینه فرایندهای بیشتری مانند فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته، ترکیبی و بیولوژیکی در زمینه تصفیه فاضلاب نساجی انجام گیرد. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی و مقایسه فرایندهای مختلف منفرد و ترکیبی با فرایند کاویتاسیون هیدرودینامیکی (در یک سیستم واحد و با یک آلاینده مشخص) به منظور حذف رنگزای راکتیو مشکی 5 به انجام رسید. کاویتاسیون هیدرودینامیکی با استفاده از صفحه روزنه دار با قطر روزنه 7 میلی متر در فشار ورودی 4 بار به کار گرفته شد. فرایندهای منفرد فتوکاتالیستی، فتولیز، جذب و ترکیبی کاویتاسیون+ فتولیز، کاویتاسیون+ فتوکاتالیست و کاویتاسیون+ فتوکاتالیستی در حذف رنگزا بررسی شد و هر کدام با تغییر پارامترهای مختلف (pH، غلظت نانو فتوکاتالیست TiO2، توان پرتودهی و غلظت رنگزا) بهینه یابی شدند و بهترین راندمان آن ها به دست آمد. به علاوه با در نظر گرفتن هزینه های انرژی و نانوفتوکاتالیست مصرفی فرایندها در کنار راندمان فرایند، با تعریف شاخص راندمان به هزینه، فرایندها رتبه دهی شدند. در فرایندهای مطالعه شده، کاهش pH با افزایش راندمان همراه بود، البته در مورد فرایند فتولیز افزایش راندمان در بالاترین سطح pH بازی به نسبت اسیدی چشمگیرتر بود. افزایش غلظت نانوفتوکاتالیست تا حد بهینه افزایش راندمان را در پی داشت. بالاتر بردن توان پرتودهی با بهبود راندمان تجزیه رنگزا همراه بود. راندمان فرایندها با افزایش غلظت آلاینده کاهش یافت. فرایندهای کاویتاسیون+ فتوکاتالیستی، فتوکاتالیستی، کاویتاسیون+ فتولیز، فتولیز، کاویتاسیون + فتوکاتالیست، کاویتاسیون و جذب به ترتیب با راندمان های رنگبری 83، 60، 52، 49، 43، 38 و 13 درصد در جایگاه اول تا هفتم قرار گرفتند. این در حالی است که در این بین با توجه توامان به راندمان و هزینه مصرفی (با تعریف نسبت راندمان به هزینه)، فرایند فتولیز و پس از آن فرایندهای کاویتاسیون + فتولیز، کاویتاسیون و کاویتاسیون + فتوکاتالیستی با بهترین نسبت ها در رتبه اول تا چهارم قرار گرفتند. کاویتاسیون هیدرودینامیکی رویکردی امیدبخش برای مقابله با آلاینده های صنعتی است و نیز ترکیب این فرایند با دیگر فرایندهای پیشرفته نتایج مطلوبی را در پی دارد. توجه به پارامترهای انرژی و هزینه نانوفتوکاتالیست مصرفی در مقایسه فرایندها بسیار مهم است و نباید تنها به راندمان خروجی فرایند اکتفا نمود. با در نظر گرفتن هزینه قابل توجه نانوفتوکاتالیست ها از قبیل نانو دی اکسید تیتانیم، رویکردهای ترکیبی (مانند ترکیب کاویتاسیون با دیگر فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته) با نتیجه مصرف کمتر نانو ماده و هزینه عملیاتی کمتر، مقرون به صرفه هستند.

    کلیدواژگان: رنگزا، کاویتاسیون هیدرودینامیکی، نانو فتوکاتالیست، راندمان، هزینه
  • سیدموسی حسینی* صفحات 43-56

