فهرست مطالب

آب و فاضلاب - پیاپی 129 (آذر و دی 1399)

مجله آب و فاضلاب
پیاپی 129 (آذر و دی 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/20
  • تعداد عناوین: 14
|
  • آرش ادیب*، هیوا فرج پناه، محمد محمودیان شوشتری، ایمان احمدیان فر صفحات 1-10

    رودخانه ها مهم ترین منابع آب آشامیدنی، کشاورزی و صنعت به شمار می روند. ازاین رو بررسی و تخمین پارامترهای کیفی آب در طول یک رودخانه باید مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش از سه مدل سیستم سامانه استنتاجی عصبی- فازی تطبیقی (ANFIS)، حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان (LS-SVM) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) برای تخمین برخی از پارامترهای کیفی آب (کل جامدات محلول، هدایت الکتریکی و سختی کل) رودخانه سفیدرود طی یک دوره آماری 40 ساله استفاده شد. ارزیابی این سه روش هوش مصنوعی توسط معیارهای آماری ضریب هم بستگی (R)، ضریب کارایی نش- ساتکلیف (NSE)، مربع میانگین خطای استاندارد نرمال شده (NMSE) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) انجام شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که هر سه روش هوش مصنوعی ANFIS، LS-SVM و GEP قابلیت بسیار زیادی در تخمین پارامترهای کیفی TDS، TH، EC دارند. به صورتی که برای تخمین TDS روش LS-SVM، (RTrain=0.95 RTest=0.96) ، برای تخمین EC، روش GEP، (RTrain=0.94 RTest=0.95) و برای تخمین TH روش ANFIS، ((RTrain=0.92 RTest=0.94 بهترین شبیه سازی را انجام دادند. این پژوهش نشان می دهد که با استفاده از روش های هوش مصنوعی می توان غلظت پارامترهای کیفی را در صورت عدم اندازه گیری آنها و بر اساس غلظت سایر پارامترهای کیفی محاسبه کرد.

    کلیدواژگان: سفیدرود، کیفیت آب، ANFIS، LS-SVM، GEP
  • ویدا دهرآزما، مسعودرضا حسامی کرمانی* صفحات 11-24

    کاهش چشمگیر منابع آب تجدیدپذیر، مسئله نشت و آلودگی در سیستم های توزیع آب سبب شده است تا تمرکز بر روی رویکردهای مدیریتی و کنترل نشت در اکثر نقاط دنیا به مقدار قابل توجهی افزایش یابد. به این منظور می توان شبکه های توزیع آب را به زیربخش هایی قابل کنترل تقسیم کرد که لوله های اتصال دهنده این زیربخش ها برای کنترل نشت و مدیریت بهتر شبکه آب به جریان سنج مجهز شوند. در این پژوهش بر مبنای تیوری گراف، روش های ایجاد نواحی مجزای قابل اندازه گیری بیان شده است. به منظور انتخاب طراحی بهینه شبکه توزیع آب از فرایند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) با هدف کمینه سازی توازن در زیربخش ها، تعداد لوله های مرزی، تعداد لوله های مجهز به جریان سنج ها و بیشینه سازی دو شاخص مقاومت پذیری شبکه و حداقل فشارگره ای، استفاده شد. در این پژوهش با ارزیابی الگوریتم های مختلف برای ناحیه بندی شبکه های توزیع آب روش برتر پیشنهاد شد. با بررسی نظر متخصصین و تشکیل ماتریس مقایسات زوجی، شاخص ها رتبه بندی شدند که رتبه نخست برای بیشینه سازی شاخص مقاومت پذیری با امتیاز 401/0 و رتبه آخر برای کمینه سازی تعداد جریان سنج ها با مقدار امتیاز 063/0 مشخص شد. بر مبنای وزن و رتبه بندی معیارها، الگوریتم های ناحیه بندی شبکه توزیع آب امتیازدهی شدند. در شرایط گراف وزن دار بیشترین امتیاز به الگوریتم EBC و کمترین امتیاز به الگوریتم FGC تعلق گرفت. در شرایط گراف بی وزن الگوریتم های خوشه بندی طیفی در رتبه نخست و الگوریتم های FGC و MA در رتبه آخر قرار گرفتند. در گراف بی وزن برخی از الگوریتم ها امتیازهایی برابر با یکدیگر کسب کردند، بنابراین به شاخص های بیشتری برای مقایسه، نیاز بود. این روش به دلیل ساده سازی مسئله و مقایسه زوجی معیارها با یکدیگر مطابق نظر متخصصین، نتیجه ای بهینه و مطلوب به منظور انتخاب روش مناسب برای تبدیل شبکه توزیع آب به نواحی مجزای قابل اندازه گیری ارایه می دهد. در این پژوهش الگوریتم EBC با امتیاز 182/0 برای گراف وزن دار، الگوریتم های خوشه بندی طیفی با امتیاز 145/0 برای گراف بی وزن در رتبه نخست قرار گرفتند.

    کلیدواژگان: افرازبندی سیستم های توزیع آب، تئوری گراف، شاخص های افرازبندی، تحلیل سلسله مراتبی
  • نگین ظفری، فریبرز معصومی*، محمدرضا نیکو صفحات 25-40

    در این پژوهش از یک مدل شبیه سازی- بهینه سازی برای مدیریت چندمرحله ای پیامد ورود بار آلودگی ناگهانی در شبکه های توزیع آب شهری استفاده شد. ابزارهای استفاده شده در مدیریت پیامد در این پژوهش، تخلیه آب آلوده توسط شیرهای آتش نشانی، باز یا بسته کردن لوله ها برای کنترل مسیر جریان در شبکه یا ایزوله کردن نواحی مختلف و نیز خاموش یا روشن کردن پمپ ها برای تنظیم فشار جریان آب در شبکه هستند. برای شبیه سازی از نرم افزار EPANET و برای بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک تک هدفه استفاده شد. توابع هدف مساله مدیریت پیامد در این پژوهش عبارت اند از: حداقل کردن زمان بازگشت سیستم به حالت عادی، حداقل کردن جرم آلودگی مصرف شده توسط کاربران و نیز حداقل کردن تعداد گره های آلوده شده. هرکدام از توابع هدف اشاره شده برای دو سناریوی مختلف مدیریتی اجرا شد. در سناریوی اول، وضعیت شیر های تخلیه آتش نشانی و نیز شیرهای باز و بسته کردن لوله ها از نظر باز یا بسته بودن و نیز وضعیت پمپ ها از نظر روشن یا خاموش بودن از ابتدا تا انتهای دوره شبیه سازی ثابت و در سناریوی دوم وضعیت های اشاره شده به تناوب طبق الگوهای موجود قابل تغییر بود. تعداد متغیرهای تصمیم در این پژوهش 54 عدد، شامل تعیین باز یا بسته بودن شیرهای آتش نشانی، باز یا بسته بودن لوله ها و نیز روشن یا خاموش بودن پمپ ها بود. تزریق بار آلودگی از سه گره کاندیدا در شبکه انجام شد. نتایج نشان داد که در حالت تغییر متناوب ابزارهای مدیریتی، تابع هدف حداقل کردن زمان بازگشت سیستم به حالت عادی بین 13 تا 5/26 درصد، تابع هدف حداقل کردن جرم آلاینده مصرفی بین 12 تا 20 درصد و تابع هدف حداقل کردن تعداد گره های آلوده بین 6 تا 21 درصد بهبود یافت. لازم به ذکر است که در همه سناریوها، عدم افت فشار آب در گره های مختلف شبکه از حداقل مقدار مجاز تعیین شده و نیز عدم افزایش تعداد فعالیت های واکنش های مدیریتی از حداکثر مقدار تعیین شده کنترل شد. تناوب در باز و بسته شدن لوله ها و شیرهای تخلیه آتش نشانی و نیز در روشن یا خاموش بودن پمپ ها به بهبود توابع هدف تا حد قابل قبولی کمک کرد.