    به منظور دسترسی به منابع آب شرب با کیفیت استاندارد، لزوم استفاده از تکنولوژی های نوین تصفیه آب که علاوه بر کارایی بالا و هزینه کم، کمترین تاثیرات جانبی را بر محیط زیست داشته باشند، بیش از پیش احساس می شود. ذرات آهن با ظرفیت صفر به منظور حذف طیف وسیعی از آلاینده های آب مورد استفاده قرار گرفته اند. کربن فعال نیز به عنوان ماده متخلخلی که قادر است گونه های مختلفی از آلاینده ها با اندازه های مختلف (مانند مواد آلی و کلراین) را با هزینه کم به صورت جذب سطحی از آب حذف نماید و بو و کدورت آب را بهبود دهد، در سیستم های تصفیه آب خانگی و تجاری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، با توجه به قابلیت ذرات آهن با ظرفیت صفر (در مقیاس میکرو و نانو) و همچنین کربن فعال در حذف آلاینده ها و بهبود کیفیت آب شرب، این مواد واکنشگر به صورت مجزا و یا ترکیبی در درصدهای وزنی مختلف در پنج ستون آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند. کارایی ذرات آهن در مقیاس نانو d50=50 نانومتر و میکرو d50=150 میکرومتر و کربن فعال گرانول d50 =1میلی متر در حذف مواد آلاینده از آب شرب مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، پنج ستون آزمایش (طول 50 سانتی متر و قطر داخلی 2 سانتی متر) از این مواد واکنشگر به صورت مجزا و یا ترکیبی (با درصدهای وزنی مختلف) تهیه و جریان پیوسته از آب شرب مرکز تهران با نرخ ثابت 4/4 میلی لیتر در دقیقه به مدت 28 روز (در مجموع 177 لیتر) به درون هر یک از ستون ها تزریق شد. تغییرات غلظت یون های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، نیترات و آهن محلول کل و همچنین مقدار EC و pH در جریان ورودی و خروجی از هر یک از ستون های محتوی مواد واکنشگر طی سه دوره نمونه برداری در پایان روزهای اول، هفتم و 28 (در مجموع تعداد 18 نمونه آب) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. هم زمان با نمونه گیری از آب، تغییرات فشار آب منفذی در طرفین ستون های آزمایش نیز با هدف تغییرات آبگذری محیط واکنشگر اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که ستون های محتوی نانوذرات آهن کارایی بیشتری در کاهش غلظت یون های مورد بررسی در مقایسه با میکرو ذرات آهن و کربن فعال دارد. اما کاهش آبگذری و واکنش پذیری، رهایش آهن و افزایش قلیائیت آب خروجی از جمله چالش های توام با ستون های واکنش محتوی نانوذرات آهن است. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده ترکیبی از جاذب های کربن فعال و ذرات آهن (به ویژه در مقیاس میکرو) در سیستم های تصفیه آب خانگی می تواند به صورت بالقوه مبنای طراحی نسل آینده این نوع سیستم ها باشد که علاوه بر کارایی در حذف آلاینده ها، تاثیرات جانبی کمتر و طول عمر بیشتری دارند.

    کلیدواژگان: تصفیه آب، نانوذرات، آهن با ظرفیت صفر، کربن گرانول فعال
  • سیدمهدی حسینی، حبیب الله یونسی*، ربابه وجدی، نادر بهرامی فر صفحات 57-75

    حذف جیوه از محیط های آبی به سبب مشکلات محیط زیستی آن، توجه زیادی را به خود معطوف داشته است. لذا هدف از این پژوهش حذف جیوه (II) از محلول آبی با سنتز نانو کیتوزان اصلاح شده با گروه عاملی کربن دی سولفید است. در ابتدا نانوکیتوزان با استفاده از اسید سیتریک به عنوان عامل اتصال دهنده عرضی دوستدار محیط زیست، سنتز شد و سپس با گروه کربن دی سولفید عامل دار شد. آنالیز های طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای پروتون، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی و تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری به منظور تشخیص و بررسی ویژگی های نانوجاذب سنتز شده انجام شد. فرایند جذب یون جیوه در محلول سنتز شده یون فلزی در سیستم ناپیوسته در شرایط مختلف (pH، دما، زمان تماس، غلظت اولیه یون فلزی و میزان جاذب) بررسی شد. روند جذب برای بررسی میزان تطابق داده ها با مدل های همدمای فروندلیچ و لانگمیر و نیز سینتیک و ترمودینامیک جذب در سیستم ناپیوسته صورت گرفت. استفاده مجدد از جاذب سنتز شده توسط اسید کلریدریک 5/0 مولار انجام و همچنین اثر یون های مداخله گر برای انتخاب پذیری نانوجاذب سنتز شده بررسی شد. آنالیزها انجام موفق مراحل سنتز و عاملدار کردن نانوجاذب را تایید کردند. 7=pH، مقدار 15/0 گرم در لیتر جاذب، غلظت 30 میلی گرم بر گرم یون جیوه و زمان تماس 120 دقیقه به عنوان مقدار بهینه تعیین شد. از میان مدل های همدمای جذبی، مدل لانگمیر به عنوان مدل مناسب برای این جاذب برازش شد. بیشترین ظرفیت جذب تعادلی برای یون جیوه 03/303 میلی گرم بر گرم به دست آمد. نتایج سینتیک و مکانیسم جذب نیز نشان داد که روند جذب یون جیوه پیروی بهتری از مدل سینتیکی شبه درجه دوم داشته است. نتایج ترمودینامیک نشان داد که فرایند جذب یک فرایند خودبخودی و گرماده است. نتایج بازیابی جاذب سنتز شده طی 5 چرخه متوالی جذب- بازجذب، بیش از 95 درصد بازیابی را نشان داد. نتایج اثر یون های مزاحم نشان داد که درصد حذف جیوه با عامل دار کردن نانوکیتوزان با گروه عاملی کربن دی سولفید تا حدود بیش از 88 درصد افزایش یافت و جاذب سنتز شده دارای گزینش پذیری زیادی برای یون جیوه است. باتوجه به اینکه در پساب واقعی، میزان یون جیوه و سایر عناصر مداخله گر، در مقدار کمتری است، بنابراین با توجه به راندمان زیاد حذف جاذب، انتظار کاهش مقدار جیوه تا به حد مجاز تعیین شده به وسیله جاذب سنتز شده وجود دارد. به طور کلی نتایج نشان داد نانوکیتوزان گوگرددار سنتز شده، به علت ظرفیت جذب زیاد جیوه و توانایی حذف آن به مقدار مجاز تعیین شده توسط EPA، قابلیت استفاده مجدد و گزینش پذیری برای جذب یون فلزی جیوه، به عنوان جاذب موثر ارزان قیمت برای حذف جیوه از پساب واقعی می تواند استفاده شود.

    کلیدواژگان: نانوکیتوزان عامل دار شده، کربن دی سولفید، جذب، جیوه
  • نعمت الله کمکی، علیرضا ریاحی بختیاری* صفحات 76-87

    ترکیبات شبه استروژنی به علت ایجاد اثرات منفی در انسان و حیوانات بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این ترکیبات در غلظت های کم نیز باعث ایجاد اثرات منفی می شوند و همچنین قادرند در طول زنجیره غذایی منتقل شوند، لذا نگرانی زیادی در ارتباط با حضور این آلاینده ها در آبهای ساحلی دریای خزر وجود دارد. به منظور بررسی غلظت ترکیبات 4- نونیل فنل و اکتیل فنل، نمونه های رسوب سطحی از 25 رودخانه منتهی به دریای خزر در استان مازندران برداشت شد. پس از انجام مراحل آماده سازی (خشک کردن، استخراج و کروماتوگرافی ستونی)، نمونه ها به دستگاه گاز کروماتوگرافی با طیف سنج جرمی (GC-MS) تزریق شد. میانگین غلظت ترکیبات 4- نونیل فنل و اکتیل فنل به ترتیب در محدوه بین 43/144 تا ng/gdw 31/4681 برای 4- نونیل فنل و 26/7 تا ng/gdw 52/1281 برای اکتیل فنل برآورد شد. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش ایستگاه های واقع در مناطق پرجمعیت و شهری نسبت به ایستگاه هایی که در مناطق کم جمعیت و روستایی واقع شده اند غلظت بیشتری را نشان دادند. همچنین بین غلظت این ترکیبات و TOC ارتباط معنی داری مشاهده نشد. لذا تغییرات غلظت این ترکیبات تابعی از تغییرات غلظت TOC در رسوبات نیست. بنابراین انتظار می رود ورود فاضلاب تصفیه نشده، عامل کنترل توزیع این ترکیبات در آب رودخانه ها باشد. به طور کلی نتایج این پژوهش، به ضرورت تداوم بهبود سیستم های تصفیه فاضلاب در استان مازندران اشاره دارد.

    کلیدواژگان: رودخانه های استان مازندران، ترکیبات شبه استروژنی، 4-نونیل فنل، اکتیل فنل، TOC
  • امین آروین، مرتضی حسینی*، محمدمهدی امین، قاسم نجف پور درزی، یونس قاسمی صفحات 88-99

    صنعت پتروشیمی از جمله فراوری پتروشیمی، پالایش نفت و تولید گاز طبیعی، مقدار زیادی فاضلاب تولید می کند که حاوی انواع آلاینده ها است. هدف اصلی این پژوهش ارزیابی تصفیه و تولید همزمان متان از پساب پتروشیمی به وسیله انواع مختلف مواد کاتدی در سلول الکترولیز میکربی فاقد غشا است. سه سلول الکترولیز میکربی فاقد غشا از پلی متیل متاکریلات ساخته شد. سیستم ها دارای طول 15 و عرض 15 و عمق 10 سانتی متر به حجم کلی 25/2 لیتر بودند. لجن بی هوازی از هاضم بی هوازی واحد تصفیه فاضلاب اصفهان گرفته شد. آندها و کاتدها به وسیله پیچ های پلاستیکی در فاصله دو سانتی متری از یکدیگر نگه داشته شدند. عملکرد سلول های الکترولیز میکربی به وسیله به کارگیری چندین پارامترهای اصلی تولید جریان الکتریکی، تولید گاز، حذف COD و سطح pH شرح داده شد. بر طبق نتایج پژوهش، میزان حذف COD در سلول الکترولیز میکربی با کاتد استیل ضد زنگ 316 در مقایسه با دو سیستم دیگر بیشتر بود. به طوری که بیشینه کارایی حذف COD با کاتد استیل ضد زنگ 316 در زمان ماند 48 ساعت و ولتاژ 1 ولت برابر با 85 درصد بود. همچنین نتایج نشان داد که نرخ تولید متان با سیستم حاوی استیل ضد زنگ 316 در مقایسه با دو سیستم دیگر بیشتر بود؛ به طوری که حداکثر نرخ تولید متان 56 میلی لیتر با محتوی 85 درصد در زمان ماند 48 ساعت، با ولتاژ 1 ولت به دست آمد. بر اساس نتایج به دست آمده، سلول الکترولیز میکربی حاوی کاتد استیل ضد زنگ 316 به عنوان یک سیستم کارآمد برای تصفیه و تولید متان از پساب پتروشیمی قابل استفاده است.