    کلیدواژگان: مدیریت پیامد، الگوریتم ژنتیک، EPANET، شبکه توزیع آب شهری، تزریق آلودگی
  • علی اصغر رستمی، محمدتقی ستاری*، محمد مسافری صفحات 41-57
    آجی چای از رودخانه های مهم حوضه آبریز دریاچه ارومیه است که آب های منطقه ای نسبتا وسیع از استان آذربایجان شرقی را جمع آوری و به دریاچه ارومیه می رساند. در سال های اخیر و در راستای احیای دریاچه ارومیه بخش هایی از این رودخانه به منظور انتقال آب به پیکره اصلی دریاچه ارومیه بازگشایی، بهسازی و سامان دهی شده است. در این پژوهش با استفاده از روش های ماتریس پاستاکیا و چک لیست وزنی (مقیاسی) اثرات محیط زیستی بهسازی رودخانه آجی چای در محیط های فیزیکی، بیولوژیکی، اجتماعی، اقتصادی و فرهنگی برای دو گزینه سامان دهی و عدم سامان دهی مطالعه و ارزیابی شد. بررسی مراحل ساخت و بهره برداری پروژه بر اساس نتایج حاصل از روش پاستاکیا نشان داد آثار مثبت طرح 61 درصد و آثار منفی آن برابر 7/31 درصد و 3/7 درصد آثار فاقد اثر بود. نتایج حاصل از روش چک لیست نیز نشان داد، عدم اجرای طرح سامان دهی رودخانه آجی چای باعث بروز 13 اثر مثبت در مقابل 29 اثر منفی خواهد بود. اثرات مثبت محدود به محیط طبیعی و فیزیکی و محیط بیولوژیکی است اما اثرات منفی علاوه بر محیط های مذکور در محیط های اقتصادی و اجتماعی نیز اتفاق خواهد افتاد. در حالت کلی بررسی های حاصل از هر دو روش نشان داد، بیشترین اثرات مثبت این طرح مربوط به جنبه های اجتماعی اقتصادی بود. در نهایت، ارزیابی اثرات محیط زیستی نشان می دهد طرح سامان دهی آجی چای در دستیابی به اهداف اولیه موفق عمل کرده است.
    کلیدواژگان: سامان دهی رودخانه، ماتریس پاستاکیا، چک لیست وزنی، دریاچه ارومیه، رودخانه آجی چای
  • فاطمه زارعی، اعظم مرجانی*، علی حسنی جوشقانی صفحات 58-72
    آلودگی فلزات سمی در منابع آبی یک نگرانی بزرگ محیط زیستی در سرتاسر دنیاست. در این میان، کادمیوم به عنوان یکی از سمی ترین فلزات سنگین قلمداد می شود زیرا آن نه تنها تهدیدی برای گیاهان، بلکه تهدیدی برای انسانهاست. ازاین رو، توسعه روش های جدید برای حذف فلز کادیوم اهمیت زیادی برای پژوهشگران دارد. این پژوهش را می توان به طور کلی به سه بخش تقسیم کرد: 1) سنتز و شناسایی مزوپور سیلیکای رشته ای KCC-1، 2) اصلاح سطح و شناسایی KCC-1 عامل دارشده با گروه های تری آمین (TA-KCC-1، 3) بررسی عملکرد TA-KCC1- به عنوان جاذب با هدف حذف فلز کادمیوم (Cd) از محیط آبی به روش جذب. مواد سنتزشده با آنالیزهای FTIR، FESEM و ایزوترم جذب واجذب نیتروژن شناسایی و بررسی شدند. به منظور بررسی ویژگی های جذبی و تعیین بهترین ظرفیت جذب برای جاذب TA-KCC-1 شرایط جذبی مانند pH، مقدار جاذب، غلظت اولیه آلاینده، و زمان بررسی و بهینه شد. سپس، به منظور بررسی و پیش بینی ویژگی های جذبی و مکانیزم جذب این آلاینده توسط جاذب TA-KCC-1 ستز شده، از مدل های غیرخطی سینتیکی و ایزوترمی مختلف استفاده شد. پارامترهای تیوری به دست آمده از داده های تجربی نشان دادند که جذب کاتیون Cd(II)، توسط TA-KCC1- از مدل سینتیکی شبه درجه دوم و مدل ایزوترمی لانگمیر پیروی می کند. در شرایط بهینه زمان= 300 دقیقه، دما = 298 درجه کلوین، مقدار جاذب = 5 میلی گرم، pH=7 بیشینه ظرفیت جذب 378 میلی گرم بر گرم به دست آمد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که جاذب نوین گزارش شده در این کار پژوهشی دارای پتانسیل بالایی به منظور حذف آلاینده فلز سمی Cd(II) از محیط های آبی است. همچنین، زیست تخریب پذیری، طراحی پذیری، و ظرفیت جذب بالای این جاذب می تواند نویدی برای کارهای پژوهشی مشابه آینده در زمینه حذف دیگر آلاینده ها از محیط های آبی باشد.
    کلیدواژگان: سیلیکای رشته ای KCC1-، اصلاح سطح، جذب فلزات سمی، ایزوترم لانگمیر
  • سید مهدی حسینی فرد*، بهناز دهرآزما، محمدعلی آرون صفحات 73-90

    تخلیه پساب های حاوی رنگ زاها از سوی صنایع مصرف کننده رنگ زاها، صدمات جبران ناپذیری را به محیط زیست و انسان وارد می کند. امروزه استفاده از فناوری جداسازی غشایی به عنوان یک فناوری نوین و کاربردی در جداسازی رنگ زاها مطرح است. با این حال غشاهایی که در تصفیه آب و پساب استفاده می شوند از مشکلات رقابت تراوایی و انتخاب پذیری و نیز عمرکوتاه به دلیل گرفتگی رنج می برند. از این رو در این پژوهش تلاش شد تا با افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 خواص آب دوستی و ضدگرفتگی غشاهای پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) بهبود و عملکرد آن در جداسازی رنگ زای راکتیو از محلول آبی ارتقا یابد. به این منظور ابتدا نانوذرات NiFe2O4-SiO2 به روش سل- ژل تهیه و سپس غشاهای خالص و نانوکامپوزیتی NiFe2O4-SiO2/PVDF به روش وارونگی فازی مرطوب ساخته شد و عملکرد آنها بررسی شد. نانوذرات NiFe2O4-SiO2 با استفاده از طیف سنجی پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) مشخصه یابی شدند. مورفولوژی غشا، زبری سطح، آب دوستی سطح، عملکرد جداسازی، تراوایی آب خالص، تخلخل و شعاع متوسط منافذ غشاها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، آنالیز زاویه تماس (CA) و آزمایش اندازه گیری تراوایی آب خالص (PWF) و روش وزن سنجی بررسی شد. محلول آبی حاوی ppm 30-10 رنگ زای راکتیو قرمز 120 به عنوان پساب سنتزی استفاده شد. نتایج آنالیز زاویه تماس نشان داد که افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 به مقدار 3/0 درصد وزنی به ماتریس پلیمری زاویه تماس غشا از 5/77 درجه در غشای خالص به 7/51 درجه در غشای نانوکامپوزیتی رسید که نشان از افزایش آب دوستی غشا داشت. نتایج حاصل از AFM نشان داد که با افزودن نانوذرات NiFe2O4-SiO2 در ماتریس PVDF، زبری سطح غشاها کاهش یافت. همچنین نتایج نشان داد که غشاهای نانوکامپوزیتی حاوی 3/0 درصد وزنی نانوذرات NiFe2O4-SiO2 در مقایسه با سایر غشاهای ساخته شده، با کارایی جداسازی بیش از 5/99 درصد دارای بهترین عملکرد در جداسازی رنگ زای راکتیو قرمز 120 از محلول آبی است.