    کلیدواژگان: سلول الکترولیز میکروبی، تصفیه پساب، پساب پتروشیمی، تولید متان، مواد کاتدی
  • ایمان مصلحی، محمدرضا جلیلی قاضی زاده*، احسان یوسفی خوش قلب صفحات 100-117

    مدیریت فشار یکی از موثرترین روش های مدیریت نشت در شبکه های توزیع آب است که علاوه بر کاهش نشت، مزایای بسیاری برای شرکت های آب و فاضلاب دارد. هدف از این پژوهش تحلیل اقتصادی مدیریت فشار از طریق تحلیل جامع سود- هزینه با در نظر گرفتن جوانب مختلف اجرای مدیریت فشار در شبکه های توزیع آب است. به این منظور یک مدل ریاضی برای ارزیابی سود حاصل از اجرای مدیریت فشار بر کاهش نشت، شکستگی ها، نشت یابی فعال، مصرف آب، مصرف انرژی، خسارات وارده به ساختمان ها و افزایش رضایت مشتریان و همچنین هزینه های ناشی از خرید، نصب، بهره برداری و نگهداری و کاهش درآمد حاصل از کاهش مصرف آب، توسعه داده شد. با استفاده از مدل توسعه داده شده، سود خالص و نسبت سود به هزینه برای هر طرح مدیریت فشار قابل محاسبه است. به عنوان مطالعه موردی، سامانه مدیریت فشار پیشرفته از طریق نصب شیرهای کاهنده فشار مبتنی بر زمان و جریان در یک ناحیه ایزوله واقع در شهر مشهد اجرا شد و سود خالص و نسبت سود به هزینه حاصل از اجرای آن توسط مدل ریاضی توسعه داده شده در این مقاله، تخمین زده شد. نتایج نشان داد که سود خالص حاصل از اجرای سامانه مبتنی بر جریان از سامانه مبتنی بر زمان بیشتر است و نسبت سود به هزینه برای سامانه های مدیریت فشار مبتنی بر جریان و زمان به ترتیب 3/7 و 3/2 به دست آمد. مدل ریاضی توسعه داده شده در این مطالعه به مدیران و متخصصان صنعت آب برای درک جامعی از مزایا و توجیه اقتصادی اجرای طرح های مدیریت فشار کمک خواهد کرد.

    کلیدواژگان: مدیریت فشار، تحلیل اقتصادی، تحلیل مالی، مدیریت نشت، شبکه توزیع آب
  • فاطمه فعال*، حمیدرضا غفوری، سید محمد اشرفی صفحات 118-129

    پیش بینی هجوم آب شور به آبخوان ساحلی در اثر تغییر میزان برداشت از آب زیرزمینی یکی از پیش نیازهای مدیریت آب زیرزمینی است. این پژوهش قابلیت انواع مختلف مدل های ماشین بردار پشتیبان رگرسیونی (SVR) را برای پیش بینی میزان شوری در چاه پایش منتخب در یک آبخوان ساحلی کوچک تحت شرایط مختلف برداشت آب زیرزمینی بررسی می کند. مدل های SVR با مجموعه های ورودی (پمپاژگذرای تصادفی از چاه های آبده) حاصل از نمونه برداری ابرمکعب لاتین و خروجی (غلظت شوری در چاه پایش منتخب) آموزش یافته و آزمایش شدند. سپس، مدل های آموزش یافته و آزمایش شده برای پیش بینی میزان شوری در چاه پایش منتخب برای مجموعه داده های جدید پمپاژ استفاده شدند. قابلیت پیش بینی و تعمیم دهی عملی مدل ها در مقایسه با مدل رایج شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از شاخص های ارزیابی مختلف بررسی شد. نتایج ارزیابی عملکرد مدل ها نشان داد که قابلیت پیش بینی مدل SVR چندجمله ای بر سایر مدل ها برتری دارد. همچنین همه مدل های SVR مورد بررسی به جز مدل SVR خطی، پیشروی آب شور را به طور قابل قبولی پیش بینی کردند. قابلیت پیش بینی و تعمیم دهی مدل های SVR چندجمله ای، استفاده از آنها را برای اتصال به الگوریتم بهینه سازی در شیوه بهینه سازی- شبیه سازی مبتنی بر مدل جانشین برای مدیریت آبخوان های ساحلی توصیه می کند.

    کلیدواژگان: آبخوان ساحلی، پیشروی آب شور، مدل جانشین، ماشین بردار پشتیبان رگرسیونی، قابلیت پیش بینی
  • مجید ریاحی پور*، محسن کلانتری، عیسی پیری صفحات 130-136

    امروزه دسترسی به منابع آب شیرین از مسائل بسیار مهم در بیشتر کشورها از جمله منطقه خاورمیانه و کشور ایران است. بحران آب در گذشته به علت جمعیت کم به اندازه زمان حال محسوس نبود، ولی امروزه با افزایش روز افزون جمعیت کره زمین و گرمایش جهانی و بهره برداری بیش از حد از منابع محیط زیست و نیاز بشر به غذای بیشتر و همچنین کاهش بارندگی نسبت به سال های گذشته در بسیاری از نقاط جهان، این بحران بیش از گذشته مشهود است. پدافند غیرعامل ابعاد مختلفی را در برمی گیرد که حفاظت و حراست از تاسیساتی مانند آب شرب شهرها یکی از این ابعاد است. در این پژوهش سعی شد که با یک نگاه تحلیلی مبتنی بر پژوهش های کتابخانه ای و اسنادی به بررسی تاسیسات آب شرب شهر یاسوج از دیدگاه پدافند غیرعامل و ارائه راهکارهایی پرداخته شود. به طوری که عوامل داخلی و خارجی و راهبردهای چهارگانه در تاسیسات آب شرب شهری با رویکرد چگونگی شناسایی اعمال ضوابط و ملاحظات پدافند غیرعامل در حال و آینده را شناسایی کند و نیز با استفاده از روش QSPM، راهبردهای انتخاب شده اولویت بندی شود. در مورد چگونگی پراکنش به وسیله GIS و بررسی و تحلیل های لازم، از مدل ارزیابی SWOT استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده، لازم است تهیه راهبرد طرح بهسازی و نوسازی سیستم تاسیسات آب شرب شهر یاسوج با تاکید بر پدافند غیرعامل در اولویت اول قرار گیرد. تهیه راهبردهای احداث کانال مشترک برای تمام تاسیسات به دلیل چیدمان نامناسب تاسیسات ضمن استفاده از روش های استتار، و نیز ساخت مخازن انحرافی در جهت فریب دشمن، افزایش دوربین های امنیتی و ارتقای سیستم های تله متری چاه ها و مخازن در سطح شهر و مکان یابی دقیق آنها برای پوشش کامل تاسیسات آب به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی در اولویت های بعدی قرار دارند.

    کلیدواژگان: مدیریت بحران، پدافند غیرعامل، تاسیسات آب شهری، SWOT، QSPM، یاسوج
|
  • Zeinab Mikhak Beiranvand, Saeed BoroomandNasab *, Abdolrahim Hoshmand Pages 1-15

    Nitrate contamination in water resources has become an important issue because of the environmental issue and potential risk to human health. The aim of this study is investigating the stabilization of modified bentonite nanoparticles by cationic surfactant on pumice aggregates to remove nitrate from aqueous environments. Bentonite nanoparticles were investigated by XRD, EDAX, and SEM techniques after modification by CTAB surfactant with the thermal method on the substrate of Pumice aggregate stabilization and physical and structural characteristics of the adsorbent. In this research, response surface method based on the Box-Behnken model was used for evaluation of the effects of independent variables such as pH, temperature and the amount of adsorbent on the response function and prediction of the best response value. Langmuir and Freundlich isotherm models were used for calculating the equilibrium constants and pseudo-first and second order constants. According to the results, the optimum nitrate removal efficiency was determined 63.49% based on the Box-Behnken model in pH = 5, the adsorbent concentration of 15 g/L, and temperature 35°C. As well, the nitrate removal rate was increased by increasing the amount of adsorbent and contact time unless the removal efficiency was decreased with an increase in pH and initial nitrate concentration. Isotherm surveying showed that the laboratory data had better agreement with Langmuir isotherm and the best kinetic model of adsorption was determined by the pseudo-second-order kinetic model. Also, the recovery efficiency in 5 cycles of absorption and desorption was observed more than 85%. This study showed that modified Pumice aggregates could be used as an effective and economical adsorbent for pollutants elimination.

    Keywords: Nitrate removal, Modified Pumice, Box Behnken
  • Mohsen Padervand *, Elham Jalilian Pages 16-23
    During the last decades, removal of wastewaters using visible active photocatalytic systems has attracted great attention which led to development of various nanostructured photocatalysts toward purification. Among such contaminants, products including those used in agricultural applications like insecticides and pesticides are of great importance. In this project, the unique Ag/AgBr nanospheres were prepared by a facile single-step co-precipitation method in the presence of 1-Butyl-3-methylimidazolium bromide ([BMIM]Br) ionic liquid (IL) and CTAB as the halide source and surfactant, respectively. The products were well characterized by X-ray diffraction powder (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), and nitrogen adsorption-desorption isotherms (BET). The XRD pattern confirmed the presence of both AgO and AgBr crystalline phases in the structure well. In addition, the SEM micrographs indicated that the sample has the spherical morphology and the particles size is below 100 nm. According to the photocatalytic experiments, the product was very efficient for the degradation of acetamipirid insecticide solutions under visible light. Also, the results implied that the photoreaction obeyed first order kinetic and the rate constant was evaluated to be 0.145 h-1.
    Keywords: Acetamipirid, photocatalyst, AgBr, Wastewater, Visible light
  • Pooya Arbab, Bita Ayati *, MohammadReza Ansari Pages 24-42