    کلیدواژگان: غشای نانوفیلتراسیون، پلی وینیلیدن فلوراید، رنگ زای راکتیو قرمز 120، NiFe2O4-SiO2
  • بهزاد قیاسی، محمدحسین نیک سخن* صفحات 91-102

    انتقال آلودگی به آب های زیرزمینی که با توجه به مصرف بیش از حد و افت سطح آن در طول سال های اخیر آسیب پذیری زیادی دارند، از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از پارامترهای مهم انتقال آلاینده به آبهای زیرزمینی، حضور ذرات کلوییدی است. این ذرات اغلب باعث تسهیل انتقال آلاینده ها به عمق های پایین تر خاک در شرایط اشباع می شوند، ولی در شرایط خاصی، تاخیر در انتقال آلاینده نیز ایجاد می کنند. بنابراین بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر انتقال آلاینده در حضور کلویید امری ضروری است. در این پژوهش به منظور بررسی تاثیر پارامترهای مختلف و همچنین تاثیر حضور کلویید بر انتقال آلاینده، ابتدا یک آزمایش انتقال کروم شش ظرفیتی در حضور ذرات کلوییدی بنتونیت در یک ستون با محیط متخلخل اشباع انجام شد. سپس مدل عددی یک بعدی بر مبنای معادلات و اندرکنش های سه فاز خاک، ذرات کلویید و آلاینده در محیط متخلخل اشباع توسعه داده شد. معادلات استفاده شده در این پژوهش که بر اساس مطالعات گذشته بوده است، شامل 6 معادله دیفرانسیلی به همراه 6 مجهول بود که از طریق روش عددی تفاضل محدود با استفاده از دو نقطه تقریبی بازگشتی برای مشتق زمان و تفاضل مرکزی برای مکان حل شد. مدل عددی این پژوهش با مقدار ضریب تعیین 98/0 با نتایج آزمایشگاهی واسنجی شد و ضرایب ثابت معادلات بهینه شدند. بررسی پارامترهای مهم نشان داد که با افزایش نرخ رسوب ذرات کلوییدی بر روی ماتریس جامد، مقدار آلاینده کمتری انتقال پیدا می کند که اثباتی بر تاثیر ذرات کلوییدی بر انتقال آلاینده است. همچنین افزایش نرخ جذب ذرات آلاینده توسط ذرات کلوییدی و سرعت جریان، باعث افزایش انتقال آلاینده می شود. بررسی نتایج نشان داد که 2 برابر کردن ضریب پخش هیدرودینامیکی ذرات آلاینده و کلوییدی باعث افزایش بیش از 100 برابری در ابتدای آزمایش و افزایش تقریبا 15 درصدی در انتهای آزمایش می شود. در نهایت، افزایش تخلخل نیز باعث بیشتر شدن فضای خالی میان ذرات و انتقال بیشتر کروم می شود. نتایج این پژوهش حاکی از تاثیر بسزای ذرات کلوییدی بنتونیت در تسهیل و افزایش انتقال کروم در محیط متخلخل اشباع است. همچنین ضریب پخش بیشترین تاثیر را در انتقال کروم در حضور ذرات کلوییدی در محیط متخلخل اشباع دارد. در نتیجه در محیط های مستعد آلودگی آب های زیرزمینی باید حضور ذرات کلوییدی بررسی شود و با انجام مدل سازی، تاثیر پارامترها در آن محیط مشخص شود تا تدابیر لازم برای کنترل آن انجام شود.

    کلیدواژگان: ذرات کلوئید، انتقال آلاینده، آلودگی آب زیرزمینی، مدل عددی، تفاضل محدود
  • هستی هاشمی نژاد*، نیماد فعله گری صفحات 103-115

    MTBE یکی از رایج ترین ترکیبات هیدروکربن نفت خام است که از طریق نشت های مخازن به آب های زیرزمینی وارد می شود. کاربرد MTBE در ترکیبات بنزین، به طور قابل توجهی افزایش یافته و باعث آلودگی آب های زیرزمینی شده است. در این پژوهش از فناوری دیواره های واکنشگر نفوذپذیر، برای حذف MTBE از آب و از آیروژل به عنوان جاذب استفاده شد. به منظور تعیین مشخصات این جاذب از آزمایش های SEM، BET، XRF و روش افزودن جامد بهره گرفته شد. در آزمایش های در شرایط ناپیوسته اثر زمان تماس و pH و مطالعات جذب هم دما و سینتیک جذب بررسی شد. در مطالعات پیوسته مقدار عمر بستر و عملکرد جاذب در PRB بررسی شد. ظرفیت این جاذب در آزمایش های ناپیوسته، mg/g25/6 آیروژل، حاصل شد. محدوده زمان تعادل در آزمایش های ناپیوسته برابر با 60 دقیقه و pH بهینه در حدود 6 تعیین شد. در پژوهش های هم دمای جذب، مدل فروندلیچ و در بررسی مدل سینتیک حاکم بر فرایند، مدل شبه مرتبه دوم دارای بهترین برازش با داده ها بود. همچنین در این پژوهش به ارزیابی بستر PRB حاوی آیروژل توسط آزمایش های پیوسته پرداخته شد. جاذب آیروژل در این بستر (عمق جاذب در بستر 6 سانتی متر)، ظرفیت جذب معادل mg/g4/13 آیروژل داشت. همچنین عمر بستر PRB محاسبه و تعیین شد. استفاده از آیروژل در PRB به عنوان یک ماده موثر در حذف MTBE ارزیابی شد.

    کلیدواژگان: آلاینده MTBE، آیروژل، pRB، دیواره واکنشگر نفوذپذیر
  • نسیبه شاکری*، هادی قربانی، محمدهادی غفاریان مقرب صفحات 116-128

    نیترات، یکی از گسترده‏ترین آلاینده منابع آب در جهان و از مهم ترین شاخص های کیفیت آب‏ شرب است. تاکنون روش های متعددی برای حذف آلاینده های آلی و معدنی از آب به کار گرفته شده است که در این میان کاربرد نانوذرات آهن کاربرد رو به رشدی داشته است. در این پژوهش اثر اسیدیته و مواد آلی محلول بر تشکیل و پایداری ترکیبات ثانویه حاصل از کاربرد نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در شرایط درون شیشه ای بررسی شد. در این پژوهش توانایی سطوح مختلف نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده بر ذرات شن (1، 5/1 و 2 میلی گرم در لیتر) در احیای کامل نیترات به آمونیوم و مقدار تشکیل نیتریت در اسیدیته های مختلف (3-4-5) و سه غلظت‏های اسید هیومیک (0-25/0-75/0 میلی‏گرم در لیتر) ارزیابی شد. بر اساس نتایج به دست آمده نانوذرات آهن صفر ظرفیتی به تنهایی در 3=pH بیش از 85 درصد نیترات به آمونیوم احیا کردند. با افزایش اسید هومیک به محلول، غلظت آمونیوم و نیتریت به شدت افزایش یافت که می تواند ناشی از اکسید شدن بخشی از ترکیبات پروتیینی ساختار اسید هیومیک در مجاورت نانوذرات باشد. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی نه تنها موجب احیا نیترات شده بلکه مواد آلی محلول در آب را حذف کردند. باندهای آمونیومی اسید هیومیک در مجاورت نانوذرات آهن صفر ظرفیتی هیدراته شده و بخشی از آمونیوم تولیدی در سطح محلول اکسید می شود. بنابراین با آزمایش های بیشتر می توان امیدوار به حذف هم زمان نیترات و مواد آلی محلول توسط نانوذرات آهن صفر ظرفیتی از منابع آب بود.

    کلیدواژگان: آلودگی آب، نیترات، نانوذرات آهن صفر ظرفیتی
  • امیر ربی، فاطمه داداشیان*، منصوره سلیمانی صفحات 129-139

    امروزه تصفیه پساب ها برای حذف آلودگی های آلی و غیرآلی بسیار حایز اهمیت است. از میان آلاینده های آلی، رنگ ها تاثیر زیادی بر آلودگی محیط زیست دارند. جذب فیزیکی به کمک کربن های فعال در حذف آلاینده ها و فرایند تصفیه فاضلاب ها بسیار مفید است. در این پژوهش الیاف کربن فعال با خواص مکانیکی و جذبی بالا از طریق پایدارسازی و فعال سازی شیمیایی الیاف اکریلیک تولید شد. جاذب تولیدی با استفاده از آزمون جذب و واجذب نیتروژن، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و اندازه گیری جذب ید و خواص مکانیکی مشخصه سازی شد. توانایی الیاف کربن فعال تولیدی در جذب رنگ زای متیلن بلو از محلول آبی به طور کامل بررسی شد و تجزیه و تحلیل جذب با هدف تعیین تاثیر برخی از پارامترها، از جمله pH محلول و غلظت اولیه رنگ زا انجام شد. نتایج، نشان دهنده حذف سریع و نسبتا کامل (حدود 95 درصد) رنگ متیلن بلو در 12=pH و غلظت اولیه 100 میلی گرم در لیتر بود. در بررسی ایزوترم جذب رنگ زای متیلن بلو، مدل لانگمیر با بیشترین مقدار ضریب تعیین در مقایسه با مدل های دیگر به نحو مطلوبی فرایند جذب را توصیف کرد. بر این اساس مکانیسم جذب متیلن بلو بر الیاف کربن فعال، تک لایه و هموژن بود و بیشینه ظرفیت جذب تک لایه معادل 83/324 میلی گرم بر گرم بود. همچنین در این پژوهش داده های سینتیکی با استفاده از مدل های شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم در غلظت های مختلف به دست آمد. پارامترهای ترمودینامیکی جذب نیز محاسبه و نتایج ماهیت خود به خودی بودن فرایند جذب را نشان دادند. با توجه به نتایج حاصل شده، خواص مکانیکی و ظرفیت جذب الیاف کربن فعال ساخته شده در این پژوهش در مقایسه با سایر جاذب ها خواص نسبتا بهتری را نشان داد.

    کلیدواژگان: جذب سطحی، الیاف کربن فعال، رنگ زای متیلن بلو، ایزوترم، سینتیک جذب
  • شهلا الهامی، مهدی سقا کهواز، نادره رهبر* صفحات 140-155
    تخلیه یون فسفات از فاضلاب شهری و صنعتی به پیکره آبی باعث رشد بی رویه جلبک ها می شود. هدف از این پژوهش بررسی حذف فسفات از محلول های آبی با استفاده از پودر اسکلت داخلی سپیا (ماهی مرکب) به عنوان یک جاذب طبیعی زیستی، ارزان و غیرسمی است. این پژوهش در یک سیستم بسته انجام شد. اسکلت داخلی سپیا با آب مقطر شسته شد. سپس در دمای 80 درجه سلسیوس خشک و به وسیله آسیاب کاملا پودر شد. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی جاذب با استفاده از دستگاه های پارتیکل سایزر، میکروسکوپ نیروی اتمی، طیف سنجی مادون قرمز و فلورسانس اشعه ایکس تعیین شد. تاثیر متغیرهای موثر بر حذف فسفات مانند pH، مقدار جاذب، زمان تماس، غلظت اولیه فسفات وسرعت اختلاط بهینه شدند. همچنین برای ارزیابی داده ها از مدل های ایزوترم (لانگمیر، فروندلیچ، تمکین و دوبینین رادشکویچ) و مدل های سینتیک شبه مرتبه اول و شبه مرتبه دوم استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که بیشترین درصد حذف در pH برابر با 5، مقدار جاذب 5 گرم در لیتر و زمان تماس 10 دقیقه در غلظت اولیه 10 میلی گرم در لیتر فسفات مشاهده می شود. با استفاده از پودر سپیا تحت شرایط بهینه، یون فسفات موجود در نمونه های آبی در غلظت 10 میلی گرم در لیتر با بازدهی بیش از 99 درصد حذف شد. نتایج حاصل نشان داد که مدل ایزوترم فروندلیچ بهتر از سایر مدل ها داده های به دست آمده از این پژوهش را توضیح می دهد و نشانگر جذب یون فسفات در یک سطح ناهمگن است. با استفاده از مدل لانگمیر، بیشینه ظرفیت جذب برای فسفات، 02/68 میلی گرم بر گرم به دست آمد. همچنین مدل سینتیکی حذف فسفات از مدل شبه مرتبه دوم پیروی کرد. مقدار درصد حذف فسفات از نمونه های حقیقی آب رودخانه و آب زهکشی، بیش از 98 درصد به دست آمد که نشان دهنده توانایی مناسب این جاذب زیستی و ارزان قیمت در حذف این آلاینده از محلول های آبی است.
    کلیدواژگان: حذف فسفات، جاذب طبیعی، اسکلت داخلی سپیا، ماهی مرکب، آب و پساب
  • زهرا کولیوند، شاهرخ قاضی مرادی*، فواد کیلانه ئی، سید تقی امید نائینی صفحات 156-168