    The textile industry wastewater causes serious environmental problems due to its high toxicity and color. Therefore, it is necessary to find an effective treatment technology for removing organic dyes from wastewater. Cavitation is one such modern technique which has been considered for the treatment of complex pollutants because of its ability to generate highly reactive free radicals. Up to now, researchers have mostly focused on qualitative interpretations and related scientific techniques, and there has been no quantitative cost analysis for pollutant control in textile industries for decision making purposes. Future studies need to focus on the cost analysis of more processes in textile wastewater treatment, such as advanced oxidation and combined and biological processes. Thus, this research was conducted with the aim of investigating and comparing various single and combined processes using the hydrodynamic cavitation (in a single system and with a specific contaminant) to remove reactive black 5 dye. Hydrodynamic cavitation (HC) was applied by using an orifice plate with a 7 mm hole diameter at the inlet pressure of 4 bars. Single processes, photocatalysis, photolysis, adsorption and combined processes, cavitation + photolysis, cavitation + photocatalyst and cavitation + photocatalysis were investigated in dye elimination and each of them was optimized by changing the various parameters (pH, TiO2 nanophotocatalyst concentration, irradiation power and dye concentration) and their best efficiency was obtained. In addition, considering the cost of energy and the nanophotocatalyst consumed by the processes, along with the process efficiency, processes were ranked by defining the index of efficiency to cost ratio. In the studied processes, efficiency increased as pH reduced, however, in the case of the photolysis process, efficiency increase at the highest level of the basic pH was significantly higher than acidic pH. Increasing the nanophotocatalyst concentration up to an optimum level resulted in efficiency increase. The decolorization rate increased as the irradiation power increased. The processes efficiency decreased with an increase in the initial concentration of the dye. In terms of efficiency, cavitation + photocatalysis, photocatalysis, cavitation + photolysis, photolysis, cavitation + photocatalyst, cavitation and adsorption processes, with the dye removal efficiencies of 83, 60, 52, 49, 43, 38 and 13% were placed first to seventh. This is while, considering both efficiency and cost consumption, photolysis process and then processes of cavitation + photolysis, cavitation and photocatalysis were ranked first to fourth, respectively with the best ratios. Hydrodynamic cavitation is a promising approach for dealing with industrial pollutants and the combination of this process with other advanced oxidation processes yields desirable results. Considering the parameters of energy and the cost of consumed nanophotocatalyst in the comparison of processes is very important and the output efficiency of the process should not be the only criterion. Paying attention to the substantial costs of nanophotocatalysts such as nanotitanium dioxide, combined techniques (e.g., the combination of cavitation with other advanced oxidation processes) lead to less consumption of nanomaterial and lower operational costs and are therefore cost-effective.

    Keywords: Dye, Hydrodynamic Cavitation, Nanophotocatalyst, Efficiency, Cost
  • SeiyedMossa Hosseini * Pages 43-56

    In order to ensure drinking water meets the standards, utilization of novel treatment technology with low cost and minimum effects on environment is inevitable. Zero-valent-iron in micro and nano scale is extensively used to remove wide range of contaminants from water. Besides the ZVI, granular activated carbon is used in household water purification systems as a low-price, porous medium that adsorbs different contaminants (e.g. organic species and chlorine) and modifies the odor and turbidity of water. The aim of this study is investigation of the efficiency of ZVI and GAC in the treatment of tap water. In this study, the efficiency of zero-valent-iron in scales of nano (NZVI, d50=50 nm) and micro (MZVI, d50=50 µm) and granular activated carbon (GAC, d50=1 mm) in purification of tap water is evaluated. For this purpose, five experimental columns (length=50 cm and inner diameter=2 cm) filled by nano and micro ZVI, and GAC in different mass percentages are prepared, whereas continuous tap water flow of Tehran at the rate of 4.4 ml/min during 28 days (totally 177 liters) is injected through each reactive column. Temporal variations of calcium, magnesium, sodium, potassium, nitrate, and total iron, as well electrical conductivity, pH in the influent waters to and effluent waters from the five reactive columns are sampled and analyzed three times over experimental time at the end of 1st, 7th, and 28th day (totally 18 samples). Simultaneously with the water sampling, the variations of pore water pressure along the columns are measured through pressure gauges. The results indicated that the reactive column containing NZVI (individually or combined with GAC) are proficient in reduction of ions concentration from the influent water in comparison to those containing MZVI and GAC. Decreasing the permeability of reactive materials, reduction of reactivity over time, release of iron into effluent water, and increase of water alkalinity are challenges accompanied by the columns containing NZVI. Results of this study reveal that combinational use of GAC and MZVI in household purification system provides a potentially promising reactive medium with acceptable pollutant removal efficacy and life-time, as well less side effects.