    کمبود آب یکی از مهم‏ترین چالش‏های پیش روی بشر در اکثر نقاط جهان است. با افزایش جمعیت جهان و گسترش سطح رفاه و بهداشت، به تبع میزان تقاضا برای آب افزایش می‏یابد. افزایش تقاضا برای این منبع محدود و ارزشمند باعث ایجاد استراتژی‏های جدید برای مدیریت آب شیرین می‏شود. از جمله این موارد، ابداع تکنیک‏های نوآورانه برای تصفیه فاضلاب است. یکی از روش‏های نوین تصفیه فاضلاب و همچنین ارتقا تصفیه‏خانه‏های موجود، استفاده از پکینگ مدیا در حوض هوادهی است، ازاین رو ایده استفاده از راکتورهای بیوفیلمی بستر متحرک به میان می‏آید. این پژوهش به بررسی عملکرد راکتور بیوفیلمی بستر متحرک در تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی و تعیین مدل سینتیکی مناسب برای آن پرداخته است. این پژوهش از نوع پایلوت آزمایشگاهی است و به این منظور از یک راکتور به حجم 15 لیتر استفاده‏ شد، آزمایش‏ها با دو COD ورودی 500 و 1500 میلی‏گرم‏ بر ‏لیتر و سه درصد پرشدگی 30، 50 و 70 در سه زمان ماند 4، 8 و 12 ساعت انجام شد. با توجه به نتایج به‏دست‏آمده، زمان ماند 4 ساعت و سطح پرشدگی 50 درصد برای فاضلاب شهری و سطح پرشدگی 70 درصد برای فاضلاب صنعتی به عنوان موارد بهینه انتخاب شدند. همچنین بررسی مدل‏های سینتیکی موجود نشان داد که مدل مرتبه دوم گراو برای توضیح ضرایب سینتیکی حذف مواد آلی در راکتور مورد آزمایش مناسب‏ترین مدل است. به طور کلی می‏توان نتیجه گرفت که خروجی راکتور بیوفیلمی با بستر متحرک با زمان ماند و سطح پرشدگی‏های ذکر شده، مناسب تصفیه فاضلاب شهری و پساب‏های صنعتی و استفاده مجدد از آنها در بخش کشاورزی و آبیاری فضای سبز است.

    کلیدواژگان: تصفیه فاضلاب، راکتور بیوفیلمی بستر متحرک، مدل سینتیکی، درصد پرشدگی بهینه، زمان ماند بهینه
  • علی شکوهی راد* صفحات 169-183
    با توجه به اهمیت حذف یون های سنگین از نمونه های آبی، در پژوهش حاضر، یک نانوکامپوزیت مغناطیسی بر پایه ذرات Fe3O4 پوشش داده شده با پلی آنیلین ساخته شد و به عنوان جاذب قوی برای حذف یون های سرب (II) از نمونه های آب و پساب ارزیابی شد. به منظور مشخصه یابی نانوکامپوزیت، از میکروسکوپ الکترونی عبوری برای تعیین دقیق اندازه نانوذرات و از تکنیک BET برای تعیین سطح موثر جاذب و همچنین از آنالیزهای CHNS و TGA به ترتیب برای تایید پوشش نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 با پلیمر پلی آنیلین و بررسی پایداری حرارتی نانوکامپوزیت اصلاح شده استفاده شد. از دستگاه طیف سنجی جذب اتمی شعله ای به منظور تعیین مقدار یون سرب در محلول استفاده شده است. مشخصه های تاثیرگذار بر حذف یون سرب از جمله pH، مقدار جاذب و زمان تماس در دماهای مختلف بهینه شدند. مقادیر بهینه pH و مقدار جاذب و زمان تماس برای 100 میلی لیتر محلول با غلظت اولیه ppm50 به ترتیب در محدوده pH=9، 3 میلی گرم جاذب و زمان تماس 60 دقیقه به دست آمد. داده های تعادلی به دست آمده از مطالعات جذب، نشان دادند که ایزوترم لانگمیر نتایج بهتری را نسبت به ایزوترم فروندلیچ از خود نشان داد. همچنین بیشترین ظرفیت جذب سرب (II) روی نانوکامپوزیت Polyaniline/Fe3O4 برابر با 9/114 میلی گرم سرب بر گرم جاذب به دست آمد.
    کلیدواژگان: حذف سرب، پلی آنیلین، ستیل تری متیل آمونیم برمید، نانوکامپوزیت، پساب صنعتی
  • فرزاد هاشم زاده*، محسن بهنژاد، امیرحسام حسنی صفحات 184-195

    در میان آلاینده های مختلف آب، نیترات و فسفات به دلیل تاثیر در اکوسیستم های آبی و برهم زدن تعادل آنها اهمیت ویژه ای دارند. امروزه فرایندهای مختلفی برای حذف نیترات و فسفات وجود دارد که یکی از این روش ها، انعقاد الکتریکی (الکتروکواگولاسیون) است. هدف از این پژوهش بررسی کارایی حذف هم زمان نیترات و فسفات از آب توسط فرایند انعقاد الکتریکی است. این پژوهش یک مطالعه تجربی در مقیاس آزمایشگاهی است که به شکل پایلوت انجام شد. پایلوت از جنس پلکسی گلاس با حجم 4/5 لیتر به همراه یک منبع تغذیه جریان مستقیم (DC) استفاده شد. متغیرهای مورد بررسی در این پژوهش شامل زمان واکنش (5 تا 90 دقیقه)، pH آب (3 تا 9)، غلظت نیترات و فسفات (1 تا 50 میلی گرم در لیتر)، جنس الکترودها (آهن، آلومینیوم و استیل)، فاصله بین الکترودها (1 تا 10 سانتی متر) و ولتاژ جریان (5 تا 40 ولت) بود و مقدار تاثیر هر یک از پارامترها بر مقدار حذف فسفات و نیترات بررسی شد. نتایج حاصل از آزمایش ها انجام شده از این پژوهش نشان داد که زمان واکنش 60 دقیقه، pH برابر 7، غلظت اولیه 10 میلی گرم در لیتر، جنس الکترود آهن- آهن، فاصله بین الکترود 5 سانتی متر و ولتاژ ورودی 30 ولت به عنوان پارامترهای بهینه مشخص شده اند. کارایی حذف فسفات و نیترات در شرایط بهینه به ترتیب 95 و 45 درصد گزارش شده است که بیشترین مقدار درصد حذف است. این پژوهش نشان داد که فرایند الکتروکواگولاسیون می تواند به عنوان یک روش کارامد و قابل انعطاف به منظور تصفیه نیترات و فسفات از منابع آبی استفاده شود.

    کلیدواژگان: انعقاد الکتریکی، نیترات، فسفات، تصفیه آب و فاضلاب
|
  • Arash Adib *, Hiwa Farajpanah, Mohammad Mahmoudian Shoushtari, Iman Ahmadeanfar Pages 1-10

    Rivers are the most important water supply resource for the drinkable, agricultural and industrial demands. Therefore, estimation of water quality parameters in rivers is an essential and necessary task. This research applies the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), the Least Squares-Support Vector Machines (LS-SVM) and the Gene Expression Programming (GEP) for estimation of Total Dissolved Solids (TDS), Electrical Conductivity (EC) and Total Hardness (TH) in the Sepidrood River and a 40 year period. The applied performance criteria are the correlation coefficient (R), the Nash-Sutcliffe model Efficiency coefficient (NSE), the Normalized Mean Squared Error (NMSE) and the Mean Absolute Error (MAE). These methods have high ability for estimation of water quality parameters. The best method is LS-SVM method for estimation of TDS (RTrain=0.95 RTest=0.96). The best method is GEP method for estimation of EC (RTrain=0.94 RTest=0.95). The best method is ANFIS method for estimation of TH (RTrain=0.92 RTest=0.94). This research shows that intelligence methods can estimate unmeasured concentration of qualitative parameters by concentration of other qualitative parameters.

    Keywords: The Sepidrood River, Water Quality, ANFIS, LS-SVM, GEP
  • Vida Dahrazma, Masoud Reza Hessami Kermani * Pages 11-24

    The dramatic decline in renewable water resources, leakage and pollution in water distribution systems has led to a significant increase in the focus on leakage management and control approaches in most parts of the world. For this purpose, water distribution networks can be subdivided into manageable subdivisions with connecting pipes of these subdivisions equipped with flow meters to control leakage and better manage the water distribution network. In the present study, based on graph theory, the concept of District Meter Area (DMA) is expressed. In order to rank the optimal design of the water distribution network, AHP has been used to minimize the balance in the subdivisions, the number of boundary pipes, the number of pipes equipped with flow meters and for maximization of both flexibility and minimum pressure indices. In this paper, by evaluating different algorithms for creating DMAs of water distribution networks, the best method is suggested. Indexes were ranked by studying the experts' opinion and forming the matrix of paired comparisons, so the first rank for maximizing the resilience index IR was 0.401 and the last one was for minimizing the number of flow meters with a score of 0.063. Based on the weight and criteria ranking, the water distribution network algorithms were scored. In terms of weighted graph, the highest score belonged to EBC algorithm and the lowest score to FGC algorithm. In terms of the unweighted graph spectral clustering algorithms rank first and FGC and MA algorithms rank last. In the unweighted graph, some algorithms have equal scores, so more indices are needed to compare them. Due to the simplification of the problem and the pairwise comparison of the criteria with each other, according to the experts, this method offers an optimal and desirable result for selecting the appropriate method for converting the water distribution network into DMAs. In this paper, the EBC algorithm with a score of 0.182 for the weighted graph, the spectral clustering algorithms with a score of 0.145 for the weighted graph were ranked first.

    Keywords: Water Network Partitioning, Graph theory, Partitioning Index, Analytic Hierarchy Process (AHP)
  • Negin Zafari, Fariborz Masoumi *, Mohammad Reza Nikoo Pages 25-40

    In this study, a simulation-optimization model is used for multi-period consequence management of sudden contamination in urban water distribution network. The tools used in the management of consequences in this study are to discharge contaminated water by hydrants, to cut or plug the pipes to control the flow path in the network or to isolate the different areas, as well as to switch the pumps on or off to regulate the water flows pressure into the network. EPANET software is used for simulation and single-objective genetic algorithm is used for optimization. In this study, the three objective functions are to minimize system return time to normal situation, minimize the mass of contamination consumed, and minimize the number of infected nodes. Each of the objective functions mentioned is executed for two different management scenarios. In the first scenario, the status of the hydrants, valves and pumps is constant from the beginning to the end of the management period. In the latter scenario, the status of the hydrants, valves and pumps can be changed periodically from the beginning to the end of the management period. The number of decision variables in this study was 54, which included determining whether the hydrants were open or closed, whether the pipes were closed or connected, and whether the pumps were on or off. The contamination loading is injected from the three candidate nodes into the network. The results show that alternating situations of hydrants, valves and pumps, compared to the situation where the hydrants, valves and pumps are in constant condition, decreases the return time to a normal state between 13 and 26.5 percent, the amount of contaminated water consumed between 12 and 20 percent and the number of infected nodes between 6 and 21 percent. It should be noted that in all scenarios, the minimum water pressure at the nodes of the network is controlled from the minimum permissible value and the increase in the number of management responses actions is controlled from the maximum permissible value. The alternation of the opening and closing of the hydrants and valves, as well as the switching of the pumps on or off, helps to improve the target functions to an acceptable extent.

    Keywords: Consequence Management, Genetic Algorithm, EPANET, Urban water distribution network, Contaminant Injection
  • Ali Asghar Rostami, Mohammad Taghi Sattari *, Mohammad Mosaferi Pages 41-57
    AjiChay is one of the most important rivers in the Urmia catchment area, which collects relatively large regional waters from the East Azerbaijan province and sends them to Lake Urmia. In recent years, in order to revive Lake Urmia, parts of the river have been rehabilitated and reorganized to transfer water to the main body of Lake Urmia. In this research, the effects of environmental damage on the improvement of the AjiChay River in physical, biological, social, economic and cultural environments were studied and evaluated using two methods of organizing and non-organizing of Pastakia matrix and weighted checklist (scaled). The study of the construction and operation of the project based on the results of the method of Pastakia showed that the positive effects of the project are 61% and its negative effects are 31.7%, and 7.3% of the works are not effective. The results of the checklist method also showed that the failure to implement the Aji Chai River Arrangement Plan would result in 13 positive effects versus 29 negative ones. Positive effects are limited to natural and physical environments and biological environments, but negative effects will occur in addition to those environments in the economic and social environments. In general, the results of both methods show that the most positive effects of this plan are related to socio-economic aspects. Ultimately, the environmental impact assessment shows that the Ajichay scheme has succeeded in achieving its primary goals.
    Keywords: River Restoration, Pastakia Matrix, Weighted Checklist, Urmia Lake, Ajichai River
  • Fatemeh Zarei, Azam Marjani *, Ali Hassani Joshaghani Pages 58-72
    Heavy metal pollution in water sources is a great environmental issue worldwide. In this line, Cd(II) is considered to be one of the top toxic heavy metals because it is a threat not only to plants, but also to humans. Accordingly, development of new strategies for removal of Cd(II) is of great importance for scientists. This study could be divided into three overall sections: 1) synthesis and characterization of fibrous mesoporous silica KCC-1, 2) surface modification and characterization of triamine-functionalized KCC-1 (TA-KCC-1), 3) investigation of the applicability of TA-KCC-1 as an adsorbent for the removal of Cd(II) from aqueous solution via adsorption method. Synthesized materials were analyzed and investigated by FTIR, FESEM, and N2 adsorption-desorption isotherms. In order to investigate adsorption features and determine the better adsorption capacity for TA-KCC-1, adsorption conditions such as pH, adsorbent dosage, initial concentration of pollutants, and contact time were monitored and optimized. Then, to investigate and predict the adsorption properties and adsorption mechanism of Cd(II) by synthesized TA-KCC-1, various nonlinear kinetic and isotherm models were used. Theoretical parameters obtained from experimental data revealed that the adoption of Cd(II) cations by TA-KCC-1 follows the Langmuir isotherm model with the maximum adsorption capacity of 378 mg g–1 under optimum conditions (pH=7.0; adsorbent dosage=5.0 mg; time=300 min; temperature=298 K). The results of this study showed that the novel adsorbent reported in this study possesses the high potential for adsorptive removal of Cd(II) from aqueous solution. Also, biodegradability, designability, and high adsorption capacity of this adsorbent may be promising for similar research in the field of adsorption pollutants in the future.
    Keywords: Fibrous Silica KCC-1, Surface modification, Adsorption of Toxic Metals, Langmuir isotherm
  • Seyed Mehdi Hosseinifard *, Behnaz Dahrazma, Mohammad Ali Aroon Pages 73-90