    Keywords: Water purification, nano particles, Zero Valent Iron, Granular Activated Carbon
  • SeyedMehdi Hosseini, Habibollah Younesi *, Robabeh Vajdi, Nader Bahramifar Pages 57-75

    Mercury (Hg) is one of the water pollutants and its removal from the aqueous environment  is important. The major goal of this study was to remove the Hg (II) from aqueous solution by synthesizing a modified nanochitosan with carbon disulfide functional groups. Nanochitosan was synthesized using citric acid as an environmentally friendly crosslinking agent, and then it was modified with a carbon disulfide functional group. The characteristics of synthesized nanocomposite were studied by using proton nuclear magnetic resonance (1HNMR), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Batch adsorption experiments of Hg (II) in metal ion solution were conducted under different conditions such as pH, temperature, contact time, initial concentration of metal ion and adsorbent dosage. The adsorption process was conducted to investigate the compatibility of data with isotherms models (Freundlich and Langmuir), kinetics (pseudo-first-and second-order rate equations) and adsorption thermodynamics in a batch system. Reusability of adsorbent using 0.5 mol/L HCl and also effect of ion interferences were investigated for selectivity of adsorbent. Obtained results from this study confirmed the successful synthesis and functionalizing process of the nano-adsorbent. The optimal values were reported as pH=7, adsorbent dosage of 0.2 g/L, initial concentration of 30 mg/g Hg (II) and contact time of 120 min. Sorption of mercury agreed well with the Langmuir isotherm model, confirming a monolayer adsorption. The maximum equilibrium adsorption capacity for mercury ions was 303.03 mg/g. The results of kinetic studies showed that the sorption process followed the second order model. The results of thermodynamics showed that the adsorption process was exothermic and spontaneous. Possibility of recovery of adsorbent was investigated up to five cycles and desorption percentage of mercury ions was more than 95%.Also, the results of ion interferences effect in mixed solution showed that the percentage of mercury removal with the functionalization of nanochitosan by carbon disulfide increased up to 88% and the synthesized adsorbent has a high selectivity for mercury ions. Based on the high adsorption efficiency obtained for mercury ions in the mixed solution, the synthesized adsorbent can be at promising approach in treatment of real wastewaters with low concentrations of mercury ions and other interfering ions in order to obtain an admissible effluent standard. The results showed that the synthesized nanoadsorbent is an efficient low cost adsorbent for mercury removal from wastewater due to its high adsorption capacity , as well as its reusability and selectivity for mercury.

    Keywords: Functionalized Nanochitosan, Carbon disulfide, Adsorption, Mercury
  • NematAllah Komaki, Alireza RiyahiBakhtiari * Pages 76-87

    Estrogen-like compounds are very important for causing negative effects in humans and animals. These compounds at low concentrations cause negative effects and can be transported through the food chain. Therefore, there is concern about the presence of these pollutants in Caspian coastal waters. In order to determine the concentration of 4-nonylphenol and octylphenol compounds, surface sediment samples from 25 rivers leading to the Caspian Sea were collected in Mazandaran province. After the preparation steps (drying, extraction and column chromatography), the specimens were injected into a mass spectrometer (GC-MS) gas chromatography apparatus. The mean concentration of 4-nonylphenol and octylphenol compounds was determined in the range of 114.43-4681.31 ng/gdw for 4-nonylphenol and 7.26-1281.52 ng/gdw for octylphenol, respectively. Based on the results of this research, stations located in densely populated and urban areas showed higher concentrations than stations located in low-population and rural areas. No significant relationship was found between these compounds and TOC. Therefore, the changes in the concentration of these compounds are not a function of changes in the concentration of TOC in sediments. Therefore, it is expected that the arrival of untreated sewage will control the distribution of these compounds in river water. In general, the results of this study point to the necessity of continuous improvement of sewage treatment systems in Mazandaran province.

    Keywords: Rivers of Mazandaran Province, Estrogen-like Compounds, 4-nonylphenol, Octylphenol, TOC
  • Amin Arvin, Morteza Hosseini *, MohammadMahdi Amin, Ghasem NajafpourDarzi, Younes Ghasemi Pages 88-99

    The petrochemical industry, including petrochemical processing, oil refining, and natural gas production, generates large amounts of wastewater. Thus, the petrochemical industry produces a large amount of wastewater containing a variety of pollutants. Therefore, the main objective of this study is to evaluate the treatment and simultaneous production of methane from petrochemical wastewater by different cathode materials in single membrane-less microbial electrolysis cells. Three single membrane-less microbial electrolysis cells were made of polymethyl methacrylate. The systems were 15 cm long, 15 cm wide and 10 cm deep with a total volume of 2.25 L. Anaerobic sludge was obtained from an anaerobic digester of Isfahan municipal wastewater treatment plant (Isfahan, Iran).  The anodes and cathodes were held together by plastic screws with electrodes spaced 2 cm apart. The MECs performance was described by using several main parameters, electricity generation, gas production, COD removal, and pH levels. According to the results, the removal rate of COD in microbial electrolysis cells with the SS316 cathode was higher compared to the other two systems. So that the maximum removal efficiency of COD with SS316 cathode under a voltage of 1V at HRT of 48h was 85%. Also, the results indicate that the production rate of methane and the content of methane with the system containing the SS316 was higher compared to the other two systems. The maximum methane production rate of 56 ml was with a content of 85% under a voltage of 1V at HRT of 48h. Based on the results, the microbial electrolysis cell containing the SS316 cathode was introduced as a promising system to treat and produce methane from petrochemical wastewater.