    The discharge of dye-containing wastes by the dye-consuming industry causes irreparable damage to the environment and humans. Nowadays, the use of membrane separation technology is a new and applicable technology in dyes separation. However, membranes used in water and wastewater treatment suffer from problems such as permeability-selectivity trade-off as well as short life due to fouling. Therefore, in this study, we tried to improve the hydrophilicity and antifouling properties of polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes by adding NiFe2O4-SiO2 nanocomposite and improve its performance in reactive dye separation from aqueous solution. For this purpose, first NiFe2O4-SiO2 nanoparticles were prepared by sol-gel method and then pure and NiFe2O4-SiO2/PVDF nanocomposite membranes were fabricated by wet phase inversion method and their performance was evaluated. The synthesized nanoparticles were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) methods. Membranes morphology, surface roughness, hydrophilicity of the membrane surface, separation performance, pure water flux, porosity and pore radius were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM), contact angle tests (CA), pure water flux test (PWF) and gravimetric methods, respectively. Aqueous solution containing 10-30 ppm reactive red 120 was used as test wastewater. The results of the contact angle analysis showed that by addition of 0.3 wt.% NiFe2O4-SiO2 nanoparticles to the polymer matrix, the membrane contact angle decreased from from 77.5° in the pure membrane to 51.7° in the nanocomposite membrane. It showed an increase in membrane hydrophilicity. AFM results showed that the surface roughness decreased as NiFe2O4-SiO2 content increased in PVDF matrix. It was also found that nanocomposite membrane containing 0.3 wt.% NiFe2O4-SiO2 nanoparticles has the best separation performance among the other fabricated membranes and this membrane can reject reactive red 120 dye from aqueous solution completely (99.5%).

    Keywords: nanofiltration membrane, polyvinylidene fluoride, Reactive Red 120 Dye, NiFe2O4-SiO2
  • Behzad Ghiasi, Mohammad Hossein Niksokhan * Pages 91-102

    Transmission of pollutants to high vulnerability groundwaters is significant due to the uncontrolled growth of water harvesting from wells in recent years. One of the significant parameters for the pollutants transfer to groundwater is the presence of colloidal particles. These particles often facilitate the transfer of pollutants to lower soil depths in saturated conditions. However, in particular circumstances, they also delay the transmission of pollutants. Therefore, it is necessary to study the effect of various parameters on the transfer of pollutants in the presence of colloids. In this research, in order to investigate the effect of various parameters and the effect of colloid presence on pollutant transfer, first, a hexavalent chromium transmission experiment was performed in the presence of bentonite colloidal particles in a saturated porous medium column. Then a one-dimensional numerical model has been developed based on three-phase equations and interactions of soil, colloid particles, and pollutants in a saturated porous medium. The equations in this research include six differential equations that have six unknown parameters. These equations are solved with finite difference method, which uses two points reverse differential approximation for derivatives of time and central difference approximation for spatial derivatives. The numerical model was calibrated with experimental results with a determination coefficient of 0.98 and constant coefficients of the equations were optimized. Investigation of the important parameters showed that by increasing the deposition rate of colloidal particles on the solid matrix, less pollutant content was transferred, which is a fact for the effect of colloidal particles on pollutant transport. Also, increasing the rate of pollutants absorption by colloidal particles and increasing the flow velocity, increases the pollutant transport. The results indicated that doubling the hydrodynamic diffusion coefficient of the contaminant and colloidal particles increased transmission by more than 100 times at the beginning of the experiment and by approximately 15% at the end of the experiment. Finally, the increase in porosity increases the gap between the particles and the chromium transmission. The results of this study indicate the significant effect of bentonite colloidal particles in facilitating and enhancing chromium transport in saturated porous media. Also, the diffusion coefficient has the most influence on chromium transport in the presence of colloidal particles in the saturated porous media. As a result, the presence of colloidal particles in groundwater-contaminated environments should be monitored and the effects of parameters in that environment should be determined by modeling to take the necessary measures to control it.

    Keywords: colloidal particles, Pollutant Transmission, Groundwater pollution, Numerical Model, Finite difference method
  • Hasti Hasheminejad *, Nimad Felegari Pages 103-115

    MTBE is one of the most common hydrocarbon compounds in crude oil that leaks into groundwater through reservoir leaks. The use of MTBE in gasoline compounds has increased significantly and has caused groundwater pollution. In this study, the permeable reactive barrier technology was used to remove MTBE from aqueous solution. In this study, aerogels were used as adsorbents in permeable reactive barrier to remove MTBE from aqueous solution. SEM, BET, XRF and solid addition methods were used to determine the adsorbent properties. In experiments under batch conditions the effect of contact time, pH, adsorption isotherm and adsorption kinetics were investigated. Continuous experiments were studied for determination of bed life and adsorbent performance in PRB. The capacity of this adsorbent was obtained in batch experiments, 6.25 mg/g Aerogel. The equilibrium time in batch experiments was about 60 min and the optimum pH was about 6. In the adsorption isotherm studies, the Freundlich model and in the kinetic studies, the pseudo-second-order model had the best fit with the data. In this study, the PRB was evaluated by continuous tests. The aerogel adsorbent had an adsorption capacity of 13.4 mg/g Aerogel (bed depth of adsorbent was 6 cm). Also, the PRB bed life was calculated and determined. The use of Aerogel in PRB was evaluated as an effective agent in MTBE removal.

    Keywords: MTBE Contaminant, aerogel, pRB, Permeable Reactive Barrier
  • Nasibeh Shakeri *, Hadi Ghorbani, Mohammad Hadi Ghaffarian Mogharrab Pages 116-128

    Nitrate is one of the most widespread water supplies in the world and one of the most important indicators of drinking water quality. So far, several methods have been used to remove organic and inorganic pollutants from water, that has resulted in the increasing application of iron nanoparticles. Therefore, in this study, the effect of acidity and soluble organic matter on the formation and stability of secondary compounds of nitrate reduction by application of Nanoparticles Zero Iron (nZVI) in vitro conditions is evaluated. In this study, the ability of various levels of zero iron nanoparticles to stabilize on gravel particles (1, 1/5 & 2 mg/l) in the complete recovery of nitrate to ammonium and the formation of nitrite in different acidity (3-4-5) and three concentrations of humic acid (0-0/25-0/75 mg/l) was evaluated. Based on the results, the zero-strength iron nanoparticles alone at pH=3. More than 85% of nitrate was restored to ammonium. By increasing the humic acid to the solution, the concentration of ammonium and nitrite increased significantly, which could be due to the oxidation of part of the protein compounds structure of humic acid being in the vicinity of nanoparticles. Nanoparticles Zero Iron (nZVI) not only eliminated nitrate but also removed organic soluble organic matter. Ammonium bands of humic acid are hydrated in the presence of Nanoparticles Zero Iron (nZVI) and part of the ammonium produced at the surface of the oxidation solution. Therefore, with further experiments, it is hoped that the removal of nitrates and soluble organic matter with Nanoparticles Zero Iron (nZVI) from water resources would be possible.

    Keywords: Water Pollution, Nitrate, Zero Capacity Iron Nanoparticles
  • Amir Rabbi, Fatemeh Dadashian *, Mansooreh Soleimani Pages 129-139

    Nowadays, wastewater treatment is important for eliminating organic and inorganic contaminants. Among organic pollutants, colors have a great impact on environmental pollution. Physical adsorption by activated carbons is very useful in removing pollutants and wastewater treatment. In this study, an activated carbon fiber with high mechanical properties and adsorption capacity was prepared through thermal stabilization and chemical activation of acrylic fibers. Nitrogen adsorption/desorption analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and measurement of mechanical properties and iodine number were used to investigate different characteristics of the obtained adsorbent. The potential of these new adsorbents for removal of methylene blue (MB) from aqueous solution was investigated in the batch experiments and the influence of main operating parameters, including pH, and the initial dye concentration was studied. Rapid and relatively complete removal (about 95%) of MB dye was achieved at the pH of 12 and initial dye concentration of 100 mg/L. Moreover, it was revealed that the experimental data could be expressed well by the Langmuir and pseudo-second-order model, such that the maximum amount of monolayer adsorption was about 324.83 mg/g. The thermodynamic parameters indicated the spontaneous nature of the adsorption process. According to all results, the mechanical properties and adsorption capacity of the fabricated activated carbon fibers in comparison with other adsorbents exhibit relatively better properties.

    Keywords: Adsorption, Activated Carbon Fibers, Methylene blue, Isotherm, Kinetics
  • Shahla Elhami, Mehdi Sagha Kahvaz, Nadereh Rahbar * Pages 140-155
    Wastewaters produced from various industries and their entry into surface water is one of the most important environmental problems that have harmful effects on aquatic life. Discharging phosphate from urban and industrial wastewater to the aquatic environment causes a lot of algae growth. The aim of this study was to evaluate the removal of phosphate from aqueous solutions using sepia endoskeleton (cuttlebone) powder as a natural biomass, cheap and non-toxic absorbent. This study was conducted in a batch system. Sepia endoskeleton was washed with distilled water. It was then dried at 80 °C and thoroughly powdered by milling. Physical and chemical properties of the adsorbent were determined using the Particle Sizer, atomic force microscopy, and infrared spectroscopy and X-ray fluorescence. The effects of variables affecting phosphate uptake, such as pH, adsorbent amount, contact time, initial concentration of phosphate and stirring rate were optimized. Also, the isotherm models (Langmuir, Freundlich, Tamkin and Dubbin-Radshkvich) and first-order and second-order kinetics models were used to evaluate the data. The results showed that the highest removal percentage was observed at pH 5, adsorbent content of 5 g/L and contact time of 10 min at initial phosphate concentration of 10 mg/L. Using sepia powder under optimal laboratory conditions, the phosphate ion with the concentration of 10 mg/L was removed with a yield of over 99%. The results indicated that the Freundlich isotherm model gives a better description than other models showing the adsorption of phosphate ions occurs in a heterogeneous surface. Using Langmuir model, the maximum absorption capacity for phosphate was 68.02 mg/g. The kinetic model of phosphate removal followed the pseudo-second-order model. Besides, the percentage of removal of the real samples was over 98%, indicating the great ability of this natural and inexpensive absorbent to remove this pollutant from the water solutions.
    Keywords: Phosphate removal, Biomass, Sepia Endoskeleton, Cuttlebone, Water, wastewater
  • Zahra Kolivand, Shahrokh Ghazimoradi *, Fouad Kilanehei, Sayed Taghi Omid Naenie Pages 156-168

    Human being encounters the lack of water as a main challenge in most parts of the world. As the world’s population soars and welfare levels rise, the demand for water increases. Increasing demand for this limited and valuable resource is creating new strategies for freshwater management; among these are innovative techniques for wastewater treatment. One of the new methods of wastewater treatment as well as upgrading existing treatment plants is the use of packing media within the aeration tank, i.e., a Moving Bed Biofilm Reactor. In this way, a bench-scale reactor possessing a volume of 15 liters has been used and the experiments with influent COD of 500 and 1500 mg/l, media filling percentages of 30%, 50%, and 70% and hydraulic retention times of 4, 8, and 12 hours have been carried out. The observed data show that the optimum bulk density and hydraulic retention time for municipal wastewater are 50% and 4 hours and for industrial wastewater is 70% and 4 hours, respectively. Also, the kinetic study of reactor performance indicates that Grau second order model, at an acceptable level, conforms to Moving Bed Biofilm Reactor observed data. MBBR experimental results including hydraulic residence time and filling percentage data mentioned above can be utilized as reliable data in municipal and industrial wastewater treatment and afterwards reuse of treated water for irrigation.

    Keywords: Wastewater Treatment, Moving Bed Biofilm Reactors, Kinetic Model, Bulk Density, hydraulic retention time
  • Ali Shokouhi Rad * Pages 169-183
    Due to the importance of removing heavy ions from water samples, in the present study, a magnetic nanocomposite based on Fe3O4 particles coated with polyaniline was developed and evaluated as a strong adsorbent to remove lead (II) ions from water and effluent samples. In order to characterize the nanocomposite, the transmission electron microscope was used to determine the exact size of the nanoparticles and the BET technique was used to determine the effective surface of adsorbent and also the CHNS and TGA analyses were used to confirm the coating of Fe3O4 magnetic nanoparticles with polyaniline and the survey of the thermal stability of nanocomposite, respectively. The flame atomic absorption spectroscopy was used to determine the values of lead ions in the solution. Characteristics affecting lead ion removal including pH, adsorbent value and contact time at different temperatures were optimized. Optimal values of pH and adsorption rate and contact time for 100 ml of solution with an initial concentration of 50 ppm were obtained in the pH of 9, 3 mg adsorbent, and contact time of 60 minutes, respectively. Equilibrium data from adsorption studies showed that the Langmuir isotherm showed better results than the Freundlich isotherm. Also, the maximum lead adsorption capacity (II) on Polyaniline/Fe3O4 nanocomposite was 114.9 mg of lead per gram of adsorbent.
    Keywords: Removal of Lead, Polyaniline, Cetyltrimethylammonium bromide, Nanocomposite, Industrial Wastewater
  • Farzad Hashemzadeh *, Mohsen Behnejad, Amirhesam Hasani Pages 184-195

    Nitrate and phosphate are of specific importance among different water pollutants due to their effect on aquatic ecosystems and disrupting their balance. The electrocoagulation process has been recognized as a novel method that has recently been employed for the removal of nitrate and phosphate. Therefore, the present study was aimed at investigating the efficiency of simultaneous removal of nitrate and phosphate from water through an electrical coagulation process. This experimental study was performed with an experimental scale as a pilot. The pilot was made of Plexiglas with the volume of 5.4 liters associated with a DC power supply. Parameters of the reaction time (5-90 min), pH of water (3-9), the concentration of nitrate and phosphate (1-50 mg/l), electrode materials (iron, aluminum, and steel), the distance between electrodes (1-10 cm), and the current's voltage (5-40 V) have been investigated in this research. The effect of each parameter was also examined on the amount of nitrate and phosphate removal. Obtained results were then analyzed to determine the efficiency of nitrate and phosphate removal in the form of comparable diagrams. Results of current experiments represented the optimal parameters including the reaction time of 60 min, pH of 7, initial concentration of 10 mg/l, electrodes of iron-iron, with the distance of 5 cm, and input voltage of 30 V. The removal efficiency of nitrate and phosphate under optimal condition was reported 95 and 45%, respectively, as the maximum removal rates. The present study has introduced the electrocoagulation process as a reliable and flexible way to purify water resources from nitrate and phosphate.

    Keywords: Electrical Coagulation, Nitrate, phosphate, Water, Wastewater Treatment