    Keywords: Microbial Electrolysis Cell, Wastewater Treatment, Petrochemical Wastewater, Methane Production, cathode material
  • Iman Moslehi, MohammadReza Jalili Ghazizadeh *, Ehsan Yousefi Khoshghalb Pages 100-117

    Pressure management (PM) is one of the most effective methods of leakage management in water distribution networks (WDNs). In addition to reducing leakage, it provides many benefits for water utilities. The purpose of this paper is an economic analysis of the PM through a comprehensive cost-benefit analysis, taking into account the various aspects of the implementation of PM in WDNs. For this purpose, a mathematical model was developed for evaluating the benefits arising from implementing PM on the reduction of leakage, pipe breaks, active leakage control, water consumption, energy consumption, building damages and the increase of customer satisfaction and the costs of purchase, installation, operation and maintenance, and revenue reduction due to the reduction of water consumption. Using the developed model, the net benefit and benefit/cost ratio can be calculated for each PM scheme. As a case study, the advanced PM system was implemented through the installation of time modulated (TM) and flow modulated (FM) pressure reducing valves (PRVs) in a district metered area (DMA) located in Mashhad city. The net benefit and benefit/cost ration was then estimated by the developed mathematical model. The results showed that the net benefit of PM system through FM is greater than TM and the benefit/cost ratio was obtained 3.7 and 3.2 respectively. The developed mathematical model will assist water managers and practitioners in comprehensive understanding of the benefits and economic justification for implementing PM schemes.

    Keywords: Pressure Management, Economic Analysis, Financial Analysis, Leakage Management, Water Distribution Network
  • Fatemeh Faal *, HamidReza Ghafouri, SeyedMohammad Ashrafi Pages 118-129

    The prediction of the intrusion of saline water into coastal aquifers as a result of changing the amount of groundwater extractions is a prerequisite for managing groundwater. This study investigates the capability of different types of Support Vector Regression (SVR) models to predict salinity concentrations at the selected well in the small coastal aquifer under different groundwater abstraction conditions. SVR models were trained and tested using input (random transient pumping from the production wells) derived from Latin Hypercube Sampling and output (salinity concentration at the selected well) datasets. The trained and tested models were then used to predict salinity concentrations at the selected well for new pumping datasets. The models ability for predicting and generalizing compared with commonly used artificial neural network (ANN) model was evaluated using different performance criteria. The results of the performance evaluation of the models showed that the predictive capability of the polynomial SVR model is superior to other models. Also, comparing different performance criteria for all SVR models, except for linear SVR model, proved their acceptable predictive performance. The prediction and generalisation ability of polynomial SVR, recommends using these models to connect to the optimization algorithm for a surrogate model based simulation-optimization approach in sustainable management of coastal aquifers.

    Keywords: Coastal Aquifers, Saltwater intrusion, Surrogate Models, Support vector regression, Prediction Capability
  • Majid Riyahipur *, Mohsen Kalantari, Isa Piri Pages 130-136

    Access to freshwater resources is today one of the crucial issues in most countries including the Middle East and Iran. Owing to a small population in the past, water crisis was not as tangible as in the present time. Today, however, the crisis is more obvious than the past along with the growing rise of global population, global warming, excessive utilization of environmental resources, and human need for more food as well as dropping rainfall compared to previous years in many parts of the globe. Passive defense involves various dimensions, one of which is to protect and preserve such facilities as urban drinking water. This paper has tried to investigate water supply facilities in Yasouj City with an analytical viewpoint based on library and documentary studies to provide solutions from the perspective of passive defense. Thereby, both internal and external factors and quadruple strategies in urban water supply facilities can be determined with an approach that identifies and allows the application of current and future criteria and considerations of passive defense. The selected strategies were prioritized by QSPM method. Also, the distribution pattern was examined with GIS, and the necessary analyses was performed by the SWOT evaluation model. Our results suggest that it seems necessary to prioritize the development of a strategy for the reconstruction and modernization of Yasouj drinking water supply system with an emphasis on passive defense. The subsequent priorities go to strategies of joint channel construction for all installations because of inadequate layout of the facilities, while using camouflage techniques. In addition, construction of diversion reservoirs is needed in order to deceive enemies, increase security cameras. The telemetry systems (remote control) for wells and reservoirs should be upgraded throughout the city with exact localization using GIS to fully cover the water supply facilities.

    Keywords: crisis management, passive defense, Urban Water Supply Facilities, SWOT, QSPM, Yasouj